表面开口矩形缺陷兰姆波散射的边界元模拟

本文介绍了边界元法与兰姆波本征模式函数相结合的混合边界元法理论模型,用混合边界元法计算了铝板中A0模式兰姆波在表面开口矩形缺陷上的散射.通过数值计算,给出了不同频率下的模式转换特性和散射系数,并给出板中兰姆波传播和裂纹对兰姆波散射的波场快照,本文的研究工作对板状结构兰姆波无损检测技术的研究具有参考价值.     

射线跟踪法的改进及其应用

研究复杂组合体目标后向散射场问题，并对射线跟踪法的典型算法进行改进，以提高计算精度和运算速度。推导精确的积分公式，用典型体目标对改进的算法进行验证，进而计算复杂组合体目标的后向散射场。矩形截面直进气道的计算结果不仅比学者Hao Ling的计算结果更为精确，而且计算速度提高了两倍。三面角反射器的计算结果与实验结果基本吻合。最后，计算了某型航母甲板上复杂目标组合体目标的RCS，并与近似法和像素法的计算结果进行了比较分析。     

大气环境中喷流等离子体隐身试验研究与分析

介绍了喷流等离子体隐身技术的原理性试验及其数值计算.试验是在大气环境中利用微型固体火箭发动机作为等离子体发生器,选择不同的发动机参数和推进剂控制发动机产生不同的喷流等离子体.在小双站角方式下,使用X波段连续波雷达系统测量了不同的喷流等离子体覆盖金属目标表面时的微波散射功率.试验结果表明,等离子体层厚度为9cm、电子密度分布接近为高斯分布、电子与中性气体的碰撞频率为高斯分布、峰值电子密度为1012/cm3量级、峰值碰撞频率为2.2×1011Hz的喷流等离子体对X波段微波具有明显的吸收作用,平均吸收达到90%.数值计算采用时域有限差分(FDTD)方法中的直接积分方法,用试验获得的等离子体层厚度、电子密度分布、电子与中性气体碰撞频率的空间分布等参数计算了有等离子体覆盖时金属目标的雷达散射截面(RCS),选用的微波频率为X波段的典型频率10GHz.数值结果表明,试验产生的特定等离子体能够有效地吸收电磁波的能量,减少RCS.数值计算结果和试验结果较吻合.     

基于CEM方法的直升机RCS计算及参数分析

为提高直升机雷达散射特性预估的准确性,建立了目标雷达散射特性分析的计算电磁学方法(Computational electromagnetics method,CEM),并开展了结构参数对雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。以微分形式的Maxwell方程作为电磁特性求解的控制方程,电磁计算网格采用Yee元胞的技术生成,对控制方程进行时间和空间的中心差分格式离散。应用完全匹配层(Perfect matching layer,PML)技术作为吸收边界条件,并与基于等效原理的近远场外推法相结合,建立了直升机RCS的高精度数值方法。分别采用二维无限长导体圆柱和三维金属立方体作为验证算例,结果表明CEM方法比高频方法具有明显的高精度特点。在此基础上,研究翼型厚度、弯度、桨叶片数对旋翼雷达散射特征的影响机理和变化规律,同时计算机身不同结构布局参数下的RCS特性,分析短翼和平尾对机身强散射特征的影响规律。研究表明:桨尖是旋翼的重要散射源之一,采用薄翼型桨叶能有效改善旋翼的雷达散射性能,短翼和平尾会在不同角域内增加机身的雷达散射截面,在直升机隐身设计中需要重点考虑。     

广义镜象变换及其在信号特征分析中的应用

本文首先介绍了镜象变换及其性质,并将其推广到复数空间中去,引出了广义镜象变换。广义镜象变换保留着镜象变换的主要特性。然后利用广义镜象变换提出了一种信号特征分析的新算法,即广义镜象变换-QR算法。它包括两大步骤:(1)利用广义镜象变换将Hermite阵化为实对称三对角阵。(2)利用带位移的QR方法求实对称三对角阵的特征值。文中给出了上述算法的详细流程。该算法具有收敛速度快和数值稳定的优点。我们将上述方法用于噪声中信号个数的估计问题,给出了Monte-Carlo模拟结果,验证了所述算法的有效性。在模拟实验中,假定天线阵为均匀线性阵,信号源为两个独立的等功率源,目标模型为Swerling Ⅱ,噪声为空间白色的和高斯的。干扰协方差阵由参考噪声样本估计得到。     

瞬态浓度场的熵与混沌特征实验研究

为了探讨瞬态浓度场的熵特征及其是否具有混沌特征,利用基于数字图像处理技术和光学粒子散射理论的瞬态浓度场光学测量系统,获得了浓度场的二维时间和空间湍流信息,运用这些信息首次定量分析了瞬态浓度场的混沌特征,首次提出了浓度场信息熵理论及其非线性度量方法并进行了定量计算。运用实验数据时间序列计算了信息熵以及信息熵和浓度脉动时间序列的嵌入维数、关联维数、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数。结果表明,瞬态浓度场具有低维混沌特征,其脉动信息熵时间序列也是混沌的。     

ADI-FDTD在激励源和完纯导体边界处的精确格式

证明了当采用交替方向隐式时域有限差分法(AD I-FDTD)计算时,完纯导体和激励源处的算法格式与无源空间的算法格式不同,并推导了AD I-FDTD算法在源和完纯导体所在网格处的精确格式。利用常规的FDTD、无源空间的AD I-FDTD以及在源和导体处采用精确格式的AD I-FDTD,分别计算了点源激励的在自由空间传播的二维TE波、TM波垂直入射于金属条带FSS的散射场。计算结果表明,如果计算域中包含导体或激励源,直接采用通常的AD I-FDTD格式会带来很大的计算误差,而采用该精确格式后,计算结果与FDTD的计算结果吻合,从而证明了本文导出的AD I-FDTD在导体和激励源处的精确格式的正确性和使用的必要性。     

基于面元边缘法的直升机RCS计算与分析

针对直升机的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)的计算特点,将物理光学法和等效电磁流法相结合,建立了一套基于"面元-边缘"的分析方法.在该方法中,首先对复杂目标(如直升机)进行几何建模和网格划分,然后通过转换程序,获取目标的拓扑结构数据文件;其次在考虑遮挡影响下,分别进行目标表面散射场和边缘绕射场的计算;最后叠加获得总的散射场.在通过球板组合和某外形结构复杂的导弹算例验证本文分析方法有效性的基础上,对某直升机分别沿方位角、俯仰角和滚转角三个方向的RCS进行了计算和分析,并研究了挂架、导弹对直升机整体RCS的影响,获得了一些减缩直升机RCS的外形设计方案.     

几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响

对在几种载体(平板和杏仁体)上的不同缝隙所引起的目标散射特性影响进行了研究。首先分析了不同载体目标的雷达散射截面特性;以此为对比基准,对含不同类型缝隙的载体目标开展散射特性计算和系列试验测试,从中获得由缝隙所引起的目标特性变化情况,进而分析缝隙对雷达目标特性的影响。结果显示,直槽会引起比直缝更强的散射增幅,锯齿缝相对直缝则具有明显的减缩作用;杏仁体载体能更有效地模拟弯曲表面上的缝隙散射。结果可为飞行器雷达隐身设计提供依据。     

单丝测量三维流场的平均速度和湍流度

本文介绍了一种利用单丝测量三维速度场的方法。文中给出了在 DISA 标定风洞中,对不同速度、不同攻角下的标准射流流场进行测量的结果,并通过实验结果给出了速度测量的误差修正曲线和经验公式,在此基础上测量了平板边界层的参数和金属涡流器产生的涡流场,给出了相应的结果和分析。     

双向间接耦合有限元法预估电力电缆载流量

建立了多导体电力电缆置于具有散热孔的托架上时3D有限元时谐磁场模型,在计及各金属涡流效应的条件下,得到所有导体单元的功率损耗密度.以此功率体密度损耗为栽荷,建立了电缆系统的"热-流体"直接耦合场模型,求解了电缆系统各导体的温升,由此完成一次完整的"磁场"与"热-流体"场间接耦舍的求解.由于电缆导体电阻率与温度密切相关,形成"磁场"与"热-流体"场间接耦合的双向耦合.反复迭代,可求解得到当热点为90℃时导体的电流,即为电缆的载流量.以无铠装单载流和有铠装三并联栽流电缆为例,采用间接耦合法计算和测量了系统的总功率、电流分布、导体热点温度.计算和测量一致性说明了双向间接耦合有限元模型建立的正确性和计算结果的准确性,为进一步分析电力电缆系统的磁、热特性奠定了基础.     

利用电磁仿真数据研究ISAR运动补偿和成像

本文利用板块法对运动目标进行电磁仿真,根据Stratton-Chu积分,通过目标CAD造形和表面板块生成,每一板块元与目标实际表面之间的最大误差不得大于入射雷达波波长的十六分之一,从而将目标的三维曲面矢量电磁散射积分简化为每一板块面元上的二维平面矢量积分之和,获得静止目标的散射场,然后通过目标运动轨迹模拟,考虑由于目标的运动而引起的雷达回波相位的变化,实现运动目标的电磁仿真。利用这种电磁仿真方法模拟产生64×128个回波数据,用频域法进行距离对准,用最大似然方法进行相位补偿,目标轨迹运动引起的距离变化用时间的二次函数拟合,研究了用X波段雷达对一架匀速直线飞行飞机的ISAR运动补偿和成像。     

磁粉探伤中的涡流效应

首先计算棒材通交流电磁化时其中的涡流及磁场分布，由微机绘制相应的分布曲线，最后讨论因涡流效应对磁化的影响并得出了一些有关结论。     

反射激波作用下重气柱界面演化的PIV研究

在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程。结果表明,入射激波的冲击会在界面上产生反向旋转的涡环结构,而反射激波的作用会在界面上产生与初始涡环旋转方向相反的次级涡环结构。此外,对反射激波作用后的流场图像进行PIV后处理,获得了流场连续的速度场和涡量场。获得的环量与已有的理论模型进行比较,取得了较好的一致性,也验证了本文实验方法的可行性。     

文氏管长度对双级涡流器出口流场影响的试验研究

采用粒子图像测速仪（Particle image velocimetry, PIV）测量双级涡流器出口流场,改变文氏管长度,探讨文氏管长度对双级涡流器出口流场的影响,揭示了涡流器下游流场特征,获得了沿轴向不同位置的轴向速度和径向速度分布规律。研究表明：随着文氏管长度的增加,涡心发生径向位移,上下涡心的中心距离从22.2 mm增加到了29.2 mm,中心回流区的面积增加,轴向速度和径向速度分布特征有利于燃烧组织。     

拟协调九结点四边形层合板壳有限元

构造了一个拟协调九结点四边形层合板壳单无，这一单元是根据Ｈｕ－Ｗａｓｈｉｚｕ变分原理导出的，独立假设了位移场、每一层的应变场和应力场。文中计算了复合材料板和充实例。计算结果表明，本文单元在准确性和高效率方面的性态较好。     

损伤金属结构的复合材料胶接修补实验研究

采用复合材料补片对损伤的金属飞机结构进行胶接修修亘，可以经济而有铲地恢复结构的承载能力和延长结构的使用寿命，通过金属材料裂纹板胶接修补前后的静强度和疲劳寿命对比,验证了这种修补方法的可行性和有效性，。实验结果表明；裂纹板经复合材料补片胶接修补后，其静强度和疲劳寿命均有显著的提高，并且增加补片的宽度或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。     

带负扭转的复合材料桨叶蒙皮分层裂纹尖端场分析

蒙皮分层是复合材料浆叶疲劳破坏的主要形式.本文采用非线性桨叶结构模型,推导广义二雏下带负扭转的直升机菜叶蒙皮的位移方程及应力一应变关系;在此基础上,基于Stroh理论,采用各向异性界面断裂力学分析了蒙皮存在分层裂纹时裂尖应力场和位移场的渐近解.通过数值算例分析了离心力作用下带不同负扭转桨叶蒙皮分层裂尖的振荡系数、应力场及应力强度因子,所得结果合理,表明本文方法可以为复合材料菜叶蒙皮分层破坏提供分析依据.     

MRTD方法的色散特性分析和电磁散射应用

将基于Daubechies尺度函数的时域多分辨(Multiresolution time-domain,MRTD)方法应用于三维目标的电磁散射和雷达目标特性分析中,并对其Courant稳定性条件和色散特性进行了分析.在入射波引入方面,提出应用总场/散射场技术,在连接边界周围定义一些"修正区域",并推导出一系列"修正区域"内的迭代公式,把入射场作为"连接边界条件"引入到计算区域.理论分析和实验结果表明,基于Daubechies尺度函数的MRTD方法和入射波引入方法是有效的,且与传统的FDTD方法相比,MRTD方法在保持计算精度的前提下能够节省计算资源.     

基于IPO的进气道扩压器电磁散射计算方法

进气道RCS目标特性在整个飞机中占有较大比例,但作为电大尺寸腔体,其RCS特性评估与外机身相比有其固有困难。本文研究了适合于任意腔体RCS评估的迭代物理光学算法,该方法基于磁场积分方程属于高频算法范畴,可以较精确地计算出进气道金属表面电流矢量分布并给出令人满意的RCS结果。通过软件开发实现了任意腔体RCS特性评估,并用标准算例考核了程序准确性。应用该软件对某型心线一定的金属进气道S弯扩压器开展计算研究,获得了不同宽高比扩压器在入射波长为0.03 m下的电磁散射特性变化规律。