某雷达天线风载扰动效应数值模拟研究
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摘要
雷达在现在战争中有着举足轻重的作用,尤其是车载雷达的作用更是不可小觑,由于它信息化程度高,作战机动性强,这些优点确立了它在现代战争中不可替代的地位。车载雷达隐蔽性能好,自动化程度高,在战争中的使用频率很高,所以其在各国的军用设备研发中占很大和比重。
雷达风载的计算现阶段主要有两种方法,一种是根据雷达的风载系数,和雷达天线的面积等数据估算出雷达风载；另一种方法是进行风洞实验,这其中又有两种类型,一种进行实体模型的风洞试验,另外一种是对等比例缩小的模型进行风洞试验。它们之中各有各自的好处,但也都有各自缺点。
本文在某型车载雷达的基础之上,建立了雷达天线的简化模型,以三维Navier-Stokes方程为基础,基于有限体积法,采用基于密度计算法,使用Roe格式求解RNG k-ε模型,对雷达天线受到的风载效应进行模拟计算。先根据现有模型,先利用风载系数计算其受力及力矩,再根据风洞实验数据进行数值模拟的改进,并将模拟结果跟风洞实验数据进行对比,并且对模拟参数进行改进,然后再把它应用到需要研究的雷达天线模型当中进行模拟,得到雷达天线各点的风压数据、受到的三个方向的力及三个方向的力矩数据,从而计算得到雷达天线在工作的时候受到的倾覆力矩及旋转力矩,为车载雷达的设计提供有力的数据支持。
Radar in war now has been playing an important role, especially for the Vehicle Motion Radar. Because of the high degree of informationization in battlefield nowadays and the mobility of the Vehicle Motion Radar.These advantages established it in modern warfare an irreplaceable position. The radar concealed performance is good, a high degree of automation, so it has a high frequency of using in the war, so more and more countries have invested more and more money to the military equipment research and to develop it.
In this paper, the research is based on a certain type of Vehicle Motion Radar. Simplified model of radar antenna is conducted, the 3d Navier-Stokes equation as the foundation, based on the finite volume method, and the density meter is designed algorithms, use Roe format solution model of radar antenna for the wind load effect of the simulation. According to the existing shrinkage first wind tunnel data, numerical simulation is compared with wind tunnel experiments data, and parameter is improved. Later apply it to another radar antenna model for simulation. Wind pressure of three direction of force and torque data are obtained. The analysis result could apply technical support for the Vehicle Motion Radar and could provide the valuable reference data for engineering application.
雷达风载的计算现阶段主要有两种方法,一种是根据雷达的风载系数,和雷达天线的面积等数据估算出雷达风载；另一种方法是进行风洞实验,这其中又有两种类型,一种进行实体模型的风洞试验,另外一种是对等比例缩小的模型进行风洞试验。它们之中各有各自的好处,但也都有各自缺点。
本文在某型车载雷达的基础之上,建立了雷达天线的简化模型,以三维Navier-Stokes方程为基础,基于有限体积法,采用基于密度计算法,使用Roe格式求解RNG k-ε模型,对雷达天线受到的风载效应进行模拟计算。先根据现有模型,先利用风载系数计算其受力及力矩,再根据风洞实验数据进行数值模拟的改进,并将模拟结果跟风洞实验数据进行对比,并且对模拟参数进行改进,然后再把它应用到需要研究的雷达天线模型当中进行模拟,得到雷达天线各点的风压数据、受到的三个方向的力及三个方向的力矩数据,从而计算得到雷达天线在工作的时候受到的倾覆力矩及旋转力矩,为车载雷达的设计提供有力的数据支持。
Radar in war now has been playing an important role, especially for the Vehicle Motion Radar. Because of the high degree of informationization in battlefield nowadays and the mobility of the Vehicle Motion Radar.These advantages established it in modern warfare an irreplaceable position. The radar concealed performance is good, a high degree of automation, so it has a high frequency of using in the war, so more and more countries have invested more and more money to the military equipment research and to develop it.
In this paper, the research is based on a certain type of Vehicle Motion Radar. Simplified model of radar antenna is conducted, the 3d Navier-Stokes equation as the foundation, based on the finite volume method, and the density meter is designed algorithms, use Roe format solution model of radar antenna for the wind load effect of the simulation. According to the existing shrinkage first wind tunnel data, numerical simulation is compared with wind tunnel experiments data, and parameter is improved. Later apply it to another radar antenna model for simulation. Wind pressure of three direction of force and torque data are obtained. The analysis result could apply technical support for the Vehicle Motion Radar and could provide the valuable reference data for engineering application.
引文
[1]徐建喜.车载雷达天线结构的惯性载荷研究[J].机械制造.2009(12)：47-54
[2]孔祥君.车载雷达天线结构的限元分析及优化[D].西安电子科技大学硕士学位论文.2007
[3]杨红军,李刚炎.车载雷达天线平台的负载特性及风载稳定性研究[J].机械制造2008(2)：46-52
[4]傅小坚.双塔高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟研究[D].浙江大学硕士学位论文.2007
[5]汤树勇.二维建筑风载的分层网格数值模拟[D].浙江大学硕士学位论文.2003
[6]Ramzi Zakhama,Mostafa M.Abdalla,Zafer Gurdal Hichem Smaoui "Wind load modeling for topology optimization of continuum structures" 2010, 42:157-164
[7]C.J. Baker Wind engineering—Past, present and future Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2007,42:843-870
[8]任开峰,杨听广,朱志远.风廓线雷达天线结构设计[J].机械与电子2009(7)：19
[9]张军海,王吉桥,吴向东.高速列车湍流特性的数值模拟[J].2010(1)：34-37
[10]刘长海.舰载雷达天线稳定转台系统的结构载荷分析与计算[J].雷达与对抗2009(01)：23-27
[11]程辉明.军用地面雷达装载设计技术探讨[J].电子机械工程2002(18)：45-56
[12]潘锴.某车载气象雷达结构总体设计[D].南京理工大学硕士学位论文.2006
[13]赵耀升,李道奎,孙宏.某雷达天线结构静力分析及试验验证[J].工程与试验2009(05)：67-69
[14]黄康,叶鹏,张宏梅.某型车载雷达天线计算机辅助结构分析及试验研究[J].工程图学学报2009(5)：78-79
[15]陈俊儒,吕西林.上海中心大厦脉动风荷载模拟研究[J].2010(01)：34-36
[16]宋发宝.大型天线座车车架轻量化设计研究[D].武汉理工大学硕士学位论文.2008
[17]李建华,马力,宋发宝.雷达天线座车车架风载响应分析[J]工程与试验2010(3)：65-67
[18]伍勇军.车载雷达天线及其平台的特性研究[D].武汉理工大学硕士学位论文.2007
[19]彭丹.大跨度悬索桥抖振及风载内力分析[D].西南交通大学硕士学位论文2007
[20]杜强,杜平安.天线风载的数值模拟分析[J].现代雷达2009(03)：77
[21]王兵.非结构动网格上的多介质流数值模拟方法研究[J].南京理工大学2008(3)：86-88
[22]雷信.雷达(radar) [J].电子工程信息1992(9)：23-25
[23]孙爱娟.羰基铁粉雷达波吸收剂的制备与性能研究——新型悬浮聚合法制备磁性聚合物的研究[D].山东大学硕士学位论文.2009
[24]于川.雷达数字化显示系统设计及实现[J].大连海事大学硕士学位论文.2010
[25]朱磊.弯管流量计水流特性的数值模拟及流量系数的试验研究[D].西安理工大学硕士学位论文.2009
[26]黄曙华.建筑结构中抗风设计原则与方法[J].中国科技财富2010(2)：77-79
[27]风力等级划分标准(蒲福风级表)[J].水资源研究2005(01)：55-57
[28]吴佳.某车载雷达天线结构[J].分析雷达与对抗2010(30)：55
[29]黄天成.基于ANSYS的某雷达天线CAE分析[J].电子机械工程2007(3)：54
[30]杨德华.大型光学天文望远镜风载作用分析[J].光学技术2009(3)：65-66
[31]侯健.有限元建模技术研究及雷达车天线结构有限元分析[J].西安电子科技大学2010(02)：20-21
[32]邹立勇.自由面槽道湍流的直接数值模拟和大涡模拟研究[J].中国科学技术大学2004(05)：44-45
[33]刘长城.K157发动机进气过程CFD数值模拟计算[D].山东大学硕士学位论文.2008
[34]李明.超燃冲压发动机燃烧室内增强混合机理研究[D].河北工业大学硕士学位论文2007
[35]徐恺.倾转旋翼飞行器旋翼机翼机身气动干扰计算[D].南京航空航天大学硕士学位论文2007
[36]刘声.基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析[J].计算机工程与设计2010(10)：45-46
[37]王敏.三维复杂形体表面网格生成方法研究[D].南京理工大学硕士学位论文2005
[38]范绪箕.计算流体力学在飞行器研制中的应用[J].民用飞机设计与研究2004(4)：78-79
[39]冯锦良.非结构网格生成及自适应技术研究[D].南京航空航天大学硕士学位论文2000
[40]刘占斌.翅片管换热过程的数值模拟及实验研究[D].西安理工大学硕士学位论文2008
[41]吕柏林.基于ASP. NET的压边浇冒口远程设计系统的开发[J].中国铸造装备与技术2006(6)：45-47
[42]张华.食品冻干机冷阱室内气流组织数值模拟及节能优化研究[J].流体机械2009(10)：73-75
[43]杨荣英.喷油特性对柴油机缸内工作过程影响的CFD研究[D].河南科技大学硕士学位论文2010
[44]于立章.强内热源多孔介质条通道内流动与传热特性数值模拟[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文2010
[45]仇恒彬.气体循环介质井底流场数值模拟[D].中国石油大学(华东)硕士学位论文2009
[46]眭曦.离心式通风机内部气固两相流场的数值模拟[D].浙江大学硕士学位论文2006
[47]汪宝罗.基于大涡模拟的混流式水轮机尾水管水力振动研究[D].河海大学硕士学位论文2008
[48]陈秋亮.缸内直喷式柴油天然气双燃料转子发动机的数值模拟研究[D].中南大学2008
[49]Colin Atkinson · Franck Monmont Alexander Zazovsky "Flow Performance of Perforated Completions" Transp Porous Med (2009) 80:305-328
[50]Th. von Karman "Helicopter Theory" AIRCRAFT ENGINEERING1940
[51]Matthew S. Mason, Graeme S. Wood, David F. Fletcher "Numerical investigation of the influence of topography on simulated downburst wind fields" Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2005(6):30-32
[52]M. Sterling, A.D. Quinn, D.M. Hargreaves, F. Cheli" A comparison of different methods to evaluate the wind induced forces on a high sided lorry" Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2009(02):205-228
[2]孔祥君.车载雷达天线结构的限元分析及优化[D].西安电子科技大学硕士学位论文.2007
[3]杨红军,李刚炎.车载雷达天线平台的负载特性及风载稳定性研究[J].机械制造2008(2)：46-52
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[5]汤树勇.二维建筑风载的分层网格数值模拟[D].浙江大学硕士学位论文.2003
[6]Ramzi Zakhama,Mostafa M.Abdalla,Zafer Gurdal Hichem Smaoui "Wind load modeling for topology optimization of continuum structures" 2010, 42:157-164
[7]C.J. Baker Wind engineering—Past, present and future Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2007,42:843-870
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[12]潘锴.某车载气象雷达结构总体设计[D].南京理工大学硕士学位论文.2006
[13]赵耀升,李道奎,孙宏.某雷达天线结构静力分析及试验验证[J].工程与试验2009(05)：67-69
[14]黄康,叶鹏,张宏梅.某型车载雷达天线计算机辅助结构分析及试验研究[J].工程图学学报2009(5)：78-79
[15]陈俊儒,吕西林.上海中心大厦脉动风荷载模拟研究[J].2010(01)：34-36
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[17]李建华,马力,宋发宝.雷达天线座车车架风载响应分析[J]工程与试验2010(3)：65-67
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[39]冯锦良.非结构网格生成及自适应技术研究[D].南京航空航天大学硕士学位论文2000
[40]刘占斌.翅片管换热过程的数值模拟及实验研究[D].西安理工大学硕士学位论文2008
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[42]张华.食品冻干机冷阱室内气流组织数值模拟及节能优化研究[J].流体机械2009(10)：73-75
[43]杨荣英.喷油特性对柴油机缸内工作过程影响的CFD研究[D].河南科技大学硕士学位论文2010
[44]于立章.强内热源多孔介质条通道内流动与传热特性数值模拟[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文2010
[45]仇恒彬.气体循环介质井底流场数值模拟[D].中国石油大学(华东)硕士学位论文2009
[46]眭曦.离心式通风机内部气固两相流场的数值模拟[D].浙江大学硕士学位论文2006
[47]汪宝罗.基于大涡模拟的混流式水轮机尾水管水力振动研究[D].河海大学硕士学位论文2008
[48]陈秋亮.缸内直喷式柴油天然气双燃料转子发动机的数值模拟研究[D].中南大学2008
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[52]M. Sterling, A.D. Quinn, D.M. Hargreaves, F. Cheli" A comparison of different methods to evaluate the wind induced forces on a high sided lorry" Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2009(02):205-228