[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

说明书

本发明公开了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，包括：确定高速飞行器天线罩的材料属性、热边界条件；瞬态热分析仿真天线罩体烧蚀过程；提取某一时刻天线罩整体温度分布与外表面烧蚀形貌；计算该时刻温度分布下的介电常数、损耗角正切；计算天线罩烧蚀后的厚度；计算介电常数、损耗角正切和厚度变化后的透射系数；计算高温烧蚀后天线罩的透射系数；确定理想天线罩‑天线系统的电性能函数；建立模型并计算高速飞行器天线罩高温烧蚀后的天线电性能。本发明能够快速有效地计算临近空间飞行过程中高速飞行器天线罩高温烧蚀对天线电性能的影响，为设计和实时补偿等提供理论指导，进而确保高速飞行器制导系统可靠工作。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及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。

背景技术

在大气层内或跨大气层以马赫数5以上的速度远程巡航飞行的飞行器称为高超声速飞行器。与传统飞行器相比，高超声速飞行器具有极大的优势，极高的飞行速度能够确保其在2～3小时内到达全球任何位置。

高超声速飞行器最前端的天线罩是航天器的一个重要部件，而高超声速飞行环境条件下工作的天线罩，在长时间临近空间飞行中，会受到剧烈的气动加热，使天线罩表面发生高温烧蚀，而天线罩的烧蚀会对其电性能产生显著影响。因而，快速准确计算高速飞行器天线罩高温烧蚀对电性能的影响能够为天线罩-天线系统结构设计和实时补偿等提供理论指导，进而确保高速飞行器制导系统可靠工作。

目前，有关天线罩高温烧蚀后对电性能影响的研究成果各有不同，比如何利华.不对称热环境天线罩传输特性研究[D].电子科技大学,2006，将天线罩罩体按照温度分布区间进行分段，每一分段的电介质用该段的平均值为代表，分析了烧蚀影响下不对称热环境对电性能的影响，该方法仅考虑了气动热对天线罩温度分布的影响，忽略了烧蚀后厚度变化对天线罩的影响。张俊武,刘连元.高超声速飞行器天线罩热-电联合仿真计算方法[J].高速飞行器与航天运载技术,2012(4):53-57，利用一维烧蚀计算程序和ANSYSMultiphysics仿真模块对某型号天线罩分别进行烧蚀、温度场计算，采用插值方法获得天线罩外表，然后采用温度控制方法将天线罩分层，从而将天线罩烧蚀和温度连续变化状态下的电性能仿真问题转化为常温状态下的多层介质的电性能仿真问题，该方法采用了一维烧蚀程序通过插值计算了三维温度的分布问题，准确性不高，且计算电性能时是采用商用软件将网格模型从ANSYS Multiphysics导入FEKO进行联合仿真计算的，过程较为繁琐。XuW Y,Duan B Y,Li P,et al.EM analysis of deformed metal space frame radome[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2014,13:130-133,研究了金属桁架天线罩结构变形对电性能的影响，然而，高温环境下飞行器天线罩的材料参数和结构厚度同时改变，均会对电性能产生影响，而该方法则仅考虑了结构在发生变形时天线电性能的改变。

因此，在评估高超声速飞行器在临近空间飞行过程中，有必要通过边烧蚀边加载的过程，考虑高速飞行器天线罩高温烧蚀后天线罩的温度分布与厚度变化，并将仿真结果导出至公式算法中快速计算，进而快速有效地计算出高速飞行器天线罩高温烧蚀对电性能的影响，为天线罩-天线系统结构设计和实时补偿等提供理论指导，进而确保高速飞行器制导系统可靠工作，具有重要的学术意义和工程应用价值。

发明内容

基于上述问题，本发明利用有限元分析了高温烧蚀下天线罩温度场分布及厚度变化，根据罩体材料参数及厚度参数对透射系数的影响机理，建立了烧蚀后的天线罩-天线系统计算模型，能够快速有效地计算临近空间飞行过程中高速飞行器天线罩高温烧蚀对电性能的影响，为天线罩-天线系统结构设计和实时补偿等提供理论指导，进而确保高速飞行器制导系统可靠工作。

为了实现上述目的，本发明提供的调整方法包括如下步骤：