加力燃燒室涂覆吸波材料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)雷達(dá)散射特性的影響

陳瀚賾, 李中生, 鄧洪偉, 楊勝男, 王 旭, 王 群

(1. 中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所, 沈陽 110015; 2. 空軍裝備部駐沈陽地區(qū)第二軍事代表室, 沈陽 110043)

0 引 言

雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子裝備, 是軍事領(lǐng)域中的主流探測(cè)系統(tǒng), 降低飛行器雷達(dá)特征信號(hào)對(duì)提升作戰(zhàn)能力具有重要作用[1]。 由渦輪、 加力燃燒室與噴管組成的航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)是典型的腔體結(jié)構(gòu), 其雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section, RCS)占整個(gè)飛行器后向RCS約90%, 降低排氣系統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)特征對(duì)于提升飛行器后向隱身能力具有重要意義[2-3]。 加力燃燒室部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 存在較多的散射源, 雷達(dá)波照射到加力部件后產(chǎn)生的散射回波能量較強(qiáng), 因此, 降低加力燃燒室的雷達(dá)特征信號(hào)是提升飛行器后向雷達(dá)隱身能力的重點(diǎn)[4-5]。

對(duì)加力燃燒室部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)修形設(shè)計(jì), 使散射回波向非威脅方向偏折是降低加力燃燒室雷達(dá)特征信號(hào)的一種手段[6-8]。 然而修形設(shè)計(jì)易對(duì)加力燃燒室的氣動(dòng)性能、 燃燒效率產(chǎn)生影響。 涂覆吸波材料可以吸收照射到飛行器表面的雷達(dá)波能量, 將其轉(zhuǎn)化為熱能耗散或者通過干涉使雷達(dá)波相消, 減弱散射回波的信號(hào)特征[9-11], 在不改變外形的條件下縮減雷達(dá)特征信號(hào)。 因此涂覆吸波材料是提升發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)雷達(dá)隱身能力的常用手段。 高翔等[12]研究了介質(zhì)涂覆位置對(duì)雙S彎排氣系統(tǒng)在X波段雷達(dá)散射特性的影響。 結(jié)果表明在雙S彎排氣系統(tǒng)內(nèi)壁面進(jìn)行介質(zhì)涂覆對(duì)雷達(dá)負(fù)探測(cè)角范圍內(nèi)的RCS縮減效果明顯。 郭宵等[13-14]研究了球面收斂噴管應(yīng)用吸波介質(zhì)及吸波介質(zhì)脫落對(duì)X波段雷達(dá)散射特性的影響。 結(jié)果表明僅在球面收斂噴管出口和球面段進(jìn)行涂覆, 可以在吸波材料減少30%的條件下達(dá)到全涂覆方案80%的縮減效果。 在俯仰探測(cè)面, 當(dāng)吸波材料脫落概率達(dá)到0.7時(shí), 仍具有68.19%的RCS縮減能力。 宋宇等[15]研究了二元塞式噴管涂覆吸波介質(zhì)對(duì)電磁散射特性的影響。 結(jié)果表明塞錐和出口壁面是二元塞式噴管雷達(dá)散射的主要來源, 對(duì)塞錐和出口壁面涂覆吸波介質(zhì)是獲取綜合收益最大的方法。

在前期關(guān)于涂覆吸波材料縮減發(fā)動(dòng)機(jī)雷達(dá)特征信號(hào)的相關(guān)研究中, 主要針對(duì)不同形式的噴管開展, 缺乏對(duì)雷達(dá)信號(hào)特征更大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的加力燃燒室開展涂覆吸波材料對(duì)雷達(dá)散射特性的影響研究。 本文建立典型排氣系統(tǒng)物理模型, 擬定不同的加力燃燒室吸波材料涂覆方案, 仿真分析不同方案對(duì)排氣系統(tǒng)在S波段、 X波段典型頻點(diǎn)雷達(dá)散射特性的影響。

1 物理模型

圖1為本文建立的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)雷達(dá)散射特性計(jì)算物理模型。 模型包含渦輪葉片、 承力框架、 混合器筒體、 波瓣混合器、 加力內(nèi)錐、 火焰穩(wěn)定器、 加力筒體、 軸對(duì)稱噴管。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)在裝機(jī)環(huán)境下, 筒體外壁面并不會(huì)被雷達(dá)波照射。 因此, 在仿真計(jì)算時(shí)通常將發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在低散射載體中, 并將載體外表面設(shè)置為全吸波狀態(tài), 從而消除外壁面對(duì)RCS的貢獻(xiàn), 以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)使用環(huán)境。

圖1 雷達(dá)散射特性計(jì)算物理模型Fig.1 Physical model of computing radar scattering characteristic

2 吸波材料涂覆方案

加力燃燒室主要包含加力內(nèi)錐、 火焰穩(wěn)定器、 波瓣混合器、 加力筒體, 本文在渦輪、 噴管等部位均不涂覆吸波材料的條件下, 共擬定5種加力燃燒室吸波材料涂覆方案, 如表1所示, 并將吸波材料在各波段對(duì)雷達(dá)波的反射率設(shè)置為-4 dB。 Case 1為本文的基準(zhǔn)方案, 在所有部位均未涂覆吸波材料, Case 2～Case 4分別為在加力燃燒室不同部位涂覆吸波材料的方案, Case 5在所有加力燃燒室部件均涂覆吸波材料。 Case 2～Case 4結(jié)合不同工程使用需求分別擬定了3種吸波材料涂覆方案。

表1 吸波材料涂覆方案Table 1 Microwave absorbing material coating schemes

3 計(jì)算方法

彈跳射線法(Shooting and Bouncing Ray, SBR)較好地兼顧了復(fù)雜腔體散射的計(jì)算精度與計(jì)算效率, 目前廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、 排氣系統(tǒng)的雷達(dá)散射特性仿真計(jì)算中。 本文采用彈跳射線法對(duì)排氣系統(tǒng)物理模型進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。 SBR包含射線管生成及跟蹤、 射線場(chǎng)強(qiáng)跟蹤和遠(yuǎn)區(qū)散射場(chǎng)積分計(jì)算3個(gè)部分[16-18]:

(1) 射線管生成及跟蹤: 將入射的雷達(dá)波離散為射線, 利用一系列緊密相連的射線管來模擬雷達(dá)波入射到表面時(shí)的情況。 通過對(duì)所有射線管進(jìn)行路徑追蹤就可以模擬雷達(dá)波在目標(biāo)的傳播過程。

(2) 射線場(chǎng)強(qiáng)跟蹤: 對(duì)射線管與目標(biāo)表面的交點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行跟蹤計(jì)算, 可求得電磁場(chǎng)的幅度。 雷達(dá)波經(jīng)過一次反射后, 射線及場(chǎng)強(qiáng)信息進(jìn)行更新, 反射射線更新為入射射線, 反射場(chǎng)強(qiáng)更新為入射場(chǎng)強(qiáng), 如此迭代直到射線脫離目標(biāo)或者射線達(dá)到終止條件。

(3) 遠(yuǎn)區(qū)散射場(chǎng)積分計(jì)算: 根據(jù)對(duì)射線路徑跟蹤和場(chǎng)強(qiáng)跟蹤的分析, 可以求出射線經(jīng)過多次反射回到射線口面時(shí)的電場(chǎng)分布, 將口面上的電場(chǎng)等效為磁流源, 對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行口徑積分, 得到目標(biāo)體的遠(yuǎn)區(qū)散射場(chǎng), 表達(dá)式為

?exp[-jk(i-s)·rd]dSd

(1)

式中:Es是遠(yuǎn)區(qū)散射場(chǎng);i和s為沿著入射方向、 散射方向的單位矢量;n為面元法向矢量;Hi為入射波的磁場(chǎng)強(qiáng)度;R為場(chǎng)點(diǎn)到原點(diǎn)的路徑長度;Sd為明區(qū)面元;rd為場(chǎng)點(diǎn)距該面元的距離長度。

最后, 將所有射線管得到的散射場(chǎng)進(jìn)行矢量疊加, 得到目標(biāo)體的遠(yuǎn)區(qū)散射總場(chǎng), 具體表達(dá)為

(2)

式中: 第一個(gè)求和符號(hào)表示所有射線管散射場(chǎng)的疊加; 第二個(gè)求和符號(hào)表示對(duì)所有射線管照亮面元的散射場(chǎng)的疊加,n表示每條射線管照亮的面元總個(gè)數(shù),m表示射線管總數(shù)。

4 計(jì)算方法驗(yàn)證

角反射結(jié)構(gòu)是一種強(qiáng)散射源, 在本文建立的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)模型中, 火焰穩(wěn)定器類似角反射結(jié)構(gòu)。 為了驗(yàn)證本文采用的SBR的計(jì)算精度, 以圖2所示角反射器為例(藍(lán)色區(qū)域?yàn)橥扛参ú牧系膮^(qū)域, 橙色區(qū)域?yàn)槲赐扛搽[身材料的金屬區(qū)域), 進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證。

圖2 角反射器模型Fig.2 Corner reflector model

圖3為試驗(yàn)測(cè)試RCS分布曲線與數(shù)值仿真計(jì)算RCS分布曲線的對(duì)比情況。 在0°～45°范圍內(nèi), 數(shù)值計(jì)算的RCS分布規(guī)律與試驗(yàn)測(cè)試的RCS分布規(guī)律基本一致。 由于角反射器實(shí)物表面特性與仿真計(jì)算中設(shè)定的表面特性存在差異, 測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的RCS數(shù)值略有偏差但偏差較小, 數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合相對(duì)較好, 從而驗(yàn)證了本文采用的計(jì)算方法SBR具有較好的計(jì)算精度。

圖3 測(cè)試與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.3 Comparison of test data and simulation data

5 計(jì)算邊界條件

圖4顯示了計(jì)算探測(cè)點(diǎn)布置方式。 本文將俯仰角設(shè)置為0°, 將水平探測(cè)面的方位角設(shè)置為-30°～+30°, 方位角間隔設(shè)置為0.3°。 極化方式設(shè)置為水平極化、 垂直極化, 計(jì)算選取S波段與X波段的典型頻點(diǎn)。

圖4 雷達(dá)散射特性計(jì)算探測(cè)點(diǎn)Fig.4 Radar scattering characteristic calculation detection point

6 計(jì)算結(jié)果分析

6.1 低散射載體信號(hào)特征驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文建立的低散射載體特征信號(hào)是否滿足遠(yuǎn)小于目標(biāo)特征的信號(hào)要求, 以水平極化為例, 利用圖5所示的驗(yàn)證計(jì)算模型對(duì)低散射載體在S波段、 X 波段雷達(dá)信號(hào)特征進(jìn)行仿真計(jì)算, 并將結(jié)果與Case 1的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖5 低散射載體驗(yàn)證計(jì)算物理模型Fig.5 Verification of computational physical model for low scattering carrier

本文對(duì)所有RCS計(jì)算結(jié)果進(jìn)行無量綱處理。 RCS分布曲線圖的縱坐標(biāo)無量綱雷達(dá)散射截面定義為RCS/RCSmax, RCSmax為在該極化方式下, 不同方案在整個(gè)探測(cè)角域內(nèi)RCS的最大值。 圖6顯示了低散射載體與目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果, 在兩個(gè)波段典型頻點(diǎn)下, 低散射載體在-30°～+30°范圍內(nèi)的RCS均遠(yuǎn)小于Case 1的RCS, 表明本文建立的低散射載體滿足要求。

圖6 RCS對(duì)比情況(水平極化)Fig.6 Comparison of RCS (horizontal polarization)

6.2 SAR成像分析

為了獲取雷達(dá)波強(qiáng)散射源分布, 以X波段為例, 仿真計(jì)算了雷達(dá)波從水平方位角0°入射時(shí)排氣系統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像, 結(jié)果如圖7～8所示。

圖7 SAR成像(X波段水平極化)Fig.7 SAR imaging(X-band horizontal polarization)

圖8 SAR成像(X波段垂直極化)Fig.8 SAR imaging(X-band vertical polarization)

當(dāng)雷達(dá)波從方位角0°入射到排氣系統(tǒng)的腔體中, 直接照射到火焰穩(wěn)定器、 承力框架支板、 渦輪葉片, 隨后在腔體內(nèi)各部件間繼續(xù)發(fā)生多次反射形成最后的散射總場(chǎng)。 在水平極化方式下, 對(duì)于未涂覆吸波材料的Case 1, 由于火焰穩(wěn)定器內(nèi)環(huán)、 中環(huán)、 外環(huán)及傳焰槽類似角反射結(jié)構(gòu), 雷達(dá)波在照射火焰穩(wěn)定器時(shí), 會(huì)進(jìn)入凹槽內(nèi)部, 形成較強(qiáng)的鏡面散射回波, 因此在火焰穩(wěn)定器位置形成了特征信號(hào)最強(qiáng)的能量云團(tuán), 火焰穩(wěn)定器也是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中雷達(dá)特征信號(hào)最強(qiáng)的散射源。 雷達(dá)波在照射渦輪葉片及承力框架的支板端面時(shí), 也會(huì)發(fā)生鏡面散射, 然而由于支板端面面積相對(duì)較小, 葉片具有傾斜角度未構(gòu)成直接鏡面散射源, 因此在上述兩個(gè)部位, 形成了特征信號(hào)弱于火焰穩(wěn)定器信號(hào)特征的能量云團(tuán)。 加力內(nèi)錐與波瓣混合器未構(gòu)成鏡面散射源, 雷達(dá)信號(hào)特征弱于火焰穩(wěn)定器、 渦輪葉片等部位。 在軸對(duì)稱噴管的出口截面及喉道截面, 排氣系統(tǒng)空間發(fā)生劇烈變化, 雷達(dá)波在兩個(gè)截面處會(huì)聚集形成能量相對(duì)較強(qiáng)的特征信號(hào)。 而由加力筒體形成的腔體空間沒有固體結(jié)構(gòu), 散射回波疊加形成的信號(hào)特征較弱。 在加力部件不同區(qū)域涂覆吸波材料后, 不僅涂覆材料部位的特征信號(hào)明顯下降, 對(duì)部分未涂覆材料區(qū)域的特征信號(hào)也存在影響。 這是由于雷達(dá)波在腔體內(nèi)各部件多次反射過程中, 不斷被吸波材料耗散, 最終不僅在涂覆吸波材料部位的信號(hào)特征下降, 而在整個(gè)排氣系統(tǒng)腔體空間的信號(hào)特征均下降。 Case 2在加力筒體、 加力內(nèi)錐涂覆吸波材料, 使雷達(dá)波在加力筒體段的腔體空間疊加形成的散射總場(chǎng)信號(hào)特征明顯下降。 加力內(nèi)錐處信號(hào)特征也有下降, 然而由于附近的火焰穩(wěn)定器信號(hào)特征明顯更強(qiáng), 因此內(nèi)錐及其附近的信號(hào)特征降幅有限。 Case 3～Case 5吸波材料涂覆部位更多, 在整個(gè)排氣系統(tǒng)腔體內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)特征均低于Case 1, 這3個(gè)方案在SAR成像中信號(hào)特征能量分布較為接近, 在涂覆位置不同處信號(hào)特征略有差異。 由于火焰穩(wěn)定器是腔體內(nèi)最強(qiáng)的散射源, 這3個(gè)方案均在火焰穩(wěn)定器涂覆吸波材料, 因此該位置的信號(hào)特征明顯下降, 而雷達(dá)波在腔體內(nèi)反射的過程中, 仍會(huì)到達(dá)火焰穩(wěn)定器, 吸波材料繼續(xù)消耗雷達(dá)波能量, 因此排氣系統(tǒng)內(nèi)部其他區(qū)域的信號(hào)特征也均下降。 Case 3～Case 5在加力筒體中間區(qū)域集中出現(xiàn)能量極低的信號(hào)特征條帶, 這是由于在火焰穩(wěn)定器涂敷吸波材料對(duì)散射回波的信號(hào)特征強(qiáng)度及散射方向改變較大, 直接改變了散射總場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度及方向, 雷達(dá)波在該區(qū)域存在較強(qiáng)的干涉相消效果, 導(dǎo)致產(chǎn)生局部能量極低的信號(hào)特征條帶。 同時(shí)在加力筒體涂敷吸波材料會(huì)進(jìn)一步降低該區(qū)域的信號(hào)特征, 因此Case 4、 Case 5在該區(qū)域的信號(hào)特征較Case 3進(jìn)一步下降。 雷達(dá)波從方位角0°入射時(shí), 加力內(nèi)錐、 加力筒體等部位對(duì)于雷達(dá)信號(hào)特征的影響遠(yuǎn)小于火焰穩(wěn)定器, 因此在兩個(gè)部位涂覆吸波材料的差異對(duì)SAR成像中信號(hào)特征能量分布的影響相對(duì)有限。

對(duì)于垂直極化, 散射源的信號(hào)特征強(qiáng)弱分布與水平極化基本一致, 部分區(qū)域的能量云團(tuán)形狀略有差異。 表明兩種極化方式下, 強(qiáng)、 弱散射源的分布特征一致, 火焰穩(wěn)定器仍是信號(hào)特征最強(qiáng)的雷達(dá)波散射源, 渦輪葉片及支板部位是次強(qiáng)散射源。 在加力燃燒室部件涂覆吸波材料對(duì)降低排氣系統(tǒng)腔體內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)特征具有較好效果。

6.3 RCS分布規(guī)律分析

圖9～12顯示了S波段、 X波段在水平極化、 垂直極化方式下的RCS分布曲線。 由于兩種極化方式下強(qiáng)散射源分布情況基本一致, 因此不同吸波材料涂覆方案對(duì)RCS縮減效果的影響規(guī)律具有相似性。 以水平極化為例對(duì)各方案RCS分布規(guī)律進(jìn)行分析。 對(duì)于S波段, Case 1、 Case 2的RCS分布規(guī)律相對(duì)較為接近, 兩種方案在方位角-16°～+16°范圍內(nèi)形成了較強(qiáng)的RCS寬角域波峰, 在±16°之后, RCS不斷震蕩下降。 Case 2在加力內(nèi)錐、 加力筒體兩個(gè)部位涂覆吸波材料, 對(duì)RCS的縮減效果主要體現(xiàn)在±20°之后, 此時(shí)雷達(dá)波主要照射到噴管與加力筒體部位, 因此在加力筒體涂覆吸波材料具有較好效果。 雷達(dá)波在±15°范圍內(nèi)可以直接照射到加力內(nèi)錐, 而內(nèi)錐的雷達(dá)波信號(hào)特征遠(yuǎn)低于火焰穩(wěn)定器、 渦輪葉片等部位, 因此在火焰穩(wěn)定器、 渦輪葉片不涂覆吸波材料的條件下, 僅在加力內(nèi)錐涂覆吸波材料對(duì)該角域RCS縮減效果有限。 Case 3、 Case 4、 Case 5的RCS分布規(guī)律較為接近。 這3種方案在-10°～+10°范圍內(nèi)形成了較強(qiáng)的RCS寬角域波峰, 隨后RCS快速下降, 在±14°形成散射波谷。 在±14°之后, RCS不斷震蕩。 與未涂覆吸波材料的Case 1相比, Case 3～Case 5在整個(gè)探測(cè)范圍內(nèi)對(duì)RCS具有較好的縮減效果, 其中對(duì)-18°～+18°范圍內(nèi)的RCS縮減效果較為明顯, 表明在火焰穩(wěn)定器涂覆吸波材料對(duì)縮減排氣系統(tǒng)后向RCS具有重要作用。 Case 4在-10°～+10°范圍內(nèi)的RCS大于Case 3、 Case 5的RCS, 表明在火焰穩(wěn)定器涂覆吸波材料縮減其信號(hào)特征的情況下, 繼續(xù)在加力內(nèi)錐涂覆吸波材料可以繼續(xù)縮減RCS。 在±20°之后, Case 3的RCS大于Case 4、 Case 5的RCS, 體現(xiàn)了在加力筒體涂覆吸波涂層的收益。

圖9 S波段RCS分布曲線(水平極化)Fig.9 S-band RCS distributioncurve (horizontal polarization)

圖10 X波段RCS分布曲線 (水平極化)Fig.10 X-band RCS distribution curve(horizontal polarization)

圖11 S波段RCS分布曲線(垂直極化)Fig.11 S-band RCS distribution curve(vertical polarization)

圖12 X波段RCS分布曲線(垂直極化)Fig.12 X-band RCS distribution curve(vertical polarization)

對(duì)于X波段, 由于雷達(dá)波波長較S波段雷達(dá)波短, 對(duì)各部位細(xì)節(jié)特征的探測(cè)能力更強(qiáng), 因此RCS震蕩特性明顯增強(qiáng), 且散射波峰、 波谷數(shù)量有所增加。 與S波段相比, X波段雷達(dá)波照射到排氣系統(tǒng)各部位產(chǎn)生的散射機(jī)理有所變化, 然而兩個(gè)波段強(qiáng)散射源分布規(guī)律基本一致, 因此在各部位涂覆吸波材料后對(duì)X波段RCS影響規(guī)律、 影響機(jī)理與S波段仍具有相似性, 而對(duì)RCS縮減數(shù)值與縮減角域有所差異。 其中Case 3～Case 5仍是對(duì)RCS具有較好縮減效果的3種方案, 對(duì)Case 1中0°、 ±10°、 ±18°方位角處形成的散射波峰具有較強(qiáng)的消弱效果。

6.4 RCS均值降幅分析

表2顯示了在方位角-30°～+30°范圍內(nèi)不同方案的RCS均值降幅。 對(duì)于S波段, Case 3～Case 5在兩種極化方式下的RCS均值降幅遠(yuǎn)大于Case 2的RCS均值降幅, 表明在本文的研究條件下, 在火焰穩(wěn)定器涂覆吸波材料對(duì)縮減RCS具有較好的效果。 其中Case 5涂覆部位最多, 對(duì)RCS縮減效果最好, 在水平極化、 垂直極化兩種方式下RCS均值降幅分別達(dá)90.9%和92.3%。 而與Case 5相比, Case 3、 Case 4兩種方案的RCS縮減效果略有下降, 表明在火焰穩(wěn)定器涂覆吸波材料情況下, 在加力內(nèi)錐、 加力筒體涂覆吸波材料對(duì)RCS縮減效果有限。

表2 方位角-30°～+30°的RCS均值降幅統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical Table of RCS mean Reduction of azimuth angle at -30°～+30°

對(duì)于X波段, 由于雷達(dá)波波長變短, 照射到排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的散射機(jī)理與S波段有所差異, 各部件的雷達(dá)信號(hào)特征發(fā)生變化。 Case 2對(duì)兩種極化方式下的RCS均值縮減效果較S波段有所提升, Case 3～Case 5對(duì)RCS均值的縮減效果較S波段有所下降, 其中縮減效果最好的Case 5對(duì)水平極化、 垂直極化RCS均值縮減效果分別達(dá)90.2%和88.4%。 Case 3在兩種極化方式下的RCS均值降幅均大于Case 4, 表明在加力內(nèi)錐涂覆吸波材料對(duì)X波段RCS均值的縮減效果好于S波段。

在S波段與X波段, Case 2對(duì)水平極化與垂直極化方式下的RCS均值縮減效果差異明顯大于其余方案, 且均為對(duì)水平極化RCS的均值縮減效果好于垂直極化。 其中X波段, Case 2對(duì)水平極化RCS均值的縮減效果為35.7%, 對(duì)垂直極化RCS均值的縮減效果為29.4%, 在兩種極化方式下RCS均值降幅差異達(dá)6.3%。 這是由于在不同極化方式下, 雷達(dá)波在火焰穩(wěn)定器、 加力內(nèi)錐與加力筒體部位的耦合散射情況有所區(qū)別。 在水平極化方式下, 雷達(dá)波照射到火焰穩(wěn)定器后產(chǎn)生的散射回波到達(dá)加力內(nèi)錐與加力筒體的能量更多, 在上述兩個(gè)部件涂敷吸波材料對(duì)其收益相對(duì)較大, 因此對(duì)水平極化的RCS縮減效果大于垂直極化。

7 結(jié) 論

本文擬定了5種不同的加力燃燒室吸波材料涂覆方案, 仿真分析了5種方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)在S波段、 X波段典型頻點(diǎn)水平極化與垂直極化雷達(dá)散射特性的影響, 獲取的結(jié)論如下:

(1) 火焰穩(wěn)定器是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中雷達(dá)特征信號(hào)最強(qiáng)的散射源, 在該部位涂覆雷達(dá)吸波材料對(duì)縮減排氣系統(tǒng)S波段、 X波段雷達(dá)特征信號(hào)收益最大。

(2) 隨著雷達(dá)波波長減小, 對(duì)排氣系統(tǒng)各部位細(xì)節(jié)特征的探測(cè)能力更強(qiáng), 因此X波段的 RCS震蕩特性明顯增強(qiáng), 散射波峰、 波谷數(shù)量增加。 然而兩個(gè)波段強(qiáng)散射源分布規(guī)律基本一致, 不同涂覆方案對(duì)S波段與X波段RCS縮減效果的影響規(guī)律、 影響機(jī)理具有相似性, 而縮減數(shù)值與縮減角域有所差異。

(3) 在加力內(nèi)錐、 火焰穩(wěn)定器、 波瓣混合器、 加力筒體4個(gè)部位均涂覆吸波材料是對(duì)S波段、 X波段在方位角-30°～+30°范圍內(nèi)RCS均值縮減效果最好的方案, 對(duì)S波段水平極化、 垂直極化RCS均值縮減效果達(dá)92.3%和92.0%, 對(duì)X波段水平極化、 垂直極化RCS均值縮減效果達(dá)90.2%和88.4%, 表明在加力燃燒室涂覆吸波材料對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)后向雷達(dá)隱身性能具有重要作用。