航空发动机排气系统单站RCS准确高效仿真方法与试验验证

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27676

电子电气工程与控制

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航空发动机排气系统单站RCS准确高效仿真方法与试验验证

陈新蕾¹(), 卢立昌¹, 吉洪湖², 顾长青¹, 高帆¹, 施小娟²

^1.南京航空航天大学电子信息工程学院雷达成像与微波光子学教育部重点实验室，南京 211106
^2.南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016

收稿日期:2022-06-24 修回日期:2022-07-19 接受日期:2022-08-15 出版日期:2023-06-25 发布日期:2022-11-04
通讯作者: 陈新蕾 E-mail:chenxl@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(61771238);南京航空航天大学雷达成像与微波光子学教育部重点实验室项目(NJ20220004)

Accurate and efficient simulation method and experimental verification of monostatic RCS for aeroengine exhaust systems

Xinlei CHEN¹(), Lichang LU¹, Honghu JI², Changqing GU¹, Fan GAO¹, Xiaojuan SHI²

^1.Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics，College of Electronic and Information Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211106，China
^2.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China

Received:2022-06-24 Revised:2022-07-19 Accepted:2022-08-15 Online:2023-06-25 Published:2022-11-04
Contact: Xinlei CHEN E-mail:chenxl@nuaa.edu.cn
Supported by:
National Nature Science Foundation of China(61771238);the Project of Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics （Nanjing University of Aeronautics and Astronautics）, Ministry of Education(NJ20220004)

摘要/Abstract

摘要：

准确高效的电磁散射仿真方法对设计隐身航空发动机排气系统非常重要。将特征基函数法（CBFM）、多层快速多极子算法（MLFMA）、插值分解（ID）算法和并行技术相结合，对发动机排气系统的单站雷达散射截面（RCS）进行仿真计算。插值分解（ID）可以对单站激励矩阵进行低秩压缩，因此可以减少矩阵方程的求解次数，显著提高了传统CBFM-MLFMA的计算效率。为了验证算法的正确性，对轴对称排气系统模型进行了加工和RCS试验测试。与测试结果相比，仿真结果与其吻合良好，验证了算法的精度。

关键词: 发动机, 排气系统, 电磁散射, 雷达散射截面（RCS）, 矩量法（MoM）, 特征基函数法（CBFM）, 插值分解（ID）

Abstract:

Accurate and efficient electromagnetic scattering simulation method is very important for the design of stealthy aeroengine exhaust systems. In this paper， the Characteristic Basis Function Method （CBFM）， Multilevel Fast Multipole Algorithm （MLFMA）， Interpolation Decomposition （ID） algorithm and parallel technology are combined to simulate the monostatic Radar Cross Section （RCS） of engine exhaust systems. ID can compress the monostatic excitation matrix due to its low rank property， so it can reduce the number of times of solving matrix equations and significantly improve the computational efficiency of the conventional CBFM-MLFMA. To verify the correctness of the algorithm proposed， the axisymmetric exhaust system is machined and its RCS is measured. The simulation results are in good agreement with the measured results， which demonstrates the accuracy of the algorithm.

Key words: engine, exhaust system, electromagnetic scattering, Radar Cross Section (RCS), Method of Moment (MoM), Characteristic Basis Function Method (CBFM), Interpolation Decomposition (ID)

中图分类号:

V218

陈新蕾, 卢立昌, 吉洪湖, 顾长青, 高帆, 施小娟. 航空发动机排气系统单站RCS准确高效仿真方法与试验验证[J]. 航空学报, 2023, 44(12): 327676.

Xinlei CHEN, Lichang LU, Honghu JI, Changqing GU, Fan GAO, Xiaojuan SHI. Accurate and efficient simulation method and experimental verification of monostatic RCS for aeroengine exhaust systems[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(12): 327676.

图/表 12

图1

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图11

表1

参考文献 23

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计算方法	计算时间/min
计算方法	CBF生成	近场与聚集转移发散函数	迭代求解
并行CBFM-MLFMA	2.9	8.3	78.0
并行ID-CBFM-MLFMA	2.9	8.3	17.0

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Accurate and efficient simulation method and experimental verification of monostatic RCS for aeroengine exhaust systems

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