[发明专利]一种随机风载荷作用下相控阵雷达动态电性能分析方法

说明书

本发明公开了一种随机风载荷作用下相控阵雷达动态电性能分析方法，首先，建立相控阵雷达的流固耦合模型，在给定随机过程的风速时程曲线下将离散的风速施加到相控阵雷达上，计算得到相控阵阵面上随时间变化的风压分布；其次，将时变的风压分布作用在相控阵雷达的固体结构上，计算得到随时间变化的阵面位移；最后，通过结构‑电耦合模型计算得到随时间变化的方向图函数，同时获取随机载荷作用下主瓣增益、波束宽度等时变电性能。本发明为复杂的机电耦合装备在随机载荷作用下的电性能变化情况提供了一种有效的分析方法，所获取的时变方向图可用于电性能的不确定性分析，为实际工程应用提供指导和参照。

技术领域

本发明属于机电耦合技术领域，具体涉及一种随机风载荷作用下相控阵雷达动态电性能分析方法。

背景技术

有源相控阵雷达是一种复杂高性能电子装备，是电、机、热等多学科相结合的系统，在实际服役过程中，常受到不同级别风载荷的影响。分析相控阵雷达在时变风载荷作用下电性能所受的影响，能够有效的为机电一体化设计提供更符合实际需要的指导，有助于进一步掌握复杂工况对电子装备的影响机理。然而，由于受到实际测试条件的限制、技术和经济条件的影响，很难通过实地测量分析风载荷对电性能的影响。通过建立相控阵雷达的多场耦合仿真模型，对实际工况进行模拟相对而言更加经济可行。因此这种时变风载荷作用下相控阵雷达动态电性能的分析方法对实际工程应用具有重大意义。

发明内容

针对风载荷对相控阵雷达的作用难以直接测量的困难，本发明提出一种随机风载荷作用下相控阵雷达动态电性能分析方法，从而通过相控阵雷达多场耦合模型，分析在风载荷作用下电性能受影响的情况。具体包括如下步骤

步骤1：对风速样本进行采样分析，建立风速与时间的时程关系曲线，统计风速的概率密度分布；

步骤2：对风速的时程关系曲线进行离散，作为分段载荷分步施加到相控阵雷达阵面上；

步骤3：建立相控阵雷达的流固耦合模型，将离散的风速时程曲线分段加载到模型上，获取相控阵阵面上的风压分布；

步骤:4：建立相控阵雷达的结构有限元模型，将步骤1所获取的时变风压分布分段加载到有限元模型上，计算得到相控阵阵面随时间变化的位移场分布；

步骤5：将阵面上的时变空间位移场转化为天线单元节点位置上随时间变化的位移量；

步骤6：将时变的单元位移量代入机电耦合模型中，计算得到天线的阵因子时变方向图；

步骤7：将天线单元方向图代入阵因子方向图中，获取全阵的方向图，并从方向图中提取时变主瓣增益、波束宽度等电性能参数。

进一步的，在所述步骤1中，风速和风向都可以发生变化，在记性风速分布统计时，考虑某一方向的风速时程进行采样分析。风载荷以风压形式施加在天线阵面上，将会引起相控阵雷达桁架结构和阵面的变形，造成阵元位置的偏移，而阵元位置的偏移将会影响最终相控阵雷达的电磁性能，考虑风载荷的大小和方向是随时间不断变化的，因此不同大小，不同方向的风载荷将会对相控阵雷达的电磁性能造成随时间变化的动态影响。

进一步的，在所述步骤2中，离散过程所采用的步长根据精度要求和计算要求可适当调整。风载荷可分为平均风和脉动风，平均风作为较为稳定的一部分，可根据各地年最大风速的极值分布确定，脉动风作为不确定的因素，通常采用随机过程方式进行描述。

进一步的，在所述步骤3中，风速的时程曲线可以是平稳随机过程，也可以带有风起步阶段非平稳随机过程段，其本身由平均风和脉动风两部分组成，对时程曲线在进行时间上的离散，分段获取不同风速下的风压分布。

进一步的，在所述步骤4中，采用上一步骤计算得到的时变风压分段加载，进行动力学分析，综合每一段计算得到的位移响应，获取整个阵面的位移场分布。