典型结构缺陷的局部电磁散射特性测试流程研究

2024-04-08叶文娟朱林寰苏飞

中国设备工程 2024年6期

叶文娟，朱林寰，苏飞

（1.国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241000；2.北京航空航天大学，北京 100191）

1 概述

随着航空工业技术的发展，飞机结构的安全性和可靠性成为了关注的焦点，然而，飞机结构对其电磁散射性能的作用影响非常大，因此，对飞机结构缺陷产生的电磁散射性能影响的评估研究具有非常重要的实际意义。局部电磁散射评估技术是一种高效、便捷、有效的非破坏性检测方法，本研究将对飞机典型结构缺陷的局部电磁散射特性测试评估流程进行概述。

根据电磁场基础理论及研究成果可知，电磁散射测量误差可表示为：，式中，δ 为实测值，δ0为最优估计值（理论值），∆δ 为误差。在IEEE 1507-2007 标准中指出，每个电磁散射测试场都有其独特性，电磁散射测试数据处理算法不能够完全覆盖测试中所有可能存在的影响因素，必需在电磁散射测量工程实践中不断完善、改进和研究新方法来处理测量误差问题。经查阅相关文献，通过误差分析与估算以提高数据的置信度。

通过实验测试方法研究，可以准确获取结构缺陷所产生的电磁散射特性，并通过散射幅度、相位和频谱等参数对缺陷进行影响评估。应用局部电磁散射技术可以实现飞机结构缺陷的检测、评估和故障诊断，为飞行安全提供重要支持。本研究的目标电磁散射性能测量采用同地同时定标方式测量目标电磁散射地面平面场，在保证其他误差影响因素均一致的前提下，分析2 种测试流程下目标电磁散射结果，即背景-目标耦合对实测结果的影响，从而构建科学、合理、可行的局部电磁散射检测流程。

2 低散射载体及测试流程

在研究结构缺陷损伤评估时，由于被测部件损伤部分散射特性可能小于部件本身的散射特性，从而导致部件损伤细节散射特性堙没于本身散射中而无法获取本身散射的有用信息特征，所以采用低散射载体来承载被测部件来开展电磁散射特性测试，以降低部件不连续结构造成无法获取被测件的电磁散射特性。低散射载体可实现其自身的散射水平低于被测部件1 ～2 个散射量级，从而体现被测部件的损伤细节散射特性。

由于低散射载体的散射水平较低，且外形通常不能用简单的曲面方程加以描述，因此，在设计过程中对其电磁散射的预估可采用多层快速多极子方法，保证仿真计算精度的同时提高仿真效率。本文中所设计的载体外形结构如图1 所示，其安装接口如图2 所示。被测部件外形为盾形，与低散射载体通过止口定位连接，尺寸精度需要较高，安装之后缝隙小于0.2mm，安装完后采用相应的铝箔或吸波胶条将安装螺丝和缝隙黏接，以确保电性能连续。被测样件如图3 所示，被测样件安装方式如图4 所示。

图1 载体外形示意图

图3 被测样件

图4 被测样件安装方式

外形为盾形，与低散射载体通过止口定位连接，尺寸精度需要较高，安装之后缝隙小于0.2mm，安装完后采用相应的铝箔或吸波胶条将安装螺丝和缝隙黏接，以确保电性能连续。

在同一测试环境中，目标-载体耦合来源于目标的散射和载体的再散射。根据目标雷达散射特性测量与处理技术，目标-载体耦合的影响很难完全采用解析的方法来分析和解决，一般通过实验测量来研究不同目标-载体的耦合散射。

为研究目标-载体耦合对目标散射性能测量结果误差影响，本文采用将载体置于支架上作为背景的一部分进行背景电平测试和将载体移出测试区进行背景测试两种方案进行结果对比分析（如图5）。

图5 测试流程示意图

由于载体是金属结构，当被测目标安装在载体上时，目标与载体之间是导电的，那么，载体和目标的表面感应电流激发了目标和载体之间耦合散射作用。

在电磁散射测试中，由于金属载体的特殊外形以及目标-载体间的几何关系，入射场在目标表面激发的表面电流将流向金属载体。图6 和图7 分别表示VV 极化和HH 极化情况下目标表面行波传导至金属载体的耦合电流方向。在VV 极化时，所激发的表面行波既传导到载体前沿尖劈，也传导到载体的侧向；而在HH 极化情况下，主要激发表面行波传导至载体两侧。由于金属载体的特殊散射结构，流经金属载体前沿的表面波更容易对目标自身散射回波产生干扰。