文档介绍：南京航空航天大学
博士学位论文
飞行器翼面隐身结构的设计、分析与优化研究
姓名:聂毅
申请学位级别:博士
专业:飞行器设计
指导教师:余雄庆
20081101
南京航空航天大学博士学位论文
摘要
隐身性能是军用飞行器的一项重要指标。提高飞行器隐身性能的一个有效
措施是是采用隐身结构。飞行器隐身结构是一种既能满足外形和结构要求,又
能有效减少电磁波反射的多功能一体化结构,它由高透波率蒙皮、内部吸波材
料和承力结构组成。本文通过研究飞行器翼面隐身结构的方案设计、分析和优
化问题,探索如何设计高效的翼面隐身结构。研究内容及主要结论包括:
1)基于电磁散射的机理和机翼结构的特点,提出了几种低成本的、主要面
向无人机的翼面隐身结构方案,并设计和制作了 4 种翼面隐身结构方案的物理
模型。在微波暗室中对 4 种翼面隐身结构模型的雷达散射截面(RCS)进行试验,
通过与全金属机翼模型 RCS 的对比,验证了翼面隐身结构是缩减机翼的雷达散
射截面(RCS)的有效措施。
2)为了进一步研究翼面隐身结构的电磁散射特性,必须建立翼面隐身结构
电磁散射特性数值分析模型。在分析和比较各种 RCS 计算方法基础上,提出了
应用时域有限差分法(FDTD)建立翼面隐身结构电磁散射特性数值分析模型。
研究表明:时域有限差分法是一种适合于隐身结构电磁散射特性的数值仿真方
法,所建立的分析模型为定量地研究翼面隐身结构电磁散射特性提供了一个有
效方法,为翼面隐身结构优化设计准备了基础。
3)将翼面隐身结构应用于常规布局的飞航导弹和飞翼布局的无人作战飞
机,验证翼面隐身结构在飞行器应用的效果。用 FDTD 法建立了飞航导弹和无
人作战飞机的电磁散射数值模型,并在典型方位上进行数值仿真。研究结果表
明翼面隐身结构能有效降低飞行器的 RCS。
4)为进一步挖掘翼面隐身结构缩减 RCS 的潜力,对翼面隐身结构优化设计
进行了研究。应用基于代理模型的优化策略,在空间(方位角)和频域上对翼
面隐身结构的电磁散射特性进行优化设计。考虑到翼面隐身结构在制造过程中
存在偏差,有些设计参数具有一定的随机性,因此又采用了稳健优化方法对翼
面隐身结构进行优化设计。优化结果表明,采用稳健优化后,不仅可提高翼面
隐身结构缩减 RCS 的能力,同时又使得翼面隐身结构的 RCS 缩减性能对设计参
数的不确定性不敏感,有较好的鲁棒性。
5)将翼面隐身结构应用于某无人机机翼结构方案,研究了机翼气动/结构/
隐身多学科设计优化问题。采用二级优化策略和代理模型方法,提出了一种机
-I-
飞行器隐身结构的设计、分析与优化研究
翼气动/结构/隐身多学科设计优化(MDO)方法。研究表明:这种 MDO 策略能
求解机翼气动/结构/隐身多学科设计优化问题,最终能获得考虑了气动、结构、
隐身多目标的 Pareto 解集。

关键词:隐身技术,隐身结构,机翼,无人机;时域有限差分法,优化设计,
稳健优化,多学科优化设计
-II-
南京航空航天大学博士学位论文
ABSTRACT
Low detectability is one of most important requirements for military air vehicle.
There are many effective ways that can lower the detectability. One of them is use of
low detectable structure to reduce the radar cross section (RCS) of the military
aircraft. The low detectable (LD) structure is a kind of the multifunctional structure
which is able to meet the demand of aircraft external shape, to carry the loads and to
reduce ic scattering. Usualy, it is consist of radar-transparent skins, radar
absorbent materials and carrying-structures. To obtain the effective LD structure of
wing, this dissertation investigates the design, analyse and opti