相控阵雷达天线阵面结构技术研究

论文摘要

相控阵雷达天线阵面是雷达的核心部分,其作用是实现相控阵天线的电性能。天线阵面内部安装有天线、馈线、T/R、电源、冷却等系统诸多设备,是整个雷达中结构最复杂的部分。设计时除了满足刚度和强度指标外,还需考虑大量电子设备的布局、安装、走线、冷却等要求。因此相控阵雷达天线阵面结构设计是一个系统工程。某固态有源相控阵雷达是由中国电子科技集团公司第十四研究所研制的一部具有国际领先技术的先进军用设备。本文采用先进的设计理念和方法,使用Pro/E、ANSYS等优秀设计软件,完成了该雷达天线阵面的结构设计任务。首先根据雷达性能指标要求对天线阵面进行初步设计,确定天线阵面的结构形式、尺寸,确定各设备在天线阵内部的布局和安装方式。在初步设计的基础上使用Pro/E软件建立三维模型,验证设计布局的合理性。然后利用有限元分析工具ANSYS软件,采用APDL编制命令流的方法,建立天线阵箱体的力学模型,对其进行静力学和动力学分析,求出各种工况下的变形和应力分布情况,找出主要部件的危险位置。根据分析结果优化结构参数,再循环计算分析,最终使结构完全满足系统预先分配的重量指标和刚度指标。根据天线阵面内的散热总量和热量分布特点,确定了阵面的通风散热方法,通过理论计算确定了风道参数,完成了天线阵面的热设计。最后针对相控阵雷达天线阵面的特点,采取创新的设计方法及措施,解决阵面的密封防护问题。本文提出的天线阵面结构设计思路以及提供的计算数据对于相控阵雷达天线阵面结构设计具有一定的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相控阵技术简介
• 1.3 有限元方法简介
• 1.3.1 有限元法的发展及特点
• 1.3.2 有限元静力学分析
• 1.3.3 有限元动力学分析
• 1.4 课题研究意义及背景
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 2 天线阵面结构概述
• 2.1 天线阵面系统构成
• 2.2 设计要求
• 2.2.1 使用条件
• 2.2.2 主要技术指标
• 2.3 Pro/E软件介绍
• 2.4 阵面结构设计
• 2.4.1 天线阵箱体设计
• 2.4.2 天线罩设计
• 2.4.3 天线振子安装精度的技术保证措施
• 2.5 设备的布局安装
• 2.6 本章小结
• 3 天线阵面结构静力学分析
• 3.1 ANSYS软件简介
• 3.2 APDL语言与命令流的使用
• 3.3 建立天线阵箱体的有限元模型
• 3.3.1 材料特性及单位制
• 3.3.2 模型的简化及单元类型的选择
• 3.4 施加边界条件
• 3.4.1 边界约束处理
• 3.4.2 载荷处理
• 3.5 有限元静力分析计算
• 3.6 本章小结
• 4 天线阵面结构动力学分析
• 4.1 模态分析
• 4.1.1 模态分析过程
• 4.1.2 模态分析结果
• 4.2 随机振动分析
• 4.2.1 天线阵随机振动要求
• 4.2.2 单点响应谱分析过程
• 4.2.3 随机振动分析结果
• 4.3 冲击分析
• 4.3.1 天线阵冲击要求
• 4.3.2 Full法瞬态动力学分析过程
• 4.3.3 冲击分析结果
• 4.4 本章小结
• 5 天线阵面热设计
• 5.1 电子设备的热控制方法
• 5.1.1 自然冷却
• 5.1.2 强迫风冷
• 5.1.3 热管冷却
• 5.1.4 强迫液冷
• 5.2 天线阵散热方法的选择
• 5.3 通风量和风道参数的估算
• 5.4 T/R组件散热设计
• 5.4.1 工作参数的确定
• 5.4.2 肋片的选择
• 5.4.3 冷板的结构参数
• 5.4.4 风机的选择
• 5.4.5 校核计算
• 5.4.6 热性能的评定
• 5.6 本章小结
• 6 天线阵面密封防护设计
• 6.1 天线阵箱体的密封
• 6.2 天线罩的密封
• 6.3 维修门的密封
• 6.4 阵面密封检验试验
• 6.4.1 试验条件
• 6.4.2 试验程序
• 6.4.3 合格判据及试验结果
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献