电大尺寸复杂终端涂层腔体的电磁散射研究

论文摘要

随着军事需求的日益增长和隐身技术的快速发展,如何准确预估真实目标,诸如飞机进气道这样带有复杂旋转叶片终端的电大尺寸腔体的电磁散射特性变得尤为重要。另外,随着飞机隐身技术的发展,进气道内壁一般都涂敷有介质材料以进一步减小飞机的雷达散射截面积(RCS)。因此在厘米波段,对内壁涂敷介质材料的电大尺寸腔体的RCS的准确计算的研究也具有重要的现实意义。传统的矩量法(MoM)虽然能够精确计算复杂形状目标的电磁特性,但解决带有旋转对称体(BOR)终端的电大尺寸腔体电磁散射问题时,随着目标物体形状复杂度的不断增加,所剖分的网格密度也需要相应的增加,其计算效率明显降低。物理光学迭代法(IPO)在分析电尺寸缓变的平滑腔体散射问题时具有很高的效率,而对于带有旋转叶片这类复杂终端的腔体也同样难以精确计算其RCS。此外,随着材料学和飞机隐身技术的发展,作为飞机强散射源之一的进气道,绝大部分都在腔体表面涂有介质材料。为了解决上述问题,本文主要研究如何精确计算带有复杂旋转叶片的电大尺寸腔体的电磁散射,并将其推广到带有介质涂层材料的腔体模型上。本文中首先采用三角面元网格模型和基于磁场积分方程(MFIE)矩量法与基尔霍夫(Kirchhoff)近似公式相结合,计算电大尺寸理想导体腔体的RCS,并和参考文献结果进行比较,验证方法的正确性。在此基础上,进一步应用阻抗边界条件(IBC),通过涂敷腔体内壁上等效电流和等效磁流的联系,将问题等效为理想腔体的情况,从而快速计算电大尺寸介质涂层腔体的RCS。最后本文着重研究了带有旋转叶片的理想导体腔体的电磁散射问题。在复杂终端部分,仅对单一叶片进行网格剖分,利用整体叶片单元的旋转对称性,通过引入“旋转对称因子”的概念完成整个旋转叶片部分的等效剖分,从而减少矩量法中的未知数的个数,提高矩量法程序的运算效率。而在结构变化缓慢的腔体前端,仍采用传统的IPO方法。这样既保证了复杂终端的计算精度,又提高了整体程序的效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本文主要研究方法及内容安排
• 第二章 电磁场积分方程与矩量法
• 2.1 矩量法（MOM）中的基本概念
• 2.1.1 矩量法
• 2.1.2 基函数和权函数
• 2.2 电磁场积分方程
• 2.2.1 电场积分方程（EFIE）
• 2.2.2 磁场积分方程（MFIE）
• 2.2.3 混合积分方程
• 2.3 离散磁场积分方程及其奇异性处理
• 2.3.1 离散磁场积分方程
• 2.3.2 积分奇异性处理
• 2.4 数值积分
• 2.5 网格剖分
• 2.6 本章结论
• 第三章 理想导体腔体的散射特性的混合法分析
• 3.1 基本原理
• 3.1.1 腔体内MFIE 的矩量法
• 3.1.2 腔体口面上的电磁耦合
• 3.1.3 雷达散射截面积
• 3.1.4 腔体散射特性IPO 方法
• 3.1.5 腔体散射特性的MFIE-IPO 方法
• 3.2 理想导体腔体计算结果与分析
• 3.2.1 算例验证
• 3.2.2 模型参数及计算精度分析
• 3.3 本章结论
• 第四章 带介质涂层的腔体散射特性研究
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 阻抗边界条件
• 4.1.2 介质涂层腔体的等效MFIE 方法
• 4.2 介质涂层腔体混合法计算结果与分析
• 4.2.1 算例验证
• 4.2.2 模型参数及效率比较
• 4.3 本章结论
• 第五章 MFIE-IPO 混合法分析终端带旋转叶片的复杂腔体
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.3 带旋转叶片终端部分的矩量法
• 5.3.1 旋转因子及网格剖分简化
• 5.3.2 叶片终端的MFIE 计算结果与分析
• 5.4 本章结论
• 第六章 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文