复合型雷达吸波材料结构优化设计的数值计算

基于多层复合型雷达吸波材料的设计要求构造了多目标优化的模型,将基本遗传算法(SGA)改进为自适应-混合遗传算法(MAHGA),通过数值计算为多层雷达吸波材料的结构优化提供了依据,依据计算结果制备了多层复合雷达吸波材料并进行了反射率和电磁参数测试实验,实验结果与计算结果吻合较好,复合材料具有良好的吸波性能,在8~18GHz低于-10dB的带宽可达7.8GHz,最大衰减量为-34.6dB,总厚度为3.5mm。     

前缘吸波结构承载性能优化分析研究

前缘吸波结构具有承载和吸波的双重功能,足隐身结构设计的重要研究方向之一.针对典型前缘吸波结构,利用零阶和一阶参数优化算法对其承载性能进行优化计算,获得透波蒙皮与吸波填充物的优化布置方案;提出提高前缘吸波结构承载效率的优化分析方法和技术途径,为隐身结构设计提供了重要参考.     

结构吸波材料多层阻抗渐变设计及应用

对多层阻抗渐变的吸波结构设计思想进行了分析,介绍了多层阻抗渐变思想在吸波层板和泡沫两类结构吸波材料设计上的应用。理论计算与试验验证结果均表明,采用多层阻抗渐变设计能够使吸波层板和泡沫的吸波带宽向低频拓展,同时显著提高吸波泡沫的吸收强度。具有三个阻抗渐变吸收层的4 mm厚吸波层板在5~18 GHz频段反射率小于-10 d B;具有六个阻抗渐变吸收层的22 mm厚吸波泡沫在2~18 GHz频段反射率小于-10 d B,其中在6~18 GHz频段反射率小于-20 d B,8~12 GHz频段反射率小于-30 d B。多层阻抗渐变设计是提高结构吸波材料吸波性能的有效手段。     

一类周期结构雷达吸波材料的设计与吸波性能研究

将两种雷达吸波材料(RAM)按照1:1的体积比设计成不同的周期结构,利用电磁场有限元软件对反射率进行计算.计算结果表明,周期结构吸波材料的吸收峰位于两种吸波材料之间,周期结构的大小、形状以及吸波材料在周期结构中的位置对吸波性能均有较大影响.     

蜂窝结构吸波材料的斜入射电磁吸波特性研究

为分析蜂窝结构吸波材料在电磁波斜入射条件下的反射特性,首先基于长波长近似条件下的强扰动理论,得到蜂窝结构吸波材料的等效电磁参数;再利用各向异性分层介质条件下的横向场传播的本征波解,推导出蜂窝结构吸波材料对斜入射电磁波的反射系数公式;进而得到蜂窝结构吸波材料的反射率随入射角的变化关系。反射率的计算结果表明：在特定入射角情况下,对于不同的蜂窝高度,吸收剂存在最优厚度,可使其反射率最小。研究结果对蜂窝结构吸波材料的优化设计具有一定意义。     

多薄层涂覆吸波材料计算设计方法研究

介绍了多薄层吸波材料的计算设计理论及优化方法 ,给出了单层、双层、多层吸波材料的计算设计结果 ,并预报了多层吸波材料对入射波的能量衰减和吸收带宽。采用表面涂覆技术制备了多薄层涂覆吸波材料的平板试样 ,并测试了其吸收带宽、吸收峰位及功率衰减等技术指标。理论计算与实验比较研究表明 ,采用第一性原理计算和计算机辅助优化设计结果与实验基本吻合。     

双层梯度蜂窝吸波结构优化设计

设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构，并利用Hashin-Shtrikman（HS）模型获得其等效电磁参数。在此基础上，以反射率低于-10dB带宽最大为优化目标，利用保收敛粒子群优化算法（Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization，GCPSO）对四种不同排序方案的双层梯度蜂窝吸波结构进行优化设计。结果表明，入射电磁波的角度和极化方式以及吸波材料的选择、排序和厚度对双层梯度蜂窝结构的吸波性能有很大的影响；不同入射角度下TM极化时的吸波特性明显优于TE极化，在入射角为60^°时最为明显；对比四种方案优化结果显示，case 1方案由于选用损耗角较小的吸波材料充当透波层，分布于蒙皮下面，而选用损耗角较大的吸波材料作吸收层，并置于吸波结构底层，因而具有最大的优化目标函数，吸波效果最佳，且蜂窝高度仅为具有相同吸波效果的case 3方案的49.44%。因此，选择case 1方案作为本文最终优化结果。     

电阻型容性频率选择表面吸收体吸波性能研究

提出一种由Salisbury屏衍生而成的新型雷达吸波材料--电阻型容性频率选择表面(FSS)吸收体.采用有限元软件对吸波性能进行研究.研究表明,FSS单元方阻R,参数p和a以及介质层厚度h对FSS吸收体吸波性能均有较大影响.通过大量计算发现,FSS单元方阻在100～200Ω/□之间,p取0.05时具有较好的吸波性能.发现重要的"2h规则".指出在介质层厚度较大的情况下很难充分发挥FSS的作用,一般要求介质层厚度不大于5mm.通过实验对数值计算结果进行验证,结果表明两者基本吻合.另外,数值计算以及实验结果均表明,通过合理的参数选取,与Salisbury屏吸收体相比而言,FSS吸收体可在厚度较小的情况下实现低频吸收,并且具有较好的带宽特性.     

多层结构设计在吸波材料中的应用

简述了多层结构吸波材料设计的理论模型、设计原则及优化设计方法,从吸收剂材料的电磁特性方面总结了多层结构吸波材料的特点,详细论述了多层结构设计对吸波材料性能的影响,最后提出了多层吸波材料的技术难点和发展趋势。     

吸波涂层对L波段天线性能影响的仿真分析

机身隐身技术的不断成熟,使得天线隐身的重要性不断凸显。为了降低天线的雷达散射面积,通常会在天线外添加具有吸波特性的天线罩或是涂敷吸波材料,但这些手段势必会对天线性能造成一定的影响。文中基于此问题研究了吸波材料对天线性能影响,通过CATIA建立天线罩模型,并联合HFSS进行天线系统的整体仿真分析,在天线罩上添加单层吸波材料,得到单层涂敷型吸波材料对L波段天线性能的影响趋势。仿真结果表明,随着吸波材料厚度的增大,L波段天线传输特性得到改善,但同时伴随着增益的不断降低,并通过对比得出吸波材料添加于天线罩内部结构中效果更好。     

粉尘气体中平面激波在固壁反射的高分辨率数值模拟

本文在稀颗粒群双流体简化模型下，采用算子分裂技术，综合应用高分辨率ＧＲＰ格式，全二阶精度的ＦＣＴ格式及预估校正格式，取三种不同粒相固壁边界条件，数值模拟了粉尘气体激波在刚性固壁上的正反射，确证了由理想平衡混合气体分析所预示的三类激波反射结构，给出了非平衡反射时波后流场的松弛特性，并评价了不同的粒相固壁边界条件假定的适用性。     

超燃冲压发动机尾喷管构型参数灵敏度分析

采用正交拉丁方设计和方差分析的方法对尾喷管气动-推进性能进行了研究,考察了设计参数对其性能的灵敏程度,发现尾喷管上壁面型线起始点切线角度和外罩后伸长度对其气动-推进性能影响显著,而外罩后掠角的影响不明显;同时,减小尾喷管上壁面型线起始点切线角度,增大外罩的后伸长度和后掠角能提高尾喷管的推力特性和俯仰力矩特性,而增大尾喷管上壁面型线起始点切线角度,减小外罩后伸长度则对尾喷管升力的提高有益。     

非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算

研究了非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算方法.计算中考虑了固体壁面的发射与反射,以及燃气中水蒸气、二氧化碳和一氧化碳的吸收与发射.应用该方法计算了某涡扇发动机排气系统缩比模型的红外辐射强度,并且与实验结果进行了比较.结果表明,该方法能够比较精确地计算非加力涡轮发动机排气系统在35μm波段的红外辐射强度,具有工程实用性.      

一种高速风洞三维洞壁干扰壁压信息修正法

给出以壁压信息法为基础的高速风洞三维模型试验洞壁干扰修正方法。该方法要求洞壁附近为亚音速流动,但允许模型附近出现超音速区及激波。方法可用于各种通气壁或实壁风洞的亚跨音速试验。最后对四个模型在三种试验段中的二十多种试验进行了修正,其结果和NASA非线性修正方法的结果吻合得很好。     

环形射流喷口位置对激波聚焦起爆的影响分析

为了研究环形射流喷口位置对激波聚焦起爆爆震的影响,以氢气和空气混合物为例,对不同环形射流喷口位置条件下的激波聚焦起爆过程进行了数值模拟。结果表明,随着喷口距凹壁面距离L增大,直接聚焦起爆和凹壁面反射起爆所需的临界入射压力逐渐增大,相应的聚焦时刻会滞后,形成焦点的位置距凹壁面越远。     

二维激波斜壁问题的数值研究

1.前言 在数值模拟激波构造时,通常将流体看作理想流体,即对Euler方程用有限差分法求解。有限差分法的优点是通用性强,但将其用于计算激波问题时,会在不连续波面附近产生数值衰减、过冲或欠冲,难以进行精确计算。FCT(Flux-Corrected Transport Method)法是Boris等开发的一种新的计算方法,它能充分发挥有限差分法的长处,可有效地计算激渡问题。但是,能对二维复杂形状的绕流进行数值研究还是在Thompson等     

主动来流条件类平板断面气动力荷载效应分析

利用日本宫崎大学11×9多风扇主动控制来流风洞和高精度动态天平测力设备,测量了类平板断面在正弦风波来流条件三分量气动力荷载,比较了不同来流平均风速、波动幅值、脉动频率和积分尺度等参数条件下类平板断面荷载效应。报导并证实了大气边界层物理风洞固定壁面边界反射效应所产生的倍频放大效应;在获得并验证正弦风波加载离散频率荷载效应可线性迭加的有效频段区间内,初步比较了来流积分尺度和风速湍流度效应对于气动荷载效应的影响,阐明典型节段模型风洞试验结果与传统随机抖振气动力理论的差异。     

基于半经验模型的霍尔推力器壁面腐蚀形貌预测方法研究

为了研究霍尔推力器通道壁面溅射腐蚀对于推力器寿命的影响,针对霍尔推力器通道壁面溅射腐蚀演化过程,建立了预测推力器腐蚀形貌的半经验模型。该模型根据试验测量形貌数据,反推离子源模型,结合腐蚀速率公式,对霍尔推力器的壁面形貌进行演化预测。分别以SPT-100,T-220及KM-45短时间的壁面形貌作为输入条件,对不同功率量级推力器的壁面腐蚀过程、预测误差和腐蚀速率进行了研究。数值模拟结果表明,对于10kW级T-220,1kW级SPT-100以及百瓦级KM-45推力器,壁面形貌的平均误差分别为2.65%,2.88%和3.64%。推力器壁面形貌的预测结果与实际测量值基本一致,该模型可用于霍尔推力器壁面形貌预测以及寿命预估。     

基于雷诺平均Navier-Stokes方程的表面传热系数计算

采用有限体积法数值求解控制二维绕流的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,计算了光滑和粗糙NACA0012翼型以及圆柱表面的局部表面传热系数.分析了近壁面网格间距、湍流模式和表面粗糙度模型对数值计算结果的影响.结果表明:切应力输运(SST)湍流模型能够区分层流和湍流边界层的对流传热特性,并能预测转捩的发生;采用Spalart-Allmaras(S-A) 扩展模型能够计算粗糙壁面的对流传热系数,但采用忽略转捩函数的S-A模型不能有效计算层流边界层的传热系数.当近壁面网格间距接近10-5量级的黏性子层时,在光滑和粗糙壁面都能得到准确的传热系数分布.结合合适的近壁面网格间距,湍流模式和表面粗糙度模型可以得到与实验数据十分接近的表面传热系数曲线.通过与求解不可压缩RANS方程得到的结果比较后发现,不可压缩RANS方程主要忽略了压缩和黏性耗散效应,这种效应可以通过绝热升温项的形式并入总体热分析.      

局部流动分离诱导结构振动问题的数值模拟

基于非结构网格技术和SST-DES模型,采用流体与结构紧耦合策略,对飞机机身突出物（如雷达罩）下游的蒙皮振动过程进行了数值模拟计算。在求解NS方程过程中,使用有限体积法,结合有限元法求解结构运动方程。在时间域内模拟了不同结构参数和飞机不同迎角下的飞机蒙皮的结构响应,建立了亚音速条件下壁面流固耦合分析方法。计算结果表明：机身突出物诱导出的分离涡的确可以激发下游壁面的振动,其壁面振动的幅度与结构本身参数密切相关,振动主要为发生在壁面的法向上,随着迎角增加,壁面的振动减弱。通过基本原理和算例可以看出,方法可以预测不同条件下壁面的动态响应过程,适用范围宽,可以用于壁面结构的设计。