电子装备的多场耦合设计理论与方法

电子装备是以信号的获取、传输与处理等功能为目标，以机械结构为载体，具有特定电磁性能的复杂系统。在其研制过程中存在的机电热多场耦合问题已成为制约下一代电子设备与武器装备整体性能提高、研发成本降低、研制周期缩短的瓶颈问题。本项目旨在研究电子装备机械结构位移场、电磁场、温度场之间的定性和定量关系，探索机械结构参数及制造精度对电性能的影响机理，建立系统化的电子装备机电热多场耦合理论。针对复杂的多场耦合问题，构建有效的数值求解方法。综合考虑机电热三场的耦合效应，建立基于多场耦合理论的电子装备现代设计方法。为从根本上解决长期制约电子装备技术发展和电性能提高的多场耦合问题，提高其研制水平与创新能力奠定坚实的理论基础。

项目按照计划书要求，完成了规定的研究内容，达到了考核指标要求，实现了项目研究总目标。项目顺应现代电子装备高频段、高增益、高密度、小型化、高指向精度、快响应的发展需求，从场的角度系统研究了电子装备研制中结构、电磁、温度三者之间的耦合问题。针对天馈系统、雷达伺服系统、高密度组装系统等典型电子装备，建立了反射面天线和平板裂缝阵天线结构位移场与电磁场的两场耦合模型，建立了有源相控阵天线和高密度组装系统结构位移场、电磁场与温度场的机电热三场耦合模型。根据电子装备典型零部件的特点，深入研究了形状、尺寸及位置等机械结构参数和制造精度对中间电参量的影响规律。利用小样本理论，开展了集成先验知识支持向量数据挖掘方法的研究与应用，得出了各种机械结构因素对电性能的影响机理。根据不同物理场间的数值网格映射关系，提出了场耦合模型的求解策略与方法。基于场耦合理论，建立了机械结构与电性能综合优化的数学模型，提出了电子装备机电集成优化设计方法，研制了相应的原型软件，为下一代高性能电子装备的研制提供了有效的理论分析和计算工具。项目取得了一批重要的创新性成果，部分成果得到了的转化应用。. 项目取得了多项创新成果，主要包括：首次建立了典型电子装备结构位移场、温度场及电磁场的场耦合模型，为电子装备机电集成设计奠定了理论基础。发掘了结构因素对电性能的影响机理，提出了雷达天线伺服系统的结构与控制集成设计方法，使同时实现结构轻量化与控制的稳准快在理论上成为可能。项目的研究成果实现了由电子装备的机械、电气系统分离设计到综合考虑机-电-热等多因素的系统设计的跨越，提升了电子装备的分析设计制造能力。这些创新成果增强了机电耦合集成分析的自主创新能力，为高性能电子装备的发展奠定了理论和技术基础。项目及时推进了研究成果的转化应用。已在66米双频段波束波导天线、预警机波导裂缝阵天线等重大工程中得到了应用，成效显著。. 项目组共发表学术论文67篇，其中SCI/EI检索20/55篇。出版专著1部。申请国家发明专利36项，其中授权28项。获软件著作权登记证书17项。获国家科技进步二等奖、陕西省科技进步一等奖、教育部技术发明二等奖各1项。在国内电子装备研制行业中初步形成了一支从事场耦合问题研究的高水平专业队伍。