不同气动布局轰炸机电磁隐身性能对比研究

轰炸机是重要的空中武装力量,为研究其电磁隐身性能,以美军B-52、B-1B、B-2及概念机B-3为对象,分别建立了不同气动布局的轰炸机电磁模型A、B、C、D,基于物理光学法计算了不同状态的RCS(Radar Cross Section)曲线及各角域均值。结果表明,RCS曲线的分布特征与轰炸机气动布局、重要结构部件相关,同状态下A、B、C、D曲线依次向内收缩;频率增加时,布局A的RCS曲线变化较小而D曲线内陷,前向角域上布局B、C、D的RCS均值逐渐减小,后向角域上布局C、D逐渐减小;俯仰角对布局A散射曲线影响较大,其前后向峰值减小变窄,布局A的RCS均值较高,B、C、D较低,具有较好隐身性;布局A隐身性较差,B有提高,C、D具有优秀隐身性能。     

不同布局无人作战飞机电磁隐身性能分析

无人作战飞机是当前研究热点之一,为研究不同气动布局无人作战飞机的隐身性能,分别建立常规布局A、无尾飞翼布局B、三角形飞翼布局C的电磁模型。采用物理光学法,计算了不同状态的RCS（Radar Cross Section）散射曲线并分析了分布特点、频率及俯仰角响应特性。结果表明,无人作战飞机的电磁散射特性取决于气动布局和结构形式,也与机翼前后缘、机身、进气道、尾喷口、垂尾等细节设计相关,布局A在前后向均有散射波峰,而采用外形隐身技术的布局B、C无明显散射波峰;频率增加时,各布局不同角域RCS均值减小,布局C前向角域最低为-34.308 7 dBsm,俯仰角变化时,受布局结构外形设计影响,算术均值呈振荡变化;布局C在前、后向角域具有最好的多频隐身性能,布局B在前向角域的不同俯仰角隐身性能较好,布局A隐身性能较差。     

锯齿化进气道口面电磁散射影响分析

为研究锯齿化对电磁散射的影响,以两种飞翼布局为基础,建立了直线型、锯齿化进气道口面飞行器模型;采用物理光学法,数值计算了各模型在不同状态下RCS曲线,研究了锯齿化的散射分布影响及RCS减缩值的俯仰角、频率响应特性。结果表明：锯齿化进气道口面可有效降低头向、后向散射波峰,并影响其他角域波峰分布情况;俯仰角增大时,锯齿化RCS减缩值呈震荡递减趋势,不同布局不同角域上表现各异,幅值影响为10~30 dB;频率增加时,锯齿化RCS减缩值呈震荡变化,幅值影响为5~25 dB之间;锯齿化对不同布局的电磁散射影响不同,其中布局A头向30°角域的隐身性能提高最为明显,减缩值为20~30 dB。     

座舱隐身对常规战斗机电磁散射特性的影响

座舱是常规战斗机前向的重要散射源,为研究其散射特性,提出座舱隐身措施的电磁散射影响分析方法。基于某型常规战斗机,建立常规、隐身座舱的战斗机电磁模型,采用物理光学法计算多种状态的雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析RCS曲线分布特点、电磁散射的俯仰角和频率响应特性。结果表明:座舱隐身措施明显降低了前向腔体散射,使散射曲线前向波峰消失而向内收敛;俯仰角在一定范围内时,采用隐身座舱后,RCS前向均值约为-20 dBsm(入射频率6 GHz),相对减缩值随俯仰角呈“W”形分布,俯仰角为0°时达到最大值19.788 7 dB;频率增加时,前向RCS均值逐渐降低,而相对减缩值震荡变化,最大可达24.667 4 dB;其余角域上,俯仰角和多频响应特性相对较弱;座舱隐身措施可同时改善常规战斗机前向角域上的不同俯仰角、多频隐身性能。     

外形隐身改进对坦克目标电磁散射特性的影响

外形隐身是提高武器装备生存力的重要手段,为研究其对坦克的散射影响特性,提出分析外形隐身对坦克电磁散射影响的研究方法.基于某型隐身坦克,建立了隐身、常规坦克电磁模型,计算了多频、多俯仰角的雷达散射截面(radar cross section,RCS)及其减缩值,并进行了分析.结果 说明,外形隐身技术可使散射曲线向内收敛,并大幅降低坦克模型的散射强度(尤其在前后向角域);频率增加时,隐身模型的前向60°角域RCS均值逐渐减小,而减缩值增大,最高可达26.771 3 dB;俯仰角增加时,采用外形隐身后,前向RCS均值在-22.060 3～-18.608 3 dBsm振荡,在0°俯仰角外形隐身效果最好,减缩值可达24.473 4 dB,在其他俯仰角有降低趋势;外形隐身可明显改善坦克前向和后向隐身性能,并具有较强的多频、多俯仰角隐身改进作用.     

基于MLFMA的飞行器电磁散射特性分析

文章通过计算结果与测试结果、金属球双站RCS的Mie级数解结果的对比,证明开发的多层快速多极子算法程序可用于飞行器不同布局电磁散射特性研究;采用该算法求解分析几种飞行器典型布局沿方位角变化时的电磁散射特性,由不同角域内的算术均值、曲线趋势研究了各种布局的优缺点和相应的作战任务;从飞行器外形结构出发,分析了RCS曲线分布的原因,并提出根据作战任务进行飞行隐身设计的思想。     

外形修形对球面收敛矢量喷管RCS的影响

航空发动机是飞行器后向电磁散射的主要贡献源,对其采用雷达散射截面积缩减措施能够有效地提升飞行器后向隐身性能。球面收敛矢量喷管能够满足新一代战斗机对于机动性和隐身性的综合需求。基于迭代物理光学法,研究了对喷管扩张段进行不同角度斜切、修齿后球面收敛矢量喷管的后向雷达散射截面积分布。研究结果表明：斜切在俯仰平面上的RCS缩减能力较强,斜切角度为30°具有最佳的RCS缩减效果;修齿修形能够在两个探测面均体现较好的RCS缩减能力,发动机出口齿角为100°时具有最佳的RCS缩减效果;对航空发动机进行外形修形需要在飞机设计阶段进行综合考虑。     

非均匀来流下飞翼布局气动特性模拟方法研究

飞翼布局的非均匀来流会使得飞翼的流场不均匀,从而影响其气动性能。通过引入"网格速度"来计入非均匀来流的影响,求解非定常Navier-Stokes方程,实现了非均匀来流下飞翼布局气动特性的数值模拟。首先采用该方法对NACA0006翼型非均匀来流下的气动力响应进行了计算,计算结果与文献计算结果吻合良好。进一步对某飞翼布局飞机在非均匀来流下的气动力响应过程进行了数值模拟,得到了不同振荡速度比率下飞翼布局气动力系数随相位角变化曲线,结果表明,振荡速度比率越大,升力响应的幅值越大,非均匀来流对飞行器气动特性影响越明显。     

MLFMA用于不连续特征多频散射特性研究

对隐身飞行器、坦克等武器系统,缝隙等不连续特征对RCS的减缩和控制具有重要影响.基于混合场积分方程,开发出了多层快速多极子算法程序,通过将金属球双站RCS级数解、三缝隙实测曲线分别与多层快速多极子算法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)计算曲线进行对比,验证了程序的正确性,说明其可用于飞行器表面不连续特征研究.采用数值方法详细研究了单缝隙、三缝隙电磁散射与入射电磁波频率的变化关系.数值计算结果表明,入射电磁波频率增加时,对单缝隙,电磁散射增强,雷达散射截面算术均值增加,其中掠入射角域内的均值增加最为明显;同时单缝隙的散射曲线相似、次波峰向外偏移;对三缝隙,除具有单缝隙的特性外,还表现为相互耦合性、曲线振荡增强,通过分析认为3个单缝隙散射不同相位的相互叠加导致了其散射的耦合性,入射频率增加时,散射叠加的峰值位置发生相应变化,表现为耦合作用和振荡作用更加明显.该结论可以用来进行飞行器表面的缝隙散射的减缩设计,从而有效提高飞行器的隐身性能.     

三发矢量动力无舵面飞翼的技术验证

随着现代飞机设计技术的进步,传统的飞机布局和设计方法已经不能满足对飞机性能多样化的需求。而目前普遍飞行器的姿态控制都是依靠飞行器的舵面来完成的,但是传统舵面会带来隐身性降低、结构重量大、检修维护繁琐等诸多问题。为了提高控制飞行姿态的效率,该文在参考国内外飞翼布局飞行器的基础上设计并制作一款三发矢量动力无舵面飞翼验证机,验证飞行器的矢量动力装置代替飞行器舵面的能力。随着航空技术的发展,矢量推进技术越来越受到各个国家的重视,矢量技术可以提升飞机的机动性,抗失速性能,而无尾飞翼布局同样也受到航空界的广泛关注。该文将无尾飞翼布局与矢量推进技术相结合提出完全无舵面飞翼的设想,简化飞机结构,优化了整机的气动设计与结构架设。随着技术的发展,搭载了矢量动力系统的智能化飞行器将有一定前景。     

典型隐身飞机动态RCS时间序列研究

定义和推导了目标机体坐标系与地面雷达坐标系之间的坐标转换关系式,得到了雷达视线在目标坐标系中的方位角和高低角.通过软件FEKO对典型隐身飞机目标F-22进行建模,计算得到了目标全空域的静态RCS值,并利用Matlab仿真分析了动态目标的RCS特性变化.仿真结果表明:不同飞行高度以及不同的航路捷径均可以影响机动目标的RCS序列,且当目标作适当的俯仰机动后,可以减小目标RCS值,给隐身飞机设计飞行航线模拟主动进攻提供仿真依据.     

双隐身飞机自卫相干干扰对单脉冲雷达影响

针对单脉冲雷达检测跟踪协同自卫干扰状态的双隐身飞机编队时,角度跟踪与检测性能难以合理性评价问题,提出了一种基于侧双机编队盘旋航迹的隐身飞机协同自卫相干干扰模型.经过编队即时姿态分析,求解编队视线姿态角.结合静态全空域双机的雷达散射截面（RCS）数据库获取编队动态RCS序列,利用目标回波信号与相干干扰共同作用下单脉冲雷达角跟踪与检测机理,结合相应联合信干比分析模型,比较研究了隐身编队在常态飞行与协同自卫相干干扰状态下雷达角度的即时误差与瞬时检测概率的动态变化.仿真结果表明:编队自卫相干干扰能够有效使单脉冲雷达角度诱骗0.26°并使雷达检测性能下降34.97%,有效降低编队航程下失损率.      

基于FDTD的二维舰船RCS的计算

建立以某舰船为参照的艏向与正横向的近似二维模型,基于二维时域有限差分法计算舰船的艏向与正横向在不同频率入射波情况下的雷达散射截面,并根据计算结果对某舰船的雷达隐身特性进行分析．此方法能用于分析现有舰船的电磁散射特性,也能用来预估和优化未来武器系统对目标的电磁散射特性要求,为日后舰船RCS预估计提供依据．     

飞机动态RCS计算方法的修正与改进

飞机动态雷达散射截面(RCS)的分析能够为飞机隐身设计和测试评估提供重要理论支撑。针对现有动态RCS计算方法只能适用于有限角域的不足,对飞机本体系中雷达方位角的定义进行了修正,扩大了现有方法的适用范围。提出了一种新型的动态RCS计算方法,解决了现有方法中雷达视线角与飞机RCS值无法建立一一映射关系的问题,使用飞机本体坐标系与雷达照射坐标系的欧拉旋转角表征飞机的动态RCS值,相比传统方法具有更高的准确性。最后,仿真验证了当飞机处于机动状态时,新型的动态RCS计算方法得出的结果与现有方法相比有显著差异,其有效提高了动态RCS计算的准确性。     

双隐身飞机相干干扰对单脉冲雷达影响及影响有效性研究

针对当前关于双隐身飞机编队相干干扰对单脉冲雷达具体影响分析不足及误差有效性缺乏合理评价的问题,考虑双机回波相位差的随机性特点,建立了双隐身飞机相干干扰模型和角度误差评价模型. 设定双机突防运动场景,提取双机动态RCS,推导回波作用下的双机相干干扰引起的随机性角度误差计算式,求解随机性角度误差的一阶数字特征,并根据脱靶距离建立了角度误差有效性影响评价准则,解算角度误差的有效影响概率. 仿真表明:双隐身飞机相干干扰产生的角度误差均值较大,随机起伏性较弱,干扰效果较好,且误差对雷达影响有效概率较大,保证了编队突防安全性.