[發明專利]一種機翼蒙皮天線機電耦合分析方法

有效

• 申請號: 201410138251.6
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN104063533B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 周金柱;黃進;段寶巖;陳光達;王從思;李鵬;宋立偉;保宏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙)11368
• 代理人: 郭官厚

1.一種機翼蒙皮天線機電耦合分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：根據工程需求，采用天饋系統分布式布局以及控制和信號處理系統集中處理的方式把若干微帶輻射單元嵌入到機翼天線的上蒙皮和下蒙皮結構中，并結合飛行器氣動外形的需求，設計出結構功能一體化機翼蒙皮天線的幾何結構模型；

第二步：從幾何結構模型中提取各個微帶輻射單元中心處的期望位置坐標

其中，表示第ij個微帶輻射單元的水平坐標，表示第ij個微帶輻射單元的高度坐標，M和N表示沿著x,y方向的微帶輻射單元個數；

第三步：將所述幾何結構模型導入Ansys軟件的CFX求解器中，根據氣動力學原理、通過修改幾何結構模型的網格建立幾何結構模型的氣動力學分析模型，獲得機翼表面的定常氣動壓強P_l(x,y,z,t)；

第四步：根據獲得的定常氣動壓強P_l(x,y,z,t)，利用當地流活塞理論，計算機翼表面某點的非定常氣動壓強P(x,y,z,t)，其計算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}P(x,y,z,t)=P_l(x,y,z,t)+{\mathrm{\ρ}}_l{a}_{l}W(x,y,z,t)\\ W(x,y,z,t)=V_l\·\mathrm{\δ}n+V_b\·n\\ \mathrm{\δ}n=n_0-n\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，P(x,y,z,t)為機翼表面某點的非定常氣動壓強，W(x,y,z,t)為氣流在該點沿物面外法線方向的上洗速度，V_b為該點物面的振動速度，V_l、ρ_l和a_l分別為該點的當地速度、當地空氣密度和當地音速，n₀為物面變形前的外法線單位矢量，n為物面變形后的外法線單位矢量，δ表示機翼蒙皮天線在氣動載荷影響下的節點位移；

第五步：根據非定常氣動壓強P(x,y,z,t)和已知的機翼表面面積S，計算結構功能一體化機翼蒙皮天線的非定常氣動力載荷F(t)：

F(t)＝P(x,y,z,t)S (2)

第六步：施加氣動力載荷F(t)到結構功能一體化機翼蒙皮天線的氣動力學分析模型中，利用Ansys軟件求解該氣動力學分析模型，并獲得該氣動力學分析模型的陣面變形數據和最大應力；

第七步：根據獲得的陣面變形數據，提取各個微帶輻射單元在時刻t處的位置坐標Γ＝{(x_ij(t),y_ij(t),z_ij(t)),i＝1,2,...,M,j＝1,2,...,N}，

其中，x_ij(t)和y_ij(t)表示第ij個微帶輻射單元變形后的陣面水平坐標，z_ij(t)表示第ij個微帶輻射單元變形后的陣面高度坐標；

第八步：根據各個微帶輻射單元變形后的位置坐標Γ和第二步中獲得的期望位置坐標Γ^o，計算第ij個微帶輻射單元在t時刻的輻射單元位置誤差：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_{ij}\left(t\right)=x_{ij}\left(t\right)-x_{ij}^o\\ {\mathrm{\Δy}}_{ij}\left(t\right)=y_{ij}\left(t\right)-y_{ij}^o\\ {\mathrm{\Δz}}_{ij}\left(t\right)=z_{ij}\left(t\right)-z_{ij}^o\end{array}---\left(3\right)$

式中，△x_ij(t)、△y_ij(t)和△z_ij(t)表示第ij個微帶輻射單元隨著時間t的位移變化量；

第九步：根據各個輻射單元位置誤差，利用方向圖疊加原理，在考慮陣面輻射單元位置誤差、面板和蜂窩厚度的影響下，計算蒙皮天線遠場電場場強：

式中，M和N分別表示沿直角坐標系x軸和y軸方向的微帶輻射單元個數，Ι_ij表示第ij個微帶輻射單元的激勵電流，F_ij(θ,φ)表示第ij個微帶輻射單元方向圖，k＝2π/λ₀表示自由空間波常數，λ₀表示自由空間波長，分別表示天線波束在遠區不同的觀察方向角，j表示復數虛部，表示從坐標原點到第ij個微帶輻射單元中心的位置矢量，△r_ij(t)＝[△x_ij(t),△yi_j(t),△z_ij(t)]^T表示第ij個微帶輻射單元中心隨時間t的位置演變，表示該微帶輻射單元在直角坐標系中的三個分量，表示遠區的觀察方向的單位極化矢量

第十步：根據得到的遠場電場場強計算結構功能一體化機翼蒙皮天線的方向系數D(θ,φ)和增益G(θ,φ)：

式中，η表示天線的輻射效率；在毫米波或高頻頻段下，η≈1；

第十一步：根據天線遠場電場場強和增益D(θ,φ)，評估氣動力載荷F(t)對機翼蒙皮天線力電性能的影響程度。