1 概述

垂直尾翼的布局形式有多種。典型的非隱身飛機(jī)通常采用單垂尾和雙垂尾。由于垂尾產(chǎn)生鏡面散射，同時(shí)垂尾與平尾（或機(jī)身）構(gòu)成角反射器，兩者均是強(qiáng)散射源，造成較大的側(cè)向散射。為縮減該部分電磁散射，設(shè)計(jì)隱身飛機(jī)時(shí)，通常將垂尾傾斜一定角度，即采用V形尾翼。本文采用CAE——FEKO軟件提供的電磁仿真手段，探究L波段下V尾側(cè)向散射特點(diǎn)。

圖1 飛機(jī)尾翼

2 電磁模型的建立

設(shè)計(jì)V形尾翼附著于菱形低散射載體上。采用Altair公司的HyperMesh進(jìn)行網(wǎng)格剖分，并結(jié)合FEKO建立電磁模型。

2.1模型設(shè)計(jì)

單片翼面和低散射載體如下圖所示。尾翼采用梯形平面形狀，翼型是基于NACA0009的改型。低散射載體上表面為曲面以模擬機(jī)身上表面，下表面平坦；厚度薄，邊緣鋒利，以減小載體散射截面積，避免對(duì)尾翼的計(jì)算結(jié)果造成影響。兩個(gè)翼面均外傾30°，根弦間距2.13m。具體尺寸見表1。

圖2 三維數(shù)模

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2網(wǎng)格劃分

使用Hypermesh劃分模型表面網(wǎng)格。為分析L波段（1GHz）下電磁散射特性，按照FEKO對(duì)網(wǎng)格的要求，網(wǎng)格尺寸取1/8倍波長(zhǎng)，即37.5mm。Hypermesh導(dǎo)出的網(wǎng)格為三角形和四邊形混合網(wǎng)格，在FEKO中全部轉(zhuǎn)化為三角形面元。網(wǎng)格數(shù)量為83752。

2.3材料屬性與電磁參數(shù)

計(jì)算中將模型作為金屬處理。模型狀態(tài)為俯仰角為0°、滾轉(zhuǎn)角為0°。電磁波為L(zhǎng)波段（1GHz），采用遠(yuǎn)場(chǎng)平面波照射，采用物理光學(xué)法（PO）和多層快速多極子方法（MLFMM）進(jìn)行計(jì)算，極化方式為水平極化和垂直極化，計(jì)算方位角為45°～135°，其中0°方位角定義為電磁波從機(jī)頭照向機(jī)尾。激勵(lì)源和方位角定義如下圖。

圖3 激勵(lì)源與方位角

3 CAE計(jì)算結(jié)果

圖4 散射截面計(jì)算結(jié)果

4 分析與結(jié)論

由上圖可看出，在57°方位角附近出現(xiàn)峰值，這是由翼面前緣產(chǎn)生的（翼面在水平面上投影的前緣后掠角為57°，如圖5）。PO算法和MLFMM算法均計(jì)算出該峰值。PO算法只能計(jì)算出鏡面散射，表明57°方位角附近，鏡面散射占主導(dǎo)。90°方位角附近，PO算法和MLFMM算法相差不大，說(shuō)明在90°方位角附近，翼面產(chǎn)生的鏡面散射仍是主要的散射源。60°～84°方位角內(nèi)，以及96°～124°方位角內(nèi)，PO算法與MLFMM相差較大，在這些方位角內(nèi)，多次反射占主導(dǎo)地位，V形尾翼散射截面積呈現(xiàn)較大較寬峰值這一特點(diǎn)。

圖5 設(shè)計(jì)方案俯視圖

通過以上分析得到如下結(jié)論：

（1）垂直于翼面前緣方位角附近以及90°方位角附近，鏡面散射占主導(dǎo)，可用PO算法進(jìn)行快速估算；

（2）在60°～84°方位角內(nèi)，以及96°～124°方位角內(nèi)，V形尾翼散射截面積呈現(xiàn)較強(qiáng)較寬波峰，產(chǎn)生機(jī)理為多次反射，該方位角內(nèi)，PO算法不能準(zhǔn)確估算散射截面積，需采用MLFMM進(jìn)行計(jì)算。