飞机外露物隐身改进设计研究

周 萍,郭 文,聂 暾,滕 杰,徐伊达

(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司,成都 610092)

飞机外露物隐身改进设计研究

周 萍,郭 文,聂 暾,滕 杰,徐伊达

(中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司,成都 610092)

外露物在一定程度上影响飞机隐身性能，而外露物的共形设计会增加成本;针对低成本准隐身飞机，探讨了一种外露物的隐身改进设计，主要采取优化外形，涂敷吸波材料、提升加工工艺等措施实现低成本飞机RCS值的缩减;经过隐身仿真、隐身测试等手段，获取了外露物在不同频点、不同极化下的RCS值，并通过仿真、测试数据对比验证采取隐身改进措施的有效性，并为其它外露物隐身设计提供了设计依据和手段。

外露物; 隐身设计; 隐身仿真; 隐身测试; 吸波材料

0 引言

飞机RCS值的有效降低，可以减小敌目标雷达探测的概率并保护飞机免受精确打击，大大提高了飞机的战场生存能力[1]。一般飞机的隐身设计是从雷达隐身、红外隐身、射频隐身[2]等方面考虑。而目前的重点研究方向是雷达隐身，主要从飞机的外形、天线及外露物、隐身涂料、隐身结构等方面进行设计。

相对于舰船等其它大型综合系统，大多数飞机机系统载机体积狭小、空间有限，但作为一个完整且具有多重功能的系统，在十分苛刻的空间条件下仍必须装备大量天线以及外露物，这些大量的外露天线以及外露物，对全机的隐身指标占了主要地位，要降低全机的RCS值，外露物必须采取隐身设计[2]。外露物要降低RCS值，最直接的办法就是设计成与飞机蒙皮共形，但是在现有飞机外形已定，且装载空间有限的情况下，难于实现外露物的共型设计。

故本文针对低成本、准隐身飞机，对机上一外露物提出隐身改进设计，通过仿真、测试等手段，验证采取的措施是否有效可行。

1 外露物隐身改进设计

外露物是由安装底座、支臂、阻滞室、敏感元件组成，如图1所示[3]，从隐身原理分析外露物头部阻滞室的长度、进气口开口结构的大小、支臂的长度以及外形尺寸对RCS值的影响较大。

1.1 头部阻滞室外形改进设计

头部阻滞室的长度、进气口开口结构的大小受制于阻滞室内部感温元件的尺寸，在现有工艺技术水平下，还不能生产出尺寸更小的满足要求的双余度敏感元件。因此，对头部阻滞室进气口的尺寸未进行缩减，将阻滞室长度由原来的72 mm减小为62 mm，如图2所示。

图1 外露物外形示意 图2 阻滞室外形改进设计

1.2 支臂外形改进设计

支臂的大小与长度对RCS值影响较大，但如果支臂太短，外露物阻滞室离飞机蒙皮则太近，附面层气流的扰动将对总温的测量造成不利的影响，综合考虑外露物的结构强度以及附面层影响，支臂的改进如图3所示，长度由60 mm减小为48 mm，支臂底部由55 mm减小为52 mm。

图3 支臂外形改进设计

1.3 敏感元件外形改进设计

对敏感元件的端面进行倒角处理，改变电磁散射机理，将强散射源(镜面反射)改为弱散射源(边缘绕射)，如图4所示。

图4 敏感元件外形改进设计

1.4 涂敷隐身材料

外形隐身技术虽然能够有效地减小外露物的RCS值，但是受到气动外形、工艺等方面的限制，其对RCS的缩减效果是有限的。为了进一步减缩外露物的RCS值，在外露物的外表面涂覆一层1.2 mm的WAT-1.0S雷达吸波材料，通过仿真和测试，发现涂敷吸波材料后，外露物的RCS值降低明显。

1.5 工艺改进

由于之前外露物采用熔焊的方式进行零件之间的焊接。焊接之后，焊料会堆积在焊缝处，考虑到焊接的强度，焊接之后保留了焊接鱼鳞纹。接鱼鳞纹表面的不连续性会导致各种电磁绕射现象，增加散射源的数量，对外露物整体RCS的缩减也会产生不利的影响。

因此，此次改进对外露物整体的表面粗糙度提出更高的要求，尽量保证外露物各个面的光滑以及零件连接处的连续性。

3 外露物改进前、后的隐身仿真

在上面的改进设计基础上通过FEKO软件进行仿真分析，设置求解参数：入射波频率(选取5个频点)、入射波波形(平面波入射)、入射波方位角范围(0°～180°，其中0°机头方向)、入射方位角步长(0.2°)、入射波极化方式(HH或VV)、单双站选择(单站)、计算方法(MLFMM)。天线俯仰角0°，仿真曲线[5]见图3～图5。

外露物改进前、后的仿真[4]结果对比见图5和图6。

图5 外露物改进前、后HH极化RCS均值对比

图6 外露物改进前、后VV极化RCS均值对比

从图5至图6可以看出：通过一系列的改进措施后，外露物RCS值明显下降，在水平极化下：F1频点水平极化降低效果没有F2、F3、F4、F5频点明显，在垂直极化下：F1频点出现改进后垂直极化变差的情况，其它频点改进效果明显；整体情况下改进前、后F1频点水平极化RCS均值在-20～-27 dB之间，垂直极化在-25～-40 dB之间，水平极化的RCS均值不理想，其他频点下的仿真结果较理想。

3 改进后的隐身测试

主要测试仿真数据稍差的F1频点；改进后的测试结果见图7和图8。

图7 F1频点HH极化RCS曲线

图8 F1频点VV极化RCS曲线

通过测试发现，外露物在频点F1(前向、侧向)HH极化下的RCS值与仿真值较接近，在-20～-31 dB之间，垂直极化在-25～-42 dB之间，水平极化的RCS均值不理想。该频段下RCS值不理想的原因主要是由外露物的体积以及阻滞室开口结构所导致，要减小该频段下的RCS均值，须将外露物做的更小(包含开口)，首先必须减小阻滞室内部敏感元件的尺寸。该外露物内部敏感元件是双余度结构，采用2根0.04 mm的铂金丝绕制在金属骨架上，若要减小敏感元件尺寸，则必须选用更细的铂金丝。这将对敏感元件的绕制工艺提出更高的要求。后续研究采用更小的铂金丝绕制体积更小的敏感元件，由于绕制工艺目前还存在诸多难点，还需要上时间公关，进一步提高绕制工艺，进一步研究敏感元件减小还能否实现外露物指标要求。

4 结论

通过前面的仿真和实测发现，经过一系列的隐身改进设计，使得外露物的RCS值降低明显，为机上其他外露物以及外露天线提供了隐身改进设计的依据和手段，也为飞机的隐身设计奠定了基础，节约了成本。

[1] 段振武，麻建军．隐身技术在无人机上的应用研究[J]．飞航导弹，2009，2(4)：36-39.

[2] 桑建华，飞行器隐身技术[M]. 北京：航空工业出版社，2013.

[3] 尤春风等CATIA V5曲面造型[M].第1版.北京：清华大学出版社，2002.

[4] 张宗斌，陈益邻，高正红. 三维复杂目标求解的多层快速多极子方法[J]. 南京航空航天大学学报，2007，39(2): 222-226.

Study on Optimizing Stealth Design of Aircraft Exposed Protrusion

Zhou Ping, Guo Wen, Nie Tun, Teng Jie, Xu Yida

(China Aviation Industry Chengdu Group Co.Ltd.,Chengdu 610092,China)

Exposed protrusion can increase the RCS of aircraft. However, low cost and conformal design are contradictory. Stealth design based on the existing exposed protrusion to the low cost and standard stealth of aircraft is discussed. Configuration optimization of exposed protrusion, coating of wave-absorbing material, upgrade of fabrication process can reduce the RCS of low-cost aircraft. The RCS values are obtained under different frequency and polarization through simulation and other test methods, which are compared to verify the effectiveness of the method，also provide a base and a means for other exposed protrusion stealth design.

Exposed protrusion;Stealth design; RCS simulation;RCS test; wave-absorbing material

2016-07-16；

2016-08-04。

周 萍(1977-)，女,四川简阳人，硕士研究生，高级工程师，主要从事飞机系统总体设计与隐身设计方向的研究。

1671-4598(2016)12-0203-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.058

V218

A