阵风-C雷达散射模拟——Rafale-C radar scattering simulation

介绍

阵风是由达索航空设计和制造的法国双引擎鸭翼三角翼多用途战斗机。阵风被开发为4.5代战斗机，旨在取代法国空军的捷豹，幻影F1C/CR/CT，幻影2000C / -5 / N，以及法国海军航空兵的F-8P十字军，Étendard IVP / M和Super Étendard。

注意：案例 2 的等值线图结果实际上是案例 1 等值线图的一部分，但它将单独显示，以便查看者可以更轻松地可视化雷达波片排列以及方向如何影响战斗机 RCS。

模拟目标：

我们的模拟目的是评估阵风-C（空军版）在4个频率下的平均和中值雷达横截面以及雷达散射模式：

• 甚高频 – 150 兆赫

• L 波段 – 1150 MHz

• S 波段 – 3150 MHz

• X 波段 – 8150 MHz

我们模拟中的阵风-C将以3种武器配置进行模拟。

• 干净：没有武器的阵风

• 空对空配置：阵风-C装载了4枚流星远程空对空导弹。

• 空对地配置：阵风-C装载6个AASM + 2个MICA红外+ 2个RPL-751亚音速油箱

因为关于阵风是否使用频率选择表面天线罩（FSS）的信息相互矛盾。我们模拟中的阵风-C将以两种配置进行模拟：传统天线罩和FSS天线罩。

与我们之前所做的模拟类似，我们的团队将模拟和计算具有不同额弧值的 2 种情况的平均值和中位数 RCS

• 情况1是飞机必须面对彼此相距很远的多个雷达的情况，因此它们可以从强反射瓣所在的方向照亮战斗机

• 情况2是飞机面对靠近的少量雷达的情况，因此飞机可以将机头转向目标

一些术语的解释：

RCS 中位数是所有 RCS 数据的中间 RCS 值。这意味着弧内 50% 的 RCS 尖峰将高于中值，而弧内其他 50% 的 RCS 尖峰将小于中值

平均 RCS 是所有 RCS 数据的平均值。
重要的是要记住，中位数和平均RCS并不能说明整个故事，从同一方向观察时，具有相同中位数和平均RCS的两个物体不一定对雷达同样可见，因此我们还需要等高线图来查看反射瓣的排列。

等值线图中所示的RCS值将以dBsm为单位进行测量。要在 dBsm 和 m2 之间转换 RCS，我们可以使用以下指南。

将雷达横截面（平方米）转换为分贝

dBsm = 10 x log10(RCS/1m2)

以分贝为单位的雷达横截面转换为平方米

RCS = 10(Decibels/10)

基本规则：

由于并非所有有关阵风的信息都可以在公共部门获得，因此我们将在模拟中遵循几条规则。

• 作为4.5代战机，阵风皮肤有一层雷达吸收材料（RAM）来吸收雷达能量。但是，在此模拟中，包括顶篷在内的所有外表面都将被视为完美的电导体（这意味着它们将像金属一样反射无线电波）。

• 阵风具有非常明显的后缘处理，在主翼和鸭翼表面以压花锯齿图案的形式，以及进气口和机身内的锯齿图案。所有这些浮雕图案都将包含在我们的3D模型中。

• 关于阵风是否使用频率选择表面天线罩（FSS），存在相互矛盾的信息。因此，我们模拟中的Rafale-C将以两种配置进行模拟：传统天线罩和FSS天线罩。在传统的天线罩情况下，天线罩在所有频率下对无线电波都是透明的。在FSS天线罩的情况下，天线罩将被视为除带通频率以外的所有频率的完美电导体。

• 流星导弹的天线罩将被视为透明，并让无线电波通过它

• 流星导弹的雷达导引头也将建模

• 流星的入口在塔架上时是关闭的，因此将这样模拟。

• 阵风的所有冷却通风口都将建模

• 将模拟进气口、进气口内的表面波处理以及 2 台×斯奈克玛 M2 发动机的前 88 个风扇级

• 即使目前没有关于阵风使用的RAM吸收能力的数据。通向发动机级和雷达拦截器的进气管道的内表面将涂有一层MnZn铁氧体RAM。制定此规则是因为如果不添加一层 RAM 并在我们的所有模型上使用相同的 RAM 来帮助均匀性，就无法评估 S 型管道入口的 RCS 减少效果。MnZn RAM的吸收能力将基于实际的测量数据。仿真中使用的RAM的电流吸收能力在8.8 GHz时约为-15 dB，在4.3 GHz时约为-15 dBsm。请记住，隐形飞机上使用的实际RAM的吸收额定值可能为-15至-25 dB，具体取决于实际频率。

使用的软件：

• Rafale-C的模型是使用搅拌机软件创建的，然后转换为STL格式进行模拟

• 在大多数研究中，雷达散射模拟通常使用POFACETS完成，因为它可以在大多数商用计算机上运行并提供方便的运行时间。不幸的是，因为POFACETS仅依靠物理光学方法来预测目标的RCS。因此，它无法考虑爬波返回等现象，从而导致目标RCS值的低估。因此，该雷达散射仿真将使用Ansys HFSS完成。HFSS可以精确模拟边缘散射，爬波，空腔返回，因此它将是我们选择的软件。

模特照片：

外面：

阵风在干净的配置

腹部/等轴测视图

顶视图

侧视图

正面展示

P / s：关于照片上的头部，有几个人向我提到阵风鸭子没有正二面体，证据是以下照片：

现在澄清并纠正记录，在我的模型中，鸭子也没有正二面体，而是鸭子本身指向下方，阵风在地面上和飞行时鸭翼位置非常不同。

1 年 4 月 113 日，一架达索阵风被分配到法国圣迪齐尔-罗宾逊空军基地 35/4 加斯科涅战斗机中队，一架分配给犹他州希尔空军基地第 18 战斗机中队的美国空军 F-2021A 闪电 II 编队在法国上空飞行。这次飞行是大西洋三叉戟21演习的一部分，该演习是一次联合的多国演习，涉及来自美国，法国和英国的服务人员，旨在通过在有争议的多国联合部队环境中进行复杂的空中行动，加强第四代和第五代整合，战备和作战能力。（美国空军照片由参谋长亚历山大·库克拍摄）。

尾巴在视图

阵风空对空配置：装载4颗流星

顶视图

腹部/等轴测视图

顶视图

侧视图

正面展示

尾巴在视图

阵风空对地配置：6 个 AASM + 2 个 MICA IR + 2 个 RPL-751 亚音速油箱

顶部/等轴测视图

腹部/等轴测视图

顶视图

侧视图

正面展示

尾巴在视图

小零件和参考图像

大炮盖

冷却范围

排气口和锯齿

翅膀和鸭翼锯齿

入口锯齿

进气管道和发动机的2级

在我们之前的模拟中，许多人评论并问我们：“嘿，为什么你们只对风扇级进行建模？”，“如果没有进气导叶部分，发动机签名将不完整。所以我这次会澄清事实。是的，IGV阶段一直包含在我们的模拟中，它并不突出，因为我们没有高度重视它们。

光谱发射器和 DDM-NG 传感器

背鳍、喇叭口/谷壳分配器、冷却排气管

连接前缘板条和主翼的机翼执行器

OSF和加油探头

流星导弹（用于空对空配置的那种）

等值线图结果

情况 1（-60° 至 +60° 水平弧，-22° 至 +22° 垂直弧）

• 带有FSS天线罩的清洁阵风的VHF波段结果

• 无FSS天线罩的清洁阵风的VHF波段结果

• 阵风在空对空配置中使用FSS天线罩的VHF波段结果

• 阵风在没有FSS天线罩的情况下空对空配置的VHF波段结果

• 阵风在空对地配置中使用FSS天线罩的VHF波段结

• 阵风在没有FSS天线罩的情况下空对地配置的VHF波段结果

• 带FSS天线罩的清洁阵风的L波段结果

• 无FSS天线罩的清洁阵风的L波段结果

• 阵风在FSS天线罩的空对空配置中的L波段结果

3D 地图结果：

如果我使用每个频率有 2 张图像的通常格式，那么我将不得不发布总共 96 张照片来代表在此阵风模拟中测试的所有场景。这是非常耗时的，并且考虑到大多数人不关心3D地图，因为很难读取确切的RCS值。在本文中，我只会发布代表性案例的3D地图结果，即：阵风在空对空配置和飞机的天线罩具有FSS性质

• 阵风在空对空配置中使用FSS天线罩的 VHF波段结果

• 阵风在FSS天线罩的空对空配置中的L波段结果

• 阵风在FSS天线罩的空对空配置中的S波段结果

• 阵风在具有FSS天线罩的空对空配置中的X波段结果

总结

从仿真结果可以得出结论，阵风RCS的空对空配置相当低，特别是如果我们假设它配备了带通天线罩，那么阵风RCS将与普通的F-16处于同一球场。各种表面波处理，例如鸭翼，主翼，进气口和机身上的锯齿在降低较低频率的阵风RCS方面做得很好，非常有趣的是，S波段和L波段范围内的阵风RCS实际上低于X波段。话虽如此，由于阵风从一开始就不是设计为隐形飞机，因此与专用隐形战斗机相比，散射叶分布要混乱得多。

文章来源：EW Frontier