Моделирование радиолокационных характеристик электрически больших целей в СВЧ диапазоне с помощью HFSS

Разработка систем, невидимых для радаров, предполагает уменьшение поперечного сечения объекта, т.е. его RCS (Radar Cross-Section). Проще говоря, RCS определяет "размер" цели, как его видит система радаров. Технология стелс стремится минимизировать RCS, так как чем больше он, тем легче объект может быть обнаружен. В качестве примеров стелс-систем можно привести самолеты F-117 Nighthawk, F-22 Raptor, B-2 Spirit и F-35 Lightning II:

вид американского самолета F-117 Nighthawk

Эти объекты обладают уникальными, ранее нетрадиционными формами в сочетании с радарными поглощающими материалами, разработанными с целью минимизации характеристик электромагнитного рассеяния платформы - ее RCS. Уменьшение RCS, иногда называемой "эхо-сигнатурой" радара, делает их менее заметными для радаров, позволяя им продвигаться незамеченными через оборонные системы.

F-22 Raptor

Разработка самолета-невидимки представляет собой сложную задачу, которая может оказаться очень дорогостоящей, особенно на этапе создания прототипа, где затраты на установку и испытания могут быть значительными. Традиционные подходы к моделированию, с другой стороны, либо дорогие с точки зрения вычислений, либо требуют значительных приближений к реальным результатам. 

B-2 Spirit

Тем не менее, с помощью новых методов, недавно разработанных в компании Ansys, инженеры могут использовать такие инструменты моделирования, как Ansys HFSS и в том числе решатель HFSS SBR+, для проектирования стелс-характеристик самолета с высокой вычислительной эффективностью и скоростью, сохраняя при этом высокую степень точности результатов. Все это можно сделать до начала строительства платформы, таким образом, устраняя циклы прототипов и снижая затраты за счет минимизации требований к испытаниям и измерениям.

F-35 Lightning II

Преимущество использования решателя SBR+ по сравнению с другими традиционными асимптотическими методами, такими как физическая или геометрическая оптика, заключается в использовании интегрированной и передовой дифракционной физики, основанной на Физической теории дифракции (PTD) и Единой теории дифракции (UTD) для улавливания эффектов рассеяния от транспортных средств, содержащих острые кромки и абразивные разрывы поверхности. Чистый SBR, улучшенный с помощью PTD и UTD в HFSS SBR+ позволяет довольно точно рассчитать характер контактов для электрически больших тел, состоящих из металлов и диэлектриков.

Программное обеспечение позволяет контролировать уровень физики для реализации в моделировании, что позволяет проводить быстрый анализ с помощью SBR с последующим добавлением коррекции PTD и UTD, если это необходимо для получения более точных результатов моделирования. Кроме того, благодаря интеграции в параметрический HFSS-интерфейс, можно легко выполнять проектирование и оптимизацию с учетом поставленных целей. Для пост-обработки, наряду с 2D и 3D RCS графиками для моностатического и бистатического RCS анализа, данные могут быть извлечены и обработаны в более продвинутые форматы, такие как для исследования с обратной синтетической апертурой (ISAR). Эта расширенная возможность, включая такие выходные данные, как профили дальности, участки ISAR, с автоматизацией как до, так и после обработки, доступна с установкой Ansys Application Customization Toolkits (ACT) для анализа радиолокационных данных.

Использование технологии "стелс" не ограничивается самолетами и ракетами, но также активно используется при разработке наземной техники и боевых кораблей. Моделирование с помощью HFSS и HFSS SBR+ может помочь военно-морским силам в их стремлении разрабатывать корабли, обладающие небольшой радиолокационной способностью, и сделать их более живучими вне зависимости от того, используются ли эти корабли для выполнения гуманитарных или боевых задач.

В то же время HFSS SBR+ может быть использован для исследования размещения антенн, которая часто сочетается с анализом RCS. Гибридная решающая технология Ansys позволяет использовать в HFSS SBR+ локализованные источники из полноволнового конечного элемента (FEM) и/или метода моментов (МoМ). Здесь может быть использована детальная модель FEM антенного элемента или антенной решетки для возбуждения HFSS SBR+ анализа сложной антенной системы, установленной на авиационной платформе. Все это позволяет анализировать широкий динамический диапазон геометрических параметров и материалов, детализированных в одном строгом электромагнитном симуляторе.