[发明专利]一种蜂窝吸波结构的电磁散射特性仿真建模方法和装置

说明书

本发明涉及一种蜂窝吸波结构的电磁散射特性仿真建模方法和装置，方法包括：测量蜂窝吸波结构的电磁场得到第一电磁场表达；建立以吸波涂层的厚度值为调整量的蜂窝吸波结构的等效模型；计算等效模型的电磁参数的等效值并计算电磁场，得到第二电磁场表达；判断第二电磁场表达与第一电磁场表达的偏差；根据偏差调整吸波涂层的厚度，直至偏差小于或等于阈值，以最终调整的吸波涂层的厚度值作为吸波涂层的真实厚度。本发明通过开展计算与测试相结合的蜂窝吸波结构的电磁散射特性仿真评估研究，突破实际一体化仿真计算难题；并在此基础上，开展实际蜂窝吸波结构在不同场景下的等效电磁参数研究，为进一步简化计算，提高仿真效率提供有效支撑。

技术领域

本发明涉及目标电磁散射特性仿真建模方法技术领域，尤其涉及一种蜂窝吸波结构的电磁散射特性仿真建模方法和装置。

背景技术

目前，对隐身飞行器机翼的隐身设计需要通过研究各结构参数以及入射波参数对散射的影响，得到最佳参数值来指导设计。国内外研究蜂窝材料大多是从力学角度去分析其结构性能，从吸波的角度分析的文献极少。常见的吸波材料在不同的频率、入射角及极化方式下，吸波性能有很大的波动，也即蜂窝吸波结构本身的等效电磁参数具有色散性和各向异性。实验测试周期长，过程比较复杂，费时费力，而且还可能会因环境的影响有偏差，等效介电常数和磁导率很难甚至无法通过实验准确测得。隐身设计单位和材料生产厂商对蜂窝吸波结构的性能评估时，通常设计加工成标准方板形，依据国家军用标准GJB2038-94或IEEE标准，采用远场RCS法、波导法、同轴法等测试其反射率。但反射率在描述吸波材料电磁特性上并不完备，仅能表征散射中的反射部分，更为复杂的不同方向透射以及多次反射无法有效评估。此外，与均匀介质板不同，吸波结构在实际使用过程中不同剪裁形状对吸波性能有很大影响且无法准确估计。类似的，现有的通过电磁理论推导并估算反射系数，例如传输线理论、强扰动理论等方式对蜂窝吸波结构吸波性能的分析具有同样局限性。因此，目前蜂窝吸波结构在隐身设计上的应用考量仍然比较粗略，缺乏有效手段。

随着电磁计算方法和高性能计算技术的发展进步，精确电磁仿真成为辅助隐身设计的重要手段。然在现有技术的基础上对蜂窝结构进行全波建模仿真仍面临极大挑战。

一方面，蜂窝结构单元尺寸很小，为毫米量级，蜂窝壁极薄，通常为0.1毫米左右。要对实际蜂窝结构不做任何处理的直接进行建模剖分，有限元、时域有限差分等体离散方法需要参照蜂窝壁的厚度设置平均边长，才能形成质量比较好的网格保证离散精度。显然，这种剖分密度对于大多数频率都是过剖分的范畴，即便是10GHz频率下，按照平均波长3厘米的1/20波长计算，仍比正常网格密度小一个量级以上，则未知数大1000倍，可计算目标尺寸很小。常用的表面积分方程法等一方面网格比较畸形，另一方面蜂窝单元的表面积很大，面离散方法效率不再具有明显优势。因此，现有的常规全波方法计算能力尚不足以满足对于蜂窝结构仿真计算的需求。

另一方面，仿真计算吸波结构的电磁散射必须要已知组成该吸波结构的每种材料的厚度，介电常数和磁导率。对于一般的目标这些仿真计算必需条件或许容易满足，但对于蜂窝吸波结构则是一种挑战。从加工工艺上来说，芳纶纸蜂窝结构是由芳纶纸经胶粘、拉伸、浸胶等制成。加工完成后的蜂窝壁与芳纶纸的电磁参数、厚度已发生了很大改变，难以测量。当应用于制作吸波结构时，芳纶纸蜂窝还将进行吸波液浸泡处理，电磁参数与厚度再次发生改变。吸波液将吸附在蜂窝壁的表面，与蜂窝芯实际形成多层结构，且每一层的厚度均难以测量准确。用这些不准确的参数作为输入，孤立的开展仿真计算，计算结果的精确性无法保证，置信度无法评估。

因此，针对以上不足，需要提供一种蜂窝吸波结构的电磁散射特性仿真建模方法的装置，通过开展计算与测试相结合的蜂窝吸波结构电磁散射特性仿真评估研究，突破实际含吸波结构复合目标的一体化仿真计算难题。并在此基础上，开展实际蜂窝吸波结构在不同场景下的等效电磁参数研究，为进一步简化计算，提高仿真效率提供有效支撑。

发明内容