[發(fā)明專利]振動對機翼共形相控陣天線電性能影響的快速預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710094050.4
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106940739B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王從思;李飛;胡核算;杜敬利;李娜;宋立偉;周金柱;王志海;鐘劍鋒;王艷;薛敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F113/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種振動對機翼共形相控陣天線電性能影響的快速預(yù)測方法，包括：1)確定機翼共形相控陣天線結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立有限元模型；2)通過模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)固有頻率、模態(tài)振型；3)確定結(jié)構(gòu)振動載荷，求解模態(tài)位移；4)計算振動載荷下模態(tài)對應(yīng)的輸出能量；5)確定振動載荷下的結(jié)構(gòu)主模態(tài)；6)模態(tài)疊加求出原始坐標(biāo)下的位移；7)通過機電耦合模型得出振動對共形相控陣天線電性能的影響。本發(fā)明只需對模型建模分析一次得到其模態(tài)信息，極大的縮短了分析時間；利用載荷下的主模態(tài)進行振型疊加，可快速計算出結(jié)構(gòu)變形；降低運算規(guī)模，提高計算效率；將主模態(tài)挑選與機電耦合方法相結(jié)合，可快速計算出電性能的變化，保障天線服役性能穩(wěn)定可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振動對機翼共形相控陣天線電性能影響的快速預(yù)測方法。本發(fā)明可用于快速計算機翼變形對相控陣天線電性能的影響，為后續(xù)有源相控陣天線的動力學(xué)建模與電性能的實時補償?shù)於ɑA(chǔ)，以保障天線服役性能。

背景技術(shù)

隨著天線技術(shù)近年來的快速發(fā)展，有源相控陣天線以波束的快速掃描、高速靈活的波束調(diào)度、信號能量的分配與轉(zhuǎn)換、自適應(yīng)調(diào)整等技術(shù)為雷達發(fā)展開辟了更廣闊的空間。目前有源相控陣天線已廣泛應(yīng)用于偵查干擾、星載成像、地面防空等領(lǐng)域中，成為當(dāng)今雷達發(fā)展的主流。

隨著軍事需求的不斷發(fā)展和變化，有源相控陣天線主要朝超寬帶、多功能、輕量化和一體化的方向發(fā)展。有源相控陣天線本身是一個復(fù)雜的柔性結(jié)構(gòu)，隨著天線朝多功能一體化的方向發(fā)展，當(dāng)其受到外界載荷作用時，有源相控陣天線越產(chǎn)生變形，導(dǎo)致有源相控陣天線電性能的惡化，因而我們需要對電性能進行快速的補償。對于一個天線我們首先要分析它的變形才能得到其電性能的變化，分析振動變形的主要通過ANSYS軟件進行，對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)此軟件分析會耗費大量的時間，特別對于有源相控陣天線而言，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，離散化后節(jié)點和單元數(shù)目非常多，這將導(dǎo)致變形的分析變的更加慢，如果可以加快這一部分的分析，這將對后續(xù)電性能的調(diào)整非常有利。

目前，主要利用主模態(tài)方法來簡化結(jié)構(gòu)分析，在選取主模態(tài)時有以下方法：(1)利用傳遞函數(shù)的2范數(shù)作為性能指標(biāo)，進行結(jié)構(gòu)主模態(tài)選取，如Gawronski,Modeling andcontrol of antenna and telescope,springer,2008.中引入的結(jié)構(gòu)主模態(tài)確定方法；(2)利用能量判據(jù)進行天線的結(jié)構(gòu)主模態(tài)選取，如崔玲麗，張建宇，高立新，肖志權(quán)，基于能量判據(jù)的柔性機械臂模態(tài)降階，系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007,19(5)，1011-1014中建立了基于能量范數(shù)的能量判據(jù)。

主要利用多場耦合理論在結(jié)構(gòu)與電性能之間建立關(guān)系，如王從思，王偉，宋立偉，微波天線多場耦合理論與技術(shù)中建立機電耦合模型。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明建立了載荷下主模態(tài)的選取方法，通過模態(tài)振型疊加求位移，利用機電耦合公式分析其電性能。此發(fā)明突破性的將主模態(tài)選取方法與耦合理論相結(jié)合，為有源相控陣天線的動力學(xué)參數(shù)化建模與電性能的快速預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是，一種振動對機翼共形相控陣天線電性能影響的快速預(yù)測方法，該方法包括下述步驟：

(1)確定機翼模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料屬性，用ANSYS軟件建立機翼模型的有限元模型；

(2)通過ANSYS軟件對機翼模型的有限元模型進行模態(tài)分析，并根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，提取機翼前50階模態(tài)的固有頻率w和其對應(yīng)的模態(tài)振型[P]；

(3)建立振動載荷下對應(yīng)的動力學(xué)微分方方程，并對方程進行解耦，使用MATLAB軟件對方程進行求解，得出其在模態(tài)坐標(biāo)下結(jié)構(gòu)各節(jié)點的模態(tài)位移z(t)；

(4)結(jié)合機翼模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)、步驟(2)求得的機翼前50階模態(tài)的固有頻率及步驟(3)求得的振動載荷作用下的各節(jié)點的模態(tài)位移，求出振動載荷下結(jié)構(gòu)模態(tài)對應(yīng)的輸出能量；

(5)利用模態(tài)綜合范數(shù)，來確定振動載荷下結(jié)構(gòu)的主模態(tài)；