[发明专利]一种机翼蒙皮天线机电耦合分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机翼蒙皮天线机电耦合分析方法，具体涉及一种用于结构功能一体化机翼蒙皮天线力电性能的演变规律预测和多学科设计的机电耦合分析方法，属于飞行器天线技术领域。

背景技术

结构功能一体化机翼蒙皮天线是指将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到飞行器的机翼结构中，通过利用一体化复合成型工艺制造的高度集成化蒙皮天线，它既可以作为武器平台结构的力学承载功能件，也可以作为收发无线电磁波的电磁功能件。采用结构与功能一体化机翼蒙皮天线的设计思路是机翼系统“用先进传感器建造而不是在平台上装备先进传感器”。与传统天线对比，结构功能一体化机翼蒙皮天线具有结构/电路的高度融合特点。它可以应用到未来飞行器如变体飞机、无人机、飞艇预警机等，是实现飞行器隐身化、多功能化和高机动性的关键技术。

结构功能一体化机翼蒙皮天线既可以作为飞行器的机翼，也可以作为发射和接收电磁波的天线装置，满足飞行器的气动性能、电磁隐身和适装性能等需求。然而，在其服役过程中，机翼结构不可避免地要受到气动载荷的影响，会引起机翼结构的振动和变形，导致嵌入结构中天线辐射单元位置的变化，影响电磁辐射性能。

在相关的研究中，NASA和波音研制了一种长航程无人机的机翼，其微带天线阵列、太阳能电池阵列与机翼结构完全融为一体。这些结果在文献“Urcia,M.and D.Banks.Structurally integrated phased arrays.in 2011 IEEE Aerospace Conference,AERO 2011,March 5,2011-March 12,2011.2011.Big Sky,MT,United states:IEEE Computer Society.”(M.Urcia,D.Banks.结构集成的相控阵.2011年IEEE航空会议，Big Sky,MT,United states,2011:1-8.)中有报导。飞行实验表明了扭曲、摇摆诱发的阵面应力会对电性能产生影响。然而却没有给出服役中力电性能演变的预测方法。近年来，韩国浦项科技大学采用采用粘接方法将微带天线嵌入到复合结构中，从而做成结构功能一体化天线。他们研究了面板、蜂窝的几何尺寸以及粘接对其力电性能的影响关系。该研究在文献“Chisang You,Manos M.Tentzeris,Woonbong H.Multilayer effects on microstrip antennas for their integration with mechanical structures.IEEE Transactions on Antennas and Propagation.2007,55(4):1051-1058.”(You C S,Tentzeris M M,Hwang W B.多层结构对集成结构中微带天线电性能的影响.IEEE天线与传播期刊.2007,55(4):1051-1058.)和文献“Kim D,You C,Hwang W.Effect of adhesive bonds on electrical performance in multi-layer composite antenna.Composite Structures.2009,90(4):413-417。”(Kim D,You C S,Hwang W B.粘接对多层复合天线电性能的影响机理.复合结构.2009,90(4):413-417.)有报道。然而，他们并没有研究服役中的气动载荷对其性能影响的演变规律。国内的哈尔滨工业大学复合材料研究所研制了以环氧玻璃纤维板和聚四氟乙烯板为介质基板的埋微带天线叠层结构样件，并研究了不同介电参数和蜂窝夹层厚度对天线力电性能的影响规律。该研究在文献“戴福洪，王广宁.埋微带天线蜂窝夹层结构的力电性能分析.复合材料学报，2011，28(2):231-234.”有报道。

上面公开的文献还存在以下不足：

1、上述文献虽然发现了面板、蜂窝和粘接等因素会影响天线的力电性能，然而却缺乏服役中气动载荷对其力电性能影响的耦合分析方法，导致在设计阶段不能预测服役性能的演变规律。

2、该类型天线的设计需要考虑气动、结构和电磁辐射等多学科知识，然而，由于缺乏结构功能一体化机翼蒙皮天线的机电耦合分析方法，目前主要使用机电分离的设计方法，导致了研制成本高、周期长和服役性能差等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机翼蒙皮天线机电耦合分析方法，该方法可以定量分析非定常气动载荷对结构功能一体化机翼蒙皮天线力电性能影响的演变规律。