从探测概率的角度评价飞机的隐身性能

采用雷达散射截面(RCS)均值来衡量飞机的隐身性能并不能给出足够充分的信息,从信号检测概率的角度来衡量飞机的可探测性可以提供更完整的信息。本文从探测概率的角度详细分析了4种典型隐身飞机RCS起伏数据与虚警概率、探测概率、探测距离、信噪比(SNR)等参数间的关系,并给出了完整的推导过程,采用此方法可以对任意飞机目标在给定雷达参数下的可探测性进行准确计算。一般在雷达性能评估中需要用到RCS起伏模型,本文对飞机目标回波信号进行检测分析时采用数值计算方法,信号的概率密度函数(PDF)直接来源于原始回波起伏信号,避免了模型拟合带来的回波特性失真,且不会产生大的计算误差。通过对比分析计算结果发现:单脉冲检测下回波信号均值中值比越大,回波取值范围越小,则信号的检测概率越小,其中均值中值比一般相差3倍以上时可以得到明显不同的检测概率;在快起伏假设下,非相参积累检测的积累脉冲数Nin即便较小,也能得到较大的信噪比增益,此增益可能大于Nin。     

高超声速半球绕流流场电磁散射特性分析

分析再入流场对飞行器再入通信及空间散射特性的影响,研究电磁波与再入等离子体作用机理.采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法计算导电金属半球高超声速绕流流场电磁散射特性,分析半球等离子体包覆绕流流场雷达散射截面(RCS)随入射电磁波频率、双站角、飞行马赫数和高度变化特性.计算表明,前向是全方位散射中RCS取得最大值的方向.马赫数Ma≤10时,马赫数及高度变化对半球高超声速绕流流场L,S波段后向RCS和双站RCS影响很小;在L,S波段,绕流流场及半球本体的后向和前向RCS差距较小.马赫数Ma=14,16时,过密等离子体鞘套的形成增大了本体投影面积,在L,S波段,绕流流场前向RCS比本体前向RCS大;绕流流场存在对半球本体双站散射特性影响很大.      

关于低RCS目标外形优化中目标函数的确定

在分析了低RCS目标外形优化中现有的两种目标函数的局限性的基础上,根据雷达检测概率与目标RCS分布之间的关系,提出了一种新的目标函数,即目标在威胁区域内其RCS大于规定的临界RCS的概率。算例表明本文所提出的目标函数比现有的目标函数更为有效,适用范围更广。为低RCS目标外形优化设计以及气动与隐身一体化设计提供了一个合理而有效的目标函数。     

圆盘绕流近尾迹实验研究

采用烟线和PIV实验研究Re=22400时直径与厚度比D／H=5圆盘近尾迹（x／D〈5）流场结构。流向平面烟线显示表明圆盘尾迹有稳定的回流区和随机扭曲倾斜的三维涡旋结构。对烟线平面PIV测速数据统计平均,发现该回流区具有较好的对称性,且长度为2．1D。对PIV数据进行POD重构,发现流向雷诺正应力和切应力峰值出现在回流区两侧剪切层,横向雷诺正应力峰值出现在回流区驻点附近,其正是烟线显示涡旋结构脱落区域。圆盘尾迹涡旋结构的产生和脱落源于剪切层的不稳定性及其与回流区的相互作用。圆盘尾迹前两个模态含能仅为10．9％和10．2％,表明湍流结构的随机性;前10个模态含能45．9％可较好描述流场的平均雷诺切应力。     

高负荷对转压气机中尾迹传播机制研究

为了研究尾迹在高负荷对转压气机中的转播机制,采用频域的非线性谐波方法对两级高负荷对转压气机进行了非定常流计算。结果表明:在设计点,通过与定常流计算的结果对比,发现第二级转子在0%~25%的近叶根区域和67%~100%近叶尖区域,非定常得到的效率较小,而在25%~67%的叶中部分非定常的效率更大。研究了尾迹在这三个不同区域的传播规律。结果表明:在叶中,尾迹恢复效应在流动中起到了效率增益的作用;在叶尖,它会与机匣的附面层以及叶尖泄漏流作用,使得端壁附面层增厚和引起泄漏流熵增;在叶根,由端壁附面层产生的马蹄涡和分离涡会影响尾迹的传播,卷吸尾迹并导致尾迹破碎,引起掺混损失。     

静叶时序对压气机叶片附面层流动影响的数值研究

采用数值方法对两级低速压气机中径处的非定常流场进行模拟,针对压气机第2排静叶两个典型周向位置对动静叶干扰下的叶片附面层流动进行研究.建立尾迹与附面层干扰分析模型,结合叶片壁面摩擦力和近壁面附面层湍动能,详细分析了尾迹和势流干扰下静叶时序改变对叶片附面层流动产生的影响.对第2排静叶附面层的研究结果表明:静叶时序改变了尾迹在其叶排中的输运特征,能够降低壁面摩擦力和近壁面湍动能及其非定常最大波动幅值,影响吸力面附面层内动叶尾迹后沉寂区的宽度.在非定常条件下,尾迹能够诱导静叶层流附面层在尾迹干扰的局部范围内转捩发展为湍流状态,同时高湍流度尾迹的干扰具有抑制逆压梯度下附面层分离的作用,并能够延长层流区的范围.     

高超声速飞行体亚密湍流尾迹RCS特性的相似规律研究

再入或临近空间高超声速飞行器在大气层中飞行时,会形成等离子体绕流和尾迹,将严重影响飞行器的电磁散射特性,从而使得临近空间高超声速飞行器表现出与大气层内常规飞行器和大气层外轨道飞行器在电磁散射特性上的明显不同,对飞行器的探测、跟踪带来新的挑战。弹道靶是高超声速飞行器尾迹电磁散射特性研究的重要设备,为了由弹道靶试验结果外推出真实飞行条件下亚密湍流尾迹的RCS,本文从高超声速流场模拟的双缩尺率和亚密湍流尾迹RCS模拟的Born近似出发,推导出真实飞行条件下和地面弹道靶试验之间亚密湍流尾迹RCS模拟的一种相似规律,推导结果显示当D1/D2=η,V∞1=V∞2,ρ∞1/ρ∞2=1/η,ω1/ω2=λ2/λ1=1/η时,雷达散射截面服从σ1/σ2=η4的相似规律。推导出的相似规律可以为超高速飞行器亚密湍流尾迹RCS研究提供技术支持。     

离心压气机中进口导叶尾迹的形态、输运及与叶轮流场的相互影响研究

对跨声速离心压气机中进口导叶与叶轮的相互影响作用进行了数值模拟研究,研究模型包括三种几何间距模型及对同一间距几何模型使用了两种不同的转静子交界面位置设定。计算结果表明：转静子交界面位置的设定对于多排叶片混合平面法定常计算性能会产生较大影响,5%叶轮轴向长度的变化就可造成1%的效率、2%的压比差别;进口导叶与叶轮的叶排间距大小对离心压气机级气动性能影响很小,但间距较小时会造成流场内较大的压力波动。在近叶排间距时,导叶切割叶轮激波会在导叶压力面侧产生一个高损失区,并沿导叶表面向上游传播;该高损失区由激波压力波造成。此外,激波存在与否,影响到两排叶片流场的相互影响作用强度：激波使叶轮对导叶流场的影响几倍甚至十几倍大于导叶对叶轮流场的影响;激波的影响作用使导叶压力面、吸力面侧压力波动由不同的原因造成。最后,在近叶排间距时,初始进入叶轮通道内且靠近主叶片压力面的尾迹相对靠近吸力面的尾迹片会滞后;完全进入叶轮通道后,近压力面侧尾迹的滞后更显著。     

飞机在有源干扰保护下的探测概率研究

研究了飞机与雷达探测系统遭遇时，雷达对飞机的探测概率随距离的变化问题，采用X^2类目标波动模型，针对飞机在有源干扰保护的情况对探测概率随距离的变化进行了研究，对不同RCS对探测概率的影响问题进行了分析，研究结果可为飞机的雷达探测敏感性评估，飞机生存力的定量化分析与权衡，以及雷达探测系统的效能评估提供量化依据。     

隐身飞机机身侧棱电磁散射特点分析

隐身飞机机身侧棱是侧向重要散射源,研究其电磁散射特点具有重要意义。建立机身侧棱分析模型,采用多层快速多极子算法(MLFMM)进行计算,获得雷达散射截面(RCS)沿水平面方位角的分布数据;构建RCS峰值、波峰宽度、旁瓣均值三维度评价方法,基于该方法分析机身侧棱电磁散射的极化特性和频率特性;针对棱边长度、棱边尖劈角、棱边厚度三项关键几何参数,建立变参数模型并通过仿真研究RCS对几何参数的敏感性。结果表明:RCS峰值对棱边长度及棱边尖劈角比较敏感,波峰宽度对频率比较敏感,旁瓣均值对频率及棱边尖劈角比较敏感。     

翼型近尾迹流中大尺度涡结构的理论模型

根据流动稳定性理论相干结构的相关理论 ,提出了一种二维波模型来描述翼型近尾迹流动中的大尺度涡结构 ,通过采用对近尾迹流动区域分区处理的方法计算了近尾迹区域的大尺度涡结构。计算所得的流线图 ,涡量分布以及雷诺应力分布具有与实验结果相似的分布规律。说明该二维模型能够较好的描述近尾迹流动中这种大尺度涡结构的运动学和动力学特性      

飞行器雷达隐身性能评估研究

考虑飞行器与雷达的对抗环境和相对位置关系,通过建立雷达的探测模型以及飞行器的雷达散射特性模型,初步构建了飞行器雷达隐身性能评估系统。该系统可以有效地计算RCS的不同而引起的发现概率及暴露距离的变化,从而可以定量地比较隐身性能的变化;还可以根据暴露距离或预警时间的要求,制定出满足该要求的RCS指标的取值,从而指导隐身飞机RCS指标的确定。对算例的计算分析表明,该系统的计算结果可信,具有一定的实用价值。     

吸波材料脱落对球面收敛喷管电磁散射特性的影响

在雷达吸波材料（RAM）涂覆位置影响球面收敛喷管（SCFN）雷达散射特性的结论上,研究了雷达吸波材料的脱落对SCFN雷达散射截面积（RCS）缩减效果的影响规律,采用加入阻抗边界条件的迭代物理光学（IPO）方法,计算了SCFN在5种不同脱落概率下的电磁散射特性。研究结果表明：吸波材料涂层的脱落会增加SCFN的RCS幅值;在俯仰探测面当脱落概率达到0.7时,依然能够保持68.19%的RCS缩减能力;在偏航探测面,当脱落概率达到0.5时,需要及时对吸波材料涂层进行修复。     

叶尖泄漏流/尾迹掺混对串列转子非设计点性能影响

在串列转子设计中,为研究前后排叶片周向位置的变化所引起的泄漏流/尾迹之间掺混的变化对串列转子近失速点性能的影响,首先建立了泄漏流/尾迹掺混分析模型.模型分析结果指出流动掺混可以有效减小通道下游堵塞.在模型分析的基础上,进一步在高负荷串列转子中进行了不同周向位置的对比研究,对模型进行了验证;研究发现在近失速工况,对比无掺混情况,后排叶尖泄漏流/前排尾迹掺混使叶尖堵塞减少了近20%,从而使得高负荷串列转子的失速裕度相对提高了11.7%.      

单脉冲跟踪雷达多目标检测算法性能分析

对2种检测单脉冲雷达主波束内是否存在2个不可区分目标的算法进行了推广,将其应用到波束内可能存在N个不可区分的目标,并仿真了波束内存在3个目标时的检测性能。仿真表明,在总信噪比相同时,3个目标的检测概率不一定大于2个目标的检测概率,处于方位向上间距最大的2个目标的信噪比对整个检测概率影响较大。     

基于动态RCS的隐身飞机探测概率研究

动态RCS是影响战斗机突防概率的重要因素。围绕动态RCS这一关键要素,建立了空空动态RCS求解模型,得到了典型机动下战斗机的动态RCS变化规律,并分析了基于动态RCS的典型机动下的雷达探测概率。基于仿真的静态RCS数据库,耦合飞机抖动模型,研究了拉升机动、空间机动以及空空对抗下某型隐身飞机的动态RCS。通过仿真发现:战斗机的机腹、垂尾及尾喷管部位RCS较大,从而导致了较高的探测概率;对于拉升机动,保持较大的航路捷径更有利于隐蔽突防。     

第二代低阶面元法耦合自由尾迹计算旋翼桨叶气动载荷

采用第二代低阶面元法耦合自由尾迹预估修正法计算旋翼在轴流状态下的气动载荷。在计算中考虑桨叶的三维几何特性,采用矩形、三角形单位平面重构桨叶几何外形;桨叶尾迹采用全展尾迹,其中包括三圈自由尾迹(近尾迹)和四圈远尾迹;并利用桨叶翼型风洞试验数据对气动载荷进行粘性修正。通过和CFD方法进行对比分析,证明了所采用的计算方法的优点。     

基于计算电磁学方法的旋翼雷达散射截面特性

以Maxwell方程组为主控方程,时间离散采用4步Runge-Kutta法,空间离散使用MUSCL(monotonic upstream-centered scheme for conversation laws)格式与Steger-Warming通量分裂结合的方法,建立了一套基于时域有限体积法的旋翼RCS(雷达散射截面)特性数值计算方法.采用代数方法生成围绕旋翼的O型贴体、正交网格.在验证方法有效性基础上,着重分析了旋翼平面和翼型RCS极化、入射角、电尺寸等影响特性,并给出了翼型几何特点对RCS的影响规律;然后运用线性加权和法进行了旋翼翼型隐身性能的综合筛选.研究表明:旋翼RCS动态包络线是一个强散射水平的连续振荡区域;选取3片桨叶旋翼的最大雷达探测距离为2片桨叶的82.2%,且有利于控制旋翼的散射最大峰值.同时,HH02旋翼翼型在4个重要的散射角域,最大探测距离分别为NACA0012翼型的105.1%,99.4%,86.6%和83.5%,表明综合雷达隐身性能最好.     

探针支杆对压气机转子性能及流场影响的数值模拟研究

为了研究探针支杆对压气机转子性能及流场的影响,以低速轴流压气机单转子为研究对象,利用定常和非定常计算方法分析了在转子叶片上游50%弦长位置处安装探针支杆后转子整体性能及流场结构的变化。结果表明:支杆的存在会使压气机转子设计点静压升下降1.09%,损失增大8%;近失速点静压升下降0.8%,损失增大4.2%。同时支杆尾迹会周期性改变泄漏涡的形态与强度,不会改变泄漏涡破碎导致的泄漏涡脱落频率。支杆尾迹造成的非定常效应使叶尖区域局部总压升有所升高,在近失速工况下,总压升提高更显著。     

军用直升机雷达隐身性能仿真与评估

采用高频方法计算了某型通用直升机及其隐身改型的RCS数据,基于现有雷达隐身性能计算方法和直升机低空飞行特点,对直升机在单部雷达和雷达组网两种情况下的雷达隐身性能进行仿真分析,给出了单部雷达和雷达组网发现目标的判定准则,分析了直升机可探测范围曲线、平均综合检测概率和暴露时间等隐身指标。通过仿真分析,评估了不同飞行高度下RCS减缩与直升机隐身性能的定量关系,为直升机的隐身设计提供了参考依据。