飞机隐身能力的思考

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1、对于飞机隐身能力的思考军用飞机的隐身性能是其生存力的一个重要指标，外形隐身以及隐身材料的应用是飞机隐身的重要措施。然而，单独应用外形隐身技术和隐身材料不能同时兼顾飞机的飞行性能和周围环境对其的影响，因此采用两者结合的隐身结构便成为解决这个问题的另一种重要途径。隐身结构是一种结合低可探测外形飞机的复杂曲面形状和部位，由非金属结构材料与吸波材料、透波材料及其他材料共同构成的承载复合吸波结构，这样就可以使减小飞行器电磁散射的手段扩展到整个机体，在满足外形和结构要求的前提下扩大了隐身材料的应用范围。利用结构内部几何与填充吸波材

2、料电磁参数的可调整性，经过一定的优化可以得到隐身效果良好的机翼。已有的研究表明，吸波电磁参数对隐身结构的电磁散射特性影响很大，同时，吸波材料厚度和劈尖角度的变化也对隐身结构的雷达RCS有一定的影响。鉴于此，我们在进行隐身结构机翼的优化设计时，以劈尖角度，3层吸波材料的第一层和第三层的厚度3个参数为设计变量，其中3层吸波材料的电磁参数分别为ε1'=1.29，tanδ1=0.23，ε2'=1.34，tanδ2=0.26，ε3'=1.66，tanδ3=0.40。吸波材料采用发泡泡沫塑料，其电磁参数可通过添加适量的碳粉进行调节

3、。ε1'，ε2'，ε3'分别为3种填充材料的介电常数，tanδ1，tanδ2，tanδ3分别为它们电磁损耗角正切。采用矩量法（MethodofMoment，MOM）对上述隐身结构进行数值模拟，矩量法是离散积分方程数学表达形式的离散化方法，由于积分方程自动满足辐射边界条件，因而尤为适合求解如散射和辐射等开域问题。和传统的处理电小和中等电尺寸问题的积分方程和微分方程方法相比，对于RCS问题，MOM及其快速算法具有精度高、未知量少等优点，成为这一类方法的首选。为了初步考察所采用隐身结构对机翼的RCS缩减的效果，首先对全金属机

4、翼和一个采用隐身结构的机翼的电磁散射特性进行了计算。图给出了全金属机翼和隐身结构机翼的向前电磁散射特性计算结果。计算中，单元为FEKO根据频率自动划分，最小单元长度为波长的1/10，单元总数约5400个，隐身结构机翼的初始几何尺寸为：劈尖62.78°，机翼前缘3层填充材料厚度均为38mm。对3层吸波材料厚度、劈尖角度进行优化，优化目标为考虑前向入射扇区内（-20°~20°）隐身结构的RCS最小，优化方位入射角见图4。本文以5°为步长，计算扇区内结构的RCS。在-20°~20°内选取典型的方位上RCS的加权和为目标函数。

5、隐身结构电磁散射特性优化问题的数学表达式为：设计变量：x1，x2，x3目标函数：约束条件：45°90°；1分别为劈尖角度、第一层填充材料厚度，和第三层填充材料厚度；σi为第i个入射方位角上隐身结构的RCS；Wi为加权系数；Si为比例因子，本文中Wi和S均取1。在飞机的飞行过程中考虑环境的影响,将随机抖动影响应用在运动目标的RCS计算中,拓宽了RCS的范围。图5所示为考虑随机抖动前后某飞机的RCS计算结果,其中雷达站的位置为(0,0,0),飞机以200ms速度,在4km高度做盘旋飞行,盘旋半径为20km。雷达波束频率为1

6、2GHz,采用垂直极化。计算出不同时刻飞机的飞行姿态及抖动,然后计算出其雷达散射截面。图中实线为未考虑随机抖动情况,虚线为考虑随机抖动的情况,二者比较可以看出随机抖动对目标RCS值的影响较大,对运动目标雷达散射截面的研究,具有重要的参考价值。