方艙反雷達(dá)波的外形隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

朱超群　張暉

摘要：本文從外形隱身技術(shù)原理和方艙反雷達(dá)隱身特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種適用于方艙的反雷達(dá)外形隱身結(jié)構(gòu)，并利用CST高頻電磁仿真軟件進(jìn)行了計(jì)算分析。與傳統(tǒng)艙體相比，采用外形隱身結(jié)構(gòu)的方艙的雷達(dá)散射截面在空中武器平臺的威脅范圍內(nèi)有明顯的減小。

關(guān)鍵詞：外形隱身結(jié)構(gòu)；方艙；雷達(dá)散射截面

中圖分類號：TN974 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）12-0031-02

Abstract：In this paper， based on the principle of appearance stealth technology and the anti-radar stealth characteristics of shelters， an anti-radar profile stealth structure suitable for shelters is designed and calculated using CST high-frequency electromagnetic simulation software. Compared with conventional cabins， the radar cross-section of shelters using contoured stealth structures is significantly reduced within the threat range of aerial weapon platforms.

Keywords：shape stealth structure； square cabin； radar cross section

引言

雷達(dá)是目前最有效最主要的遠(yuǎn)程電子探測手段。對于一切軍事目標(biāo)來說，雷達(dá)技術(shù)都構(gòu)成了致命的威脅，雷達(dá)隱身自然成為一種最重要的隱身[1]。方艙作為重要的軍事裝備，采用大板拼接式的外形結(jié)構(gòu)，具有十分明顯的雷達(dá)目標(biāo)特征信號，因此具有一定的雷達(dá)隱身性能，對于提高其戰(zhàn)場生存力具有重要意義。

目前，外形隱身技術(shù)已被應(yīng)用于研制隱形飛機(jī)[2]、隱形導(dǎo)彈[3]、隱形艦船[4]等各種隱形武器裝備，但是對于方艙，隱身還只處于使用吸波涂料的階段，外形隱身尚未提及。對此，作者提出了一種針對方艙的外形隱身結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，隱身結(jié)構(gòu)雷達(dá)反射系數(shù)有明顯的縮減。

1 基本單元RCS特性分析

采用基于SBR算法的電磁仿真軟件CST中的A仿真器對圖1中豎直平板、斜面和楔形結(jié)構(gòu)的電磁散射特性進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算時，金屬平板和四種整形結(jié)構(gòu)模型尺寸均設(shè)為w*l=2m*4m，材料均選擇理想電導(dǎo)體（PEC），斜面和楔形最高處高度均為0.1m；入射波為平面正弦波，仰角為0°，入射頻率為10GHz，方位角范圍為0°～180°。

由圖2可以清楚的看到，在仰角為0°的水平面內(nèi)，與豎直平板相比，傾斜表面和楔形結(jié)構(gòu)都有明顯的RCS縮減。

2方艙反雷達(dá)隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

方艙外蒙皮一般都采用金屬板結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，但是金屬板結(jié)構(gòu)也容易被雷達(dá)所探測發(fā)現(xiàn)。對方艙艙體的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能消除艙體與地面及駕駛室所構(gòu)成的角反射器結(jié)構(gòu)，并且盡可能避免雷達(dá)波在艙體大板上產(chǎn)生鏡面反射，達(dá)到減小艙體RCS的目的。

2.1 方艙大板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)兩面角反射器RCS 減縮量公式：

R≈20lg （ k6sinτcosγ） ， γ= arctanb/a

式中a、b 分別表示兩面角較大一面和較小一面的寬度；τ表示夾角偏離90°的角度； k =2π/λ，表示自由空間波數(shù)，其中的λ表示入射雷達(dá)波波長。

可知，夾角偏離90°的角度越大，RCS的減縮量越大；傾斜角度越大，沿原路返回的雷達(dá)波就越少，RCS 也就越小。

由圖2可知，平板傾角越大，RCS也就越小。但是平板傾斜角度太大，會影響其有效容積。因此，我們可以將艙體設(shè)計(jì)為倒置的四棱臺，受艙體寬度和容積要求的限制，棱臺各面傾角應(yīng)控制在2°以內(nèi)，或者將方艙大板壓制為傾斜角度大于最大下視角的多棱面波紋板結(jié)構(gòu)。

下圖3所示為面積為2m*4m直立平板、傾角為1°、傾角為2°的平板以及傾角為20°的多棱面波紋板的最大RCS對比。由圖3可以看出，俯仰角為70°～90°的范圍內(nèi)，傾角為20°的波紋板在比平板的RCS減縮了20dB左右。

因此，方艙大板可采用輕型高強(qiáng)度非金屬材料+金屬多棱面波紋+非金屬內(nèi)外蒙皮的隱身復(fù)合夾芯板，替代傳統(tǒng)廂式車中聚氨酯泡沫填充金屬骨架的結(jié)構(gòu)形式[6]，有效減小RCS。

2.2 整艙設(shè)計(jì)

如圖4所示為整艙的隱身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖，方艙左右側(cè)板及前后端板采用輕隱身復(fù)合夾芯板，以減小方艙的角反射器和鏡面反射問題；同時，將大板拼接處圓滑過渡處理，以方艙的減小邊緣繞射問題。

圖6所示為地面做為理想反射體時，（a）傳統(tǒng)艙體、 （b） 隱身復(fù)合夾芯板+直角角鋁、（c） 隱身復(fù)合夾芯板+圓弧角鋁，三種結(jié)構(gòu)在俯仰角 90?時，方位角在0?～180?之間變化的RCS值。

如圖5和圖6所示，與（a）傳統(tǒng)艙體、 （b） 隱身復(fù)合夾芯板+直角角鋁相比，（c） 隱身復(fù)合夾芯板+圓弧角鋁的艙體側(cè)面在方位面和俯仰面均有不同程度的RCS減縮。（a）傳統(tǒng)艙體側(cè)面RCS最大值為58.8dBsm，而（c） 隱身復(fù)合夾芯板+圓弧角鋁的艙體側(cè)面RCS最大值為37.5dBsm，有約20dB的RCS減縮。

3 結(jié)論

本文提出了其中一種結(jié)構(gòu)簡單，易于加工的方艙外形隱身結(jié)構(gòu)，并利用CST高頻電磁仿真軟件進(jìn)行了計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果表明，與傳統(tǒng)艙體相比，該隱身結(jié)構(gòu)在俯仰面和方位面內(nèi)有不同程度的RCS減縮，其中最大回波減小了約20dB。

參考文獻(xiàn)

[1]刁鳴.雷達(dá)對抗技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2007

[2]胡添元.飛行器外形隱身優(yōu)化方法及應(yīng)用研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2006

[3]胡生亮，金嘉旺，李仙茂.戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈及其制導(dǎo)系統(tǒng)的電子對抗策略分析[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2004， 32（3）：35～37

[4]田義宏，顏仲新.艦艇外形隱身技術(shù)的理論與實(shí)效性分析[J].飛航導(dǎo)彈.2006， （5）： 38～41

[5]徐偉，金文麗，李盛蔚.高原型宿營方艙設(shè)計(jì)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2015， 6（4） ：95-96