基于左手材料的翼面隐身结构设计及优化

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252014V01．35No．123331．3340ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．onhkxb@buaaedu．cndoi：10．7527／S1000-6893．2014．0176基于左手材料的翼面隐身结构设计及优化徐合乐1，祝小平1’*，周洲1，任武21．西北工业大学无人机特种技术重点实验室，陕西西安7100722．西安航天动力研究所，陕西西安710100摘要：翼

2、面隐身结构能同时满足飞行器机翼气动、结构和隐身的要求，但在空间有限的机翼中应用时，由于结构特点使其隐身效果受到限制。为了解决该问题，在传统隐身结构中加入左手材料(LHM)进行改进。首先选取一种典型的LHM，从隐身设计角度出发，利用其雷达散射截面(RCS)计算不同入射角度下的后向吸收率，对其电磁特性进行研究。然后根据LHM的电磁特性，将其应用于翼面隐身结构，在相同的RCS减缩效果下，应用LHM可有效降低隐身结构体积。最后，为了进一步提高隐身效果，提出一种夹芯型LHM翼面隐身结构，并对该隐身结构中的结构参数利用代

3、理模型进行优化。研究结果表明，相较金属翼面段RCS降低了15dB以上，较相同结构的翼面隐身结构RCS降低了10dB以匕。关键词：左手材料；隐身结构；优化；RCS；代理模型中图分类号：V218文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)12—3331一10自2008年左手材料(Left—handedMaterial，LHM)完美吸收体的提出[1]，众多研究者对这一领域进行了大量的研究。LHM是通过调控其结构单元中的电谐振和磁谐振，实现自身阻抗与空间阻抗的匹配，同时利用结构中的欧姆损耗及介质损耗对入射波

4、进行吸收。所以，与传统吸波材料相比，其厚度受入射波的波长影响较小，可以设计出薄型吸波材料，例如文献[2]～文献E7]中，微波段LHM厚度多小于5mm。同时，由于其结构多为单层或几层介质板，表面刻蚀不同花纹，重量可通过结构优化而降低，达到较轻的重量要求。而常见的结构吸波材料如夹芯型的蜂窝结构虽然重量轻，但其厚度多在几十毫米；涂覆型吸波材料虽然厚度较蜂窝结构小，但其密度大、维修成本高。此外，在较低频段，如L波段和C波段，其他类型吸波材料通常会由于厚度、重量、工艺等工程问题在实际中无法应用。而LHM在这些波段仍具有

5、厚度薄、重量轻、吸收率高的特性[5’6]。综上，LHM具有厚度薄、吸收率高、可应用于低频段等特点，为隐身设计提供了新途径。目前，国内外研究一方面集中于LHM的单元设计，在工作带宽、极化特性、入射角域以及工作波段等问题上不断进行优化；另一方面集中于LHM在天线设计、天线罩设计等的应用，但作为吸波体在隐身设计中应用的研究却鲜有报道[2。13

6、。在飞行器结构中，机翼或弹翼的前后缘是飞行器的强散射点之一，需要对其进行隐身处理。目前，对机翼前缘的隐身处理主要有两种手段。一种是对机翼的外部及内部使用涂覆型或结构型吸波材料

7、。F一22对翼面结构的前后缘等结构采收稿日期：2014-06-24；退修日期：2014-07-16；录用日期：2014—08—05；网络出版时间：2014—09．0511：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000．6893．2014．0176htmI基金项目：部级项目*通讯作者．Tel．：029-88451030E-mail：zhuxping@pub．xaolinesn．Gn嘲用播武IXuHL．ZhuXP，ZhouZ．eta1．Designandoptim

8、izationoflowdetectablewingstructurebasedonLHMEJJ．ActaAeronautloaetAstronauticaSinica．2014。35(12)：3331．3340．徐含乐。祝小平．周潲．等．基于左手材料的翼面噫身结构设计及优化￡Jj．航空学擢．2014．35(12)：3331-3340，航空学报用先进的宽频、高性能吸波结构复合材料，对其进行雷达散射截面(RCS)减缩。X一47B采用碳纤维复合吸波涂层材料[1“。这些单纯的吸波材料都具有重量大、不易维护等缺点。另

9、一种为将整个机翼设计为隐身结构，即在保持原有气动外形的条件下，将吸波材料同机翼中承力结构结合在一起。它是一种既能满足外形气动和结构要求，又能有效减少电磁波反射的多功能一体化结构。如B-2隐身轰炸机机翼蒙皮最外层涂覆磁损耗吸波涂层，蒙皮采用一种六角形蜂窝夹芯碳／环氧吸波结构材料，前后缘采用蜂窝夹芯结构，蜂窝网格内填充有磁损耗和电损耗吸波物质，夹芯上下为吸波波纹板m]。聂毅[16-173和李宏信E181