CN109212504B - 兼顾前向和侧向设计的低散射载体 - Google Patents

兼顾前向和侧向设计的低散射载体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其上表面呈具有两个侧面的棱锥结构，前端点分别与左侧端点和右侧端点连接形成两条侧棱，前端点与上表面端点连接形成中心棱；中心棱长于所述侧棱；尾端点分别与左侧端点和右侧端点连接形成两条侧边棱线，每条侧边棱线与上表面的相应位置底边分别通过一号过渡弧形面连接形成上侧表面；每条侧边棱线与下表面的相应位置底边分别通过二号过渡弧形面连接形成下侧表面；所述下表面为平面。本发明兼顾了对载体前向和侧向的低散射设计，用于隐身目标部件测试评估中可获得部件不同关注方向的隐身性能。

Description

兼顾前向和侧向设计的低散射载体
技术领域
本发明涉及低散射载体的外形技术领域，尤其涉及一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体。
背景技术
隐身目标部件在设计研制过程中需要不断进行散射特性的仿真计算和测量评估。为了使所述隐身目标部件在仿真计算和测量评估中能够较好地和装机状态保持一致，通常在部件与整机接口处设计具有低散射外形的载体，然后借助所述载体进行部件设计过程中的仿真，并在部件加工成型后进行测试评估。目前的低散射载体外形基本上是只针对一个方向进行低散射设计，对于隐身目标部件的不同关注方向需要分别单独设计载体，这增加了隐身目标的研制成本。
因此，针对现有低散射载体设计中存在的不足，需要提供一种能够兼顾隐身目标不同关注方向的低散射载体，以同时获得部件不同方向的隐身性能，降本增效。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有低散射载体只能获得隐身目标部件单一方向隐身性能，对其不同关注方向的隐身性能需要分别单独设计载体的缺陷，提供一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体，所述载体外形为类水滴形，包括前端点、尾端点、左侧端点、右侧端点、上表面端点和下表面端点六个外轮廓端点；
所述六个外轮廓端点相互连接分别形成载体无缝连接的上表面、上侧表面、下侧表面和下表面；上表面的连接点包括前端点、上表面端点、左侧端点和右侧端点；上侧表面的连接点包括上表面端点、尾端点、左侧端点和右侧端点；下侧表面的连接点包括下表面端点、尾端点、左侧端点和右侧端点；下表面的连接点包括前端点、下表面端点、左侧端点和右侧端点；所述载体以前端点、上表面端点、尾端点和下表面端点依次连接形成的平面作为对称面呈镜像对称设置；上表面端点和下表面端点的位置处于前端点和尾端点之间；
上表面呈具有两个侧面的棱锥结构，前端点分别与左侧端点和右侧端点连接形成两条侧棱，前端点与上表面端点连接形成中心棱；中心棱长于所述侧棱；
尾端点分别与左侧端点和右侧端点连接形成两条侧边棱线，每条侧边棱线与上表面的相应位置底边分别通过一号过渡弧形面连接形成上侧表面；每条侧边棱线与下表面的相应位置底边分别通过二号过渡弧形面连接形成下侧表面；所述下表面为平面。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述上表面的两条侧棱夹角范围为70°～80°。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述两条侧边棱线夹角范围为90°～100°。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述前端点和尾端点之间距离的范围为1200mm～1300mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述左侧端点和右侧端点之间距离的范围为1000mm～1100mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述棱锥结构的上表面前端点处设置尖锥端倒角，所述尖锥端倒角的半径小于1mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述上表面与上侧表面的连接处、下表面与下侧表面的连接处及上表面与下表面的连接处均设置棱边倒角，所述棱边倒角的半径小于1.5mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述上表面端点与尾端点的水平距离范围为10mm～15mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述下表面端点与尾端点的水平距离范围为13mm～18mm。
在根据本发明所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体中，所述载体为金属载体，由内部的金属框架外覆金属蒙皮组成。
实施本发明的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，具有以下有益效果：本发明所述载体兼顾了对其前向和侧向的低散射设计，用于隐身目标部件测试评估中可获得部件不同关注方向的隐身性能，有助于降低成本。
本发明载体的设计基于外形隐身机理的方法，其外形设计能使其表面产生的镜面反射、边缘绕射等强散射偏离关心角域，并结合了直边缘后略、平面后倾等处理方式。所述载体上表面形成的棱锥结构，通过设计调整其两条侧棱之间的夹角，并结合载体上侧表面和下侧表面的圆弧形过渡形式，能够具有很好的表面电流导向作用，从而减小行波散射贡献，同时有效避免了载体RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)在低散射角域内的起伏。通过调整上表面的两条侧棱夹角和两条侧边棱线夹角，获得的载体外形可显著削弱行波电流引起的后向散射。经实验验证，本发明所述载体在高频段较宽角域的前向RCS可低于-50dBm2，侧向RCS垂直极化可低于-40dBm2，实现了双方向大角度范围内载体的低后向散射。
附图说明
图1为根据本发明的兼顾前向和侧向设计的低散射载体的仿真示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的仰视图；
图4为图1的外轮廓线示意图；
图5为图2的外轮廓线示意图；
图6为图3的外轮廓线示意图；
图7为本发明所述载体在频率10GHz情况下的典型散射特性曲线图，图中VV表示所述载体垂直极化的散射曲线，HH表示所述载体水平极化的散射曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体，所述载体外形为类水滴形，结合图1至图6所示，包括前端点1、尾端点2、左侧端点3、右侧端点4、上表面端点5和下表面端点6六个外轮廓端点；
所述六个外轮廓端点相互连接分别形成载体无缝连接的上表面、上侧表面、下侧表面和下表面；结合图1和图2，上表面的连接点包括前端点1、上表面端点5、左侧端点3和右侧端点4；上侧表面的连接点包括上表面端点5、尾端点2、左侧端点3和右侧端点4；下侧表面的连接点包括下表面端点6、尾端点2、左侧端点3和右侧端点4；下表面的连接点包括前端点1、下表面端点6、左侧端点3和右侧端点4；所述载体以前端点1、上表面端点5、尾端点2和下表面端点6依次连接形成的平面作为对称面呈镜像对称设置；上表面端点5和下表面端点6的位置处于前端点1和尾端点2之间；
上表面呈具有两个侧面的棱锥结构，前端点1分别与左侧端点3和右侧端点4连接形成两条侧棱，前端点1与上表面端点5连接形成中心棱；中心棱长于所述侧棱；
尾端点2分别与左侧端点3和右侧端点4连接形成两条侧边棱线7，每条侧边棱线7与上表面的相应位置底边分别通过一号过渡弧形面8连接形成上侧表面；每条侧边棱线7与下表面的相应位置底边分别通过二号过渡弧形面9连接形成下侧表面；所述下表面为平面。
本实施方式所述载体基于中线呈左右对称结构，以前端点1为上，尾端点2为下的方位看，其上表面所对应的载体上部为棱锥结构，上侧表面以圆弧形过渡的方式与上表面连接，尾端点2对应的尾部位置呈圆弧形结构，这种对称结构可以很好地抑制行波效应对后向散射的影响。
作为示例，所述上表面的两条侧棱夹角范围为70°～80°，有利于转移载体头向±45°范围的散射，降低载体头向RCS。
作为示例，所述两条侧边棱线7夹角范围为90°～100°，有利于转移载体侧向±30°范围的散射，降低载体侧向RCS。
上述对所述上表面两条侧棱夹角范围和两条侧边棱线7夹角范围进行选择，获得的载体外形可显著削弱行波电流引起的后向散射。
作为示例，所述前端点1和尾端点2之间距离的范围可以为1200mm～1300mm，以满足一般低散射部件的评估测量需求，同时也可以方便测试。前端点1和尾端点2之间的距离对应于载体的最大长度。
作为示例，所述左侧端点3和右侧端点4之间距离的范围为1000mm～1100mm，以满足一般低散射部件的评估测量需求，同时也可以方便测试。左侧端点3和右侧端点4之间的距离对应于载体的最宽宽度。
作为示例，所述棱锥结构的上表面前端点1处设置尖锥端倒角，所述尖锥端倒角的半径小于1mm，尖锥端倒角半径选择过大会带来载体头向的镜面反射。
作为示例，所述上表面与上侧表面的连接处、下表面与下侧表面的连接处及上表面与下表面的连接处均设置棱边倒角，所述棱边倒角的半径小于1.5mm。
由于电磁波相对目标载体为掠入射时，镜面反射已不起主要作用，边缘绕射、爬行波等次散射源将对目标RCS构成主要贡献，电场一旦具有沿目标表面或棱边方向的分量，该电场感应的表面电流将沿目标表面流动而形成行波电流，产生表面行波散射。在采用载体对目标隐身部件进行测试评估时，当电磁波入射到载体的边缘、侧棱部位时，会产生棱边绕射；当波垂直边缘、棱边入射时，绕射较强，掠入射时，绕射较弱；与镜面反射减缩方式类似，将棱边的垂直方向调整到考核角域(该角域内要求低散射)之外，能有效降低载体的棱边绕射；因此对棱锥结构的尖锥及相邻表面的连接棱处设置倒角，从而减缩棱边绕射和表面波散射是载体设计的关键，本发明载体的设计分析了载体各个角度的减缩措施。
本实施方式所设计的载体外形具有很好的表面电流导向作用，在前向和侧向较宽的角域具有很低的散射，结合图7所示，本发明载体在前向±45°可达到-50dBm2量级，侧向垂直极化±30°可达到-40dBm2量级。
作为示例，所述上表面端点5与尾端点2的水平距离范围为10mm～15mm。作为示例，所述下表面端点6与尾端点2的水平距离范围为13mm～18mm。
上表面端点5和下表面端点6的位置选择，能使上侧表面和下侧表面对应形成可以平滑过渡的弧形曲面即可。
作为示例，所述载体为金属载体，它内部的金属框架外覆金属蒙皮组成，可通过铸造、数控加工等方式进行制作。其中，金属框架结构具有较高的整体强度和抗形变能力，金属蒙皮外表面具有较高的光洁度。其重量可设计为不超过100kg，方便移动。
本发明的工作原理：当电磁波入射到载体的各表面部位时，电磁波中的电场将在载体表面感应出表面电流，该表面电流将沿载体表面流动而形成行波电流，产生基于上表面、上侧表面和下表面、下侧表面的行波散射。行波电流遇到尾端截断则会产生反射效应，引起表面波的后向散射变强。本发明载体的外形设计能有效减小载体在入射方向载体头向的投影面积，使电场在上表面和下表面的切向分量尽量减小，从而降低表面和下表面的行波散射；并由于尾部上侧表面和下侧表面的圆弧曲面设计，增大了上表面及下表面电流的衰减，又进一步减弱了载体上表面和下表面的行波散射。
综上所述，本发明载体在使用时，可在其上表面开口安装隐身部件，由此进行的电磁仿真计算和隐身测试评估，能获得与隐身部件装机状态相对接近的RCS数据。所述载体外形适用于光窗等符合尺寸要求的隐身部件测试评估，可同时获得部件前向和侧向的隐身性能，降本增效。经实验验证，在头向±45°范围内，该载体的前向RCS±45°均值低于-50dBm2，侧向RCS±30°垂直极化均值低于-40dBm2，能够实现对低散射目标RCS的精确测试，该载体适用于各种符合尺寸要求的隐身目标部件RCS测试评估。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述载体外形为类水滴形，包括前端点（1）、尾端点（2）、左侧端点（3）、右侧端点（4）、上表面端点（5）和下表面端点（6）六个外轮廓端点；
所述六个外轮廓端点相互连接分别形成载体无缝连接的上表面、上侧表面、下侧表面和下表面；上表面的连接点包括前端点（1）、上表面端点（5）、左侧端点（3）和右侧端点（4）；上侧表面的连接点包括上表面端点（5）、尾端点（2）、左侧端点（3）和右侧端点（4）；下侧表面的连接点包括下表面端点（6）、尾端点（2）、左侧端点（3）和右侧端点（4）；下表面的连接点包括前端点（1）、下表面端点（6）、左侧端点（3）和右侧端点（4）； 所述载体以前端点（1）、上表面端点（5）、尾端点（2）和下表面端点（6）依次连接形成的平面作为对称面呈镜像对称设置；上表面端点（5）和下表面端点（6）的位置处于前端点（1）和尾端点（2）之间；
上表面呈具有两个侧面的棱锥结构，前端点（1）分别与左侧端点（3）和右侧端点（4）连接形成两条侧棱，前端点（1）与上表面端点（5）连接形成中心棱；中心棱长于所述侧棱；
尾端点（2）分别与左侧端点（3）和右侧端点（4）连接形成两条侧边棱线（7），每条侧边棱线（7）与上表面的相应位置底边分别通过一号过渡弧形面（8）连接形成上侧表面；每条侧边棱线（7）与下表面的相应位置底边分别通过二号过渡弧形面（9）连接形成下侧表面；所述下表面为平面；
所述上表面的两条侧棱夹角范围为70°～80°；
所述两条侧边棱线（7）夹角范围为90°～100°；
所述棱锥结构的上表面前端点（1）处设置尖锥端倒角，所述尖锥端倒角的半径小于1mm；
所述上表面与上侧表面的连接处、下表面与下侧表面的连接处及上表面与下表面的连接处均设置棱边倒角，所述棱边倒角的半径小于1.5mm。
2.根据权利要求1所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述前端点（1）和尾端点（2）之间距离的范围为1200mm~1300mm。
3.根据权利要求1所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述左侧端点（3）和右侧端点（4）之间距离的范围为1000mm~1100mm。
4.根据权利要求1所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述上表面端点（5）与尾端点（2）的水平距离范围为10mm～15mm。
5.根据权利要求1所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述下表面端点（6）与尾端点（2）的水平距离范围为13mm～18mm。
6.根据权利要求1所述的兼顾前向和侧向设计的低散射载体，其特征在于：
所述载体为金属载体，由内部的金属框架外覆金属蒙皮组成。
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