隐身技术在进气道设计中的研究

9 月
隐身技术在进气道设计中的研究
梅东牧, 李 天
( 沈阳飞机设计研 究所, 沈 阳, 110035)
摘 要: 根据隐身飞机的设计特点, 对各种改善进气道隐 身性能 的技术 措施进行 了概述。 通过对 理论计 算和试验研究结果的分析, 给出了能有效降低进气道 RCS 的有实际意义的方案。
在进气道内等直段安装吸波导流环, 也是一 种减缩 RCS 的技术方案, 现通过理论计算和对试 验的研究来确定吸波导流环对 RCS 的影响。
我们在研究中发现吸波导流环的长度、叶片 数及后掠角均对结果有影响, 这里选用的吸波导 流环长度为 180 mm , 叶片数为 6 叶片, 6 叶片导 流环把气流通道分成了 8 等份, 后掠角为零度, 在导流环叶片上涂敷厚度为 0 7 mm 的吸波材料, 如图 3 所示。
2 各种减缩技术对进气道 RCS 的影响
2 1 进气道内涂敷吸波材料( RAC ) 对 RCS 的影响 现以某型飞机进气道为研究对象, 来分析涂
与不涂吸波涂料( RAC ) 时对进气道 RCS 的影响。 我们选用的是一种厚度为 0 7 mm 的吸波涂料。
由计算所得曲线如图 1 和图 2 所示。
图 1 涂敷吸波材料( RAC ) 对 RCS 的影响( 水平极化)
[3] 阮颖 铮 雷 达截 面与 隐身 技术 北京: 国 防 工业 出版 社, 1998.
[ 4] 李天, 武哲 飞机外形参数的气动与隐身综合优化设计 北 京: 北京航空航天大学学报, 2001, 27 ( 1) : 76- 78.
序号 涂敷方案
30 R CS 均值( dBsm )
H- H
V- V
1
不涂
2
涂
8 17 - 0 17
1 95 - 5 80
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飞机设计第 3 期 2003 年 9 月
的 RAC。把试验数据换算成全尺寸模型后列于表 2。
图 2 涂敷吸波材料( RAC ) 对 RCS 的影响( 垂直极化)
由图 1、图 2 和表 1 可以看出: 计算结果与 试验结果基本一致, 相互吻合。由此可见, 进气 道内涂敷吸波材料( RAC ) 对 RCS 的影响很明显, 可分别减小 8 34 dB ( 水平极化) 和 7 75 dB ( 垂直 极化) 。因此, 如果 吸波材料的其他特性都能达 到使用技术要求时, 那么, 它在应用方面将有很 大的前景。 2 2 吸波导流环对 RCS 的影响
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道在涂敷吸波材料及加装吸波导流环后的 RCS 可 减小 9 19 dB ( 水平极化) 和 9 03 dB ( 垂直极化) 。
综合上述分析结果知: 缩比模型进气道不加 任何减缩措施, 原始状态 3 cm 波长前向 30 范 围 RCS 均值为- 6 93 dBsm; 如不考虑 RAC 缩比 因子, 换算到 12 cm 波长全尺寸进气道的 RCS 均 值为 3 21 m2。采 用吸 波导 流 环和 管 道内 全 涂 RAC 的综合减缩 RCS 技术后, 把试验结 果换算 全尺寸进气道的 RCS 可达到 0 39 m2。
3结论
在进气道的各种减缩技术中, 分别在进气道 内部涂敷吸波材料及在等直段加装吸波导流环都 是有效的技术手段, 但最为理想的是采用装吸波 导流环和管道内全涂 RAC 的综合减缩 RCS 技术。
参考文献
[ 1] 李天主编 飞机 隐身设 计指南 北 京: 中国 航空 工业 总公 司, 1995.
[ 2] 张考, 马东立 军用飞机生存力与隐身设计 北 京: 国防工 业出版社, 2002.
计算进气道( 腔体) 主要采用射线跟踪法( SBR ) , 用于计算进气道 及尾喷管散射, 任意形状腔 体内应考虑终端压气机或涡轮的影响, 还可进行 在不同部位涂敷吸波材料及在腔体内布置吸波装 置的减缩 RCS 计算。 1 2 隐身特性试验方法
雷达目标( 飞机) 的雷达散射截面可通过理论 计算和试验测试两种方法获得。但由于飞机的形 状复杂, 仅通过理论计算难以准确给出 RCS 值, 因此试验测试是目前获得目标的电磁散射特性数 据的主要手段。测试分缩比模型、全尺寸目标测 试及空中动态测量 3 种。本文所进行的试验主要 采用缩比模型的测试技术。
对于战斗机来说, 因为雷达是防卫系统中主 要的探测设备, 所以一般都以减小雷达散射截面 ( Radar Cross Sect ion, 简称 RCS ) 作为 隐身的首 要任务。
一般常规布局的飞机在机头正前向的 RCS 主 要来自 进气道、雷达天线舱、座舱等强散射源, 而尾部主要来自尾喷 管及排气涡轮等强散射源。 由此可见, 进气道的隐身设计在全机隐身设计中 具有很重要的作用。因此, 国外在现代飞机设计
Abstract: Various technical approaches t o improved air inlet capabilit y in terms of the low observabilit y of aircraf t are present ed. T he analysis and test invest ig at ions of some ef fective concepts for reduced air inlet RCS were performed.
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采用
- 1 02
- 7 08
把上述不同的减缩措施对进气道的减缩值列 于表 4。
表 4 进气道综合减缩措施特性
序号
减缩措施
30 RCS 减缩值( dBsm )
H- H
V- V
1
无
2
仅涂 RA C
3
仅装导流环
4
装导流环、涂 RA C
0 8 34 8 69 9 19
0 7 75 6 19 9 03
从表 3 中我们可以清楚地看到各种减缩技术 对进 气道 RCS 的影响, 即不管采用哪种减缩技 术, 水平极化都比垂直极化的减缩效果好, 进气
近几年来, 我国对于在进气道设计中如何提 高隐身性能 , 也已取得相当成 果。如把直管 道改
收稿日期: 2003 06 16 作者简介: 梅东牧( 1974 ) , 男, 硕士研究生, 主要从事飞行器隐身设计研究。
梅东牧, 李 天: 隐身技术在进气道设计中的研究
成 S 弯形将使进气道的雷达截面显著减小; 在进 气道内安装导流环有助于减小进气道的 RCS; 在 进气道内压气机前装吸波网栅可明显降低进气道 的 RCS, 其它的减缩措施包括: 采用斜切式或锯 齿形唇口和粘贴或涂敷吸波材料等。
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我们使用的试验模型缩比为 14, 即 a = 4, 则 1 1 = 1 4 + 12 dBsm 。
在进行数据处理时, 每一角度下的 RCS 值是 以均值给出的, 处理方法是 5 平均, 以对数形式 表达。对数值( dBsm ) 和算术值( m2) 的关系是:
dBsm = 10log10 m 2 m 2 = 100 1 dBsm 在数据形式上, 对数空间 指的是取对数 形式的原 始数 据, 以 分贝 平方 米( dBsm ) 表示; 线性空间 指的 是原 始的反 对数, 即算 术值, 以 m2表示。[ 1, 4]
1 隐身特性研究方法
1 1 隐身特性计算方法 目前隐身特性计算方法主要包括: 物理光学
法、射线跟踪法、波导法和其它一些方法。我们 使用的软件采用近似数值算法来计算复杂形体的 R CS 。它 的计 算精 度 与 计 算目 标 几 何 尺 寸 与 波长 的比率有关, 此外, 还与计算目标的外形复杂程 度和计算机的性能有关。这些算法的点值计算误 差一般在 3~ 5dB, 而均值计算的精度要高一些, 适用于计算飞机、直升机及导弹等目标。
战术战斗机则不能使用带格栅的进气道, 而是用 S 弯形的进气道和发动机前端安装的雷达波阻挡 装置。如 X- 32 采用可变进气道导流叶片, 在低 速度大功率时, 阻挡装置叶片会扭转打开, 巡航 时, 叶片会收紧, 从而减小雷达横截面; X- 35 有 2 个较小的进气口, 能比 X- 32 阻挡更高的频 率, 同时隐蔽发动机的前端[ 2] 。
采用缩比模型测量时要求和真实目标有相同 的电磁环境, 即满足 几何 相似 和电 磁相似 准则 ( 本次试验未考虑电磁相似准则) 。测试模型要采 用高导电率的金属( 铝、铜等) 来制造[ 3] 。
为避免气象条件及地形的影响, 同时提高雷 达散 射截面的数据采样率, 获得 RCS 的统计特 性, 我们采用微波暗室的室内测量技术。
中对改善进气道的隐身性能非常重视, 也提出了 不少有效的方案。如洛克希德公司的 SR- 71 采 用三元超声速进气道, 它有一个巨大的可移动中 心锥控制气流, 这个中心锥和管道产生一个窄的 环形气流通 道, 使 大多 数波长 的雷 达波 不能 进 入。中心锥高度后掠, 它反射的大多数雷达波远 离雷达源方向, 从而获得良好的隐身效果。而 F - 117 则采用进气道格栅的办法。进气道格栅使 大多数雷达波由于过长而不能进入。但对于先进
曲线 1 为进气道不涂吸波材料时的数据曲线, 曲线 2 为进气道涂敷吸波材料时的数据曲线。
在进行试验研究时, 测试波长为 3 cm, 测试 方位角为 - 60 ~ + 60 , 试验模型 为 1 4 缩比 模 型, 极化方式为水平和垂直极化。把试验数据换 算成全尺寸模型后列于表 1。
表 1 进气道内涂 RAC 特性的比较
梅东牧, 李 天: 隐身技术在进气道设计中的研究
2 3 进气道综合减缩 RCS 特性分析 现采用综合减缩措施, 即在进气道内涂敷吸
波材料同时加装吸波导流环, 试验数据见表 3。
表 3 综合减缩 RCS 特性的比较
序号 综合减缩措施
30 RCS 均值( dBsm )
H- H
V- V
1
无
8 17
1 95
Key words: stealth t echnology; inlet ; RCS; opt imizat ion design