本发明涉及一种飞行器隐身吸波涂层建模及优化方法，属于电磁建模、仿真和优化。
背景技术：
1、隐身技术的准确术语是一种“低可探测技术”，即利用各种不同的技术手段，降低目标反射信号的强度，减少目标的探测信息特征，从而实现近似隐身的效果。工程上一般用“雷达散射截面(rcs)”来衡量目标的隐身能力。
2、当前，隐身技术在飞行器领域应用最为广泛。自f117a诞生到f22战斗机、b2轰炸机服役，隐身技术逐渐走向成熟，开始在各种不同的武器平台上得到了广泛应用，对飞行器的生存能力和作战效能影响深远。
3、一般情况下，隐身技术主要指针对雷达主动探测的隐身技术。雷达隐身技术主要分2种：结构隐身和材料隐身。结构隐身主要是通过修改飞行器上的结构外形，使电磁波反射到非威胁方向；材料隐身技术是在飞行器表面涂覆或者贴覆吸波材料，从而大幅度吸收电磁波的能量，以达到降低飞行器rcs的目的。材料隐身技术的优势是不改变飞行器外形，但是也存在负面作用，由于吸收效果较好的吸波材料往往都具有铁磁性，密度较大，会带来重量的增加。传统的涂覆方式是机体表面全部涂覆吸波材料，但是这种方式会导致飞行器重量显著增大，对于大型飞行器重量会增大上百公斤，严重影响飞行器的飞行性能。因此，如何合理设置吸波材料的布局，既要满足隐身性能，又要满足减重要求，成为当前飞行器材料隐身领域的设计难题。
4、目前传统的基于电磁仿真的吸波涂层优化方法的问题和难点在于：(1)目前普遍使用高频近似方法对金属机体进行优化，但对吸波涂层的计算精度大幅下降；运用全波仿真计算量较大，就必须大大减少参数空间；(2)涂层布局进行合理的参数化困难：即要能够充分反映rcs优化的主要目标(如主要威胁方向)，还要具备对基本布局方案灵活调整的能力(包括迭代精细化的能力)以及涂层大致连续分布的要求(工艺要求)。
5、因此，本领域亟需一种可以使隐身飞机的机体涂层布局优化具备较为可行、有效和准确的方法。
技术实现思路
1、本发明的所要解决的问题是：现有技术中缺少使隐身飞机的机体涂层布局优化具备较为可行、有效和准确的方法。
2、为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种飞行器隐身吸波涂层建模及优化方法。
3、本发明的第一方面，提供了一种飞行器隐身吸波涂层建模方法，包括以下步骤：
4、步骤1：采用平面投影法或圆柱投影法分解待涂覆表面为若干面片；
5、步骤2：定义材料参数mat，包括电磁参数、体密度、厚度，每个面片可独立选择上述材料参数(mat1、mat2、...)中的一种；
6、步骤3：定义吸波材料布局，将步骤2中第1到第j个面片的材料参数mat选择构成一种材料布局p，p＝[mat(1)、mat(2)...mat(j)、...]。
7、优选地，所述的步骤1中，平面投影法用于对扁平状表面进行分片，在模型某个位置建立直角坐标系u-v-n，将待涂覆的表面沿u、v的两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在u-v面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节，如图1所示。
8、优选地，所述的步骤1中，圆柱投影法用于对管道表面进行分片，在模型某个典型位置建立柱坐标系θ、r、z，将待涂覆的表面沿θ、z两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在θ-z面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节，如图2所示。
9、优选地，所述的步骤2中，材料参数mat的定义方法如下表所示：
10、
11、
12、本发明的第二方面，提供了一种飞行器隐身吸波涂层优化方法，包括以下步骤：
13、步骤1：采用平面投影法或圆柱投影法分解待涂覆表面为若干面片；
14、步骤2：定义材料参数mat，包括电磁参数、体密度、厚度，每个面片可独立选择上述材料参数(mat1、mat2、...)中的一种；
15、步骤3：定义吸波材料布局，将步骤2中第1到第j个面片的材料参数mat选择构成一种材料布局p，p＝[mat(1)、mat(2)...mat(j)、...]；
16、步骤4：建立用于参数化表面涂层的分布的关键性质函数，设参数p＝{pi}，可采用下列函数方式表示涂层分布的关键性质：
17、a)(lx表示机体长度，机头x＝0，机尾x＝lx),该函数用于管道类评价；
18、b)(这里p2相当于机翼和机体的夹角，lx表示机体长度，机头x＝0，机尾x＝lx)；
19、步骤5：基于上述定义的关键性质fp函数，设定若干阈值常数0<ξj＜1确定材料映射关系：(若飞机的主要威胁方向是x方向，那么mat1材料是相对吸收效果较好的材料，而matn是密度最低的材料)
20、fp(x,y,z)≤ξ1→mat1
21、ξ1<fp(x,y,z)≤ξ2→mat2
22、…
23、ξn-1<fp(x,y,z)≤ξn→matn
24、根据上述映射关系形成材料布局；
25、步骤6：全波计算；
26、步骤7：设置优化目标和重量约束，优化目标为rcs抬升数值δσ，重量约束定义为重量上限wmax，初始rcs值σ可通过全波算法对金属飞行器模型进行全波计算得到，rcs抬升可通过全波算法或者高频近似算法进行评估，重量可通过w＝∑jρjsjdj得到，ρj为相应面片材料的体密度，sj为面片的面积,dj为面片材料厚度；运用罚函数方法建立总目标函数g(p)：
27、当w<＝wm，c＝0
28、其中c是重量约束条件的惩罚系数，可根据实际情况自行设置。
29、步骤8：通过优化算法得到一个最优的p，并检验是否达到优化目标，若符合，则输出最优的p，否则再次尝试，直到能够满足优化目标或者超出尝试的上限次数后停止优化，若超过上限优化仍不成功，则加密面片从步骤2开始进一步优化。
30、优选地，所述的步骤1中，平面投影法用于对扁平状表面进行分片，在模型某个位置建立直角坐标系u-v-n，将待涂覆的表面沿u、v的两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在u-v面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节，如图1所示。
31、优选地，所述的步骤1中，圆柱投影法用于对管道表面进行分片，在模型某个典型位置建立柱坐标系θ、r、z，将待涂覆的表面沿θ、z两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在θ-z面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节，如图2所示。
32、优选地，所述的步骤2中，材料参数mat的定义方法如下表所示：
33、
34、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
35、该方法通过对飞行器表面进行面片分解，实现吸波材料灵活建模功能，结合优化算法和全波算法，可方便实现飞行器的吸波涂层优化，以同时满足隐身需求和减重需求。
1.一种飞行器隐身吸波涂层建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的飞行器隐身吸波涂层建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，平面投影法用于对扁平状表面进行分片，在模型某个位置建立直角坐标系u-v-n，将待涂覆的表面沿u、v的两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在u-v面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节。
3.如权利要求1所述的飞行器隐身吸波涂层建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，圆柱投影法用于对管道表面进行分片，在模型某个典型位置建立柱坐标系θ、r、z，将待涂覆的表面沿θ、z两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在θ-z面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节。
4.如权利要求1所述的飞行器隐身吸波涂层建模方法，其特征在于，所述的步骤2中，材料参数mat由涂层材料参数中的电磁参数、体密度和厚度定义。
5.一种飞行器隐身吸波涂层优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的飞行器隐身吸波涂层优化方法，其特征在于，所述的步骤1中，平面投影法用于对扁平状表面进行分片，在模型某个位置建立直角坐标系u-v-n，将待涂覆的表面沿u、v的两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在u-v面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节。
7.如权利要求5所述的飞行器隐身吸波涂层优化方法，其特征在于，所述的步骤1中，圆柱投影法用于对管道表面进行分片，在模型某个位置建立柱坐标系θ、r、z，将待涂覆的表面沿θ、z两个维度方向进行分份，形成近似矩形的面片分解，其面片在θ-z面的投影面积近似相等，两个维度的分数可独立调节。
8.如权利要求5所述的飞行器隐身吸波涂层优化方法，其特征在于，所述的步骤2中，材料参数mat由涂层材料参数中的电磁参数、体密度和厚度定义。
