1.6. Методика расчета эпр тела сложной формы

Ниже излагается методика расчета ЭПР тела сложной формы. Порядок приближенного расчета ЭПР тела сложной формы слагается из четырех частей: расчленение тела на элементы, аппроксимация участков их поверхности телами простой формы, вычисление ЭПР этих тел и объединение результатов для получения значения ЭПР тела в целом.

Расчленение тела на элементы ведется на основе его конструктивных особенностей и физических представлений об отражательной способности различных участков поверхности. Например, элементами с носовых ресурсов самолета являются двигатели, крылья, антенна, расположенная под радиопрозрачным обтекателем, фюзеляж, кабина пилота, хвостовое оперение. В свою очередь, на каждом из указанных элементов могут быть выделены более мелкие части, являющиеся участками локального отражения. Очевидно, что количество выделенных элементов, объединяемых в таблицу, зависит от направления наблюдения. Поэтому элементы тела сложной формы определяются в некотором (небольшом) секторе углов наблюдения: для другого сектора таблица элементов будет иная.

При аппроксимации выделенного элемента телом простой формы руководствуются не столько требованиями геометрического подобия, сколько стремлением обеспечить совпадение величины ЭПР элемента и аппроксимирующего его тела простой формы в рассматриваемом секторе углов наблюдения. Часть элементов не моделируется геометрически подобными телами, для них подбираются эквивалентные им по ЭПР в секторе углов наблюдения диски, уголковые конструкции и другие тела.

Другая часть моментов в ходе моделирования упрощается и аппроксимируется телами простой формы.

Величины ЭПР элементов, аппроксимированных телами простой формы, лето вычисляются по приведенным в разделах 1-3 формулам. Основные расчетные трудности возникают при определении ЭПР сложных элементов (воздухозаборники, сопла двигателей). Их, как правило, находят экспериментально или путем расчета на ЭВМ.

Следующий этап расчета заключается в расчете ЭПР цели по известным ЭПР ее частей. Пусть таких элементов будет N , ЭПР каждого из них в направлении будет

Очевидно, что искомая ЭПР может быть найдена при помощи равенства:

(1.69)

где ψ_n(γ_i)- фаза поля, отраженного от элемента в направлении γ_i.

Расчеты по формуле (1.69) достаточно просто выполняются, если ЭПР тела слабо изменятся в выбранном секторе углов наблюдения. В атом случае число направлений может быть набрано равным одному, двум, а требуемая точность определения фазы отраженного поля - сравнительно невысокой.

Если же размеры тела сложной формы составляют сотни длин волн, а его ДОР сильно изрезана в данном секторе углов наблюдения, то расчеты по формуле (1.69) становятся практически невыполнимы.

Если в формуле (1.69) полагать, что фазы отраженных полей от элементов тела сложной формы являются взаиамонезависимыми случайными величинами и плотность распределения вероятности ψ_n(γ_i) для всех n является равномерной в интервале [0,2π], тогда среднее значение ЭПР такого тела будет:

При выполнении названных условий можно найти и величину среднеквадратического отклонения величины ЭПР тела сложной формы от своего среднего значения:

Так как трудно определяемая величина фазы ψ_n(γ_i) полей отраженных от отдельных элементов, в расчетные формулы не входят, расчеты по разобранному методу оказываются несложными для произвольных тел, а поэтому он нашел широкое применение в инженерной практике.

Важное значение имеет знание разброса величины ЭПР тела сложной формы, определяемой по разобранному методу. Представление о его величине можно получить, полагая, что ЭПР всех элементов одинаковы, т.е. Тогда искомый (доверительный) интервал достаточно просто вычисляется и оказывается равным:

При N=2 этот интервал составляет (0,59 ... 3,4) А₀ . а для N=3 соответственно (0,55 ... 5,45) А₀ .

Для элементов, различающихся величинами своих ЭПР и состоящих из двух и трех равных участков локального отражения, величины интервалов указаны в табл. 3 и 4.

Данные табл. 3 и 4 дают возможность проводить оценки ЭПР сложной формы.

Таблица 3

Расчеты ЭПР двухэлементного тела

ЭПР первого элемента А1	ЭПР второго элемента А2	Результаты расчета		Минимальные значения ЭПР
		Средняя ЭПР	Интервал значений ЭПР
1 1 1 1 1	1 1.5 2 4 9	2 2,5 3 5 10	0,59…3,4 0,77…4,2 1,0…5,0 2,2…7,8 5,8…14,2	0…4,0 0,05...4,9 0,17...5,8 1.0...9 4,0...16

Таблица 4

Расчеты ЭПР трехэлементного тела

ЭПР первого элемента А1	ЭПР второго элемента А2	ЭПР третьего элемента А3	Результаты расчета		Минимальные значения ЭПР
			Средняя ЭПР	Интервал значений ЭПР
1 1 1 1 1 1 1 1 1	1 1 1 2 2 2 4 4 4	I 9 49 2 9 49 4 9 49	3 11 51 5 12 52 9 14 54	0,55…5,46 4,84…17,2 36,9…65,1 1,0…9,0 4,38…19,6 34,7…69,3 2,07…15,9 4,10…23,9 31,5…76,5	0...9 1…25 15...81 0...I5 0,36...29 21...89 0...25 0...36 16...100

По изложенной методике приведен расчет ЭПР реактивного самолета "Конвер-990". В соответствии с порядком расчета на первом этапе произведем расчленение самолета на отдельные элементы. Для углов наблюдения в небольшом секторе носовых ресурсов можно выделить следующие элементы: а) двигатель; б) крылья; в) фюзеляж; г) хвостовое оперение. На каждом из перечисленных элементов следует указать участки локального отражения, т.е. произвести еще дополнительное расчленение поверхности на более мелкие части. Результаты расчленения и последующей аппроксимации как самих элементов, так и их частей телами простой формы представлены в табл. 5. Данные этой таблицы показывают, что большинство элементов удается аппроксимировать телами простой формы, приближенные аналитические выражения ЭПР которых известны. В силу этого следует считать известными величины A₅…А₁₄ для каждого значения угла наблюдения из сектора носовых курсовых углов. Значения А₁ …А₄ не выражается в аналитической форме, однако, для их определения существуют специальные программы вычислений на ЭВМ.

Заключительный этап расчетов состоит в объединении величин ЭПР отдельных элементов для определения результирующей ЭПР самолета. Если объединение производить по методу случайной фазы, то среднее значение ЭПР самолета в соответствии с (1.70) определяется как

В то же время интервал предполагаемых значений ЭПР модели самолета будет ревен:

В формулах (1.71) и (1.72) символом γ_i обозначены углы наблюдения из рассматриваемого сектора "носовых" углов наблюдения.

На рис. 1.38 представлены расчетная (1) и экспериментальная (2) кривые, выражающие зависимости средней ЭПР самолета "Конвер-990" от угла наблюдения. Сравнение кривых показывает, что при помощи метода случайной фазы удается правильно предсказать порядок ЭПР тела сложной Формы.

Рис. 1.38. Экспериментальная зависимость А от γ для самолета

Таблица 5

ЭПР отдельных частей самолета

Наименование элемента	ЭПР отдельных частей элемента	Наименование отдельных частей элемента и тел, их заменяющих
1	2	з
двигатели	А1 А2 А3 А4	Первый двигатель Второй двигатель Третий двигатель Четвертый двигатель
крылья	А5 А6=А5 А7 А8=А7 А9 А10=А9	Часть передней хромки левого крыла заменяется круговым, цилиндром длиной 6,25 м в радиусом 0,15 м Такая же часть передней кромки правого крыла Средняя часть кромки левого крыла заменяется круговым цилиндром длиной 6,75 м и радиусом 0,125 м Такая же часть кромки правого крыла Оконечная часть передней кромки левого крыла заменяется круговым цилиндром длиной 6,75 м и радиусом 0,075м Такая же часть передней кромки правого крыла
Фюзеляж	A11	Передняя часть корпуса самолета заменяется вытянутым сфероидом с полуосями, равными 1,92 м и 8,25 м
Хвостовое оперение	AI2 AI3 =AI2 AI4	Передняя кромка левой горизонтальной плоскости заменяется круговым цилиндром длиной 6,5 и радиусом 0,1м. Цилиндр ориентирован под углом 133° к оси фюзеляжа Такая же кромка правой горизонтальной плоскости Передняя кромка вертикальной плоскости заменяется круговым цилиндром длиной 7,5 м и радиусом 0,1 м

ЛИТЕРАТУРА

Штагер В.А. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. П.: Радио и связь, 1986.

Радиолокационные характеристики летательных аппаратов/ М.Е.Варганов, Ю.С.Зиновьев, Л.Ю.Астанин и др.; Под ред. Л.Т.Тучкова. М.: Радио и связь, 1985.

Майзельс Е.Н., Торговенов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М.: Сов. радио, 1972,

Кобах В.О. Радиолокационные отражатели. И,: Сов, радио, 1975