[发明专利]一种热力电三场耦合下天线罩电性能全波数值计算方法

说明书

本发明公开一种热力电三场耦合下天线罩电性能全波数值计算方法，包括：基于四面体网格划分，建立热、力、电仿真的共享网格模型；根据热载荷，进行瞬态热分析，获得瞬时温度场；再根据力载荷和温度场，计算热力联合作用下天线罩的形变，并将共享网格模型更新为形变后共享网格模型；细化形变后共享网格模型，获得电磁仿真网格模型；插值获得电磁仿真网格模型的温度场；将电磁仿真网格模型的几何结构和温度信息输出到电磁数值计算模块中，构建电磁数值计算模型；采用基于体等效原理的矩量法，仿真计算电性能。本发明解决了天线罩受力变形及温度诱发介电特性变化对其电气性能影响的高精度计算问题，有效保证高速飞行器天线罩电性能设计的天地一致性。

技术领域

本发明属于天线罩技术领域，具体涉及一种热力电三场耦合下天线罩电性能全波数值计算方法。

背景技术

在现代高技术局部战争需求的推动下，战斗机、导弹等飞行器正朝着更高速度方向发展，将成为争夺战场优势的主要手段和“杀手锏”武器。精确制导设备作为飞行器的“大脑”和“眼睛”，通常位于飞行器的最前端，大多采用射频探测制导技术以突出其全天候作战能力，从而对与之匹配的保护罩-天线罩的高性能提出了重大需求。

天线罩用于保护探测制导设备，位于飞行器的最前端，构成飞行器的气动外形，又是探测制导设备的一个重要耦合环节。天线罩通常主要由透波罩体和连接环组成，在大气层内高速飞行时，将承受相对最严酷的气动热、气动力载荷作用，且在飞行器作大机动时，将承受很大的惯性载荷作用。热载荷与力载荷联合作用会导致天线罩罩体材料介电特性变化及梯度分布、结构形变，进而改变天线罩电磁特性，最终影响整个探测制导系统的精度。

天线罩电性能数值仿真计算方法主要分为高频法和低频法(全波法)两类。高频法主要有几何光学法、物理光学法、平面波普法等，其利用高频近似理论来实现对电大尺寸结构的快速仿真计算，对计算资源要求低，但该方法作了很多近似假设、忽略了结构各局部区域之间的电磁耦合，理论模型较为粗糙，造成计算精度相对较低。低频法主要有时域有限差分法、有限元法、和矩量法等，其尽量保持数学上严谨、少作物理上近似，精确考虑了结构各局部区域之间的电磁耦合，计算精度高，但其计算效率相对较低、对计算资源要求高。随着计算机技术的迅速发展，电磁场全波数值计算方法在解决电大尺寸结构电磁计算方面的应用越来越广泛；其中，矩量法因求解对象只是各实体结构，无须求解天线罩包围空气体的电磁场，计算效率相对较高，尤为适合精确求解天线罩电性能等开域问题。

矩量法分为基于面等效原理的面积分方程矩量法和基于体等效原理的体积分方程矩量法两类。面积分方程矩量法适合于求解导体和均匀介质问题，其只需要对结构表面进行面网格划分，计算未知量相对较少，计算效率高，但对于非均匀介质，其难以体现介质内部介电特性的变化。体积分方程矩量法，其对结构实体进行体网格划分，能够很好的体现介质内部的介电特性变化，非常适合于非均匀介质问题，能够很好地描述热载荷诱发天线罩罩体材料介电特性梯度分布。

当前，热力载荷联合作用下天线罩电性能仿真的关键难点是如何实现将热力载荷造成的天线罩罩体材料特性变化和罩体结构形变信息高效、准确传递到天线罩电气仿真模型中，进而难以考虑热力电三场耦合作用，难以精确计算高速飞行中天线罩透波罩体受力变形及温度场诱发材料介电特性变化对其电气性能的影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种热力电三场耦合下天线罩电性能全波数值计算方法，以解决现有技术难以考虑天线罩受力变形及温度场诱发材料介电特性变化对其电气性能影响的高精度计算问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种热力电三场耦合下天线罩电性能全波数值计算方法，包括：

A建立天线罩热、力、电仿真的共享网格模型；

B获得天线罩在外部热载荷作用下的瞬时温度场以及在热载荷和力载荷联合作用下形变后的共享网格模型的几何结构；