有源相控阵天线流热结构耦合研究.pdf

摘要本文结合有源相控阵天线的热设计工作，在国内外有源相控阵热控制技术研究的基础上，从多物理场耦合的观点出发，运用痗、热一结构集成分析等先进手段，深入探讨了有源相控阵天线的机一电一热三场耦合分析方法。在基于流一热耦合分析与热一结构耦合分析理论的基础上，提出了一种对相控阵天线进行流一热一结构耦合分析的流程。建立了一个有源相控阵天线的结构模型，进行了相应的热仿真设计，使天线阵满足工作温度要求；运用计算流体动力学软件，对天线阵进行流一热耦合计算，以耦合传热作为流固交界面的边界条件，采用适当的离散方法与压力修正算法，得出了阵面温度场分布，以及影响阵面温度场分布的主要因素。计算了在不同温度载荷、温度梯度、约束条件下的阵面变形，得出了影响相控阵阵面热变形的主要因素，并对各种阵面变形下的电性能进行了分析计算，得出了影响天线阵电性能的初步结论。本文所完成的工作对有源相控阵天线的热控制及提高其电性能指标具有一定的指导意义。关键词：有源相控阵天线流．热．结构耦合分析结构变形天线电性能
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日期碰：焊幔丝国强日期翌骸唬豪—章学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明岸业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所星交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，’Ｃ艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑导师签名：了明确的说明并表示了谢意。学。
第一章绪论甶电子设备热控制设计现状电子元件和设备由于电流的作用一般都具有一定的功耗而产生热。这会对电子元件和设备的功能产生很大的影响。研究资料表明：在具有大功率的电子系统的设计中，冷却不良，以及电子元件过热是引起电子器件损坏和失效的主要原因，电子元件的温度每增加℃，其可靠性就会下降Ｒ虼耍匦胍=腥瓤刂疲既通过相关技术调节和控制发热电子元件和环境传热所引起的的温度变化，使其能在允许的温度范围内正常地工作。随着传热计算方法和计算机技术的不断发展，在进行工程热控制设计时，具体热控制技术方法很多，针对不同的工程问题，可以采取不同的热控制方法。在热控制设计中首先需要考虑的是设备的结构特点、电子器件的耗热量、温度控制范围等因素。根据这些因素来确定出一个可行的熟控制方案．热控制方案一般有这些：接触热传导、自然对流传热、强迫对流传热ㄇ科瓤掌淙础⑶科纫禾謇却⑾啾淅淙础⑷裙堋氲继逯评涞鹊取Ｓ捎谒堑拇然砀饕旎蚴且蛭4介质不同，所以用于不同的问题。比如，热管传热是一种高效的传热方法，它主要是靠工质相变吸收、释放热量。其主要作用是将电子器件耗散的热量以低热阻通路传给冷却装置，组成热管散热器。热管技术一般应用于空间技术和航空方面，如人造卫星、机载雷达等仪器设备的均温和温控。但对于地面雷达温控问题，由于受到传热限的限制，导致其传热距离有限，因此，在这方面的应用很少。半导体制冷主要是为了降低电子器件的工作温度并使其低于周围环境温度。它是靠消耗电能利用温差电器件将电子器件表面的热量带出来。这种方法的缺点是工作效率较低。尤其是需要采用大电流的直流电源，体积和重量较大。因此它只适用于制冷量小、温度不太高的电子器件冷却。也不太适用于大型地面雷达设备的冷却和温控要求。强迫对流传热方法是一种既具有较高的换热特性，设计相对简单，可靠性高，而且经济实用，是一种非常好的热控制方法，也是大多数电子设备与系统所选择的热控制方法。
用取得了很大的成功，并逐步形成了一门学科一计算传热学。其特点是以传热相控阵天线热设计技术应用强迫对流冷却技术的特点是适用于具有高的元件分布密度及高的热点温度，它比自然空气冷却系统的体积小很多，并且可靠性高和比较经济。强迫对流传热一般是利用风扇、鼓风机和泵使高速流体掌鸵禾掠过发热表面。使高速流体到发热表面边界层的热阻减小，从而带走热量。在电子设备中，强迫空气系统的传热量比自然对流和辐射的大倍。强迫液冷的传热量又比空气冷却系统的大倍。所以对于高功率密度的电子设备或系统可以采用强迫空气冷却与强迫液冷液体冷却散热系统