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直升机机身气动与雷达隐身一体化方法研究

作　者: 蒋相闻
导　师: 招启军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 直升机雷达散射截面(RCS) 气动特性物理光学法等效电磁流法一体化 CFD
分类号: V211.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 85次
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内容摘要

武装直升机气动与隐身一体化设计是当前直升机总体设计和空气动力学领域具有挑战性和重要意义的研究内容。本文针对武装直升机复杂的电磁散射和气动特性,分别建立了基于高频特性的雷达散射截面(RCS)计算方法和基于动量源模型的旋翼/机身组合流场及气动特性分析的CFD方法,重点研究了直九直升机机身不同结构参数布局对其气动及RCS特性的影响,并结合优化方法开展机身气动特性与隐身性能一体化设计研究。具体内容如下:作为前提和背景,第一章简要介绍了雷达隐身技术的发展,分析了飞行器雷达隐身国内外研究的技术现状,指出了采用一体化方法开展直升机机身气动特性和雷达隐身研究的必要性与重要意义。第二章,根据直升机旋翼/机身组合的几何特征、雷达散射特性及其干扰流场特点,在构建直升机旋翼和机身的几何模型基础上,建立了一套适合于直升机旋翼/机身组合流场和电磁散射计算的一体化网格生成方法。第三章,根据高频区电磁散射特性,将物理光学法和等效电磁流法相结合,建立了一套基于“面元边缘”的RCS计算方法和程序,在通过球板组合和某外形复杂的导弹算例验证方法有效性的基础上,对直九直升机和某型武装直升机的RCS进行了对比研究,得出了一些减缩直升机RCS的外形设计方案,并进一步采用准静态法对动态旋翼进行RCS的时域和频域计算分析,计算结果体现了电磁波的多普勒效应。第四章,基于Jameson有限体积法,以动量源模型代替旋翼对流场的作用,建立了一套适合于直升机流场分析的数值方法和计算程序。在算例验证本文方法有效性基础上,着重模拟了悬停和前飞状态下直九直升机旋翼/机身不同结构参数布局的流场和气动特性,得出了一些关于设计参数对其气动特性影响的结论。第五章,采用代理模型优化方法,建立了一套武装直升机机身气动和雷达隐身一体化设计方法。运用该方法首先对直九直升机机身进行了气动和隐身一体化分析,在此基础上,采用两种目标设计方法重点开展了直九直升机机身气动与雷达隐身综合设计,搜寻并获得了满足气动性能提高与RCS减缩要求的机身结构布局组合。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
图表清单  10-13
注释表  13-15
第一章绪论  15-20
  1.1 概述  15-17
  1.2 国内外研究现状及本文研究方法  17-19
  1.3 本文研究内容  19-20
第二章直升机的模型建立及网格生成  20-28
  2.1 引言  20
  2.2 直升机几何模型的建立  20-22
  2.3 直升机流场计算网格的生成  22-25
  2.4 直升机电磁计算网格的生成  25-26
  2.5 直升机气动与隐身一体化计算网格生成的主要步骤及方法流程  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章直升机雷达散射特性计算分析  28-47
  3.1 引言  28
  3.2 雷达散射截面（RCS）定义  28-29
  3.3 雷达散射截面的频率特性  29-30
  3.4 雷达散射截面计算方法  30-37
    3.4.1 高频计算方法  30-31
    3.4.2 面元散射场的计算  31-34
    3.4.3 边缘绕射场的计算  34-36
    3.4.4 遮挡处理  36-37
    3.4.5 目标总散射场计算  37
  3.5 直升机RCS 计算的主要步骤及方法流程  37-38
  3.6 算例验证  38-40
  3.7 武装直升机RCS 的计算与分析  40-44
  3.8 直升机旋翼RCS 的计算与分析  44-46
  3.9 本章小结  46-47
第四章机身结构参数对直升机流场和气动特性的影响分析  47-63
  4.1 引言  47
  4.2 动量源方法  47-49
  4.3 数值模拟方法  49-53
    4.3.1 控制方程  49-50
    4.3.2 流场初始化  50
    4.3.3 带动量源的空间离散  50-52
    4.3.4 人工粘性  52
    4.3.5 时间离散  52-53
    4.3.6 边界条件  53
    4.3.7 升力系数和阻力系数  53
  4.4 直升机流场和气动特性计算的主要步骤及方法流程  53-54
  4.5 算例验证  54-57
    4.5.1 单独机身流场的算例验证  54-56
    4.5.2 旋翼/机身组合流场的算例验证  56-57
  4.6 单独机身参数变化对其流场和气动特性的影响  57-59
    4.6.1 机身横纵比例参数变化影响  57-58
    4.6.2 平尾后掠角参数变化影响  58-59
  4.7 旋翼/机身参数变化对其干扰流场和气动特性的影响  59-62
    4.7.1 悬停状态下参数变化对其干扰流场和气动特性的影响  59-61
    4.7.2 前飞状态下参数变化对其干扰流场和气动特性的影响  61-62
  4.8 本章小结  62-63
第五章直升机机身气动性能与RCS 特性一体化设计  63-78
  5.1 引言  63
  5.2 直升机多目标优化方法  63-67
    5.2.1 多目标优化概念  63-64
    5.2.2 代理模型  64-67
  5.3 直升机多目标优化方法的主要步骤及计算流程  67-69
  5.4 机身气动特性和RCS 特性一体化分析  69-73
    5.4.1 机身单个结构参数布局变化的分析  70-71
    5.4.2 机身两个结构参数布局组合变化的分析  71-73
  5.5 机身气动特性和RCS 特性一体化设计  73-77
    5.5.1 目标函数一  73-75
    5.5.2 目标函数二  75-77
  5.6 本章小结  77-78
第六章结束语  78-80
  6.1 本文的主要工作及结论  78-79
  6.2 进一步研究设想  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

直升机机身气动与雷达隐身一体化方法研究

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