[发明专利]高速飞行器罩体高温烧蚀对天线电性能影响的快速计算方法

权利要求书

1.高速飞行器罩体高温烧蚀对天线电性能影响的快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定高速飞行器天线罩体的材料属性与飞行过程中天线罩体表面在气动加热条件下的热边界条件；

(2)根据步骤(1)中的材料属性与边界条件进行瞬态热分析，得到天线罩体的动态烧蚀过程；

(3)根据步骤(2)中的仿真结果，提取某一时刻天线罩体整体温度分布与外表面烧蚀形貌；

(4)根据天线罩体材料介电常数和损耗角正切随温度的变化曲线，得到步骤(3)时刻温度分布下的介电常数和损耗角正切；

(5)根据天线罩体外表面烧蚀形貌，确定天线罩体内表面网格与外表面网格的对应关系，计算内表面网格与外表面网格的距离，得到步骤(3)时刻天线罩体烧蚀后的厚度；

(6)分别计算步骤(4)中天线罩体材料介电常数变化、损耗角正切变化和步骤(5)中天线罩体烧蚀后的厚度变化后天线罩体的透射系数，从而计算出高温烧蚀后天线罩体的透射系数；

步骤(6)中，理想介质天线罩体下，其透射系数的计算公式为：

其中δ＝η_H-η_V，T_H，T_V，η_H和η_V分别是水平极化和垂直极化分量透射系数的幅值和插入相位移，β是由电磁波入射方向、罩壁法线方向以及天线极化方向决定的极化角；

在高温烧蚀下，根据步骤(4)、步骤(5)中所确定的烧蚀后天线罩体的介电常数变化Δε、损耗角正切变化Δtanδ_b与烧蚀后天线罩体厚度变化Δd，使天线罩体的透射系数发生变化，基于理想天线罩体下透射系数的关系式，可以得到在高温烧蚀作用下天线罩体的透射系数，表示为：

其中，ε为天线罩体的介电常数，Δε为烧蚀后天线罩体的介电常数变化量，tanδ_b为天线罩体的损耗角正切，Δtanδ_b为烧蚀后天线罩体的损耗角正切变化量，T_H，T_V分别是水平极化和垂直极化分量透射系数的幅值，η_H为水平极化分量的插入相位移，β是由电磁波入射方向、罩壁法线方向以及天线极化方向决定的极化角；

(7)根据带罩体天线系统基本电磁分析，确定理想天线罩体-天线系统的电性能函数；

在步骤(7)中阵列天线的口径场通过天线罩体的介质壳体，其幅度和相位分布发生变化，介质壳体对口径场幅度和相位分布的影响可用透射系数T_n(ε,tanδ_b,d)来表征，进而可以得到透过介质壳体后的天线口径场，对该口径场进行积分即可得到透射后的天线远场，即理想天线罩体下，相控阵导引头的电性能可表示为

式中，N为阵元个数，f_n(θ,φ)为天线阵元方向图，为天线阵元激励电流，A_n和分别为其幅度和相位，为坐标原点到阵元相位中心的矢径，为观察方向的单位矢量，T_n(ε,tanδ_b,d)为步骤(6)中的天线罩体的透射系数公式(1)；

(8)基于步骤(6)中的天线罩体的透射系数变化与步骤(7)中的天线罩体-天线系统的电性能函数，建立烧蚀后高速飞行器天线罩体-天线系统电性能计算模型；

步骤(8)中，将步骤(6)中考虑高温烧蚀后天线罩体材料参数变化及厚度变化的天线罩体透射系数公式(4)，代入步骤(7)中理想天线罩体下相控阵导引头的电性能模型，最终可以得到高温烧蚀后材料参数变化及厚度变化量影响带罩体天线系统透射场的数学模型：

式中，Δε、Δtanδ_b和Δd分别为步骤(4)、步骤(5)中所确定的烧蚀后天线罩体的介电常数、损耗角正切与烧蚀后天线罩体厚度变化量；

(9)计算高速飞行器天线罩体高温烧蚀后的天线电性能。

2.根据权利要求1所述的高速飞行器罩体高温烧蚀对天线电性能影响的快速计算方法，其特征在于，步骤(1)中所述高速飞行器天线罩体的材料属性包括材料的比热容c、导热系数λ、密度ρ和材料烧蚀临界温度T_S；所述飞行过程中罩体表面在气动加热条件下的热边界条件，即随时间变化的罩体表面热流密度q(x,t)。