【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及有源相控陣天線領域，尤其涉及一種有源相控陣天線陣面熱變形預測方法。
技術介紹
1、有源相控陣天線(apaa)因其高增益、掃描迅速及抗干擾能力強等優勢，已成為航空航天、軍事領域及現代商業通信中至關重要的電子裝備。隨著有源相控陣天線向高密度集成與高頻段發展，其結構參數與電磁性能之間耦合程度不斷提高，對天線電性能指標的精度與可靠性提出更大挑戰。有源相控陣天線作為典型集成電子裝備，其內部大量發射/接收(t/r)組件產生高熱功耗使天線陣面溫度驟升，引起陣面熱變形，改變了陣元電磁波遠場疊加的空間相位差，最終造成天線遠場方向圖的畸變，嚴重制約了apaa的服役性能。
2、目前，技術人員通過有限元法求解apaa陣面熱變形時，由于apaa結構復雜，多采用四面體單元進行自動化網格劃分以保證建模效率，然而采用該單元精度較差，難以準確求解天線陣面溫度場與位移場分布，無法為后續電性能預測提供有效理論支撐。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本專利技術提出了一種有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，能夠有效提高apaa陣面熱變形求解精度，可為后續電性能預測及補償提供有效理論支撐，其具體技術方案如下：
2、一種有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，包括：
3、步驟一：確定有源相控陣天線的結構參數與材料參數，建立有源相控陣天線有限元模型；
4、步驟二：在有源相控陣天線有限元模型上加載熱力學邊界條件，利用梯度加權技術重建溫度場梯度，求解有源相
5、步驟三：利用梯度加權技術重建應變場，求解有源相控陣天線有限元模型陣面位移場分布。
6、進一步的，所述結構參數包括：冷板、輻射單元、t/r組件以及陣面框架的參數；所述材料參數包括：熱導率、彈性模量、熱膨脹系數與泊松比。
7、進一步的，所述建立有源相控陣天線有限元模型，根據t/r組件的熱功耗及散熱情況確定t/r組件內部熱源與換熱邊界條件，由天線的安裝形式確定模型結構的固定約束與位移邊界條件。
8、進一步的，所述步驟二，具體包括：
9、步驟2.1：采用四面體單元對有源相控陣天線有限元模型進行自動化網格劃分，根據材料參數及換熱邊界條件得到熱傳導矩陣和總體溫度熱載荷向量；
10、步驟2.2：采用梯度加權技術對有源相控陣天線有限元模型的溫度場梯度進行重建，基于廣義伽遼金弱形式，構造加權梯度場的溫度場離散系統方程，并求解有源相控陣天線有限元模型陣面溫度場分布。
11、進一步的，所述步驟2.2，具體包括：
12、步驟2.2.1：每個四面體單元內的溫度場變量通過線性形函數進行插值表示為：
13、
14、式中，ti為節點溫度，ni為形函數，m為單元節點數；
15、步驟2.2.2：通過主單元及其相鄰單元，構造每個獨立單元的溫度場梯度支持域；
16、步驟2.2.3：在支持域內，對溫度梯度t進行加權，表達式為：
17、
18、式中，n為某一支持域內單元數量，為溫度梯度插值矩陣，ωj為第j個支持域，te＝[t1,t2,...,tn]；
19、所采用的加權系數定義為：
20、
21、步驟2.2.4：對溫度場梯度加權后，基于廣義伽遼金弱形式，構造加權梯度場的溫度場離散系統方程如下：
22、
23、式中，是結點溫度向量，r是溫度熱載荷向量；
24、k是梯度加權熱傳導矩陣，表達式為：
25、
26、式中，d為傳熱系數矩陣，n為支持域總數；
27、步驟2.2.5：根據溫度場離散系統方程求解有源相控陣天線有限元模型陣面溫度場分布。
28、進一步的，所述步驟三，具體包括：
29、步驟3.1：根據獲得的有源相控陣天線有限元模型陣面溫度場分布，求解由熱變形產生的初應變；
30、步驟3.2：利用梯度加權技術重建應變場，對應變場進行加權，基于廣義伽遼金弱形式，構造加權梯度場的位移場離散系統方程，并求解有源相控陣天線有限元模型陣面位移場分布。
31、進一步的，所述步驟3.2，具體包括：
32、步驟3.2.1：每個單元內的位移場變量通過形函數進行插值后，根據位移應變關系可得各單元的應變表達式：
33、
34、式中，為應變梯度插值矩陣，di為節點位移向量；
35、步驟3.2.2：通過主單元及其相鄰單元，構造每個獨立單元的應變場梯度支持域；
36、步驟3.2.3：在應變場支持域內的加權應變場向量的表達式為：
37、
38、式中，為加權后的應變梯度插值矩陣；
39、步驟3.2.4：對應變場梯度進行加權后，基于廣義伽遼金弱形式，構造加權梯度場的位移場離散系統方程如下：
40、kgwu＝p，
41、式中，u是結點位移向量，p是載荷向量；
42、kgw是梯度加權剛度矩陣，可表示為如下形式：
43、
44、式中，c表示彈性本構矩陣；
45、步驟3.2.5：根據位移場離散系統方程求解有源相控陣天線有限元模型陣面位移場分布。
46、本專利技術公開了以下技術效果：本專利技術采用梯度加權技術，通過對溫度場梯度與應變場進行重構，有效求解apaa有限元模型的陣面溫度場與位移場分布，顯著提高陣面熱變形求解精度，可為apaa的天線電性能預測及補償工作提供有效理論支撐。
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1.一種有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述結構參數包括：冷板、輻射單元、T/R組件以及陣面框架的參數；所述材料參數包括：熱導率、彈性模量、熱膨脹系數與泊松比。
3.根據權利要求2所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述建立有源相控陣天線有限元模型，根據T/R組件的熱功耗及散熱情況確定T/R組件內部熱源與換熱邊界條件，由天線的安裝形式確定模型結構的固定約束與位移邊界條件。
4.根據權利要求3所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述步驟二，具體包括：
5.根據權利要求4所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述步驟2.2，具體包括：
6.根據權利要求5所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述步驟三，具體包括：
7.根據權利要求6所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述步驟3.2，具體包括：
【技術特征摘要】
1.一種有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述結構參數包括：冷板、輻射單元、t/r組件以及陣面框架的參數；所述材料參數包括：熱導率、彈性模量、熱膨脹系數與泊松比。
3.根據權利要求2所述的有源相控陣天線陣面熱變形預測方法，其特征在于，所述建立有源相控陣天線有限元模型，根據t/r組件的熱功耗及散熱情況確定t/r組件內部熱源與換熱邊界條件，由天線的安裝形式確...
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