基于左手材料的飞行器隐身设计研究

发布时间：2017-08-14 00:15

  本文关键词：基于左手材料的飞行器隐身设计研究

  更多相关文章： 左手材料 参数提取 传输/反射法 缩比测量 后向散射 RCS估算 翼面隐身结构 飞翼布局飞机 垂尾 天线舱

【摘要】：采用先进技术和方法研究飞行器隐身设计技术、提高生存能力已成为高性能飞行器前沿研究的重要课题。左手材料是一种新型结构材料,具有吸收率高、厚度小、重量轻、适用范围广等优点,近年来成为关注的焦点。本文从隐身技术需求的角度出发,展开了左手材料在隐身设计中应用方法的探索性研究,并首次利用左手材料进行飞行器隐身设计。论文主要分为理论研究和应用设计两部分,理论研究主要包括左手材料数值模拟、参数提取、电磁缩比测量方法及电磁特性等方面的研究;应用设计主要包括在飞行器中利用左手材料进行机翼前缘、天线舱以及垂尾的隐身设计。本文主要研究工作包括以下几个方面:1、提出一种基于双向耦合补偿的传输/反射法,解决了传统传输/反射法在左手材料电磁参数提取时由于未考虑耦合作用而出现误差的问题。该方法通过将左手材料结构单元等效为双端口网络,研究两个强耦合方向中耦合补偿的方法。仿真结果表明该方法提高了左手材料电磁参数的提取精度,为后续左手材料区域等效提供了电磁等效参数提取方法。2、提出同频缩比估算和基于阻抗边界的矩量法-物理光学法混合估算两种左手材料雷达散射截面(RCS)估算方法,解决了左手材料电大尺寸目标中因模型较大RCS难以计算的问题。同频缩比估算方法根据RCS计算通用公式,利用同频缩比模型RCS估算实际模型RCS。基于阻抗边界的矩量法-物理光学法混合估算方法中,将左手材料利用等效电磁参数等效为均匀介质后,采用矩量法和物理光学法对整体模型进行分区域混合计算。通过制作实物模型并进行微波实验,验证了两种估算方法均可以较为准确地估算RCS,为后续左手材料在电大尺寸目标中隐身设计提供了计算方法。3、提出了一种夹芯型左手材料翼面隐身结构,有效解决飞行器机翼前缘强散射问题。该翼面隐身结构根据文中研究的左手吸波材料电磁特性,利用左手吸波材料、尖劈结构及渐变泡沫层对机翼前缘进行改进,并通过基于代理模型的多岛遗传算法对该隐身结构中结构参数进行优化。仿真结果表明:该隐身翼面结构可显著降低飞行器机翼前缘RCS,相较金属翼面段RCS减缩最高可达15dBsm,相较金属腹板RCS减缩最高可达25dBsm。4、提出了一种左手材料隐身垂尾设计方法,解决了飞翼布局飞机航向稳定性差的问题。该隐身垂尾根据飞翼飞机航向稳定性要求进行垂尾设计,然后利用左手吸波材料对垂尾进行隐身设计。根据文中设计制作了相应的实物模型,模型的仿真结果和微波实验数据均验证了飞翼布局飞机采用隐身垂尾后RCS仅有较小增幅,而航向稳定性显著提高。5、采用左手材料设计了隐身天线舱,解决了飞行器由于安装天线舱导致RCS显著增大的问题。首先利用制作的左手天线舱模型进行了微波实验,验证了左手材料舱体结构中计算方法的准确性,然后尝试利用左手材料对天线舱进行隐身设计,并研究了不同结构参数下左手材料天线舱的散射特性。计算结果表明采用左手材料隐身材料天线舱后飞行器隐身性能没有显著增大。
【关键词】：左手材料 参数提取 传输/反射法 缩比测量 后向散射 RCS估算 翼面隐身结构 飞翼布局飞机 垂尾 天线舱
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V218
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 隐身技术概述12-14
• 1.1.1 隐身技术重要性12
• 1.1.2 飞行器雷达隐身技术12-13
• 1.1.3 雷达隐身技术存在的问题13-14
• 1.2 左手材料概述14-19
• 1.2.1 左手材料的发展14-15
• 1.2.2 左手材料的电磁特性15-17
• 1.2.3 左手材料的应用17-18
• 1.2.4 左手吸波材料研究现状18-19
• 1.3 论文研究背景19-20
• 1.4 论文各章节内容安排20-22
• 2 左手材料计算方法及验证方法研究22-60
• 2.1 左手材料数值模拟方法研究22-31
• 2.1.1 电磁计算方法理论22-26
• 2.1.2 数值模拟结果与分析26-31
• 2.2 基于双向耦合补偿的左手材料传输/反射法31-42
• 2.2.1 传统传输/反射法31-33
• 2.2.2 左手材料结构及相邻单元耦合关系33-35
• 2.2.3 双向耦合补偿方法35-40
• 2.2.4 基于双向耦合补偿的传输/反射法40-41
• 2.2.5 改进传输/反射法仿真结果41-42
• 2.3 金属底板左手吸波材料参数提取42-46
• 2.3.1 金属底板左手吸波材料参数提取弊端42
• 2.3.2 基于Nicolson-Ross算法的参数提取方法42-44
• 2.3.3 参数提取仿真结果44-46
• 2.4 左手吸波材料缩比测量方法研究46-59
• 2.4.1 经典相似律46-47
• 2.4.2 有耗介质相似律47-53
• 2.4.3 左手材料的相似律53-55
• 2.4.4 左手材料缩比测量方法55-59
• 2.5 本章小结59-60
• 3 左手吸波材料电磁特性研究60-86
• 3.1 左手吸波材料电磁特性分析及测试验证60-73
• 3.1.1 左手吸波材料表面电流和场分布60-62
• 3.1.2 左手吸波材料后向散射分析62-66
• 3.1.3 左手吸波材料后向电磁特性66-70
• 3.1.4 实验及仿真验证70-73
• 3.2 曲面左手吸波材料的电磁特性研究73-84
• 3.2.1 曲面左手吸波材料模型73-74
• 3.2.2 曲面左手吸波材料表面电流和场分布74-81
• 3.2.3 曲面左手吸波材料材料的吸收特性和散射特性81-84
• 3.3 本章小结84-86
• 4 左手材料电大尺寸目标的估算方法研究86-110
• 4.1 FITD在左手材料电大尺寸目标中计算弊端86-88
• 4.2 同频缩比估算方法88-100
• 4.2.1 金属同频缩比估算方法及验证89-93
• 4.2.2 左手吸波材料同频缩比估算方法及实验验证93-100
• 4.3 MOM-PO混合估算方法100-106
• 4.3.1 传统MOM-PO混合算法100-102
• 4.3.2 基于阻抗边界的左手材料MOM-PO混合估算方法102-103
• 4.3.3 仿真及实验验证103-106
• 4.4 两种估算方法对比106-108
• 4.5 本章小结108-110
• 5 基于左手材料的翼面隐身结构设计110-122
• 5.1 翼面隐身结构110-111
• 5.1.1 隐身结构110
• 5.1.2 翼面隐身结构110-111
• 5.2 基于左手吸波材料的翼面隐身结构设计111-115
• 5.2.1 金属尖劈及左手材料尖劈散射特性112-114
• 5.2.2 夹芯型左手材料翼面隐身结构114-115
• 5.3 左手材料翼面隐身结构优化策略115-117
• 5.3.1 试验设计法116
• 5.3.2 代理模型116-117
• 5.3.3 优化方法117
• 5.4 基于左手吸波材料的翼面隐身结构优化117-121
• 5.4.1 优化模型的建立118
• 5.4.2 优化流程118-119
• 5.4.3 优化结果119-121
• 5.5 本章小结121-122
• 6 基于左手材料的隐身垂尾设计122-144
• 6.1 飞翼布局的隐身特性计算分析122-125
• 6.2 无尾飞翼的稳定性问题125-126
• 6.3 垂尾飞翼飞机的稳定性和隐身特性126-129
• 6.3.1 垂尾对飞翼布局飞机稳定性改善126-128
• 6.3.2 垂尾对飞翼布局飞机隐身特性的影响128-129
• 6.4 飞翼飞机中的左手材料隐身垂尾设计129-141
• 6.4.1 平面左手吸波材料垂尾129-132
• 6.4.2 曲面左手吸波材料垂尾132-137
• 6.4.3 具有左手材料垂尾飞翼飞机及实验验证137-141
• 6.5 本章小结141-144
• 7 基于左手吸波材料的天线舱设计144-156
• 7.1 天线RCS及机载天线系统144-146
• 7.1.1 天线RCS144-145
• 7.1.2 机载天线系统RCS特性分析及隐身措施145-146
• 7.1.3 天线舱隐身146
• 7.2 左手材料隐身天线舱设计146-155
• 7.2.1 左手材料舱体计算方法及其实验验证146-148
• 7.2.2 左手材料舱体模型148-149
• 7.2.3 不同剖面左手材料舱体散射特性149-151
• 7.2.4 隐身天线舱设计151-152
• 7.2.5 具有隐身天线舱的飞翼飞机152-155
• 7.3 本章小结155-156
• 8 总结与展望156-160
• 8.1 论文工作总结156-158
• 8.2 论文创新点158-159
• 8.3 研究工作展望159-160
• 参考文献160-168
• 致谢168-169
• 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况169-170

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 付梅艳;陈再高;王s，

本文编号：669759