本文件屬于天線罩，具體涉及一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波數(shù)值計算方法。

背景技術(shù)：

1、天線罩是用于保護雷達(dá)天線免受外部極端環(huán)境載荷影響，并能保證電磁波正常透過的防護殼體。在實際應(yīng)用中，電磁波穿過天線罩會存在一定的能量衰減和相位延遲，進而改變天線原有的電磁輻射特性，影響其內(nèi)部雷達(dá)的探測距離、目標(biāo)指向精度和抗干擾能力。天線罩電性能主要包括功率傳輸系數(shù)、瞄準(zhǔn)誤差及斜率、副瓣抬升等，這些性能參數(shù)都是通過對比帶罩天線和不帶罩天線輻射遠(yuǎn)場方向圖來獲得。

2、當(dāng)前，飛行器的發(fā)展日新月異，且功能日益強大，為提升突防和打擊能力，其正不斷追求更高的飛行速度、更遠(yuǎn)的飛行距離。高速飛行器天線罩要承受嚴(yán)酷的氣動熱、氣動力和慣性載荷，必須對其材料和結(jié)構(gòu)進行精心選擇和設(shè)計。高速飛行工況下，天線罩受熱誘發(fā)材料介電溫漂、受熱膨脹、受力變形，都會改變其原有的電磁特性，造成其功率傳輸系數(shù)和瞄準(zhǔn)誤差等電性能偏離原設(shè)計值，進而影響雷達(dá)探測性能。

3、為保證天線罩電性能設(shè)計的天地一致性，需要開展熱、力、電多物理場耦合設(shè)計，實現(xiàn)精確計算介電溫漂和結(jié)構(gòu)變形對天線罩電性能的影響。目前，受測試技術(shù)的限制，在熱、力載荷作用下進行天線罩電性能測試是非常困難的。而發(fā)展數(shù)值模擬技術(shù)是分析和評價高速飛行工況下天線罩電性能的有效、可行途徑。

4、天線罩電性能數(shù)值仿真計算方法主要分為高頻近似法和全波法兩類。高頻近似法采用光學(xué)近似理論，其計算速度快，但精度不高，難以適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。相對于高頻近似法，全波法雖計算效率相對較低，但具備更高的計算精度，能夠很好的適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。當(dāng)前隨著計算機技術(shù)得發(fā)展，計算能力得到大幅提升，電性能全波計算方法的應(yīng)用越來越廣泛。全波計算方法主要有有限元法、矩量法和時域有限差分法等，其中有限元法和矩量法屬于頻域方法，其一次求解只能獲得單頻點上的響應(yīng)，多用于窄帶問題；

5、在高速飛行器天線罩電性能數(shù)值計算過程中，如何有效表征熱、力載荷的影響是精確計算高速飛行工況下天線罩電性能的關(guān)鍵。其難點是如何實現(xiàn)將熱力載荷造成的天線罩罩體材料介電溫漂和罩體結(jié)構(gòu)形變信息高效、準(zhǔn)確傳遞到天線罩電氣仿真模型中。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本說明書目的在于提供一種基于時域有限差分法計算熱-力-電耦合下天線罩電性能的數(shù)值計算方法，解決了將熱力載荷造成的天線罩罩體材料介電溫漂和結(jié)構(gòu)形變信息向天線罩電氣仿真模型準(zhǔn)確傳遞的難題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本說明書提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本說明書提供一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，包括：

4、創(chuàng)建用于天線罩熱力計算的有限元網(wǎng)格模型；

5、開展瞬態(tài)熱計算，獲得熱載荷作用下天線罩響應(yīng)溫度場；

6、開展靜力計算，獲得熱、力載荷作用下天線罩結(jié)構(gòu)變形場；

7、基于初始有限元網(wǎng)格模型和結(jié)構(gòu)變形場，獲得形變后天線罩網(wǎng)格模型；

8、采用yee網(wǎng)格劃分形變后天線罩電磁計算域；

9、結(jié)合材料介電溫漂特性，映射獲得每個yee網(wǎng)格的電磁參數(shù)；

10、采用時域有限差分法計算天線罩電性能。

11、第二方面，本說明書提供了一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算裝置，包括：有限元網(wǎng)格模型創(chuàng)建模塊、溫度場確定模塊、結(jié)構(gòu)變形場確定模塊、形變后天線罩網(wǎng)格模型確定模塊、電磁網(wǎng)格劃分模塊、電磁參數(shù)獲取模塊、天線罩電性能計算模塊，其中：

12、所述有限元網(wǎng)格模型創(chuàng)建模塊，用于創(chuàng)建用于天線罩熱力計算的有限元網(wǎng)格模型；

13、所述溫度場確定模塊，用于開展瞬態(tài)熱計算，獲得熱載荷作用下天線罩響應(yīng)溫度場；

14、所述結(jié)構(gòu)變形場確定模塊，用于開展靜力計算，獲得熱、力載荷作用下天線罩結(jié)構(gòu)變形場；

15、所述形變后天線罩網(wǎng)格模型確定模塊，用于基于初始有限元網(wǎng)格模型和結(jié)構(gòu)變形場，獲得形變后天線罩網(wǎng)格模型；

16、所述電磁網(wǎng)格劃分模塊，用于采用yee網(wǎng)格劃分形變后天線罩電磁計算域；

17、所述電磁參數(shù)獲取模塊，用于結(jié)合材料介電溫漂特性，映射獲得每個yee網(wǎng)格的電磁參數(shù)；

18、所述天線罩電性能計算模塊，用于采用時域有限差分法計算天線罩電性能。

19、本發(fā)明的有益效果如下：

20、本說明書公開一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，該方法創(chuàng)建用于天線罩熱力計算的有限元網(wǎng)格模型；開展瞬態(tài)熱計算，獲得熱載荷作用下天線罩響應(yīng)溫度場；開展靜力計算，獲得熱、力載荷作用下天線罩結(jié)構(gòu)變形場；基于初始有限元網(wǎng)格模型和結(jié)構(gòu)變形場，獲得形變后天線罩網(wǎng)格模型；采用yee網(wǎng)格劃分形變后天線罩電磁計算域；結(jié)合材料介電溫漂特性，映射獲得每個yee網(wǎng)格的電磁參數(shù)；結(jié)合邊界條件，采用時域有限差分法計算天線罩電性能。該方法一次求解可獲得超寬頻帶響應(yīng)，具有直接時域求解、魯棒性強、不需要矩陣求逆、易于處理復(fù)雜多介質(zhì)結(jié)構(gòu)、和天然的并行性等優(yōu)點，尤其適合電大尺寸天線罩寬頻帶電性能計算。該方法實現(xiàn)熱-力-電三場耦合下天線罩電性能的高精度時域全波數(shù)值計算，可有效保證高速飛行器天線罩電性能設(shè)計的天地一致性。

技術(shù)特征：

1.一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，具體步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述基于初始有限元網(wǎng)格模型和結(jié)構(gòu)變形場，獲得形變后天線罩網(wǎng)格模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述采用yee網(wǎng)格劃分形變后天線罩電磁計算域，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述材料介電溫漂特性包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述映射獲得每個yee網(wǎng)格的電磁參數(shù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述采用時域有限差分法計算電性能，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述有限元網(wǎng)格模型包括：網(wǎng)格劃分采用四面體單元，四面體單元尺寸由熱力學(xué)仿真計算精度需求確定，該尺寸一般大于電磁仿真所需尺寸。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述熱載荷的條件為：隨時間變化的冷壁熱流、恢復(fù)焓和壓力；隨時間變化的熱壁熱流；或者，隨時間變化的溫度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，其特征在于，所述力載荷條件為氣動壓力和慣性載荷。

10.一種熱-力-電耦合下天線罩電性能時域全波計算裝置，應(yīng)用于權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，包括：有限元網(wǎng)格模型創(chuàng)建模塊、溫度場確定模塊、結(jié)構(gòu)變形場確定模塊、形變后天線罩網(wǎng)格模型確定模塊、電磁網(wǎng)格劃分模塊、電磁參數(shù)獲取模塊、天線罩電性能計算模塊，其中：

技術(shù)總結(jié)
本說明書公開了一種熱?力?電耦合下天線罩電性能時域全波計算方法，涉及天線罩技術(shù)領(lǐng)域。該方法創(chuàng)建用于天線罩熱力計算的有限元網(wǎng)格模型；開展瞬態(tài)熱計算，獲得熱載荷作用下天線罩響應(yīng)溫度場；開展靜力計算，獲得熱、力載荷作用下天線罩結(jié)構(gòu)變形場；基于初始有限元網(wǎng)格模型和結(jié)構(gòu)變形場，獲得形變后天線罩網(wǎng)格模型；采用Yee網(wǎng)格劃分形變后天線罩電磁計算域；結(jié)合材料介電溫漂特性，映射獲得每個Yee網(wǎng)格的電磁參數(shù)；結(jié)合邊界條件，采用時域有限差分法計算天線罩電性能。解決了將熱力載荷造成的天線罩罩體材料介電溫漂和結(jié)構(gòu)形變信息向天線罩電氣仿真模型準(zhǔn)確傳遞的難題，實現(xiàn)熱?力?電三場耦合下天線罩電性能的高精度時域全波數(shù)值計算。

技術(shù)研發(fā)人員：吉建民,任建華,尹凱,余慧龍,陳博
受保護的技術(shù)使用者：北京遙感設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8