机翼共形承载阵列天线机电耦合的动态建模及机理研究

基本信息
批准号:51405364
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:宋立伟
学科分类:
依托单位:西安电子科技大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周金柱,李娜,许万业,王朝斌,王猛,郭冬来,章丹,郭睿
关键词:
机翼共形承载阵列天线优化设计动态建模影响机理机电耦合
结项摘要

Airfoil conformal load-bearing array antennas(ACLAA) have the integrated feature of structure and function, they are both load-bearing airfoil and microwave antenna, and play a important role in the platform of next new concept weapons. As to all or parts of airfoil structure, ACLAA will directly bear the actual dynamic environmental loads, then will lead to structural deformation and further electromagnetic performances to deteriorate. But this influence relation have not considered yet in the existing separate design method of structure and electromagnetism, which leads hardly to design the high performance ACLAA. Therefore, this project will be aimed at the dynamic electromechanical coupling problem of ACLAA, the inherent relation between dynamic structural deformation and electromagnetism is explored, the dynamic electromechanical coupling modeling for array antennas is formulated, thereby the effect of structure deformation on the antenna performances is analysed. Then using the model, the primary structural factors which seriously influence mechanical and electromagnetic performances are explored and their influence rules are summarized. Finally, according to the above research, the electromechanical integrated design method based on the dynamic model is presented, to realize the design of the primary structural factors and improve the mechanical and electromagnetic performnces. The research of this project can be the theory foundation for the design and manufacture of high performance ACLAA, and provides the idea of the dynamic electromechanical coupling problm for other antenna structures.

机翼共形承载阵列天线具有结构功能一体化的特点,既可作为力学承载的机翼蒙皮结构,又是收发电磁波信号的微波天线,在未来新概念武器平台中具有重要应用价值。由于其作为机翼结构的部分或全部,必将直接承受机载服役环境中动态载荷影响,引起的结构实时变形将导致电性能变化。然而现有机电分离设计方法未考虑这种动态影响,导致高性能机翼共形承载阵列天线难以设计。于是,本项目针对机翼共形承载阵列天线这种动态机电耦合问题,探索其结构实时变形与电磁场内在关联关系,建立一种面向阵列天线的动态机电耦合模型,分析结构变形对天线电性能的动态影响;并利用该动态模型,挖掘影响天线力学和电性能的主要结构因素,总结其影响规律;在此基础上,提出一种基于动态模型的机电设计方法,实现天线主要结构因素设计,综合提高其力学和电性能。本项目研究为高性能机翼共形承载阵列天线的设计制造提供理论指导,也为其它天线结构的机电耦合动态问题研究提供思路借鉴。

项目摘要

机翼共形承载阵列天线实现了天线系统与平台结构融合共形,具有结构功能一体化的特点。它既可作为平台的力学承载结构件,又是一部收发电磁波信号的天线系统。然而该天线系统将直接承受机载服役环境载荷,引起的结构变形将直接影响其电性能。由于载荷具有实时性,机翼共形承载阵列天线的结构与电磁间将存在着相互影响、相互制约的动态机电耦合问题。为此本项目开展了机翼机翼共形承载阵列天线机电耦合的动态建模及机理研究。通过项目组三年的研究,建立了结构动态变形对天线远场方向图影响的动态机电耦合模型;揭示了结构因素对天线结构力学性能和电性能影响机理;建立了以天线电性能为目标函数,力学性能为约束条件的机翼共形承载阵列天线的机电综合优化模型;研制了蜂窝夹层形式的机翼共形承载阵列天线,进行了力学性能和电性能测试,验证了动态机电耦合模型的正确性和设计方法的有效性。本项目已发表了SCI检索论文14篇,EI检索论文15篇,包括国际会议2篇,均标注了本项目自然基金号(51405364),论文主要发表在Smart Materials and Structures、International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters、IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility、机械工程学报等期刊上。授权发明专利4项,申请发明专利4项,项目负责人排名第3出版专著1本,项目负责人获得2015年陕西省科学技术奖一等奖(排名第4)。通过本项目的研究,很好地建立了动态载荷下结构实时变形对电性能的影响和机电集成设计问题,与为高性能机翼共形承载阵列天线的设计制造提供理论指导,也为其它天线结构的机电耦合动态问题研究提供思路借鉴。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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