[发明专利]振动对机翼共形相控阵天线电性能影响的快速预测方法

说明书

本发明公开了一种振动对机翼共形相控阵天线电性能影响的快速预测方法，包括：1)确定机翼共形相控阵天线结构参数，建立有限元模型；2)通过模态分析得到结构固有频率、模态振型；3)确定结构振动载荷，求解模态位移；4)计算振动载荷下模态对应的输出能量；5)确定振动载荷下的结构主模态；6)模态叠加求出原始坐标下的位移；7)通过机电耦合模型得出振动对共形相控阵天线电性能的影响。本发明只需对模型建模分析一次得到其模态信息，极大的缩短了分析时间；利用载荷下的主模态进行振型叠加，可快速计算出结构变形；降低运算规模，提高计算效率；将主模态挑选与机电耦合方法相结合，可快速计算出电性能的变化，保障天线服役性能稳定可靠。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种振动对机翼共形相控阵天线电性能影响的快速预测方法。本发明可用于快速计算机翼变形对相控阵天线电性能的影响，为后续有源相控阵天线的动力学建模与电性能的实时补偿奠定基础，以保障天线服役性能。

背景技术

随着天线技术近年来的快速发展，有源相控阵天线以波束的快速扫描、高速灵活的波束调度、信号能量的分配与转换、自适应调整等技术为雷达发展开辟了更广阔的空间。目前有源相控阵天线已广泛应用于侦查干扰、星载成像、地面防空等领域中，成为当今雷达发展的主流。

随着军事需求的不断发展和变化，有源相控阵天线主要朝超宽带、多功能、轻量化和一体化的方向发展。有源相控阵天线本身是一个复杂的柔性结构，随着天线朝多功能一体化的方向发展，当其受到外界载荷作用时，有源相控阵天线越产生变形，导致有源相控阵天线电性能的恶化，因而我们需要对电性能进行快速的补偿。对于一个天线我们首先要分析它的变形才能得到其电性能的变化，分析振动变形的主要通过ANSYS软件进行，对于大型复杂结构此软件分析会耗费大量的时间，特别对于有源相控阵天线而言，由于其结构复杂，离散化后节点和单元数目非常多，这将导致变形的分析变的更加慢，如果可以加快这一部分的分析，这将对后续电性能的调整非常有利。

目前，主要利用主模态方法来简化结构分析，在选取主模态时有以下方法：(1)利用传递函数的2范数作为性能指标，进行结构主模态选取，如Gawronski,Modeling andcontrol of antenna and telescope,springer,2008.中引入的结构主模态确定方法；(2)利用能量判据进行天线的结构主模态选取，如崔玲丽，张建宇，高立新，肖志权，基于能量判据的柔性机械臂模态降阶，系统仿真学报，2007,19(5)，1011-1014中建立了基于能量范数的能量判据。

主要利用多场耦合理论在结构与电性能之间建立关系，如王从思，王伟，宋立伟，微波天线多场耦合理论与技术中建立机电耦合模型。

发明内容

基于上述问题，本发明建立了载荷下主模态的选取方法，通过模态振型叠加求位移，利用机电耦合公式分析其电性能。此发明突破性的将主模态选取方法与耦合理论相结合，为有源相控阵天线的动力学参数化建模与电性能的快速预测奠定基础。

实现本发明目的的技术解决方案是，一种振动对机翼共形相控阵天线电性能影响的快速预测方法，该方法包括下述步骤：

(1)确定机翼模型的结构参数及材料属性，用ANSYS软件建立机翼模型的有限元模型；

(2)通过ANSYS软件对机翼模型的有限元模型进行模态分析，并根据模态分析结果，提取机翼前50阶模态的固有频率w和其对应的模态振型[P]；

(3)建立振动载荷下对应的动力学微分方方程，并对方程进行解耦，使用MATLAB软件对方程进行求解，得出其在模态坐标下结构各节点的模态位移z(t)；

(4)结合机翼模型的结构参数、步骤(2)求得的机翼前50阶模态的固有频率及步骤(3)求得的振动载荷作用下的各节点的模态位移，求出振动载荷下结构模态对应的输出能量；

(5)利用模态综合范数，来确定振动载荷下结构的主模态；