结构吸波材料的隐身性能研究

论文摘要

隐身技术作为提高武器系统的生存能力和突防能力的有效手段,受到世界各国的高度重视。结构吸波材料兼具吸波与承载的双重功能,且具有可设计性,因其质轻、强度高,又能较好的吸收电磁波而广泛应用于飞机的机翼、尾翼和机身等部位。雷达隐身技术的本质是尽可能降低目标的雷达散射截面（RCS）,从而减小被雷达探测到的机会。目标RCS的精确计算和预估是飞行器隐身设计极其重要的内容。本文设计了多种形式的结构吸波材料的结构型式和电磁参数,采用时域有限差分法（FDTD）对其电磁散射特性进行了计算和分析。首先完成了了层合板结构、波纹板和蜂窝夹层结构的设计和电磁散射特性分析;其次考虑到翼面是飞行器RCS的主要来源,在翼面对雷达回波贡献最大的关键部位-翼面前缘设计了三种隐身结构（泡沫夹芯、蜂窝夹芯和波纹板夹芯结构）,建立其电磁散射模型,计算结果表明,三种翼面隐身方案中波纹板夹芯隐身结构RCS减缩作用最优。最后针对自适应变体机翼,建立了它的电磁散射模型,与传统的机翼进行了对比,验证了其具有RCS减缩效果。通过本文的隐身结构的电磁散射特性的研究工作,获得了不同复合材料结构的吸波特性和满意的翼面前缘的隐身效果,为飞行器隐身设计提供了一定的技术指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 隐身技术介绍
• 1.2 雷达结构型隐身复合材料介绍
• 1.3 隐身结构研究与应用现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 雷达散射截面（RCS）的概念及其分析方法
• 2.1 雷达散射截面（RCS）的概念
• 2.2 电磁散射的计算和分析方法
• 2.3 几种主流电磁散射数值计算方法
• 2.4 时域有限差分法（FDTD）计算过程
• 2.4.1 FDTD 法的基本原理
• 2.4.2 FDTD 差分格式
• 2.4.3 数值稳定性
• 2.4.4 吸收边界条件
• 2.4.5 网格剖分技术
• 2.4.6 产生平面波源
• 2.4.7 近－远场外推
• 2.4.8 时域有限差分法（FDTD）的应用
• 2.5 小结
• 第三章 XFDTD 在隐身结构电磁散射分析中的应用
• 3.1 XFDTD 软件介绍
• 3.2 XFDTD 使用过程
• 3.2.1 建立几何文件、定义材料、划分网格
• 3.2.2 设置波源和激励
• 3.2.3 保留输出的数据
• 3.2.4 保存文件后进行运算
• 3.2.5 查看结果
• 3.3 计算方法的验证
• 3.4 小结
• 第四章 层板和夹芯隐身结构设计及仿真
• 4.1 结构隐身吸波材料设计理论
• 4.1.1 结构隐身机理
• 4.1.2 阻抗匹配
• 4.2 层合板结构吸波复合材料
• 4.2.1 层合板型结构
• 4.2.2 层合板电磁散射特性的仿真计算
• 4.3 夹芯结构
• 4.3.1 蜂窝结构和波纹板结构RCS 对比
• 4.3.2 蜂窝结构尺寸对吸波性能的影响
• 4.3.3 蜂窝结构在X 波段的吸波性能
• 4.3.4 波纹板吸波结构顶角变化对吸波性能的影响
• 4.4 小结
• 第五章 翼面前缘隐身方案
• 5.1 翼面隐身结构的型式
• 5.2 翼面前缘隐身结构的选型
• 5.2.1 泡沫夹芯结构
• 5.2.2 蜂窝夹芯结构
• 5.2.3 波纹板夹芯结构
• 5.3 翼面前缘隐身结构电磁散射模型的建立
• 5.3.1 三种翼面前缘隐身方案RCS 对比
• 5.3.2 波纹板翼面前缘隐身结构的进一步研究
• 5.4 自适应变体机翼的隐身性能
• 5.5 小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 参考文献