工程师在使用CST Studio Suite软件计算无人机(UAV)RCS 时,常常困惑于不同场景下该选择哪种求解器,选不对不仅影响仿真效率,还可能导致结果偏差。CST电磁仿真软件代理商亿达四方在本文结合实操案例,详细讲解 I-solver、A-solver、TLM 三种求解器的适用场景与选择方法,帮大家高效搞定无人机 RCS 仿真实操。(文中部分图片转载于“CST仿真专家之路”公众号)
首先选用CST软件中雷达RCS双站大尺寸模板
选择I-solver

频率范围0-0.5GHz,添加0.4GHz远场和H场
模板自动添加好平面波并参数化:
导入CAD模型,模型机翼长116.67英尺,约35米。电尺寸相当于50个波长左右,算是电大尺寸,I-solver合适。
我们只看一个入射方向和极化:
更新参数:
进入I求解器设置:
使用默认设置,开始仿真:

得到远场结果,这个就是双站RCS的结果:


远场设置栏可以选择角精度,dB还是线性以及RCS的单位:
可以看任意截面的RCS值,比如Theta=30度的截面,这里最大值22.6 dBsm,比三维图中最大值44.1dBsm小。


仔细看远场,可以判断不是在Theta=30的截面上:
除了远场视图查看截面,远场后处理也可以对截面的RCS值进行提取,比如我们提取线性RCS在Theta=30这个面的1D结果:


Evaluate后处理,得到RCS曲线,这里最大值182,感兴趣的朋友换算成dB看看和刚才的一不一样。
如果单独把Theta=30,Phil=-45 方向的RCS值提取出来,就是单站RCS了,因为这个方向是平面波入射方向。这就是单站和双站的区别。
双站RCS比较简单,就是远场结果,各个方向的RCS值。这里我们并没有深入研究精度,只看流程。
最后观察表面电流:
0.4GHz:
小结:
1)大尺寸双站RCS首选I-solver,加远场监视器就行。
2)决定RCS的因素很多,绝对尺寸和电尺寸。电尺寸的意思也就是和频率有关。
用同样的模型,看看I求解器计算单站RCS。
模型和准备流程一样,选择模板:

模板自动添加好平面波并参数化:
导入CAD模型,该模型是缩小了30倍的,在0.4GHz就不算电尺寸很大,为了快速演示流程。
定义极化和初始的入射角,比如从机头正入射:


第一个方法是和T-solver一样,多角度的参数扫描。定义远场监视器和远场后处理提取单站RCS。


进入I求解器设置:
采用默认的自动设置,除了加上双精度和新的MLFMM前处理(improved convergence)。注意这里“Use monostatic RCS sweep”没有选,这个是等一下第二个方法。
进入参数扫描:

等效的扫描动图如下:

扫描完参数,查看RCS结果:


第二个方法比较推荐,效率较高,就是I-solver的Use monostatic RCS sweep,RCS快扫功能,一次仿真就能扫描出单站RCS。属性中设置极化和扫描Theta:
开始求解器。结束后查看RCS远场结果:


可调整结果形式:
两个方法的结果放在一起比较:
小结:
1. I-solver 单站多角度的RCS首推求解器中的快扫功能,效率高很多。也可以定义远场,然后参数扫描。I-solver不支持远场探针。
2. 本案例为了快,模型特意改小了,主要是展示方法。
用同样的模型,看看A求解器计算单站RCS,简单对比。
用大尺寸的RCS模板:


导入模型,这次我们看原尺寸的模型:
进入A求解器设置:
选择单站散射模式计算,添加水平极化:
添加频点0.4GHz:
添加扫描角度:
等效的平面波参数扫描是这样的:

开始仿真,结束后看远场结果:
换成1DCartesian形式:
如果我们在求解器中开启射线(Rays)和热点计算(HS,hotspot),重新仿真,那么将得到一系列的场:
激励射线,蓝色0表示没有反射的,浅蓝色1是第一次反射,黄色2是第二次反射,红色3是第三次反射。


射线强度:
可用鼠标探针查看具体位置:


入射射线的落点:


反射的热点:


如果我们将1DRCS map开启,并多扫一些频点,重新运行,则得到单站RCS的分布图:



下面我们用I-solver简单对比验证,
定义初始的平面波参数:
I-solver中单站RCS快扫,定义极化和扫描角,与刚才A-solver一致:
开始仿真,较A-solver慢很多,因为电尺寸较大,网格较多:
结果对比:
小结:
1. 电大尺寸的RCS计算可用A-solver,速度非常快,几秒钟就得到结果,也可多角度多频点地扫描出RCS map。
2. A-solver计算RCS不需要平面波和远场监视器,但是I-solver需要,所以为了转换方便,可保留平面波。
接下来我们看一下TLM求解器的应用情况,前面的案例材料选用的都是PEC,这次我们选择一种碳纤维加强复合材料CFRP用于无人机机翼对其RCS的影响。重点是TLM求解器和Thin Panel材料的配合使用。
使用RCS模板,0.4GHz添加一些场监视器:
从之前案例直接换求解器也可以:
时域求解器中选择TLM求解器,默认是FIT求解器。
导入CAD模型,这个尺寸是11.6米长。调制参数栏,使入射波从飞机下面向上入射,极化与机翼同方向:
切开两个机翼:
选中两个机翼,然后转换成空壳:
可用Cutting plane查看截面,也可见图标从3D变2D:
下面我们定义碳纤维材料,类型选择Anisotropic:
输入各方向的电导率:
然后添加一个参数,表示每层纤维的厚度:
再新定义一个材料,类型选择Thin Panel:
进入Layers,定义四层刚才的纤维材料,每个厚度都是参数,然后旋转一定角度:

这个模拟的就是这样的碳纤维复合材料:
然后将机翼赋予thin panel材料:
接下来需要给机翼定义局部坐标SCS,这样求解器才知道层叠的顺序和各相异性材料的方向。定义SCS方法就是先将WCS贴上上表面,然后右键,attach active WCS:


同理,定义另一个机翼:
可显示所有的SCS坐标:
进入T求解器:
确认以及选择TLM,开始仿真:
仿真后期或结束后,查看网格:
仿真结束,查看远场:


表面电流:
可见这个材料并没有明显效果,机翼电流震荡模式和PEC材料时差别不大,远场反射峰值也和之前案例计算过的结果差不多。
下面我们将电导率降低:
重新仿真,查看远场,可见反射方向RCS有所减少:
小结:
1. 本案例展示Thin Panel材料的使用,最支持这种材料的是TLM求解器。
2. 用Thin Panel需要多定义一级的材料,可以各向异性;三维结构要定义SCS本地坐标,这样ThinPanel的方向性才能明确。
以上就是 CST 无人机 RCS 仿真中,I-solver、A-solver、TLM 求解器的选择技巧与实操要点,覆盖不同电尺寸、材料类型的场景,易懂好上手,能有效解决仿真中的求解器选择难题。若在实操中遇到求解器设置、参数调试等问题,可联系CST电磁仿真软件代理商亿达四方,我们的技术团队将为您进行一对一指导,高效完成 RCS 仿真工作。
Ps:文中部分图片转载于“CST仿真专家之路”
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