介质涂覆位置对球面收敛喷管电磁散射特性影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr252017V01.38No.4SSN1000.6893CN11.1929/Vhttp:Hhkxb.buaa.edu.CRhkxb@buaa.edu.cn介质涂覆位置对球面收敛喷管电磁散射特性影响郭霄*,杨青真,施永强,杨惠成,白进西北Z-业大学动力与能源学院,西安710029摘要:外形设计和隐身材料使用是缩减目标雷达散射截面积(RCS)的两种常用方法。为了研究雷达吸波材料(RAM)对于球面收敛矢量喷管(SCFN)的RCS减缩效果,采用引入阻抗边界条件后的迭代物理

2、光学(IPO)法,研究了球面收敛二元喷管及8种吸波材料涂覆方案的电磁散射特性,并获得了X波段下9种模型的后向RCS随探测角度的变化规律。研究结果表明:吸波材料涂覆可以有效地缩减球面收敛喷管的RCS;合理的涂覆方案可以在保证RCS缩减效果的基础上,降低吸波材料的使用量;相比全涂覆方案,仅在喷管出口和球面段进行涂覆,可以在吸波材料减少30%使用量的情况下,达到全涂覆方案80%的缩减效果。关键词:迭代物理光学;阻抗边界条件;雷达吸波材料;球面收敛矢量喷管;雷达散射截面积中图分类号:V231文献标识码:A文章编号:1000~6893(2017)04—32

3、0430—09飞机发动机喷管是典型的腔体结构,腔体结构是一种强散射源,对于飞机的目标雷达散射截面积(RCS)有巨大的贡献,对喷管进行RCS缩减可以有效地缩减飞机的目标RCS。1]。球面收敛矢量喷管(SCFN)的收敛段采用万向节的球形结构,扩张段则采用矩形截面。SCFN可以兼顾轴对称截面结构矢量效率高、压力分布均匀以及矩形截面结构易于与机身进行一体化设计,是唯一列入美国IHPTET计划的矢量喷管[2]。国内外学者针对SCFN的流动特性开展了研究,Taylor针对9种不同的SCFN进行了实验研究,对球面收敛段与矩形扩张段链接设计给出了大量的参考结论[

4、3。4]。张靖周等通过实验的手段获得了SCFN的热射流特征,观察到了出口截面的“马鞍”形异形总压分布以及热射流的不对称分布[5]。王宏亮研究了喉部不同的宽高比对SCFN喷管流动特性的影响[6]。对于SCFN喷管的电磁隐身特性,崔金辉等将射线追踪法应用在SCFN的电磁散射特性计算中口。9]。杨胜男等研究了SCFN喷管的电磁散射特性,计算了不同频率下的SCFN的RCS特性,得到了频率对SCFN喷管电磁特性的影响[1⋯。SCFN是重要的矢量喷管,但从已经公开的研究资料来看其气动特性研究有待补充,雷达散射特性研究仍需完善,介质涂覆的研究还未开展。如何对S

5、CFN喷管进行有效的涂覆不仅对于SCFN的隐身特性具有重要的意义,同时对于SCFN喷管的气动设计具有重要的参考价值口1。”]。本文以迭代物理光学(IterativePhysicalOp—tics,IPO)法为基础,通过引入阻抗边界条件实现涂覆吸波材料的电大尺寸腔体电磁散射特性计算,研究了不同涂覆位置对SCFNRCS的影响。收稿日期:2016-05—11;退修日期:2016—10·14;录用日期:2016—11-10;网络出版时间:2016—11—2114:44网络出版地址:WWW.cnki,neVkcms/detail/11.1929.V.201

6、611211444.016.html*通讯作者E-mail:gx一19880013@163com引用格或;郭霄,杨青真。施永强.等i介质涂覆位置对球蟊收敛喷管电磁散射特性影响!Jj.航空学报.2017,38(4):320430.GUOX.YANGQZ,SillYQ,eta1.ElectromagneticscatteringcharacteristicsofsphericalconvergentvectornozzlewithcoatingmediumatdifferentpartsEJJ.ActaAeronauticaetAstronautic

7、aSinica,2017,38(4):320430320430.1航空学报1计算方法IP0法是建立在物理光学近似的基础之上,考虑腔体壁面之间的电磁波多次反射,通过迭代方法求解电场积分方程,进而求解得到腔体的电磁散射场的一种电磁数值计算方法口引。IPO用光学电流与修正电流叠加来近似目标表面的真实电流,因此IPO法可以解决深度较大的腔体散射问题。为了提高IPO法的迭代计算效率,在迭代计算中引入前后向迭代物理光学方法和松弛因子技术口“。为了能够计算涂覆有吸波材料的电大尺寸腔体电磁散射问题,在IPO的基础之上引入阻抗边界条件。阻抗边界条件最早由Leont

8、ovich提出,在此基础上,国内外的科研工作者对阻抗边界进行了深入的研究,使其能够满足介质涂覆数值模拟计算[15。19]。一般阻抗边界条

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