北京航空航天大学：飞机总体设计-雷达散射截面控制
直升机雷达散射截面计算与试验验证
总第170期2012年第1期直升机技术H E L I C O PT E R T E C H N I Q U ET ot a l N o．170N O．12012文章编号：1673—1220(2012)01-025-06直升机雷达散射截面计算与试验验证武庆中1，招启军2(1．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001；2．南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，江苏南京210016)摘要采用高频预估法，建立了一套基于“面元边缘”的直升机R C S计算方法，然后对某型直升机进行了R C S计算分析以及R C S测试。
最后，对比分析直升机机身雷达散射试验和理论计算结果，得出了一些减缩直升机R C S的外形设计特征。
结果表明：在设计要求许可的情况下，改变武器挂架长度比改变后掠角缩减R C S效果要明显；直升机头部鼻锥部位使用锥形结构，可以减小头向方位R C S；直升机主桨毅采用圆台形代替圆柱形，可以减缩头向和侧向方位的RC S。
关键词高频；直升机；R C S；减缩中图分类号：V218文献标识码：AT he C a l c ul at i on and t he E xper i m ent al V al i dat i on of t heR adar C r os s Se ct i on f or H el i copt erW U Q i ngzhon91，ZH A O Q i j un2(1．C hi na H el i c opt er R es ear ch and D evel opm ent I ns t i t ut e，Ji ngde zhen333001，C hi na；2．N at i ona l K ey Labor a t ory of R ot or cr af t A er om echani cs，N锄j i ng U ni ver s i t y of A er onaut i cs a nd A st ronaut i cs，N柚j i ng210016，C hina)A bs t r act T hi spa pe r s et upt he R C S cal cul at i on m et hod of hel i copt er bas ed o n sur f ace c el l ande dge adopt i ng t he hi gh—f r eque nc y pr edi ct i on m et hod．A nd t hen，t he R C S char act er i s t i cs of a cer—t ai n ar m ed hel i copt er w e r e cal cu l at ed and exper i m ent al r esea r ch o n ar m ed hel i copt er f us el age w asconduct ed．Fi na l l y，t he exper i m e nt a l r es ul t s w er e com par ed w i t h t he cal cul at i on r es ul ts，and s om es ha pe desi gn f eat u r es r e duc i ng t he R C S of hel i copt er ha ve been obt ai ne d．The concl usi on di spl a yedt hat cha ngi ng l engt h of t he w eapon gi rder com pared w i t h s w eepback angl e had bet t er ef f ect i n r educ—i ng R C S and us i ng t he t aper s ha pe coul d r e duce R C S i n t he head di r ect i on and t he hub adopt i ng t her ound de s k s ha pe com par ed w i t h t he col um n s ha pe coul d r e duc e R C S i n t he he a d di r ect i on and t hel at eral di re ct i on．K ey w or ds hi gh—f r e que ncy；hel i copt er；R C S；r e duci ng收稿日期：2012-01-06作者简介：武庆中(1976一)，男，山西太谷人，硕士，高级工程师，主要研究向：直升机总体设计。
飞机雷达散射截面(rcs)公式
飞机雷达散射截面(rcs)公式
飞机雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）是描述目标对雷达波的散射能力的重要参数。
在雷达系统中，RCS公式是用来计算目标散射的电磁波能量的数学表达式。
RCS公式通常是基于目标的几何形状、材料特性和入射波的频率等因素进行建模的。
RCS公式可以用来预测目标在雷达系统中的探测性能，以及设计隐身技术和电磁干扰技术。
它对于军事和民用航空领域都具有重要意义。
RCS公式的一般形式如下：
RCS = σ A.
其中，σ表示目标的散射截面，A表示目标的有效面积。
散射截面σ是描述目标对入射电磁波的反射能力的参数，通常是一个与频率有关的函数。
目标的有效面积A则是描述目标在雷达波束中所占的实际面积。
RCS公式的具体形式会根据目标的几何形状和材料特性而有所
不同。
对于复杂的目标，RCS公式可能需要进行数值模拟或实验测
量来获得准确的数值。
在现代雷达技术中，研究人员不断努力寻求降低目标的RCS，
以实现隐身和减少雷达探测距离。
因此，RCS公式的研究和应用对
于提高雷达系统的性能具有重要意义。
总之，飞机雷达散射截面（RCS）公式是描述目标对雷达波的散
射能力的重要数学表达式，对于雷达技术和隐身技术具有重要意义。
北京航空航天大学：飞机总体设计-雷达散射截面控制
2019/12/6
隐身技术
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电子干扰机：ALQ99E
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隐身技术
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隐身飞机
隐身飞机的产生和 发展是国际政治格局 的变化、飞机作战环 境的变化(尤其是雷 达和电子战技术的爆 炸性发展)及隐身技 术的进步等多种因素 综合的结果。
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隐身技术
17
隐身飞机的发展
从二十世纪六十年代开始，由于隐身概念的引入和 逐渐发展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来 了巨大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过 分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的 使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以 F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空 器，通过提高隐身设计技术水平，在隐身与飞机性能 、可负担性等其它重要性能之间取得了最佳的折衷。
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隐身技术
武器装载性能
30
F-35飞机——洛克希德马丁
发展背景： ● 与F-22飞机进行“高低搭配”，更加 突出“低成本”的概念； ● 不寻求隐身性能的突破，而是把重点 放在减少生产和维护费用； ● 主要技术要求放在进一步降低隐身维 修需求上，使每次出动所需要的维修量 不到0.5工时。
光隐身 热隐身 声隐身 电隐身
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隐身技术
3
可见光控制--迷彩伪装
降低目标和背景的可见光反差
上下表面的迷彩不一致
向下看不见
向上看不清
2019/12/6
隐身技术
4
红外抑制--吸热冷却装置
降低目标和背景的热辐射反差 分形技术
I like this
3—5微米的喷流热辐射抑制 8--12微米的分形技术
飞机激光雷达散射截面测量技术研究
飞机激光雷达散射截面测量技术研究作者：辛欣张晓娜周娜来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：激光雷达散射截面（LRCS）对目标探测、识别和伪装等具有重要的意义。
本文依据激光雷达散射截面（LRCS）测量原理，结合飞机外形特征和测试需求，设计了一套新的测试系统，提出了一种新的测量方法及数据处理方法。
通过对某型飞机的实际测量，结果表明本文提出的新的测量方法和数据补偿方法对飞机的激光雷达散射界面具有很好的测量效果，为后续的外场目标LRCS测量提供了新的方法和思路。
关键词：激光雷达散射界面伪装测量精度补偿中图分类号：TN953 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0102-02激光雷达散射截面（LRCS）是目标激光散射特性的一个重要参数，它能够全面反映激光波长、目标材料及粗糙度、目标几何结构形状等各种因素对目标激光散射特性的影响。
研究LRCS测量对目标特征提取、目标识别、激光雷达作用距离估算，以及建立目标激光雷达散射特性数据库等具有重要意义[1]。
对外场目标的LRCS测量通常采用比对测量法，而目前还较难客观准确的检测这种方法的LRCS测量精度。
本文在LRCS测量原理及方法、影响LRCS测量精度的主要因素、后续数据处理分析的基础上，针对飞机的外形特征，提出了一种对发射激光束整形的方法，并提出对不规则目标的LRCS参数测量数据进行补偿。
1 LRCS测量原理与方法2 测试系统及测试流程2.1 测试系统激光测量系统一般由激光发射系统、散射光探测系统以及测量控制与信息采集处理系统组成。
通过探测来自目标散射的激光功率，获得目标的有关特征信息。
测试系统的结构框图如图1所示。
本实验采用比对法测试飞机的LRCS，首先在目标位置处放置一块标准板，标准板的中心高度与飞机机头的高度一致，测量“标准板”的回波光功率，接着再测量目标的回波光功率，然后计算出目标的实际LRCS。
使用的“标准板”是一块2.4m×1.8m的漫反射屏，没有标定它的LRCS值，因此测量所得结果是相对于这块“标准板”的相对LRCS。
FEKO在雷达散射截面计算中的应用
数字时代■贾云峰现代战争首先是电子高科技的对抗，而雷达探测与隐身技术又是其主要的对抗领域之一。
目标的雷达散射截面（ＲＣＳ）是评判目标电磁隐身特性的一个重要指标，快速精确的目标ＲＣＳ分析对于隐身设计人员具有重要的指导意义，尤其是飞机、导弹、舰船等的雷达目标特性分析引起了世界各国的高度重视。
根据问题的类型，ＲＣＳ有以下不同工况：１、单站 ＶＳ 双站：ＲＣＳ分为单站和双站两种类型，所谓单站ＲＣＳ即为发射机与接收机为同一部雷达，双站ＲＣＳ则为一发一收，分别用不同的雷达。
２、极化：其含义为入射电磁波的电场方向与扫描面的夹角。
根据扫描面的不同，通常分为水平极化和垂直极化，此处垂直和水平的含义都是相对于扫描面而言。
３、电小和电大：以入射电磁波波长计算的模型尺度称为电尺寸。
当模型的电尺寸较小时，通常属于电小问题，反之属于电大问题。
飞机、导弹、舰船等军用目标，它们的电尺寸往往非常巨大，因此分析其电磁散射特性对一般软件是一个巨大的挑战。
为了计算ＲＣＳ，发展了一系列的计算方法，通常可分为：解析方法：典型的如ＭＩＥ级数方法；积分方程方法：矩量法（ＭｏＭ）及其快速算法（ＦＭＭ，ＭＬＦＭＭ等）；微分方程方法：有限元（ＦＥＭ）、时域有限差分（ＦＤＴＤ）；高频方法：物理光学（ＰＯ）、几何光学（ＧＯ）、几何绕射理论（ＵＴＤ）等。
解析方法只能处理极少数规则问题；传统的积分方程方法和微分方程方法可处理电小和中等电尺寸的问题，其中对于ＲＣＳ问题，ＭＯＭ及其快速算法精度高、未知量少，成为这一类方法的首选；高频方法适用于电尺寸巨大的问题，以有限的计算资源换取对工程设计有指导意义的结果。
各类方法各有利弊，适用对象不同，需要加以灵活运用、组合运用。
ＦＥＫＯ简介ＦＥＫＯ是针对天线与布局、ＲＣＳ分析而开发的专业电磁场分析软件，从严格的电磁场积分方程出发，以经典的矩量法（ＭＯＭ：Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｍｏｍｅｎｔ）为基础，采用了多层快速多级子（ＭＬＦＭＭ：Ｍｕｌｔｉ－Ｌｅｖｅｌ Ｆａｓｔ Ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ Ｍｅｔｈｏｄ）算法在保持精度的前提下大大提高了计算效率，并将矩量法与经典的高频分析方法（物理光学ＰＯ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ，一致性绕射理论ＵＴＤ：Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）完美结合，从而非常适合于分析开域辐射、雷达散射截面（ＲＣＳ）领域的各类电磁场问题。
北航飞行器设计与工程培养计划
北航飞行器设计与工程培养计划
一、课程简介
北京航空航天大学飞行器设计与工程专业培养的是以实际运用工程技
术为依据，采用理论加实践的方法，从事研发建设、管理和运行飞行器机
动性、结构和系统的高级人才，学生毕业后可从事飞行器设计、制造、性
能及军用、民用飞行器服务保障等工作。
二、专业方向
1.飞行器设计：研究、分析和解决飞行器机动性、结构和系统的设计
问题，包括飞行器总体设计及详细设计，飞行控制系统设计，飞行器系统
分析，飞行器材料及结构分析等。
2.飞行器制造：研究和实验飞行器加工、装配、检验、调试和运行等
技术，确保飞行器制造质量。
3.飞行器性能研究：研究飞行器的气动、动力和结构性能，优化飞行
器设计，并运用新技术和设备改善性能。
4.飞行器服务保障：研究飞行器的技术管理和维护，保证飞行器能够
安全可靠的使用，提高安全操作率。
三、课程设置
北京航空航天大学设计与工程专业培养计划的课程主要有：复变函数
与积分变换，动力学与控制，飞行力学，测控原理，结构工程，动力原理，自动控制，液压系统。
天线雷达散射截面分析与控制方法研究
天线雷达散射截面分析与控制方法研究天线雷达散射截面分析与控制方法研究引言：天线雷达作为一种重要的电磁波传感器，广泛运用于信号探测、目标跟踪、导航引导等领域。
在雷达工作中，天线与目标的相互作用起着至关重要的作用。
天线雷达散射截面（RCS）是描述目标对雷达波束的散射因数，是评估目标探测性能的重要指标。
本文旨在探究天线雷达散射截面的分析与控制方法，为提高雷达探测性能提供参考。
一、天线雷达散射截面分析方法1. 电磁理论基础：在天线雷达散射截面分析中，电磁理论为基础。
电磁波在目标上的散射可通过多种理论模型进行描述，如几何理论、物理光学理论、细胞混合理论等。
这些理论模型可以根据目标的不同特征和尺寸进行选择和应用。
2. 基于数值方法的分析：数值方法在天线雷达散射截面分析中得到广泛应用。
常见的数值方法有时域积分方程法（TIE）、时域有限差分法（FDTD）等。
这些方法通过将散射问题转化为求解电磁场分布的数值计算问题，得到目标的散射截面分布。
3. 基于实验的分析：实验方法对于天线雷达散射截面分析同样具有重要地位。
通过构建适当的实验场景，使用天线雷达对目标进行实际测量，可以获得目标的散射截面数据。
实验方法能够提供较为真实的散射截面信息，但受限于实验条件和设备的精确度。
二、天线雷达散射截面控制方法1. 目标形态控制：目标的几何形状对于散射截面有着显著影响。
通过控制目标的几何形状，可以实现对散射截面的控制。
例如，采用平滑曲线或吸波材料等方法能够减小目标的散射截面。
2. 靶向控制：通过调整雷达波束的方向、天线的波束宽度等参数，可以实现对目标的靶向控制。
合理调整雷达系统的参数能够使目标的散射截面最小化并且最大化返回信号。
3. 吸波材料应用：吸波材料可以有效减小目标对雷达波的反射。
通过在目标表面涂覆吸波材料，能够降低目标的散射截面，提高其隐身性能。
4. 信号处理技术：通过利用信号处理技术，可以对雷达返回信号进行滤波、抑制杂波等操作，提高雷达探测的精确性和鉴别性。
隐身技术中的雷达截面预估与控制
隐身技术中的雷达截面预估与控制隐身技术中的雷达截面预估与控制概述：隐身技术是现代军事科技领域的一项重要研究方向，旨在降低飞机、舰船和导弹等作战平台在雷达频段的探测概率，提高其生存能力。
而雷达截面（Radar Cross Section，简称RCS）预估与控制是隐身技术中的一个关键环节，它涉及到了物理学、电磁学和工程学等多个领域的知识。
本文将从基本原理、影响因素以及控制方法等方面对雷达截面预估与控制进行探讨。
一、雷达截面预估的基本原理雷达截面是指目标在被雷达波照射时所反射、散射和透射出的电磁波功率与入射波功率之比。
预估雷达截面的基本原理是通过对目标的几何形状、材料特性和电磁波的相互作用进行建模与分析，计算得出目标的RCS值。
在预估过程中，常用的方法包括物理模型法、几何光学法、物理光学法和数值计算法等。
二、影响雷达截面的因素1. 几何形状：目标的几何形状是影响雷达截面的最主要因素之一。
边缘形状的曲率、棱角和倾斜角等都会对目标的RCS值产生影响。
为了降低雷达截面，通常采用翼身一体设计、斜侧面设计和光滑曲面等几何形状。
2. 材料特性：目标所采用的材料特性对雷达截面同样具有重要影响。
例如，金属表面可以反射电磁波，因此多采用金属涂层和复合材料来降低目标的反射能力。
此外，材料的导电性和磁导率等参数也会对RCS值产生一定影响。
3. 阵列辐射和散射特性：目标表面的细微结构和散射体分布会影响辐射和散射特性，进而影响雷达截面。
研究人员通过设计天线阵列和散射体，可以改变目标的反射能量分布，降低雷达的探测概率。
4. 多路径效应：多路径效应是指雷达波在目标周围反射、折射和散射产生的传播效应。
多路径效应会改变目标的电磁波传播路径，使得目标的RCS值产生多方位变化，增加了雷达的探测难度。
三、雷达截面控制方法1. 细节修型和平滑设计：通过细节修型和平滑设计，可以降低目标表面的角、棱和孔洞等对电磁波的散射。
采用弧度设计和双曲面修型，使目标表面尽可能光滑，减少电磁波散射的机会。
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隐身技术
22
SR-71飞机
2020年8月17日星期一
隐身技术
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F117 ——洛克希德
2020年8月17日星期一
隐身技术
24
F117 ——洛克希德
发展背景：
● 冷战后期；
● 美国的国家战略需要一种可以不依靠其它飞机支援就可以遂 行作战任务的隐身飞机，以达到对敌方战略战术目标进行突然 精确打击的目标；
2020年8月17日星期一
隐身技术
17
隐身飞机的发展
从二十世纪六十年代开始，由于隐身概念的引入和 逐渐发展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来 了巨大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过 分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的 使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以 F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空 器，通过提高隐身设计技术水平，在隐身与飞机性能 、可负担性等其它重要性能之间取得了最佳的折衷。
2020年8月17日星期一
隐身技术
7
雷达截面控制
低可探测技术
2020年8月17日
2020年8月17日星期一
隐身技术
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雷达监视屏
2020年8月17日星期一
隐身技术
10
预警机：E-3C
2020年8月17日星期一
隐身技术
11
预警机：E-3C
2020年8月17日星期一
隐身技术
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E-2C鹰眼
2020年8月17日星期一
隐身技术
13
鹰眼的雷达图
2020年8月17日星期一
隐身技术
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电子干扰--也是广义上的一种隐身
2020年8月17日星期一
隐身技术
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电子干扰机：ALQ99E
2020年8月17日星期一
隐身技术
16
隐身飞机
隐身飞机的产生和 发展是国际政治格局 的变化、飞机作战环 境的变化(尤其是雷 达和电子战技术的爆 炸性发展)及隐身技 术的进步等多种因素 综合的结果。
2020年8月17日星期一
隐身技术
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国外隐身航空器的发展与现状
隐身性能的重要意义：
降低飞机的RCS可以在两个方面降低飞机的敏感性 1) 可以降低飞机被发现概率、被跟踪概率以及被导 弹等成功发射、制导并击中的概率； 2) 可降低有源干扰装置所需要的干扰机功率及无源 干扰机所需要箔条重量、红外干扰弹的重量，从而 大大提高飞机的生存力。
2020年8月17日星期一
隐身技术
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捕食鸟"Bird of Prey"—波音公司
发展背景：
● 冷战结束，美国一强独大，为 了适应其干涉世界事务的需求， 并且要满足“非接触、零伤亡” 局部战争的需求，需要一种飞行 速度更快、更加隐身、制造工艺 更加便利、研制和维护成本更低 、储存和部署更加容易的第五代 飞机(无人作战飞机UCAV)；
飞行器隐身技术
--雷达散射截面控制
航空科学与工程学院
飞行器隐身技术
❖关于隐身概念 ❖关于雷达探测的几个基本概念 ❖关于雷达散射截面的定义和基本概念 ❖隐身飞机和隐身技术综述 ❖飞机的散射源和散射机理 ❖雷达散射截面的减缩策略 ❖隐身关键技术 ❖反隐身关键技术概述
2020年8月17日星期一
隐身技术
2
2020年8月17日星期一
隐身技术
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从SR71为代表的第二代飞机开始，隐身就
作为关键技术被引入到飞机设计当中。随着
飞机发展到第五代，对隐身技术的认识也走
过了一个不断深化发展的过程，隐身技术在
飞机设计上的应用也有了四次大的飞越。
这四次技术飞越的代表性飞机为：
SR71黑鸟(第二代飞机)→F117、B2(第
隐身技术的广义范畴
❖光隐身 ❖热隐身 ❖声隐身 ❖电隐身
2020年8月17日星期一
隐身技术
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可见光控制--迷彩伪装
❖降低目标和背景的可见光反差
上下表面的迷彩不一致
向下看不见
向上看不清
2020年8月17日星期一
隐身技术
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红外抑制--吸热冷却装置
❖降低目标和背景的热辐射反差 ❖分形技术
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● 该战略造成过分突出和迷信隐身性能，使用特殊的飞机外形 和全面使用吸波材料，牺牲了飞机的机动性等其它综合性能。
● 隐身技术进一步发展，有工程化的隐身气动设计工具和吸波 材料供使用；
● 主要针对雷达波隐身，对红外和可见光隐身的考虑只占很小 的比例。
2020年8月17日星期一
隐身技术
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B2
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隐身技术
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B2全尺寸模型外场RCS测试
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隐身技术
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B-2飞机专用恒温机库
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隐身技术
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F-22飞机——洛克希德马丁
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隐身技术
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F-22飞机——洛克希德马丁
发展背景：
● 冷战后期，美国成为世界 唯一超级大国，对国际事物 进行“积极干涉”；
3—5微米的喷流热辐射抑制 8--12微米的分形技术
2020年8月17日星期一
隐身技术
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夜间拍摄的红外图象
2020年8月17日星期一
隐身技术
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噪声控制
❖直升机的噪声控制问题 ❖低空低速无人机的噪声控制问题 ❖潜艇的的噪声控制问题
▪ 螺旋桨—泵喷 ▪ 浮筏技术 ▪ 管道消声 ▪ 消声瓦技术 ▪ 外形
三代飞机)→F-22、F-35(第四代飞机)→X-36
、X-45、X-47(第五代飞机)，另外还包括捕
食鸟这样的隐身技术验证机。
2020年8月17日星期一
隐身技术
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第二代 第三代
SR-71
四次技术飞越
初具隐身性能
F-117 B-2
强调隐身万能，牺牲其它性能
第四代 第五代
X-36
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F-22
F-35
隐身与飞机性能、可 负担性等取得折衷
捕食鸟 X-45A ……
隐身技术
X-47A Dark star
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SR-71飞机
2020年8月17日星期一
发展背景： ● 冷战时期； ● 美国的国家战略需 要一种侦察机对“华约” 国家进行战略战役侦察； ● 对隐身技术的认识 还属于初级阶段，飞机 的隐身还处于次要地位， 主要依靠高空高速来获 得高的生存力； ● 前向角域±60°RCS 1m2以上
●美国的国家战略需要一种 可以在21世纪前三十年具有 绝对制空优势的先进隐身战 斗机，可以不依靠其它飞机 支援遂行作战任务，以达到 对敌方战略战术目标进行突 然精确打击的目标和取得空 中优势；
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隐身技术
武器装载性能
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F-35飞机——洛克希德马丁
发展背景： ● 与F-22飞机进行“高低搭配”，更加 突出“低成本”的概念； ● 不寻求隐身性能的突破，而是把重点 放在减少生产和维护费用； ● 主要技术要求放在进一步降低隐身维 修需求上，使每次出动所需要的维修量 不到0.5工时。