基于左手材料的飞行器隐身设计研究

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1、学校代码１０的９￣分类号Ｖ２１８－密敬学号２０１０１００２５１ＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＡＬＵ饥ＶＥＲＩＴＹ博±学位论文题目基于左手材料的飞巧器隐身技术研究作者徐含乐：；；康、．学科专业輔制导与控制－指导教师祝小平申请学位日期２０巧年１１月．：旅Ｉ隅逆西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：基于左手材料的飞行器隐身设计研究作者：徐含乐学科专业：导航制导与控制指导教师：祝小平2015年11月Researcho

2、fAircraftStealthDesignbasedonLHMByXuHan-leUndertheSupervisionofProfessorZhuXiao-pingADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyXi’anP.R.ChinaNovember2015摘要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

3、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

4、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

5、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

6、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。I西北工业大学博士学位论文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

7、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IIAbstractAbstractResearchesaboutstealthdesigntechnologyandimprovingsurviva

8、bilityhavebecomeimportanttopicsofhighperformanceaircraftfrontierresearchbyusingadvancedtechniquesandmethods.Left-handedmaterial(LHM)isanewkindofs