直升機氣動-雷達隱身特性綜合優(yōu)化設計及應用.pdf

1、目前，氣動/雷達隱身特性綜合優(yōu)化設計是直升機多學科優(yōu)化和總體設計領域富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文針對直升機復雜的流場和電磁散射場特征，分別建立了計入旋翼動態(tài)影響的直升機雷達散射截面（R C S)預估方法、基于Navier-Stokes方程的旋翼懸停流場和添加動量源模型的旋翼/機身干擾流場分析方法，并應用建立的方法系統(tǒng)開展了直升機旋翼、機身和全機雷達目標特性的分析，在此基礎之上，借助代理模型優(yōu)化策略開展直升機布局對氣動/雷達隱身綜合性能影響

2、的評估研究。具體內容如下：
　　作為前提和背景，第一章簡要概述國內外直升機雷達目標特性、氣動特性和氣動/雷達隱身特性綜合優(yōu)化設計的研究現狀，總結了現有研究中存在的不足以及難點，指出構建優(yōu)化設計平臺來綜合考慮直升機氣動/雷達隱身性能的重要意義，并介紹了本文擬采用的研究方法和內容。
　　第二章，為了精確反映槳葉的電磁散射細節(jié)特征，以守恒型Maxwell方程作為主控方程，建立了一套高精度的基于時域有限體積法(FVTD)的旋翼RCS

3、特性數值模擬方法；針對旋翼特有的旋轉、揮舞等運動特點，將物理光學法、等效電磁流法和準靜態(tài)法相結合，發(fā)展了一套計入旋翼動態(tài)影響的直升機目標特性綜合分析方法；進一步通過與存在解析解或試驗結果的算例進行比較，驗證了建立方法的可行性。
　　第三章，基于嵌套網格技術，以N-S方程作為主控方程，空間離散和時間推進分別采用低耗散的Roe-MUSCL格式和高效隱式LU-SGS格式，粘性計算采用S-A湍流模型，發(fā)展了適合于優(yōu)化計算的旋翼懸停流場高精

4、度的CFD方法；另一方面，以動量源模型替代旋翼對流場的作用，發(fā)展了一套高效率的基于N-S方程的旋翼/機身干擾流場分析方法，并通過算例驗證了直升機CFD分析方法的有效性。
　　第四章，開展旋翼雷達目標特性分析及參數影響研究。首先，基于高精度的FVTD方法開展了旋翼雷達散射特性的機理分析和翼型幾何外形特點對RCS特性的影響規(guī)律研究；其次，考慮旋翼散射回波的微多普勒效應，結合時頻分析方法，開展了新型槳尖外形對RCS的影響機理和多元響應特

5、性的綜合分析；最后，研究了常規(guī)和非常規(guī)構型旋翼散射回波的時域、頻域和時頻域灰度譜分布特征，發(fā)現和提取了旋翼RCS動態(tài)閃爍域出現的時機與次數，探索了旋翼雷達特征信號的控制技術。
　　第五章，開展機身雷達目標特性及部件的影響研究。在孤立機身雷達目標特性預估的基礎上，分析裝配不同結構部件后機身RCS的變化規(guī)律和強散射中心的擴展趨勢，揭示了部件對機身雷達散射的影響機理；進一步比較原始和隱身改型機身RCS的多元響應特性、強散射分布特征和不同

6、波段下的雷達最大探測距離，總結可以提高機身雷達隱身性能的外形設計措施。
　　第六章，開展直升機布局對其雷達隱身特性的影響研究。在對比分析三型直升機RCS多元響應特性的基礎上，以槳盤傾倒的方式計入槳葉的揮舞運動，研究動態(tài)旋翼對全機散射特性的影響規(guī)律；根據散射強度分布和雷達最大探測距離關系，提出并建立直升機對抗雷達探測的四級預警機制和等級，進一步討論延遲雷達截獲時間的飛行規(guī)避方案。
　　第七章，開展直升機氣動/雷達隱身綜合特性的

7、優(yōu)化設計及應用研究。首先，基于建立的CEM/CFD耦合的高精度數值方法，開展旋翼翼型氣動/雷達隱身一體化分析和設計；其次，借助代理模型優(yōu)化策略，以提高氣動特性和改善RCS性能作為優(yōu)化目標，著重以槳尖后掠和槳葉扭轉分布作為設計參數，進行旋翼氣動/雷達隱身特性的綜合優(yōu)化設計，獲得了一些優(yōu)化結果；最后，開展懸停和前飛狀態(tài)下常規(guī)布局和隱身設計機身的升阻特性、剖面壓強系數分布和下洗載荷的研究，通過評價函數法評估直升機氣動/雷達隱身的綜合性能，探索