鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．3May．2010鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究李启鹏1，王和平1，孙珍2，付伟1(1．西北工业大学航空学院，陕西西安710072；2．中国矿业大学信电学院，江苏徐州221116)摘要：利用多层快速多极子方法计算鸭翼模型雷达散射截面(RCS)，分析了鸭翼前缘后掠角和展长对鸭翼RCS值的影响，并根据计算结果拟合了随前缘后掠角和展长变化的鸭翼RCS曲线。建立飞机模型，计算了鸭

2、翼不同偏转角时飞机的RCS值，研究鸭翼偏转对飞机头向RCS的影响。计算结果表明，鸭翼偏转会显著增大飞机头向RCS，影响飞机隐身性能。根据计算结果分析推导出鸭翼纵向操纵力矩、飞机头向RCS和鸭翼几何参数之间的函数关系，为鸭翼的隐身和气动优化设计提供了技术基础。对鸭翼上使用吸波材料的情况进行计算，结果验证了在鸭翼上涂敷吸波材料能够大幅降低飞机头向RCS。关键词：隐身技术；鸭翼；雷达散射截面；多层快速多极予方法中图分类号：V218文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03-0048-04

3、引言对于隐身飞机，当进气道、雷达罩、座舱等头向强散射源的雷达散射截面大幅减缩后，操纵舵面偏转产生的雷达回波将成为不可忽视的散射源。现役的隐身飞机，其头向RCS在0．1m2左右¨J，这相当于0．4m2不涂敷吸波材料的舵面偏转时的RCS，因此舵面偏转产生的RCS对隐身飞机头向隐身性能影响很大。尤其对于鸭式布局飞机，鸭翼偏转后会产生强度较大的镜面反射回波，对飞机头向RCS的影响较常规布局飞机大，因此需要研究鸭翼的雷达散射特性，并寻找方法来减缩鸭翼的RCS。本文首先建立了鸭翼的三维模型，利用多层快速多极子

4、方法(MLFMA)[2-3]计算模型RCS，重点研究了鸭翼前缘后掠角和展长对RCS的影响，并拟合了鸭翼RCS随这两个变量的变化曲线。然后研究了鸭翼偏转对飞机头向RCS的影响，建立了全机的简化模型，模型略去了进气道、座舱和雷达舱等头部强散射源，计算了鸭翼偏转不同角度时飞机的头向RCS。分析鸭翼偏转角与RCS值之间的关系，建立了鸭翼纵向操纵力矩、飞机头向RCS和鸭翼几何参数之间的函数式。鸭式布局飞机，可以通过优化设计鸭翼参数和安装角，使得在巡航状态或突防状态时，鸭翼偏转对飞机头向RCS的影响最小。另一

5、种减缩鸭翼RCS的方法是使用吸波材料，本文计算结果表明，在鸭翼上涂敷吸波材料，能够降低飞机头向RCS5dB一10dB。1MLFMA方法原理多层快速多极子方法是快速多极子方法(FMM)HJ在多层级结构中的推广，它是一种在多个层级上分组，层间嵌套，逐层递推来实现的快速多极子方法。快速多极子方法的数学基础是利用矢量加法定理对积分方程中的格林函数进行处理。多层快速多极子算法计算精度高，所需计算资源较矩量法少，对目标形状无特殊要求，能够满足复杂目标的电磁散射计算要求。在多层结构中，MLFMA方法逐层向上聚合

6、，又逐层转移和向下配置，嵌套递推来完成远区互耦分析中矩阵与矢量相乘。对于三维情况，它将求解区域用一个正方体包围，然后细分成8个子立方体，该层为第一层，接着将立方体再细分成8个更小的子立方体，这样得到第二层，此时共有82个立方体。依此类推，对于散射问题，最高层的立方体或正方形的边长为半个波长左右，这样就可以确定求解给定尺寸的目标散射时所需的层数。如图1所示。够⑨@l图1立方体分层示意将所有源散射体i对场散射体歹的贡献用快速多收稿日期：2009．12．28作者简介：李启鹏(1985一)，男，江苏连云港

7、人，硕士研究生，研究方向为飞行器结构设计。2010年5月李启鹏等：鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究．49．==================================================：==：：：：：：=：：：：：：：：=：：：：=：：：=：：：：：=：：极子方法可表示为式(1)卜51。Ⅳ∑Ajiai=∑∑Aji口i+i=l∥∈，vG‘EGm，4堡儡rId2j}‰(jc)∑Q。，(￡．一一，)∑噱，i(jc)口i，．Im∈儿，‘EGm’，∈G。(1)其中，A为稀疏矩阵

8、；口i为第i个源子散射体的电流幅度；‰，a。，噱。分别表示配置、转移、聚合因子；jc为角谱积分矢量；NG为来自该组的近区组的贡献；FG代表来自该组的远区组的贡献。经过多层快速多极子方法处理，原来的积分方程求解变为线性代数方程组的求解问题，可采用迭代方法中的共轭梯度算法来求解方程组。‘利用多层快速多极子方法计算目标的RCS时，首先将三维模型进行三角形网格划分，网格尺寸取为人射雷达波波长的1／8左右，若网格尺寸太大会影响计算的准确度，尺寸太小则需要更多的计算资源。假如网格的数量为Ⅳ，则