CN113219212B - 一种用于双发二元喷管的低散射载体 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于双发二元喷管的低散射载体，属于低散射载体的技术领域；所述载体外形为光滑曲面，包括前体和后体，其内为中空结构；载体外形为扁平的纺锤体状，并相对于过中轴线的竖直平面对称；后体的尾端以中轴线对称开有两个凹口，用于电磁测试时双发二元喷管的安装；两个凹口之间设置有尾椎，两个凹口外侧对称设置有平尾，分别为左侧平尾和右侧平尾。本发明的两侧平尾对侧向入射到喷管的电磁波进行遮挡，尽可能的避免电磁波对喷管的直射。中间的垂尾结构将两个喷管隔开，既高度还原了双发喷管安装在飞机上的状态，使得实验获得的数据和实际飞行数据接近，又降低了两个喷管之间电磁散射的耦合程度。
Description
技术领域
本发明属于低散射载体的技术领域，具体涉及一种用于双发二元喷管的低散射载体。
背景技术
随着战斗机对自身电磁隐身需求的提高，在隐身飞机的研制过程中需要进行大量的室内和室外雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)测试，然而整架飞机的RCS是各部件的电磁散射水平之和，需要分部件进行电磁隐身设计。发动机喷管是飞机后向强电磁散射源，亟需降低其后向雷达散射截面积。在喷管设计研制的过程中一般会进行大量的数值仿真计算和RCS试验测试，在进行试验测试时，喷管需要被放置在结构复杂的试验台上，试验台自身的电磁散射会影响试验数据的可信度。因此，为了降低试验台对喷管测试的影响，更加真实的模拟喷管安装在飞机上的实际状态，需要借助低散射载体对加工成型的喷管进行包裹。一般低散射载体的散射水平比待测目标低1～2个数量级，从而可以体现出待测目标的电磁散射水平。
目前国内外相关研究人员已设计出许多用于目标电磁散射的低散射载体结构，大多呈现杏仁体、钻石体、水滴等形状。但国内针对发动机喷管的低散射载体设计极少。公开号CN109613502A，公开日2019年4月12日，名称为“一种用于装配二元喷管发动机的低散射壳体的发明专利，该方案公开了一种用于装配二元喷管发动机的低散射壳体，其优点是可以在满足发动机喷管电磁散射测试试验的要求下，一定程度上提高发动机喷管电磁散射测试的准确性，弥补国内在用于发动机喷管低散射载体这一领域的空白。其不足之处在于只能用于一个喷管的电磁散射试验，无法体现出双发喷管之间存在的电磁散射耦合作用。
针对目前国内的发动机喷管低散射载体并没有针对双发二元喷管的设计这一不足，需要一种能够安装双发二元喷管的低散射载体。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于双发二元喷管的低散射载体，通过在低散射载体的尾端两侧设置平尾，并在两侧平尾之间设置尾椎，能够用于双发二元喷管的电磁散射特性试验测试，并降低载体侧向电磁散射强度。
本发明的技术方案是：一种用于双发二元喷管的低散射载体，所述载体外形为光滑曲面，包括前体和后体，其内为中空结构；其特征在于：所述载体外形为扁平的纺锤体状，并相对于过中轴线的竖直平面对称；所述后体的尾端以中轴线对称开有两个凹口，用于电磁测试时双发二元喷管的安装；两个凹口之间设置有尾椎，两个凹口外侧对称设置有平尾，分别为左侧平尾和右侧平尾。
本发明的进一步技术方案是：所述载体垂直于中轴线的截面沿中轴线的变化规律为：从前体尖端到前体、后体连接处的截面面积逐渐增大，从前体、后体连接处的截面到后体平尾逐渐缩小到平尾的尾尖端。
本发明的进一步技术方案是：所述载体位于前体和后体连接处的截面面积最大，该截面内宽度和高度比为3.5。
本发明的进一步技术方案是：所述载体外形的长：宽：高为7.13：3.14：1。
本发明的进一步技术方案是：所述平尾和尾椎的长度均为从凹口端口所在平面到其尖端的距离，载体长度为从前体尖端到后体平尾的尾尖端之间的距离；所述平尾与载体的长度比为0.124，所述垂尾与载体的长度比为0.122。
本发明的进一步技术方案是：所述尾椎位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；尾椎位于过中轴向的横向平面上的投影为对称五边形，其靠近两侧凹口的两侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧成为锐角的尾尖端。
本发明的进一步技术方案是：所述尾椎靠近两侧凹口的侧面平行于过中轴线的竖直平面。
本发明的进一步技术方案是：所述平尾位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；平尾位于过中轴向的横向平面上的投影为多边形结构，其靠近凹口一侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧为成锐角的尾尖端，外侧边为与后体外侧边缘线光滑过渡的曲线。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明提出了一种用于双发二元喷管的低散射载体，和已有的低散射载体结构相比，两侧平尾对侧向入射到喷管的电磁波进行遮挡，尽可能的避免电磁波对喷管的直射。中间的垂尾结构将两个喷管隔开，既高度还原了双发喷管安装在飞机上的状态，使得实验获得的数据和实际飞行数据接近，又降低了两个喷管之间电磁散射的耦合程度。
本发明所限定的低散射载体整体结构尺寸比例结合工程经验，并结合实际喷管尺寸进行优化获得，能够使得低散射载体的RCS值较小。平尾的形状结构限定能够在降低自身边缘绕射的情况下，对侧向大角度下入射到喷管的电磁波进行遮挡。参照附图7-8，当探测角度增大时，载体的RCS值呈现持续震荡趋势，并未出现较大幅度的增长。中间尾椎作为垂尾，将两个喷管分隔开，降低了两个喷管之间的耦合作用，比两个喷管单独进行测试更具有真实性。垂尾的锥形结构使得自身后向投影截面积较小，参照附图7-8，在0°(正后向)探测角时，载体的RCS值和其余探测角度处的RCS值相差较小，也证实了垂尾结构设计的合理性，同时两侧平面形状不会对喷管的气动性能造成影响。
在水平极化和垂直极化方式下，低散射载体RCS值均低于-10dBsm，比待测目标低1～2个数量级，满足散射试验要求。
附图说明
图1是低散射载体轴测示意图；
图2是低散射载体xy平面的示意图；
图3是低散射载体xz平面，沿y轴正向的示意图；
图4是低散射载体yz平面的示意图；
图5是低散射载体xz平面，沿y轴负向的示意图；
图6是低散射载体和双发二元喷管装配后模型轴测示意图；
图7是低散射载体后向0°～40°水平探测角内水平极化方式下RCS分布曲线图。
图8是低散射载体后向0°～40°水平探测角内垂直极化方式下RCS分布曲线图。
附图标记说明：1.前体，2.后体，21.右侧平尾，22.左侧平尾，3.尾椎，41.右侧凹口，42.左侧凹口。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明设计了一种双发二元喷管的低散射载体，并将双发二元喷管与低散射载体进行装配。下面将参照附图1-6详细描述该低散射载体。所述载体外形为扁平的纺锤体状，沿中轴线对称，包括前体1和后体2，其内为中空结构；所述后体2的尾端以中轴线对称开有两个凹口，用于电磁测试时双发二元喷管的安装；两个凹口之间设置有尾椎3，两个凹口外侧对称设置有平尾，分别为左侧平尾22和右侧平尾21。通过在两个凹口之间设置尾椎，将电磁测试的双发二元喷管进行分割；并通过对尾椎的结构形状进行限定，使得载体散射试验。
所述载体垂直于中轴线的截面沿中轴线的变化规律为：从前体1尖端到前体、后体2连接处的截面面积逐渐增大，从前体、后体连接处的截面到后体平尾逐渐缩小到平尾的尾尖端。
所述尾椎3位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；尾椎位于过中轴向的横向平面上的投影为对称五边形，其靠近两侧凹口的两侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧为成锐角的尾尖端。尾椎3靠近两侧凹口的侧面平行于过中轴线的竖直平面。
所述平尾位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；平尾位于过中轴向的横向平面上的投影为多边形结构，其靠近凹口一侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧为成锐角的尾尖端，外侧边为与后体外侧边缘线光滑过渡的曲线。
参照图1所示，本实施例中低散射载体整体外形为纺锤体状，中空结构，包括前体1和后体2，后体2尾端包括右侧平尾21、左侧平尾22、尾椎3、右侧凹口41和左侧凹口42，共5部分。载体沿y轴长度：沿x轴长度：沿z轴长度(长：宽：高)约为7.13：3.14：1。沿y轴方向，以右侧凹口41和左侧凹口42所在平面为起点，左侧平尾22和右侧平尾21的长度与载体长度比约为0.124，垂尾3的长度与载体长度比约为0.122。
参照附图1-3，前体1的表面积比其余部件表面积大，也是整个低散射载体的主要组成部分。前体1的形状比较规整，前部较尖锐，沿y轴方向宽度和厚度逐渐增大。前体1侧边缘曲线通过UG控制曲率平滑过渡，曲面通过UG的“通过曲线网格”命令生成。由图3可以明显看出前体1和后体2连接处截面为所述载体xz截面最长和最宽处，长宽比约为3.5。
参照附图1-3，右侧平尾21和左侧平尾22的形状相同，关于yz平面对称，因此只详细描述右侧平尾21即可。右侧平尾21有两个钝角和两个锐角，靠近右侧凹口41和左侧凹口42一侧的侧面为平面，远离右侧凹口41和左侧凹口42的一侧为曲面。右侧平尾21沿x轴向和y轴向的尺寸比沿z轴向的尺寸大，其沿y轴长度约为低散射载体y轴向长度的15％，厚度沿y轴逐渐减小，呈现一个扁平的状态。右侧平尾21和左侧平尾22的存在是为了当雷达波侧向入射时，对右侧凹口41和左侧凹口42内部的喷管腔体内部形成遮挡，降低侧向的雷达散射截面积。因此，根据右侧平尾21和左侧平尾22的作用，其形状设计时，结合飞机平尾的设计理念，利用由“点”到“线”再到“面”的曲面生成方式生成最终型面。
参照附图1、附图2和附图5，垂尾3沿yz平面对称，形状类似于型面过渡较缓的尖劈结构。靠近右侧凹口41和左侧凹口42的两个面为平面，与yz平面平行，其余两个面为曲面，沿y轴向两个曲面最终相交。两个平面尖角为锐角。在低散射载体上加入尾椎3的原因是降低两个喷管之间的相互影响。尾椎3的型面设计流程和右侧平尾21、左侧平尾22的设计流程类似。
参照附图4和附图5，右侧凹口41和左侧凹口42的作用是安装和放置二元喷管。右侧凹口41和左侧凹口42沿yz平面严格对称，只需详细描述右侧凹口41。右侧凹口41的截面形状接近圆形，为了描述更加方便，将凹口41的截面曲线分为4段，分别为“上段”、“下段”、“左段”和“右段”。其中“上段”和“下段”为曲线，“左段”和“右段”为直线。“上段”和“下段”为曲线的原因是该低散射载体还未装配喷管，需要留有余量。右侧凹口41的截面曲线需根据要装配的二元喷管进行设计和调整，因此喷管形状和尺寸的不同会影响右侧凹口41的具体参数。目前仅给出原始设计方案图，在进行低散射载体和二元喷管的一体化设计时，还需要进行微调。
对低散射载体自身后向电磁散射特性试验测试：
步骤1：将低散射载体放置在转台上，保证低散射载体右侧凹口41和左侧凹口42中心连线与探测装置在同一水平面上。
步骤2：将低散射载体后体中心正对电磁波入射方向。
步骤3：安装完成后，进行电磁散射试验。
二元喷管与低散射载体进行装配步骤：
步骤1：将二元喷管与低散射载体进行装配，喷管轴心分别与右侧凹口41和左侧凹口42的轴心在一条直线上。
步骤2：确定二元喷管出口在y轴方向的位置，使得待测双发二元喷管棱边与低散射载体右侧凹口41和左侧凹口42截面曲线平行。同时保证喷管出口面与右侧凹口41和左侧凹口42出口面共面。
步骤3：根据实际情况，将二元喷管与低散射载体在右侧凹口41和左侧凹口42处进行曲面光滑连接，使得低散射载体与二元喷管在高度方向上的尺寸相匹配。二元喷管与低散射载体的装配示意图参考附图6。
参考附图7和附图8，是利用迭代物理光学法对上述低散射载体模型进行RCS仿真计算获得的结果，在L、X波段，水平极化和垂直极化的测试结果。在水平探测平面内，由于低散射载体的结构对称性，只需计算在后向0°～40°探测角范围内的电磁散射特性，即可获得-40°～40°探测角度内的RCS值。该低散射载体的RCS均低于-10dBsm，满足实验要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种用于双发二元喷管的低散射载体，所述载体外形为光滑曲面，包括前体和后体，其内为中空结构；其特征在于：所述载体外形为扁平的纺锤体状，并相对于过中轴线的竖直平面对称；所述后体的尾端以中轴线对称开有两个凹口，用于电磁测试时双发二元喷管的安装；两个凹口之间设置有尾椎，两个凹口外侧对称设置有平尾，分别为左侧平尾和右侧平尾；用于双发二元喷管的电磁散射特性试验测试，并降低载体侧向电磁散射强度及两个喷管之间电磁散射的耦合程度；
所述平尾和尾椎的长度均为从凹口端口所在平面到其尖端的距离，载体长度为从前体尖端到后体平尾的尾尖端之间的距离；所述平尾与载体的长度比为0.124，垂尾与载体的长度比为0.122；
所述尾椎位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；尾椎位于过中轴线的横向平面上的投影为对称五边形，其靠近两侧凹口的两侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧成为锐角的尾尖端。
2.根据权利要求1所述用于双发二元喷管的低散射载体，其特征在于：所述载体垂直于中轴线的截面沿中轴线的变化规律为：从前体尖端到前体、后体连接处的截面面积逐渐增大，从前体、后体连接处的截面到后体平尾逐渐缩小到平尾的尾尖端。
3.根据权利要求1所述用于双发二元喷管的低散射载体，其特征在于：所述载体位于前体和后体连接处的截面面积最大，该截面内宽度和高度比为3.5。
4.根据权利要求1所述用于双发二元喷管的低散射载体，其特征在于：所述载体外形的长：宽：高为7.13：3.14：1。
5.根据权利要求1所述用于双发二元喷管的低散射载体，其特征在于：所述尾椎靠近两侧凹口的侧面平行于过中轴线的竖直平面。
6.根据权利要求1所述用于双发二元喷管的低散射载体，其特征在于：所述平尾位于过中轴线的竖直平面上的投影为锥形结构；平尾位于过中轴线的横向平面上的投影为多边形结构，其靠近凹口一侧边平行于中轴线，与前体尖端相对侧为成锐角的尾尖端，外侧边为与后体外侧边缘线光滑过渡的曲线。
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