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外形技术对炮塔体雷达隐身性能的影响

2023/5/23    来源:Altair    作者:马瑶  刘君  苏丽媛      
关键字:雷达隐身  FEKO  外形技术  
本文以坦克炮塔体为例,通过FEKO仿真计算,分析了外形技术对其雷达隐身性能的影响。结果表明,通过改变传统的炮塔体外形,可以有效的降低其RCS值。
1 概述

       隐身技术,也称隐形技术,是指在一定遥感探测环境中采用反雷达探测措施以及反电子探测、反红外探测、反可见光探测和反声学探测等多种技术手段,降低飞机、导弹、舰艇、坦克等目标的可探测信号特征,使其在一定范围内不易或难以被敌方各种探测设备发现、识别、跟踪、定位和攻击的综合性技术。雷达隐身技术作为一项减少目标回波信号、降低雷达作用效能、提高武器设备战场生存能力的重要技术,得到了广泛的研究和应用。

       目前雷达隐身技术主要从使用吸波材料和采用新的外形两方面入手。其中,外形技术是通过改变目标原有的外部结构来减少回波信号、缩减其雷达截面积(RCS),从而降低被探测到的可能性,它是实现雷达隐身的首选方法。本文将通过对坦克炮塔体的仿真计算来研究外形技术对其雷达隐身性能的影响。

2 炮塔体的雷达特性

       在未来地面战场上,坦克将面临多种类、高效能反坦克武器的严重威胁。其中,雷达威胁主要来自监视追踪雷达、火控雷达、制导炮弹、末制导子母弹和末敏弹等。这些武器设备大多工作在厘米波和毫米波段,对坦克的威胁方向主要在正面和侧面,俯仰角一般在0°-15°。一般炮塔体在坦克正面的RCS可达到数十平方米,在大俯仰角下或更大,对于坦克的生存环境非常不利。

       传统的炮塔体多采用圆柱面或切割球面,它们对雷达波的反射几乎是全向的。我们以某型坦克炮塔体轮廓尺寸为基础,建立简单的缩比模型,如图1所示。利用仿真软件FEKO计算得到其RCS值,如图2。

炮塔体原始模型

图1 炮塔体原始模型

炮塔体原型RCS值

图2 炮塔体原型RCS值

       从图2可以看到,炮塔体简单缩比模型的RCS值达到10dB左右,回波信号较强,被雷达探测到的可能性很大,需要对其改进。

3 炮塔体外形设计

       为减少雷达截面积,法国AMX-30B3坦克旋转炮塔体采用了创新的多面体设计。目前,炮塔体大多为扁平状,且采用大平板焊装而成。这是因为,与曲面相比,虽然平板表面的后向散射方向图主瓣很强,但其副瓣衰减得却很快。这意味着平板表面的后向散射方向图在较窄的角度范围内可以降得很低。

       因此,通过适当选择平板表面的倾斜角度,就可以很容易的将其散射方向图的波束偏离威胁方向。假设炮塔体横截面如图3所示,γ为炮塔体侧面倾斜角,θc为雷达俯仰威胁范围,k为最大威胁角度时雷达波入射方向。当表面法向n离开入射方向k的角度Δθ足够大,就可以使散射波束只留下足够弱的副瓣被雷达接收。在一定的范围内,Δθ越大,沿k方向返回的雷达回波强度越弱。

炮塔体减缩RCS原理

图3 炮塔体减缩RCS原理

       由图中几何关系可以推出炮塔体侧面倾斜角γ的表达式:
γ=Δθ+θc (1)

       其中Δθ为雷达回波主瓣偏离威胁范围θc 的程度,取值范围一般为15°-20°。据此,我们对图1所示的炮塔体模型作外形处理,将原有的球形曲面用大面积的平板代替,经过对倾斜角度的多次调整,最终得到的模型如图4所示。通过仿真计算得到其RCS值,如图5。

炮塔体变形后的模型

图4 炮塔体变形后的模型

炮塔体变形后的RCS值

图5 炮塔体变形后的RCS值

       与图2所示的炮塔体原始RCS值对比,可以看到,变形后的炮塔体其RCS值大部分都下降到了0dBm2以下,最低可达到-14dBm2。由于回波信号的减弱,大大降低了被雷达探测的可能性。

4 炮塔体二面角的改进

       另外,除了改变炮塔体本身的外形,还应进一步考虑炮塔体与车体形成的二面角。由于二面角的后向散射远大于单个平面的后向散射,且强回波的视角范围极宽,因此要避免出现二面角结构。为此对炮塔体外形作进一步改进,如图6所示,它与车体上表面形成的是锐角,可以极大的降低朝向雷达威胁方向的散射。通过仿真计算得到其RCS值,如图7。

炮塔体二面角改进后的模型

图6 炮塔体二面角改进后的模型

炮塔体二面角改进后的RCS值

图7 炮塔体二面角改进后的RCS值

       从图7可以看到,由于对二面角作了改进,因此在炮塔体正面的RCS值相比图5所示的结果有了明显下降,雷达回波信号进一步减弱。

4 结论

       通过对坦克炮塔体简单缩比模型的仿真计算,可以看到,采用外形技术,即用大块平板焊装结构代替传统的圆形曲面,可以有效的减少回波信号、降低其雷达截面积,从而提高其隐身性能,增强战场生存能力。
责任编辑:程玥
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