高超声速巡航飞行器机身多目标优化设计

类乘波体构型是高超声速巡航飞行器的重要气动布局之一.对这类构型的机体进行多目标优化设计能极大地提高飞行器的总体性能.本文采用多目标混合遗传算法,通过两种优化策略,实现了类乘波体高超声速巡航飞行器机身的总体性能多目标优化设计,考虑的性能指标包括机身气动升阻特性、推阻特性、配平特性、雷达隐身特性、机身容积以及驻点温度等等.优化设计得到了Pareto最优前沿面,获得了比基本构型飞行器总体性能更优的构型方案.通过对优化结果的分析,指出机体/推进一体化设计的不足和进行总体性能多目标优化设计的必要性,给出一个最优布局构型,并进行了气动力风洞实验,验证了最优布局的气动特性.     

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.     

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.     

舰艇雷达散射截面的计算公式

通过引入雷达散射截面的概念,采用物理光学积分、几何建模等电磁散射方法,给出舰艇目标有效散射截面的精确计算模型;介绍了舰艇有效散射截面的经验估算公式并提出了修正方法;基于实际测量数据与理论计算结果的比较分析,对算法的可信度和工程应用价值给出了评价。     

预追踪法在搭建RCS计算平台中的应用

 介绍综合不同RCS贡献机理的计算平台的搭建方法。针对射线追踪法的计算量是这类RCS计算平台计算效率的瓶颈这一现状,提出仅对多次散射区采用射线追踪计算来减小计算量的方法。给出一种通过粗略的射线追踪来确定多次散射区的方法,并用该方法获得任意目标的散射分布图。对预追踪法在RCS平台的搭建中的应用方式进行探讨,并预测效果。通过具体的计算实例验证预追踪法的效果,并给出几类典型目标的多次散射区比例系数,可供采用预追踪法时参考。计算结果表明,在不改变计算精度的条件下,预追踪法可以将RCS计算平台中射线追踪部分的计算量减少到原来的1/3以下。对散射分布的可能应用做出展望,可以作为后续工作的指导。     

中心线形状对S形二元收敛喷管雷达隐身设计的影响

为了探求中心线形状对S形二元收敛喷管电磁散射特性的影响规律,在S形二元收敛喷管进出口面积、偏心距、面积变化规律不变的条件下,结合超椭圆方法设计了5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管,采用多层快速多极子方法对上述5种喷管进行了雷达散射截面(RCS)仿真计算和分析。结果表明：5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管在不同频率和不同极化条件下表现出不同变化规律的雷达隐身特性;综合分析中心线形状C(缓急相当)的喷管整体雷达隐身性能较好,RCS平均值最高为0.953 dBm²、最低为-1.3 dBm²;中心线形状E(前急后缓)的喷管,RCS平均值为1.6 dBm²～2.209 dBm²;中心线形状B的喷管雷达隐身性能最差,RCS平均值最高为2.71 dBm²、最低为0.081 dBm²。     

电子干扰对飞机生存力的影响

介绍了对敌方空防系统实施电子干扰时飞机生存概率的计算方法；以飞机对某一目标要地突防为例，计算了飞机的生存概率。结果表明，对敌方空防系统实施电子干扰可以降低飞机被探测的概率，缩短截击机对飞机的最远拦截距离，降低地空导弹对飞机的射击精度。在缩短飞机雷达散射截面的同时，对敌方空防系统实施电子干扰可以显著提高飞机的生存力。     

温度、密度对目标等离子体隐身效果影响的FDTD分析

采用等温近似,给出覆盖目标的不均匀的、各项同性的、热的、碰撞的、等离子体的电磁反射的三维FDTD算法的公式。在一维条件下,计算了不同密度分布、不同温度的等离子体对电磁波的反射系数。给出了温度、密度对电磁波在等离子体中的碰撞吸收的影响。结果显示,增大等离子体的温度和密度将有利于等离子体对电磁波的吸收,增大吸收的带宽,减小等离子体覆盖目标对电磁波的反射。     

基于二级优化的低RCS外形设计方法

针对飞行器外形隐身优化问题,提出了一种流程简单,可同时优化外形轮廓和剖面形状的二级优化方法。这种方法将优化流程分为外形轮廓级和剖面形状级两个层次:外形轮廓级优化任务是将轮廓形状参数传递给剖面形状级,并对外形轮廓进行优化;剖面形状级优化任务是对剖面形状进行优化,并将目标函数值返回外形轮廓级。二级优化的最终结果可获得最优的轮廓形状和剖面形状。以一个具有低RCS特征的飞行器机身为算例,验证了这种二级优化方法的可行性和有效性。     

MoM法分析目标面-线-面结构的散射特性研究

在准确分析目标隐身性能的基础上,对于目标面-线-面结构中导线与导体的连接问题,采用矩量法(MoM)进行分析.通过将结构中的导体与导线离散化,结合Costa基函数,很好地解决了目标面-线-面结构连接域中电流不连续的关键问题,获得了目标结构的矩量解和散射场.最后,通过Matlab编程与HFSS仿真进行比对,计算结果基本吻合,证明了结构中导线的引入使得隐身目标的电磁散射特性发生明显变化,并且验证了MoM法及Costa基函数在面-线-面结构散射场计算中的有效性和准确性,为隐身目标复杂结构散射特性研究提供了一种新的计算方法.