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二维混合目标散射问题的快速计算及其RCS减缩

刘红星  
【摘要】:翼面是飞行器后向雷达散射截面(RCS)的重要来源之一,为了缩减其散射截面,需要对翼面的模型的散射问题进行有效的理论分析。针对这一问题,本论文从两个方面进行了系统、深入的研究。第一,寻求精确、高效的计算方法,能够对电大尺寸金属-介质混合目标的散射问题进行快速和准确的计算,为了能在微机上对翼面模型进行有效的理论计算,算法应具有较小的系统内存占用和较小的计算复杂度的特点。第二,进一步将计算方法用于飞行器翼面RCS的理论预估中。通过对不同翼面模型RCS的计算结果的比较和讨论,得到飞行器翼面可行的RCS减缩有效手段,并揭示散射机理。 第一,本文对整个研究的关键技术之一-数学模型建立方法进行了介绍,并根据翼面的散射机理,选择了三种普适性的翼面隐身方案进行研究。 针对不同构成的混合目标,本文采用不同的散射计算方法。首先,本文将吸波介质前缘翼面和介质涂覆翼面,简化为二维电大尺寸导体和吸波介质体组成的混合目标进行研究,针对介质相对于导体的空间位置,提出了基于矩量法(MM)和多极子方法(FMM)的混合算法、基于矩量法和场量迭代法并用快速多极子加速的混合算法,分别用于计算介质镶嵌和介质涂覆的问题。 然后,本文将全吸波介质翼面简化为二维电大尺寸介质(包括非均匀介质)目标进行散射计算,采用广义递推T矩阵的计算方法。为了使广义递推算法更有效的用于电大尺寸介质目标的计算,本文提出了在计算中动态改变(矩阵维数的方法。 最后,本文将全吸波介质中有金属支撑的翼面,简化为电大尺寸吸波介质和金属所组成的混合目标进行散射计算,在导体部分由矩量法和奇异值分解理论解出导体的T矩阵,对于介质包裹导体和介质相邻于导体的情况,分别采用广义递推算法和二体(多体)散射体的方法求出整个问题的解。 第二,在对翼面后向RCS减缩的讨论中,本文采用用编制的计算程序对机翼的不同模型进行了理论计算,针对不同电磁参数和截面形状的模型进行RCS的理论预估并进行讨论,最终得出在不影响翼面强度和气动外形的情况下降低其后向RCS的可行办法。在这部分中,本文讨论了吸波介质前缘翼面 WP=6 在金属-介质界面和吸波介质前缘电磁参数对后向RCS的影响,重点讨论了界面为V字形时夹角与RCS的关系。然后讨论了吸波介质涂覆翼面的涂层厚度和涂层介质电磁参数对RCS的影响。最后讨论了全吸波介质翼面在较宽的频段缩减后向RCS能力,以及增加金属支撑后对RCS减缩的影响,并重点讨论了金属支撑的截面几何形状对后向RCS的影响。 本文研究作为二维混合散射目标电磁散射的基础研究为该类问题的精确建模和高效分析提供强有力的理论分析工具,对翼面RCS减缩及其散射机理的讨论可为飞行器翼面的目标隐身提供有效的理论指导。


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