军用舰船照明灯穴散射的有限元分析

摘要

现代海战中，隐身技术在提高舰艇的生命力和战斗力方面起着非常重要的作用，西方国家最新设计建造的舰艇大部分采用了隐身技术，隐身技术已成为舰艇设计发展的主流。雷达隐身技术是舰艇隐身技术中最主要的一个方面，为了降低舰艇的雷达散射截面积，尽量避免具有强散射源的角反射器和腔体结构的设备的出现，一些必要的开口处，则需要采用隐身方式减少散射产生。
　　军用舰船的照明灯是必不可少的暴露在外的部件，其安装照明灯的灯穴对舰船雷达散射截面积有很大的贡献，需要对灯穴进行雷达隐身优化，本文主要是采用吸波涂料涂覆灯穴，降低灯穴的雷达散射截面积。
　　灯穴属于腔体结构，在分析了解决腔体目标问题的方法后，本文采用有限元－边界积分（FEM-BI）方法对灯穴腔体进行散射分析。FEM-BI方法解决腔体散射问题具有能够有效的计算复杂边界和介质填充的内域问题的优势和求解外域问题以最小化存储需求的特点。
　　针对灯穴腔体的特殊形状，采用三棱柱单元对灯穴进行剖分，并进行编码。用有限元法给出灯穴腔体内部场的公式，应用边界积分表示灯穴外部的场。用口面上切向场连续性条件把灯穴内部场和外部场联结起来，形成 FEM+BI(有限元—边界积分法)矩阵方程组，最后求解出口面棱边场。由于灯穴腔体的特殊形状，剖分和编码问题以及出现的稀疏带状矩阵存储、格林函数奇异性等问题更加复杂。
　　用C++计算语言编制相关程序，得出结果绘制的曲线图与文献中的曲线趋势非常吻合，从而验证了本方法的正确性。在计算了灯穴腔体在无介质填充的RCS后，分别计算了涂覆磁损耗介质材料、介电损耗介质材料、磁损耗和介电损耗同时存在的复合介质材料的RCS，分析了相同介质不同损耗角对灯穴RCS的影响，不同介质材料对灯穴RCS的影响，以及不同厚度的材料对RCS的影响，最后给出了减缩方案，对于改善了灯穴腔体的隐身效果具有指导意义。

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第一章 绪 论

1.1本文的研究背景和研究意义

1.2腔体目标电磁散射的主要计算方法

1.3本文的研究贡献以及论文内容结构

第二章 有限元方法基本原理

2.1有限元方法概述

2.2边值问题的经典方法

2.3有限元分析的基本步骤[10]

第三章 FEM-BI方法灯穴腔体散射的理论分析

3.1 有限元-边界积分法原理

3.2 FEM-BI方法腔体的散射分析

3.3 FEM-BI方法舰船灯穴腔体的散射分析

3.4求解有限元方程组

第四章 FEM-BI方法计算舰船照明灯穴腔体RCS问题

4.1灯穴腔体模型RCS的研究方法

4.2 建立灯穴腔体模型

4.3 影响边集

4.4 矩阵元 ijK 的计算[35]

4.5 FEM+BI方程组

4.6强加边界条件

4.7求解FEM－BI方程组问题

4.8 程序编制

第五章 数值结果的分析比较

5.1程序验证分析

5.2 灯穴腔体模型RCS数值分析和比较

第六章 总结

6.1工作总结

6.2后续可开展的工作

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间取得的成果