基于左手材料的翼面隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252014V01．35No．123331．3340ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．onhkxb@buaaedu．cndoi：10．7527／S1000-6893．2014．0176基于左手材料的翼面隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化徐合樂(lè)1，祝小平1’*，周洲1，任武21．西北工業(yè)大學(xué)無(wú)人機(jī)特種技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安7100722．西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100摘要：翼

2、面隱身結(jié)構(gòu)能同時(shí)滿足飛行器機(jī)翼氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和隱身的要求，但在空間有限的機(jī)翼中應(yīng)用時(shí)，由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其隱身效果受到限制。為了解決該問(wèn)題，在傳統(tǒng)隱身結(jié)構(gòu)中加入左手材料(LHM)進(jìn)行改進(jìn)。首先選取一種典型的LHM，從隱身設(shè)計(jì)角度出發(fā)，利用其雷達(dá)散射截面(RCS)計(jì)算不同入射角度下的后向吸收率，對(duì)其電磁特性進(jìn)行研究。然后根據(jù)LHM的電磁特性，將其應(yīng)用于翼面隱身結(jié)構(gòu)，在相同的RCS減縮效果下，應(yīng)用LHM可有效降低隱身結(jié)構(gòu)體積。最后，為了進(jìn)一步提高隱身效果，提出一種夾芯型LHM翼面隱身結(jié)構(gòu)，并對(duì)該隱身結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)利用代

3、理模型進(jìn)行優(yōu)化。研究結(jié)果表明，相較金屬翼面段RCS降低了15dB以上，較相同結(jié)構(gòu)的翼面隱身結(jié)構(gòu)RCS降低了10dB以匕。關(guān)鍵詞：左手材料；隱身結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；RCS；代理模型中圖分類號(hào)：V218文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2014)12—3331一10自2008年左手材料(Left—handedMaterial，LHM)完美吸收體的提出[1]，眾多研究者對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究。LHM是通過(guò)調(diào)控其結(jié)構(gòu)單元中的電諧振和磁諧振，實(shí)現(xiàn)自身阻抗與空間阻抗的匹配，同時(shí)利用結(jié)構(gòu)中的歐姆損耗及介質(zhì)損耗對(duì)入射波

4、進(jìn)行吸收。所以，與傳統(tǒng)吸波材料相比，其厚度受入射波的波長(zhǎng)影響較小，可以設(shè)計(jì)出薄型吸波材料，例如文獻(xiàn)[2]～文獻(xiàn)E7]中，微波段LHM厚度多小于5mm。同時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)多為單層或幾層介質(zhì)板，表面刻蝕不同花紋，重量可通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化而降低，達(dá)到較輕的重量要求。而常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)吸波材料如夾芯型的蜂窩結(jié)構(gòu)雖然重量輕，但其厚度多在幾十毫米；涂覆型吸波材料雖然厚度較蜂窩結(jié)構(gòu)小，但其密度大、維修成本高。此外，在較低頻段，如L波段和C波段，其他類型吸波材料通常會(huì)由于厚度、重量、工藝等工程問(wèn)題在實(shí)際中無(wú)法應(yīng)用。而LHM在這些波段仍具有

5、厚度薄、重量輕、吸收率高的特性[5’6]。綜上，LHM具有厚度薄、吸收率高、可應(yīng)用于低頻段等特點(diǎn)，為隱身設(shè)計(jì)提供了新途徑。目前，國(guó)內(nèi)外研究一方面集中于LHM的單元設(shè)計(jì)，在工作帶寬、極化特性、入射角域以及工作波段等問(wèn)題上不斷進(jìn)行優(yōu)化；另一方面集中于LHM在天線設(shè)計(jì)、天線罩設(shè)計(jì)等的應(yīng)用，但作為吸波體在隱身設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究卻鮮有報(bào)道[2。13

6、。在飛行器結(jié)構(gòu)中，機(jī)翼或彈翼的前后緣是飛行器的強(qiáng)散射點(diǎn)之一，需要對(duì)其進(jìn)行隱身處理。目前，對(duì)機(jī)翼前緣的隱身處理主要有兩種手段。一種是對(duì)機(jī)翼的外部及內(nèi)部使用涂覆型或結(jié)構(gòu)型吸波材料

7、。F一22對(duì)翼面結(jié)構(gòu)的前后緣等結(jié)構(gòu)采收稿日期：2014-06-24；退修日期：2014-07-16；錄用日期：2014—08—05；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014—09．0511：08網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000．6893．2014．0176htmI基金項(xiàng)目：部級(jí)項(xiàng)目*通訊作者．Tel．：029-88451030E-mail：zhuxping@pub．xaolinesn．Gn嘲用播武IXuHL．ZhuXP，ZhouZ．eta1．Designandoptim

8、izationoflowdetectablewingstructurebasedonLHMEJJ．ActaAeronautloaetAstronauticaSinica．2014。35(12)：3331．3340．徐含樂(lè)。祝小平．周潲．等．基于左手材料的翼面噫身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化￡Jj．航空學(xué)擢．2014．35(12)：3331-3340，航空學(xué)報(bào)用先進(jìn)的寬頻、高性能吸波結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行雷達(dá)散射截面(RCS)減縮。X一47B采用碳纖維復(fù)合吸波涂層材料[1“。這些單純的吸波材料都具有重量大、不易維護(hù)等缺點(diǎn)。另

9、一種為將整個(gè)機(jī)翼設(shè)計(jì)為隱身結(jié)構(gòu)，即在保持原有氣動(dòng)外形的條件下，將吸波材料同機(jī)翼中承力結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。它是一種既能滿足外形氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)要求，又能有效減少電磁波反射的多功能一體化結(jié)構(gòu)。如B-2隱身轟炸機(jī)機(jī)翼蒙皮最外層涂覆磁損耗吸波涂層，蒙皮采用一種六角形蜂窩夾芯碳／環(huán)氧吸波結(jié)構(gòu)材料，前后緣采用蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，蜂窩網(wǎng)格內(nèi)填充有磁損耗和電損耗吸波物質(zhì)，夾芯上下為吸波波紋板m]。聶毅[16-173和李宏信E181