F-35战斗机三维重建及气动、隐身特性分析

摘要

本文以F-35战斗机为研究目标,对目标体进行三维外形重建,并对重建后的模型进行气动及隐身特性的计算和分析,复原研究国外先进飞行器从而使我国有针对性地进行先进飞行器的研制具有重要的参考价值,是一项具有国防研究价值的课题,为现代战斗机的工程研制提供了一种可参考的思路。
　　 首先,分析了战斗机总体外形技术不断革新的因为及发展趋势。并针对目前三维重建的方法,采用了基于飞机三视图进行轮廓线提取来重建F-35全机理论外形的方法,引入了基于草图跟踪的CATIA三视图的标定,大大地提高了模型重建的精度,并且针对类翼面部件采用参数化建模,这样对于对升力有突出贡献的类翼面部件可以得到更精确的模型,更有利气动特性的计算。
　　 其次,对F-35全机采用非结构三角形单元来划分表面网格,然后按照一定增长率以四面体结构单元扩展到空间计算域,采用EULER方程完成了F-35在亚声速、跨声速及超声速等飞行条件下的流场计算,分析了不同状态下的升力、阻力、力矩特性和大攻角气动特性,同时对机翼采取了弯扭反设计,并结合机翼的流场分析,得到了推迟机翼失速的最佳扭转角。
　　 最后,利用曲面像素法对F-35全机高频雷达目标特性进行了计算,提出了一种基于IGS数据转换格式的隐身计算网格生成方法,比较了不同俯仰角及方位角下的RCS特性曲线,分析了对RCS影响比较大的部件。与此同时,采用FEKO的物理光学法对F-35进行计算,并与像素法计算结果进行比较,可知像素法对于目标的高频雷达特性具有计算速度快、精度高的特点。

目录

文摘

英文文摘

图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 飞机总体外形的发展

1.2 现代战斗机的发展

1.2.1 战斗机发展概况

1.2.2 现代战斗机的设计特点

1.2.3 现代战斗机的代表机型

1.2.4 气动外形和隐身外形综合考虑

1.3 F-35战斗机的设计特点

1.4 三维重建技术

1.5 本文研究目的和主要内容

第二章 F-35战斗机三维重建

2.1 F-35战斗机设计理念

2.1.1 F-35战斗机照片分析

2.2.2 F-35战斗机三视图

2.2 飞机部件建模依据

2.3 飞机建模步骤

2.3.1 规则曲面组合体重建

2.3.2 非规则曲面组合体重建

2.3.3 类翼面部件重建

2.3.4 三视图在CATIA中的标定

2.4 NURBS曲面简介

2.5 F-35各部件外形重建

2.6 装配图

第三章 F-35战斗机气动特性分析

3.1 计算流体力学在飞机设计中的应用

3.2 气动计算所需求解器的选择

3.3 飞机气动特性数值分析软件FLUENT简介

3.3.1 FLUENT的特点

3.3.2 FLUENT求解流程

3.4 F-35机翼的弯扭反设计及分析

3.4.1 模型的建立

3.4.2 网格生成

3.4.3 结果分析

3.5 气动计算参数设定

3.5.1 计算方法的选择

3.5.2 边界条件的设置

3.5.3 计算参数的设置

3.5.4 计算网格的生成

3.6 F-35全机气动特性计算

3.6.1 亚声速飞行状态

3.6.2 跨声速飞行状态

3.6.3 超声速飞行状态

3.6.4 机翼上表面等压线分析

3.7 F-35飞行特性分析

3.7.1 力矩特性

3.7.2 大攻角特性

3.7.3 窄边条的作用

第四章 F-35战斗机雷达目标特性分析

4.1 雷达目标特性计算方法

4.2 雷达截面积的定义

4.3 散射区域的划分

4.4 曲面像素法简介

4.4.1 像素法的提出

4.4.2 像素法的概念和理论

4.4.3 Coons曲面简介

4.4.4 曲面像素法的目标RCS计算

4.5 F-35电磁特性网格生成

4.6 F-35全机外形的曲面像素法计算

4.6.1 像素法计算

4.6.2 腔体的估算

4.7 FEKO大尺寸问题的RCS分析

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 进一步研究的展望

参考文献

致谢

硕士期间完成的科研项目与取得的成果