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.     

目标函数的选择对雷达隐身优化设计的影响

根据飞行器的雷达散射截面(RCS)分布,合理确定飞行器隐身外形优化设计中的目标函数.首先,对3种目标函数(即威胁区域内RCS的平均值、大于临界RCS值的概率和被雷达检测的平均概率)的特点进行了分析和总结.然后,以一个典型飞行器隐身外形优化问题为例,分析不同目标函数对隐身外形优化结果的影响.计算结果表明:采用不同的目标函数会得出不同的优化外形,并在此基础上探讨了3种目标函数的相关性与区别.最后,总结出在隐身优化设计中如何合理确定目标函数的原则.     

武装直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

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(Computational electromagnetics method,CEM)方法,并开展了吸波涂层对直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性影响的研究。首先,对复杂目标(例如直升机)进行几何建模和网格划分,获得空间网格单元上的电磁场信息,作为整个电磁场仿真分析的计算基础。然后,通过介质球和涂覆电磁介质导体球的算例对比,分析结合共形技术的时域有限差分法(Finite difference time domain,FDTD)在处理介质物体及涂覆涂层介质物体的有效性,结果表明FDTD方法计算结果与级数解吻合。在此基础上,计算和对比了金属旋翼以及涂覆吸波涂层旋翼的RCS特性,分析了典型方位角入射下全机涂覆前后对RCS特性的影响。研究表明:旋翼表面全涂覆雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)后对直升机旋翼的RCS抑制效果明显,在全机强散射部位涂覆RAM可以显著地降低RCS特性,涂层的使用在直升机的隐身设计中起到关键的作用。     

翼面隐身结构优化设计

隐身结构是指由蒙皮和多种内部材料组成的、能满足承载要求、并具有明显降低雷达散射截面的结构.本文首先阐述了一种典型的翼面隐身结构方案.为了进一步挖掘该隐身结构减缩RCS的潜力,应用基于代理模型的优化策略,对其进行电磁散射特性优化设计.研究结果表明,经过优化设计后,在方位和频域上能显著降低翼面隐身结构RCS.基于代理模型的优化策略是一种有效的隐身结构低RCS优化策略.     

开槽钝锥体及等离子体鞘套的RCS特性研究

采用时域有限差分(FDTD)方法研究了等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性,发展了超高速飞行器及其等离子体鞘套RCS特性并行计算软件.采用发展的软件完成了超高速开槽钝锥后向远区时域特性和0°入射角附近的电磁散射截面积(RCS)的计算分析,并在中国空气动力研究与发展中心的气动物理靶上进行了超高速开槽钝锥体的RCS验证试验.研究表明:在钝锥体表面开环槽并填充透波性能良好的介质材料相当于在钝锥体表面人为地增加了一个散射中心;在低频区和谐振区,开槽后钝锥体的RCS在原值周围变化,而在高频区,钝锥体的RCS在0°入射角附近很宽的范围内均显著增大.     

共轴旋翼高速直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为准确高效地预估共轴旋翼高速直升机的雷达散射特性,结合雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)在隐身设计中的应用,开展了共轴旋翼高速直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性及涂覆型RAM对其影响的研究。首先,基于计算涂覆目标表面散射的物理光学法(Physical optics,PO)和计算涂覆边缘绕射的等效电磁流法(Method of equivalent current,MEC),建立了计算RCS的高频方法,并通过涂覆了RAM的金属球和直升机矩形桨叶算例验证了其有效性。在此基础上,研究双旋翼、尾部螺旋桨、平垂尾和机身在鼻锥、侧向和尾追3个典型方位的雷达散射特性和强散射源分布,并采用局部涂覆RAM的方法进行隐身设计。研究表明:尾部螺旋桨、共轴旋翼桨毂及其整流罩部位、机身上曲率较大的鼻锥和尾部以及曲率较小的侧面护板是机身的重要强散射部位。在强散射部位涂覆RAM能有效降低高速直升机各方位双站RCS的均峰值,显著提升高速直升机隐身性能的效果。     

高超声速球模型及其尾迹电磁散射试验研究

介绍了利用X、Ka波段雷达系统在中国空气动力研究与发展中心超高速所弹道靶上测量φ10mm的非烧蚀钢球模型和φ10mm烧蚀铝球模型、铜球模型及其尾迹的雷达散射截面(RCS).模型速度大于5km/s,飞行环境压力为3173~11219Pa,雷达测量方式为x波段单站,Ka波段双站.试验时,模型飞过天线波束区时,雷达系统测量模型及尾迹X、Ka波段的近场雷达电磁散射特性.经过近远场变换,利用"距离-多普勒"的ISAR成像原理对模型及其尾迹进行一维距离成像,得出总体RCS和沿模型及尾迹沿飞行轴线的分布RCS和一维距离像.试验结果表明:在本文试验条件下,钢球模型、铝球模型和铜球模型本体RCS均大于尾迹的RCS;在相同飞行速度和环境压力条件下,铝球和铜球的尾迹RCS均远大于钢球的尾迹RCS.     

底部形状对钝锥体模型气动与电磁散射性能的影响

开展了飞行器气动与隐身综合特性数值研究.分别利用时域有限差分法和数值求解N-S方程的方法对飞行器的电磁散射与气动特性进行了数值模拟,研究了钝锥体模型底部形状对其雷达散射截面(RCS)和零升阻力的影响.由数值计算结果可知:合理地改变钝锥体模型底部形状,可以降低模型的RCS.并且,随着椭球体轴的长度或锥体高度的增加,模型的RCS逐渐减小.当飞行马赫数为5.0,高度为20kin时,底部形状为椭球体或锥体的模型,随着椭球体轴的长度或锥体高度的增加,模型的零升阻力略有下降.     

频率选择表面(FSS)在天线隐身技术中的应用

本文简要叙述了飞行器隐身技术中通常采用的三种方法。飞行器采取上述隐身技术措施后,机载雷达天线对电磁波的散射成为飞行器的主要散射源。因此,天线隐身技术的研究就显得十分重要。本文介绍的频率选择表面(FSS)是一种由无源谐振单元,按一定排列方式组成的准二维平面周期结构,利用其对电磁波具有频率及极化的双重滤波的概念,以达到降低天线雷达截面积(RCS)的效果。文中用谱域分析法对十字形振子阵FSS的特性进行了分析计算,并应用于天线罩或低RCS反射面天线中。对已加工出的面积为42×42cm~2,在聚四氟乙烯玻璃纤维布上的十字形振子阵FSS样品进行了性能测试,从测试曲线看出方法是有效的。     

空天飞机的乘波外形

本文首先介绍了乘波外形的基本概念和空天飞机采用乘波外形的优点,然后介绍了利用楔的流场和圆锥流场构筑乘波外形的方法和气动力性能的计算公式,在简单地评述了乘波外形优化工作的进展之后,重点介绍了考虑粘性的乘波外形优化方法和乘波外形气动力性能计算与实验结果的比较。对乘波外形与超燃冲压发动机一体化方面的近代工作也作了介绍。最后,对乘波外形今后的研究工作提出了建议。     

飞行器隐身与气动外形综合优化设计初探

雷达散射截面已成为飞行器设计的一个重要战技指标。由于ＲＣＳ和气动特性都与飞行器的外形密切相关，故外形设计时要兼顾隐身与气动力等多方面的因素。本文以对飞行性能影响较大的纵向气动力系数作为约束条件，某方位的ＲＣＳ均值最小作为目标函数，对飞行器隐身与气动外形的综合优化设计方法作了初步探讨，并给出了应用示例，得到了比较合理的结果。     

三轴液压转台系统最优控制

三轴液压转台系统的核心是阀控马达伺服机构，由于其负载性惯量大，固有频率较低，采用经典控制理论设计的控制系统难以获得满意的响应特性和控制精度，以转台外框为例建立了转台液压系统的数学模型，应用最优控制理论，获得了使线性二次型性能指标为极小的最优控制规律。数字仿真结果和以该控制规律为依据设计的数模混合控制器进行的试验结果均表明，最优控制规律不仅有效地改善了转台的稳定性，而且提高了转台的响应速度和控制精度     

三维复杂目标求解的多层快速多极子方法

采用多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)求解混合场积分方程(Combined field integral equation,CFIE),并选择RWG型基函数,对金属带缝锥球体、三面角反射器以及钻石体的单站RCS(Radar cross section)进行了计算,计算结果与试验吻合良好.在此基础上计算了F-22缩比模型的单站RCS,其计算量、存储量分别达到O(NlogN)量级和O(N)量级,此方法适用于带有尖点和特别细长曲面的三维复杂目标,如战斗机外形的RCS计算分析.     

某飞翼外形雷达散射截面特性的分析

用物理光学理论和物理绕射理论计算了某飞翼外形雷达散射截面（ＲＣＳ）特性，并在微波暗室里对该飞翼模型的ＲＣＳ进行了测量，计算结果和测量结果基本吻合，在此基础上，分析了飞翼外形ＲＣＳ随方位角分布的特点以及其外形隐身设计的特点。     

基于Hammerstein模型的非线性建模与预测控制

所有实际的运动机构中都包含一定的非线性,对其进行精确的建模和控制是运动控制中具有挑战性的难题。文中提出了基于粒子群优化算法的RLS-PSO系统辨识建模方法,所得伺服转台模型具有良好拟合效果;对该模型提出改进的两步法,应用基于预测函数控制(Predictive functional control,PFC)的全局优化预测控制;伺服转台的仿真运行结果表明跟踪效果良好。     

含腔复杂军事目标RCS综合计算方法

根据飞行器等含腔复杂军事目标 RCS计算的需要,改进了射线跟踪法,并针对不同高频算法的特点,将像素法、射线跟踪法和边缘等效电磁流法结合运用,不同类别散射中心采用不同的方法计算,然后将复数量叠加得出目标的RCS,并充分考虑算法的协调.结合算例对方法进行验证,并将结果与矩量法等精确算法计算得到的结果进行了对比验证;运用本文方法对美国暗星无人机RCS进行了计算和分析.     

CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.