直升機氣動-雷達(dá)隱身特性綜合優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用.pdf

1、目前，氣動/雷達(dá)隱身特性綜合優(yōu)化設(shè)計是直升機多學(xué)科優(yōu)化和總體設(shè)計領(lǐng)域富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本文針對直升機復(fù)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(dá)散射截面（R C S)預(yù)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(yīng)用建立的方法系統(tǒng)開展了直升機旋翼、機身和全機雷達(dá)目標(biāo)特性的分析，在此基礎(chǔ)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(dá)隱身綜合性能影響

2、的評估研究。具體內(nèi)容如下：
　　作為前提和背景，第一章簡要概述國內(nèi)外直升機雷達(dá)目標(biāo)特性、氣動特性和氣動/雷達(dá)隱身特性綜合優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)有研究中存在的不足以及難點，指出構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計平臺來綜合考慮直升機氣動/雷達(dá)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(nèi)容。
　　第二章，為了精確反映槳葉的電磁散射細(xì)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(shù)值模擬方法；針對旋翼特有的旋轉(zhuǎn)、揮舞等運動特點，將物理光學(xué)法、等效電磁流法和準(zhǔn)靜態(tài)法相結(jié)合，發(fā)展了一套計入旋翼動態(tài)影響的直升機目標(biāo)特性綜合分析方法；進(jìn)一步通過與存在解析解或試驗結(jié)果的算例進(jìn)行比較，驗證了建立方法的可行性。
　　第三章，基于嵌套網(wǎng)格技術(shù)，以N-S方程作為主控方程，空間離散和時間推進(jìn)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(dá)目標(biāo)特性分析及參數(shù)影響研究。首先，基于高精度的FVTD方法開展了旋翼雷達(dá)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(yīng)，結(jié)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(yīng)特

5、性的綜合分析；最后，研究了常規(guī)和非常規(guī)構(gòu)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(xiàn)和提取了旋翼RCS動態(tài)閃爍域出現(xiàn)的時機與次數(shù)，探索了旋翼雷達(dá)特征信號的控制技術(shù)。
　　第五章，開展機身雷達(dá)目標(biāo)特性及部件的影響研究。在孤立機身雷達(dá)目標(biāo)特性預(yù)估的基礎(chǔ)上，分析裝配不同結(jié)構(gòu)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(dá)散射的影響機理；進(jìn)一步比較原始和隱身改型機身RCS的多元響應(yīng)特性、強散射分布特征和不同

6、波段下的雷達(dá)最大探測距離，總結(jié)可以提高機身雷達(dá)隱身性能的外形設(shè)計措施。
　　第六章，開展直升機布局對其雷達(dá)隱身特性的影響研究。在對比分析三型直升機RCS多元響應(yīng)特性的基礎(chǔ)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(jù)散射強度分布和雷達(dá)最大探測距離關(guān)系，提出并建立直升機對抗雷達(dá)探測的四級預(yù)警機制和等級，進(jìn)一步討論延遲雷達(dá)截獲時間的飛行規(guī)避方案。
　　第七章，開展直升機氣動/雷達(dá)隱身綜合特性的

7、優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用研究。首先，基于建立的CEM/CFD耦合的高精度數(shù)值方法，開展旋翼翼型氣動/雷達(dá)隱身一體化分析和設(shè)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(biāo)，著重以槳尖后掠和槳葉扭轉(zhuǎn)分布作為設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行旋翼氣動/雷達(dá)隱身特性的綜合優(yōu)化設(shè)計，獲得了一些優(yōu)化結(jié)果；最后，開展懸停和前飛狀態(tài)下常規(guī)布局和隱身設(shè)計機身的升阻特性、剖面壓強系數(shù)分布和下洗載荷的研究，通過評價函數(shù)法評估直升機氣動/雷達(dá)隱身的綜合性能，探索