雷達天線風載特性的數值計算方法及應用研究.pdf

1、為將計算流體動力學(CFD)應用于雷達天線風載計算領域，本文以計算流體動力學和平穩(wěn)隨機過程模擬理論為基礎，研究了天線風載的數值計算方法。采用雷諾平均模擬法，提出了天線平均風載的數值計算方法；根據工業(yè)風洞與大氣邊界層風洞入口來流的不同，采用數值風洞模擬了天線在不同風洞中風載特性；結合CFD技術及勢流理論，提出應用于工業(yè)風洞試驗的天線平均風載特性洞壁干擾修正方法；基于準定常假設，提出利用定常數值計算方法求解大氣邊界層中天線風載時程的方法；基

2、于湍流來流合成法，提出采用大渦模擬計算大氣邊界層中天線風載時程的方法，并以此指導天線結構的優(yōu)化設計。
　　本文主要對以下幾個方面進行了深入研究：
　　1.工業(yè)風洞中天線平均風載數值模擬方法的研究
　　根據課題組前期研究成果，構建天線風載數值計算幾何模型，利用網格自動生成及人工干預的方法劃分計算網格，設定計算邊界條件及壁面函數，選擇湍流計算模型及求解方法，設定計算控制參數，利用FLUENT軟件進行數值模擬，并與風洞試驗結

3、果進行比較，從而提出天線風載數值計算方法。
　　2.工業(yè)風洞與大氣邊界層風洞中天線平均風載特性的數值模擬研究
　　根據天線在不同風洞中的試驗條件，確定其相應試驗參數(平均風速剖面和湍流強度等)，以此為風洞來流條件，采用數值方法得到天線在不同風洞中的風載特性。比較在工業(yè)風洞和大氣邊界層風洞中的天線風載數值計算結果，為天線結構設計提供了參考。
　　3.工業(yè)風洞中天線風載的壁面干擾效應修正方法的數值研究
　　由于風洞試

4、驗中壁面對試驗結果的影響，試驗得到的天線風壓與實際風壓存在偏差。根據風壓分布規(guī)律以及數值計算得到的基本壓力系數計算經驗公式，結合勢流模型理論，求得無阻塞的天線實際阻力系數；通過重新規(guī)整風壓系數，消除壁面干擾的影響，得到無阻塞的天線風壓系數分布。
　　4.基于準定常假設的大氣邊界層中天線風載時程數值模擬研究
　　采用Kaimal風速功率譜，利用諧波合成法模擬天線表面風速時程?；跍识ǔ＜僭O，結合天線風壓的定常數值計算結果，得到

5、與試驗數據比較吻合的天線風壓及風載時程。
　　5.基于合成湍流來流的大氣邊界層中天線風載時程大渦數值模擬研究
　　以人工合成湍流來流為計算域邊界條件，采用介于模式計算及直接數值模擬的大渦數值模擬方法，對相控陣天線風壓及風載時程進行計算，并與標準模型風洞試驗結果比較。
　　以上研究提出了天線平均風載的數值計算方法，利用數值方法研究了天線在不同風洞中的風載特性，消除了洞壁干擾對天線平均風壓與風載數值計算結果的影響；從定常和

6、非定常數值模擬的角度提出獲得大氣邊界層中天線風載時程的數值計算方法，其研究結果對天線風振時域分析以及結構優(yōu)化設計具有指導意義。
　　本文的創(chuàng)新點概括如下：
　　1.提出了工業(yè)風洞中天線平均風載的數值計算方法
　　基于有限體積數值計算方法，選取相應的湍流模型并以壁面函數處理近壁面流動，計算了天線的平均風壓及風載。計算結果與天線風洞試驗數據進行比較，獲得較為滿意的結果。該項研究以數值風洞方法開展天線風載特性的計算，進一步完

7、善了天線風載的研究手段。
　　2.提出了基于 CFD技術的工業(yè)風洞中天線平均風載的壁面阻塞效應修正方法
　　通過定常數值計算得到基本壓力系數在不同阻塞條件下的變化規(guī)律，結合風洞試驗結果，提出修正阻塞下天線風壓及風載風洞試驗結果的方法，通過與試驗結果比較，驗證了該方法的可行性和正確性。
　　3.提出了基于雷諾平均模擬法的大氣邊界層中天線風載時程數值計算方法
　　采用Kaimal風速功率譜，利用諧波合成法模擬天線表面

8、風速時程。基于準定常假設，結合天線平均風壓的定常數值計算結果，得到與試驗數據比較吻合的天線順風向風壓及風載時程。根據風場各向同性的性質，相應得出作用于天線的橫風向風載。通過與標準模型試驗結果比較，驗證了此方法的有效性，并揭示其應用上的局限性。
　　4.提出了基于大渦模擬的大氣邊界層中天線風載時程數值計算方法
　　基于Kaimal風速功率譜及空間相關性，采用諧波合成法模擬不同布置空間點順風向及橫風向風速，以此為數值模型入口的湍