基于機電耦合模型的空間網狀反射面天線溫度載荷分析方法與流程

技術特征：

1.基于機電耦合模型的空間網狀反射面天線溫度載荷分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)輸入天線幾何參數、材料參數與電參數

輸入用戶提供的空間網狀反射面天線的幾何參數、材料參數以及電參數；其中幾何參數包括口徑、焦距、偏置距離、前后網面最小距離；材料參數包括索結構、桁架結構和金屬絲網結構的材料密度、橫截面積、楊氏彈性模量、泊松比以及比熱容、熱傳導系數、熱膨脹系數、表面輻射率、吸收率；電參數包括工作波長、饋源參數、饋源初級方向圖以及電性能要求，其中電性能要求包括天線增益、波瓣寬度、副瓣電平以及指向精度；

(2)建立天線結構有限元模型

根據用戶提供的天線幾何參數、材料參數建立天線結構有限元模型，其中索結構采用只受拉的桿單元進行建模，桁架結構采用梁單元進行建模，金屬絲網結構采用殼單元進行建模；

(3)建立天線熱有限元模型

在天線結構有限元模型的基礎上，提取天線結構有限元模型中的節點坐標和桿單元、梁單元與殼單元的連接關系，根據索結構、桁架結構和金屬絲網結構的熱參數，分別按照空間網狀反射面天線的桿單元、梁單元以及殼單元建立天線熱有限元模型；

(4)設置邊界條件

根據空間網狀反射面天線所處的太空環境，設置熱傳導和熱輻射兩種導熱方式，根據天線結構的索結構、桁架結構和金屬絲網結構各部分之間的關系以及索結構、桁架結構和金屬絲網結構各部分之間的輻射吸熱、遮擋關系，添加熱有限元模型的邊界條件；

(5)選擇軌道

根據空間網狀反射面天線所在衛星的軌道高度，設置網狀天線的軌道參數；

(6)溫度場計算

根據空間網狀反射面天線熱有限元模型、邊界條件以及軌道參數，進行天線溫度場計算；

(7)加載溫度場載荷

將溫度場計算結果作為熱載荷施加到結構有限元模型上，進行靜態的熱變形計算；

(8)熱變形計算

在結構有限元模型施加熱載荷的基礎上，組集有限元剛度矩陣，得到天線結構整體熱位移場計算方程，依據此方程進行天線結構熱變形計算：

[K]{δ}＝{F_Q}

其中，[K]為整體剛度矩陣，{δ}為整體空間熱位移列向量，{F_Q}為整體節點熱載荷列向量；

(9)輸出熱變形位移；

(10)計算面片相位誤差；

(11)采用機電耦合模型計算天線遠區電場；

(12)判斷電性能是否滿足要求

判斷步驟(11)得到的天線遠區電場是否滿足天線增益、波瓣寬度、副瓣電平、指向精度在內的電性能要求，如果滿足要求則轉至步驟(13)，否則轉至步驟(14)；

(13)輸出天線結構設計方案

當天線遠區電場滿足天線電性能要求時，輸出天線結構設計數據；

(14)更新天線參數

當天線遠區電場不滿足天線電性能要求時，在現有天線參數的基礎上疊加增量來代替現有天線參數，并轉至步驟(1)。

2.如權利要求1所述的基于機電耦合模型的空間網狀反射面天線溫度載荷分析方法，其特征在于，步驟(9)中，將天線結構熱變形計算得到的整體空間熱位移列向量輸出到指定文件，以便進行后續電性能計算。

3.如權利要求1所述的基于機電耦合模型的空間網狀反射面天線溫度載荷分析方法，其特征在于，步驟(10)中，根據天線結構熱變形位移，采用下式計算天線反射面面片相位誤差：

其中，表示面片相位誤差，j表示虛數單位，k表示自由空間波數，δ表示熱變形位移列向量中與面片對應的一個分量，θ_s表示面片上任一點在饋源坐標系下的俯仰角，下標s表示饋源坐標系，θ表示遠場觀察點俯仰角。

4.如權利要求1所述的基于機電耦合模型的空間網狀反射面天線溫度載荷分析方法，其特征在于，步驟(11)中，在獲得面片相位誤差的基礎上，采用下式的機電耦合模型計算天線遠區電場：

其中，表示遠區電場，表示遠場觀察點位置矢量，j表示虛數單位，k表示自由空間波數，η表示自由空間波阻抗，exp表示自然對數的指數運算，R表示遠場觀察點位置矢量幅度，π表示圓周率，表示單位并矢，表示單位矢量的并矢，Σ表示反射曲面，表示反射面上位置矢量處的面電流密度，表示反射面位置矢量，表示遠場觀察點的單位矢量，表示步驟(10)得到的面片相位誤差，σ表示投影口面，表示單位法向矢量，表示反射面位置矢量處的入射磁場。