前视天线座结构分析及动态特性研究

论文摘要

前视天线座位于高空侦察机的头部,上面安装雷达,用以调整雷达的不同角度和位置,该天线座采用电机驱动、轴及齿轮传动的结构形式。根据美国有关机构调查,飞行器全年故障中50%是由振动和冲击引起的[1],振动产生动态应力、疲劳和噪声等,这将严重影响雷达的工作可靠性,降低雷达的使用寿命,损坏相关的电子元件和电器模块。因此,前视天线座的设计除考虑天线座功能的可靠性、完整性以及结构强度、刚度的要求外,还需满足各个工况条件下的动力学性能的要求。本文针对上述要求对前视天线座结构进行了有限元强度和刚度分析,并对其结构动力学性能改进方法进行了研究。主要进行了以下几个方面的研究工作:①建立了前视天线座防卫架、俯仰架、馈电箱及电机支座等主要受力部件的三维有限元模型,并在此基础上进行了结构静力学研究,得到了主要受力部件结构的应力场和位移场,分析了满足各个工况静力学要求的主要受力部件结构强度和刚度。②建立了前视天线座完整的装配结构有限元模型,并对各个工作极限位置进行了模态分析,得到了整体结构的各个工作极限位置的模态参数(固有频率和振型),对相关模态参数进行了分析,得到了原前视天线座的动力学性能不能满足外载荷对结构动力学性能要求的结论,确立了对前视天线座结构进行以动力学性能改进为目标的结构改进研究。③通过主要部件动力学性能的改进,实现了前视天线座整体装配结构的动力学性能的集成改进。利用部件的参数修改对结构动态特性影响的灵敏度分析的基本原理,通过改变各部件的结构参数,以表格、曲线的表征形式得到了部件结构参数的变化对其动力学性能的影响规律。④利用部件结构参数的变化对部件动力学性能的影响规律,对部件的结构参数进行了改进。实现了对前视天线座动态特性起关键作用的主要部件的动力学性能改进,得到了前视天线座整体结构的动态特性改进的方案,大大提高了前视天线座的动力学性能。论文针对提高前视天线座结构设计的可靠性,提出了一种提供结构设计可靠性的思路,得到了基于灵敏度分析基本原理的前视天线座结构动态性能改进的研究方法,研究结果对提高前视天线座结构设计的可靠性提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 前视天线座的研究意义
• 1.3 国内外有限元分析及动态性能改进研究现状
• 1.3.1 有限元分析的研究现状
• 1.3.2 动态性能优化为目标的结构改进研究现状
• 1.4 课题研究的内容、目的及技术路线
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 研究的主要目的
• 1.4.3 研究的技术路线图
• 2 有限元分析及动态特性灵敏度分析原理
• 2.1 有限元法及有限分析软件ANSYS
• 2.1.1 有限元分析的基本原理
• 2.1.2 有限元法的分析步骤
• 2.1.3 ANSYS 软件介绍
• 2.1.4 ANSYS 中相关单元的有限元原理
• 2.1.5 ANSYS 求解器的选择
• 2.2 动态特性灵敏度分析原理
• 2.3 本章小结
• 3 前视天线座主要受力部件的结构静力分析
• 3.1 静力学有限元分析
• 3.2 ANSYS 结构线性静力分析
• 3.3 天线座主要受力部件的结构静力分析
• 3.3.1 按第一工况对方位架进行结构静力分析
• 3.3.2 按第一工况对俯仰架进行结构静力分析
• 3.3.3 按第一工况对馈电箱进行结构静力分析
• 3.3.4 按第一工况对电机支座进行结构静力分析
• 3.3.5 按第二工况对方位架进行结构静力分析
• 3.3.6 按第二工况对俯仰架进行结构静力分析
• 3.3.7 按第二工况下对馈电箱进行结构静力分析
• 3.3.8 按第二工况对电机支座进行结构静力分析
• 3.3.9 各部件结构静力分析结果评价
• 3.4 本章小结
• 4 前视天线座的结构模态分析
• 4.1 结构模态分析基本理论
• 4.2 天线座模态分析的目的
• 4.3 天线座模态分析
• 4.3.1 天线座有限元实体模型的建立
• 4.3.2 导入模型的布尔操作
• 4.3.3 单元类型以及材料属性的选择
• 4.3.4 网格的划分
• 4.3.5 边界条件的确定
• 4.3.6 求解
• 4.3.7 振型分析
• 4.4 本章小结
• 5 部件的结构参数变化对固有频率的影响规律
• 5.1 引言
• 5.2 部件自由模态分析的意义
• 5.3 方位架结构参数分析
• 5.3.1 方位架自由模态分析
• 5.3.2 方位架结构参数对其动态性能的影响规律
• 5.4 俯仰架结构参数分析
• 5.4.1 俯仰架的自由模态分析
• 5.4.2 俯仰架结构参数对其动态性能的影响规律
• 5.5 馈电箱结构参数分析
• 5.5.1 馈电箱的自由模态分析
• 5.5.2 馈电箱结构参数对其动态性能的影响规律
• 5.6 本章小结
• 6 天线座的结构改进方法研究及改进结果评价
• 6.1 引言
• 6.2 天线座结构改进分析流程
• 6.3 方位架结构改进方案
• 6.4 俯仰架结构改进方案
• 6.5 馈电箱结构改进方案
• 6.6 天线座结构改进后的模态分析
• 6.7 本章小结
• 7 结论与工作展望
• 7.1 结论
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 攻读硕士学位期间发表的论文
• B. 攻读硕士学位期间参加的科研项目