机翼的雷达散射截面计算

飞机雷达散射特性是影响飞机生存力的重要因素之一。在镜面反射得到控制后，机翼成为影响飞机雷达散射特性的重要散射源。利用物理光学和物理绕射理论计算翼的雷达散射截面。在计算中不仅考虑了机翼表面和后缘尖劈的散射，而且也考虑了由于面分块造成翼面不连续而形成的尖劈散射。     

有等离子体层的导体圆柱空间散射特性的分析

分别给出平行极化和垂直极化平面波入射到圆柱体时产生的散射场通用公式及其散射参数定义式,对金属圆柱体带有不同厚度的欠密状态等离子体层,过密状态等离子层,有损耗介质层等条件下的RCS计算进行了全面的数值分析,分析了影响双站RCS的各种因素并给出了数值结果,获得一些有用的结论,为进一步研究再入体的散射机理提供有用的参考.     

导弹的RCS计算研究

 综合应用高频RCS分析方法,包括物理光学法、几何绕射理论、物理绕射理论和等效电磁流法等计算了导弹各种散射源如平板、圆柱、二次曲面、边缘等的RCS.结合计算行波和二面角散射的经验公式,计算了导弹整体的RCS.计算结果与测试结果吻合较好,表明如果对目标的散射源分析正确、模拟准确,高频方法的计算结果可以满足工程分析的需要.其主要散射源在头向为雷达天线或红外导引头,在侧向为弹翼之间的二面角以及弹身、弹翼.     

柔性后缘可变形机翼气动特性分析

应用后缘主动变弯度技术的机翼能够改善飞行器的气动性能,其气动特性的研究对于未来可变形机翼的设计具有重要意义。以柔性后缘可连续变弯度二元机翼为研究对象,在Fluent计算平台上采用可压缩Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型进行气动力数值研究,从压力分布、流场结构和机翼变形方式等方面分析了可变形机翼的气动特性。数值计算结果表明,可变形机翼升力线斜率和最大升力系数与常规带简单襟翼的机翼基本一致,但失速攻角较小;在失速之前,可变形机翼具有较高的升力系数和升阻比,但同时产生较大的低头力矩。柔性后缘下偏到一定角度可以抑制后缘涡的前传,在失速后升力系数出现缓慢上升,增大了有效攻角的范围,具有较好的失速特性。      

飞机座舱金属-介质连接结构雷达散射特性分析

提出了一种求解材料表面不连续目标的散射场的计算方法.这种表面不连续结构是由同厚度的金属半平板和介质半平板相互连接而形成.解决问题的基本思想是把总的散射场分成几个部分,包括直接散射、由平面波对末端开口的平行板波导入射所产生的耦合场以及它们的绕射和反射问题,并分别考虑其对总散射场的贡献.利用此结果,对飞行器座舱的金属-介质连接结构进行了计算,最终结果和文献结果符合的较好.     

基于变弯度后缘的机翼阵风响应减缓数值研究

针对带有变弯度后缘的机翼建立了阵风响应分析的数学模型，并开展了阵风响应减缓的仿真研究。采用计算流体力学（CFD）方法计算变弯度后缘给定动态偏转运动下的广义非定常气动力，并基于状态观测器法辨识CFD数据建立后缘动态偏转下的广义气动力模型，采用面元法计算模态运动、阵风引起的广义气动力，利用广义预测控制（GPC）方法设计阵风减缓控制律，在此基础上对变弯度后缘与传统铰链舵面动态气动力特性进行对比。仿真结果表明：基于变弯度后缘的GPC方法能够有效减缓由阵风引起的机翼翼尖加速度响应，翼尖加速度减缓效率为44.33%；相比传统铰链舵面，变弯度后缘偏转时弦向剖面上下表面压力分布更连续，相同舵偏下对机翼动态气动力影响更大，阵风响应减缓效率也更高，采用变弯度后缘进行阵风减缓具有更为广阔的应用前景。     

基于Euler方程的三维机翼厚度与扭角优化设计

使用Euler方程作为流场解算器,结合Powell算法,讨论了在确定的机翼平面形状和翼型的条件下,以最大升阻比为目标的三维机翼截面翼型最大厚度与扭角的优化设计.设计中以机翼沿展向0.1,0.2,0.3,0.8,1.0倍半展长的翼剖面的厚度作为优化控制量,再选取翼梢剖面的扭角增量为第6个控制量,对机翼作了数值优化设计计算,得到了在亚音速时具有相对较大升阻比的机翼其厚度及扭角的优化分布.针对Lockheed-AFOSR Wing B的亚临界和超临界算例结果表明,厚度的非线性分布和负的扭角会改善机翼流场的流动状态,使机翼的升阻比得到提高,优化设计方法是可行的.      

自适应与双目标优化机翼的气动特性比较

在二维翼型自适应的研究基础上,用Powell法优化计算了对前缘后掠角为35°,展弦比为3.9,梢根比为0.17,机翼剖面为NACA65006翼型的梯形翼的前后缘舵面偏转角,从而获得了在亚跨声速时升阻比大而在超声速时阻力系数小的自适应机翼的最优气动外形.采用了并行遗传算法,计算了要求亚跨声速升阻比大同时超声速阻力小的气动双目标优化机翼的外形.讨论了优化机翼相对于原始机翼的气动增益.与二维一样,三维数值算例也证明了自适应机翼可获得明显的气动增益.      

76°/40°双三角翼前缘涡破裂及其控制实验研究

流动显示结果表明,喷流能有效地推迟双三角翼前缘涡的破裂,且随着攻角的增大,前缘涡破裂位置逐渐推后,喷流极大地改善了大攻角情况下前缘涡的非对称破裂特性,能有效地克服可能出现的机翼的"摇滚"现象.另外,后缘喷流可以减弱乃至消除前缘涡混掺现象的发生,进而有利于飞行器的操纵.      

连续变弯度翼型动态气动特性数值模拟

针对翼型后缘连续变弯度运动中后缘边界精确数值模拟的问题,提出了基于二维多项式的时空曲面拟合方法,实现了对后缘边界时空位置的精确模拟。在此基础上,基于OpenFOAM发展了翼型后缘连续变弯度与大幅度俯仰运动耦合的运动边界数值模拟,并计算了翼型耦合运动的气动力,讨论了后缘线性/非线性变形对翼型大迎角动态气动特性的影响规律。结果表明:后缘运动对翼型俯仰运动的升阻特性影响显著,特别在翼型大幅度俯仰时后缘非线性变形对升阻特性改善效果比线性变形大6%~10%。同时还研究了翼型俯仰与后缘变形运动相位差对气动特性的影响。特别地,当相位差为180°时,后缘运动使动态失速时的最大升力提高50.3%,平均升力提高34.6%;当2种运动相位差为0°时,后缘运动使动态失速时的最大阻力降低39.7%,平均阻力降低30.2%,最大升阻比提高22.3%,平均升阻比提高16.8%;同时,翼型在动态俯仰过程中出现负阻力现象,对产生负阻力的原因进行了分析。这些结果可用于指导连续变弯度后缘控制律的设计。      

基于MLFMA的飞行器锯齿边板散射特性分析

为精确求解散射问题,采用混合场积分方程、多层快速多极子算法(MLFMA, Multilevel Fast Multipole Algorithm)和共轭梯度算法的迭代技术,并改进了多极子模式数.金属球双站雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的算例表明,该方法在保证精度的前提下,降低了内存和计算时间;分析了锯齿边板的电磁散射特性,总结了锯齿边板相对于直边板在不同角域内的RCS减缩特性以及RCS减缩与入射频率变化之间的关系:随着入射频率的增高,RCS减缩效果迅速提高,且垂直极化减缩效果较水平极化减缩效果好.该结论可以用来提高飞行器的隐身性能.      

后缘喷流对三角翼前缘涡影响的数值模拟

为了研究三角翼后缘对称喷流对前缘涡破裂位置和旋涡结构的影响,通过高分辨率的N-S方程数值模拟方法,对60°后掠角三角翼后缘有对称喷流及无喷流情况下的绕流进行了研究.结果表明,后缘喷流速度与自由来流速度之比影响前缘涡破裂的位置.与无喷流情况相比,喷流与来流速度比的不同造成了涡破裂的提前或推后.而与传统结论有所不同的是,并非所有的后缘喷流都能延迟涡的破裂.另外,后缘对称喷流对涡轴位置的影响很小.后缘对称喷流不改变三角翼前缘涡横截面流动拓扑结构的变化规律,但影响极限环的扩张速度.      

风速垂直切变统计分析

由于观测资料垂直分辨率的限制和实际问题的不同需要，存在多种不同的风速垂直切变统计分析方案和差别较大的统计分析结果。文章给出微分切变、投影风速切变、气层平均切变、差分切变的定义；比较了当风随高度变化的函数不同时不同切变的差别；分析了气层厚度、测风平均时距、风速垂直插值方案等对风速垂直切变统计量的影响；最后给出中国及世界风速切变极值统计结果及估算。     

局部涂敷RAM复杂目标的电磁散射特性计算

给出了平行和垂直极化平面波投射到物体时散射场的通用表达式,阐述了确定目标主要回波源位置的方法,提出选取吸波材料涂敷区域的有效方法,同时分析了局部涂敷吸波材料(RAM)的复杂目标电磁散射特性的计算,最后给出计算结果,并经验证.这种方法提高了复杂目标雷达散射截面计算的精度,适用于工程应用.     

GNSS-Reflectometry: Forest canopies polarization scattering properties and modeling

Nowadays, GNSS-Reflectometry (GNSS-R) can be a new promising remote sensing tool in the ocean, snow/ice and land surfaces, e.g., vegetation biomass monitoring. Although GNSS-R provides a potentially special L-band multi-angular and multi-polarization measurement, the theoretical vegetation scattering properties and mechanisms for GNSS-R are not understood clearly. In this paper, the GNSS-R vegetation polarization scattering properties are studied and modeled at different incidence angles (specular direction). The bistatic scattering model Bi-mimics is employed, which is the first-order radiative transfer equation. As a kind of forest stand, the Aspen’s crown layer is composed of entire leaves, and its parameters in Mimics handbook are used as model input. The specular circular polarizations (co-polarization RR and cross-polarization LR) are simulated. For cross-polarization, the received polarization is assumed as a linear (horizontal and vertical) polarizations and ±45° linear polarizations. Therefore, the HR VR, +45R and −45R polarizations are simulated here. Contributions from different scattering components at RR, LR and VR polarization are also presented. For co-polarization, it is large in the whole specular angles (10–80°). The scattering trends of the other cross polarization (HR, LR, +45R and −45R) are a little similar when compared to the RR and RV. Therefore, the RHCP and V polarizations are more favorable to collect the reflected signals. The trunk heights and crown depths do not affect the scattering trends of RR, RV and RL, while the trunk height has some effect on the scattering amplitude of different polarizations. The azimuth angle has more effects on RR, RL and RV scattering, especially in lower than 50°. The observation angles and polarization combinations are extremely important for GNSS-R remote sensing.