本發(fā)明屬于電磁通信，具體涉及基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法。

背景技術(shù)：

1、理想條件下，天線罩不應對雷達天線系統(tǒng)的電性能產(chǎn)生負面影響，但是在實際服役過程中很難避免。隨著高超聲速飛行器向更高馬赫數(shù)、更大飛行空域、更強使役性能的極限追求，位于飛行器最前端的天線罩在服役過程中不僅承擔著更加嚴酷的氣動力和氣動熱載荷，同時對于天線罩的“透明性”和電磁性能的穩(wěn)定提出了更高的要求。

2、然而力學、熱學、電磁學屬于多學科交叉問題，且熱力電相關(guān)參數(shù)耦合困難，導致天線罩傳統(tǒng)設(shè)計方法中力/熱設(shè)計和電磁設(shè)計是相互獨立的，從而使得天線罩熱力電一體化分析和設(shè)計的研究較為滯后，已經(jīng)成為了制約天線罩乃至高超聲速飛行器高水平設(shè)計的重要因素。又因為天線罩熱力電一體化分析存在耦合關(guān)系不明、分析方法局限等一系列問題，導致現(xiàn)階段對天線罩一體化性能分析主要依靠熱力電一體化試驗開展，然而環(huán)境試驗存在試驗條件與試驗工況有限，試驗周期較長且耗費巨大等缺點。市面常見的商業(yè)仿真軟件如cst雖具有高頻電大尺寸分析功能，但無法完成完整的熱力電仿真，而comsol與ansys具有熱力電耦合分析功能，但是其求解電磁問題時多采用有限元法，有限元法在求解電大尺寸媒質(zhì)電磁散射與輻射問題時擁有較高的求解精度，但計算效率極低。準確的熱力電一體化分析不僅是探究天線罩服役安全的重要基礎(chǔ)，也是指導天線罩結(jié)構(gòu)設(shè)計以及實驗的重要依據(jù)，因此，針對耦合關(guān)系不明，電尺寸較大的天線陣-匹配層-天線罩，有必要開展在役環(huán)境下的熱力電一體化仿真評估，對于支撐其良好的力學和電磁學性能設(shè)計有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的/技術(shù)問題：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對既有溫度變化也有形狀變化的天線罩模型的電磁性能評估。

2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，包括以下步驟：

3、s1，對天線罩進行流場仿真分析，建立天線罩的三維模型；

4、s2，將天線罩的實測溫度和受力數(shù)據(jù)作為邊界條件，經(jīng)過熱力仿真處理，得到天線罩的節(jié)點坐標-節(jié)點溫度以及節(jié)點坐標-節(jié)點位移的映射數(shù)據(jù)；

5、s3，然后，結(jié)合溫度-材質(zhì)參數(shù)的映射關(guān)系，采用tdfit算法對天線罩進行溫度分布式等效媒質(zhì)的表征分析，得到天線罩的節(jié)點坐標-材質(zhì)參數(shù)的映射數(shù)據(jù)；

6、s4，根據(jù)節(jié)點坐標-節(jié)點位移的映射數(shù)據(jù)，采用空間插值法，得到形變后的天線罩的離散模型；

7、s5，結(jié)合步驟s3節(jié)點坐標-材質(zhì)參數(shù)的映射數(shù)據(jù)，將材質(zhì)參數(shù)加載到離散模型上，完成熱力學一體化仿真計算。

8、進一步的，步驟s3所述對天線罩進行溫度分布式等效媒質(zhì)的表征分析的具體過程如下：

9、s31，對天線罩三維模型的各個節(jié)點進行四面體網(wǎng)格化處理，得到天線罩三維模型的四面體網(wǎng)格拓撲，進而得到四面體網(wǎng)格的四個頂點對應的媒質(zhì)參數(shù)；（對四面體網(wǎng)格四個點對應的媒質(zhì)參數(shù)求平均作為該四面體的媒質(zhì)參數(shù)，不同的四面體對應不同的媒質(zhì)參數(shù)，以此來表征溫度分布式媒質(zhì)的媒質(zhì)分布）。

10、s32，單個四面體網(wǎng)格四個頂點的媒質(zhì)參數(shù)進行平均化處理，并作為該四面體網(wǎng)格的媒質(zhì)參數(shù)，用于表征溫度分布式媒質(zhì)的媒質(zhì)分布；（即，得到四面體與媒質(zhì)參數(shù)的對應關(guān)系，至此實現(xiàn)了通過四面體網(wǎng)格對溫度分布式等效媒質(zhì)的近似表征）。

11、s33，對天線罩的三維模型進行直六面體剖分處理，得到立方體單元的元胞；當元胞內(nèi)沒有四面體時，元胞等效媒質(zhì)參數(shù)采用背景媒質(zhì)參數(shù)ε0；當元胞內(nèi)含有四面體時，通過下式得到元胞的等效媒質(zhì)參數(shù)ε，

12、，

13、式中，εi表示元胞內(nèi)的第i個四面體媒質(zhì)參數(shù)，n為元胞內(nèi)四面體網(wǎng)格的個數(shù)。

14、進一步的，步驟s4中所述空間插值法的具體步驟包括：

15、s41，對原始點云數(shù)據(jù)通過建立八叉樹把空間中的區(qū)域進行劃分，每個葉子節(jié)點攜帶相應區(qū)域內(nèi)的離散點的信息；

16、s42，定位到待插值點所在的葉子節(jié)點，用該葉子節(jié)點上的離散數(shù)據(jù)對待插值點進行插值；

17、s43，分別計算得到待插值點到待插值點所在的葉子節(jié)點攜帶的所有離散點之間的距離；

18、s44，通過下式計算每個插值點的權(quán)重，

19、，

20、其中，是任意正實數(shù)，通常取2，表示的是離散點到插值點的距離，并通過下式計算得到，n表示離散點的個數(shù)；

21、，

22、式中，為插值點坐標，為離散點的坐標；

23、s34，通過下式，計算待插值點的形變量，

24、，

25、其中，表示空間坐標為點的形變量，為第個離散點的權(quán)重，表示第個離散點的形變量信息。

26、進一步的，步驟s2中，所述節(jié)點位移坐標-節(jié)點溫度的映射數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的應力、形變位移和溫度分布。

27、有益效果：相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用時域有限積分技術(shù)tdfit，核心技術(shù)優(yōu)點在于：1、通過點云向六面體的材質(zhì)映射，構(gòu)建了空間范圍內(nèi)的任意節(jié)點與媒質(zhì)的對應關(guān)系，打破了現(xiàn)有技術(shù)中高溫下只能分層計算的局限性；2、溫變模型和形變模型采用八叉樹空間劃分技術(shù)和反距離加權(quán)插值技術(shù)，更能精確的表征出溫變情況下每個節(jié)點的媒質(zhì)參數(shù)和形變模型的形變量信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，其特征在于：步驟s3所述對天線罩進行溫度分布式等效媒質(zhì)的表征分析的具體過程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，其特征在于：步驟s4中所述空間插值法的具體步驟包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于tdfit的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，其特征在于：步驟s2中，所述節(jié)點位移坐標-節(jié)點溫度的映射數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的應力、形變位移和溫度分布。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于TDFIT的天線罩熱力電一體化仿真分析方法，包括以下步驟：對天線罩進行流場仿真分析，建立天線罩的三維模型；將實測溫度和受力情況作為邊界條件，經(jīng)過熱力學、靜力學仿真處理，得到節(jié)點坐標?節(jié)點溫度和節(jié)點坐標?節(jié)點位移的映射數(shù)據(jù)；根據(jù)溫度材質(zhì)映射關(guān)系，采用TDFIT算法對天線罩進行溫度分布式等效媒質(zhì)的表征分析，得到天線罩的節(jié)點坐標?材質(zhì)參數(shù)的映射數(shù)據(jù)；結(jié)合節(jié)點坐標?節(jié)點位移的映射數(shù)據(jù)，采用空間插值算法處理離散后的網(wǎng)格模型，最后將節(jié)點坐標?材質(zhì)參數(shù)的映射數(shù)據(jù)加載到天線罩模型上，完成熱力學一體化仿真計算。

技術(shù)研發(fā)人員：梁加南,王衛(wèi),梁燕秋,金振雪,張永戰(zhàn),岳嘉瑞,陳琿,王金泉,周小陽
受保護的技術(shù)使用者：江蘇賽博空間科學技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15