CN110781556A - 一种飞机电磁环境效应仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种飞机电磁环境效应仿真方法，所述方法包括：导入飞机CAD模型，并对所述飞机CAD模型进行修模和多尺度剖分形成飞机网格模型；利用飞机复合材料电磁参数库，设置飞机材料电磁参数；结合材料电磁参数对所述飞机网格模型进行区域分解数值仿真建模，得到飞机电磁模型；结合预先设置的电磁激励源，对所述飞机电磁模型在矩量法MoM基础上采用自适应交叉近似算法ACI或者多层快速多极子算法MLFMA，计算飞机内部区域的电磁场场强值。设置线缆束路径及电气特征信息，利用飞机线束建模模型库在所述飞机电磁模型内部建立线束电磁模型；结合所述电磁场场强值，对所述线束电磁模型采用高频场线耦合分析算法，计算飞机线缆束上的感应电流值。
Description
技术领域
本发明涉及飞机仿真设计方法，尤其涉及一种飞机电磁环境效应仿真方法。
背景技术
目前，我国在飞机电磁环境效应仿真上仍依赖现有的商用电磁软件，而商用电磁软件难以胜任和覆盖复合材料飞机内腔结构等特定问题的电磁求解，难以实现电大混合材料结构在宽频率范围电磁环境下的快速计算能力，不具备符合我国飞机复合材料选型的电磁参数库，以至于无法准确快速地求解电大尺寸复合材料飞机的电磁环境效应问题。我国在飞机设计领域，尚未形成一套独立自主的飞机电磁环境效应仿真方法，不具备飞机电磁环境效应防护自顶向下量化设计能力，设计人员在飞机设计阶段很难规避电磁环境效应防护的过设计和欠设计问题。为此，极有必要提出一种飞机电磁环境效应仿真方法，使其能够快速求解在高频率且宽频段的电磁环境下电大尺寸复合材料飞机的电磁环境效应。
发明内容
本发明的目的是：提出一种飞机电磁环境效应仿真方法，使得飞机设计人员可以快速求解在高频率且宽频段的电磁环境下电大尺寸复合材料飞机的电磁环境效应，从而自顶向下准确量化飞机级——系统级——设备级的电磁环境效应防护设计指标。
本申请提供一种飞机电磁环境效应仿真方法，所述方法包括：
导入飞机CAD模型，并对所述飞机CAD模型进行修模和多尺度剖分形成飞机网格模型；
利用飞机复合材料电磁参数库，设置飞机材料电磁参数信息；
结合材料电磁参数信息对所述飞机网格模型进行区域分解数值仿真建模，得到飞机电磁模型；
结合预先设置的电磁激励源，对所述飞机电磁模型在矩量法MoM基础上采用自适应交叉近似算法ACI或者多层快速多极子算法MLFMA，计算飞机内部区域的电磁场场强值。
所述方法还包括：
设置线缆束路径及电气特征信息，利用飞机线束建模模型库在所述飞机电磁模型内部建立线束电磁模型；
结合所述电磁场场强值，对所述线束电磁模型采用高频场线耦合分析算法，计算飞机线缆束上的感应电流值。
优选的，所述采用自适应交叉近似算法(ACI，Adaptive Cross ApproximationAlgorithm)或者多层快速多极子算法(MLFMA，Multi-level Fast Multi-poleAlgorithm)，计算飞机内部区域的电磁场场强值，还包括：
采用自适应交叉近似算法和多层快速多极子算法的联合加速算法，计算飞机内部区域的电磁场场强值。
优选的，所述飞机网格模型包含网格剖分信息。
优选的，所述飞机材料电磁参数信息是飞机结构材料的电磁参数信息，包括介电常数和电导率。
优选的，所述线缆束路径及电气特征信息包括线缆束机上敷设路径、其截面信息、连接器终端阻抗信息及接地电阻信息。
优选的，所述电磁激励源包括射频信号的频率、波形、幅值、入射方向、极化方式。
优选的，所述线束建模模型库包括线缆类型和端接。
优选的，所述线缆类型包括单/多芯平直线、双/多绞线、同轴线、屏蔽线和线缆束；
所述端接包括线缆负载端接、屏蔽层端接、连接器效应。
本发明的优点是：本发明提出的飞机电磁环境效应仿真方法具有多尺度仿真计算能力和飞机典型复合材料的电磁参数库。飞机设计人员能够利用此方法快速求解电大多尺寸复合材料飞机的电磁环境效应问题，从而自顶向下地准确量化飞机各层级电磁环境效应防护设计指标。
附图说明
图1是飞机电磁环境效应仿真方法的流程图；
图2是飞机电磁环境效应仿真平台的输入输出信息实例图；
图3是飞机电磁环境效应仿真平台的组成架构实例图。
具体实施方式
本发明提出一种飞机电磁环境效应仿真方法，见图1，其特征在于：导入飞机CAD模型，并对所述飞机CAD模型进行修模和多尺度剖分形成飞机网格模型；利用飞机复合材料电磁参数库，设置飞机材料电磁参数；结合材料电磁参数对所述飞机网格模型进行区域分解数值仿真建模，得到飞机电磁模型；结合预先设置的电磁激励源，对所述飞机电磁模型在矩量法MoM基础上采用自适应交叉近似算法ACI或者多层快速多极子算法MLFMA，计算飞机内部区域的电磁场场强值。设置线缆束路径及电气特征信息，利用飞机线束建模模型库在所述飞机电磁模型内部建立线束电磁模型；结合所述电磁场场强值，对所述线束电磁模型采用高频场线耦合分析算法，计算飞机线缆束上的感应电流值。飞机设计人员能够利用此方法快速求解电大多尺寸复合材料飞机的电磁环境效应问题，从而自顶向下地准确量化飞机各层级电磁环境效应防护设计指标。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例的飞机电磁环境效应仿真平台的技术指标：具有多尺度仿真计算能力，仿真频率上限至8GHz，包含12种及以上典型复合材料的电磁参数，可导入飞机CAD模型，可自定义复合材料电磁参数和线缆束模型，能够计算求解雷电/高强辐射场(HIRF)等电磁激励源下电大多尺寸复合材料飞机内部电磁场场强和线缆束上感应电流。
飞机电磁环境效应仿真平台的输入输出信息实例见图2。
所述飞机电磁环境效应仿真平台7的输入包括：飞机网格模型1、飞机材料电磁参数信息2、线缆束路径及电气特征信息3、电磁激励源信息4。
所述飞机电磁环境效应仿真平台7的输出包括：飞机内部区域的电磁场场强值5、飞机线缆束上的感应电流值6。
本实例采用了一款有限元前处理软件9对飞机CAD模型8进行修模和多尺度剖分形成飞机网格模型1。
所述飞机网格模型：是飞机CAD模型经修模和多尺度剖分后的模型，文件格式为Stl，包含网格剖分信息。
所述飞机材料电磁参数信息：是飞机结构材料的电磁参数信息，包含12种及以上飞机典型复合材料的电磁参数。
所述线缆束路径及电气特征信息：是线缆束机上敷设路径及其截面信息(如有无防波套、防波套厚度、线芯数量、线芯直径、有无屏蔽层、屏蔽层厚度)、连接器终端阻抗信息、接地电阻信息等。
所述电磁激励源信息：是射频信号源在一定方位辐照飞机网格模型1的信息，包含射频信号的频率、波形、幅值、入射方向、极化方式等。
所述飞机内部区域的电磁场场强值：是各仿真频率下飞机内部区域的电磁场场强值及其3D显示。
所述飞机线缆束上的感应电流值：是各仿真频率下飞机线缆束上的感应电流值及其3D显示。
飞机电磁环境效应仿真平台的组成架构实例见图3。
飞机电磁环境效应仿真平台由人机交互界面11、几何数据接口12、多尺度建模模块13、线束建模模型库14、电大尺寸电磁快速算法模块15、高频场线耦合分析算法模块16、飞机复合材料电磁参数库17、电磁激励源模块18组成。通过人机交互界面11调用有限元前处理软件9，将飞机CAD模型8修模和多尺度剖分成飞机网格模型1；在几何数据接口12中导入飞机网格模型1；通过人机交互界面11设置多尺度建模模块13；通过人机交互界面11选取飞机复合材料电磁参数库17中的飞机材料电磁参数信息2；飞机网格模型1经飞机材料电磁参数信息2的设置和多尺度建模模块13的处理形成飞机电磁模型；通过人机交互界面11设置电磁激励源模块18；结合电磁激励源将飞机电磁模型经电大尺寸电磁快速算法模块15计算求解出一定仿真频率下飞机内部区域的电磁场场强值，并输出至人机交互界面11显示；通过人机交互界面11设置线缆束路径及电气特征信息3，利用线束建模模型库14，得到线束电磁模型；在求解出的飞机内部区域的电磁场场强下，线束电磁模型经高频场线耦合分析算法模块16计算，求解出一定仿真频率下飞机线缆束上的感应电流值，并输出至人机交互界面11显示。
所述多尺度建模模块：用于对飞机网格模型的区域分解数值仿真建模。
所述线束建模模型库：包括线缆类型和端接。
所述线缆类型包括单/多芯平直线、双/多绞线、同轴线、屏蔽线和线缆束；
所述线缆端接包括线缆负载端接、屏蔽层端接、连接器效应。
所述电大尺寸电磁快速算法模块：用于对飞机电磁模型的计算求解得到飞机内部区域的电磁场场强值，包括矩量法MoM、自适应交叉近似算法ACI、多层快速多极子算法MLFMA、自适应交叉近似算法和多层快速多极子算法的联合加速算法。
所述飞机复合材料电磁参数库：包含12种及以上飞机典型复合材料电磁参数信息。
Claims (9)
1.一种飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
导入飞机CAD模型，并对所述飞机CAD模型进行修模和多尺度剖分形成飞机网格模型；
利用飞机复合材料电磁参数库，设置飞机材料电磁参数信息；
结合材料电磁参数对所述飞机网格模型进行区域分解数值仿真建模，得到飞机电磁模型；
结合预先设置的电磁激励源，对所述飞机电磁模型在矩量法MoM基础上采用自适应交叉近似算法ACI或者多层快速多极子算法MLFMA，计算飞机内部区域的电磁场场强值。
2.根据权利要求1所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：
设置线缆束路径及电气特征信息，利用飞机线束建模模型库在所述飞机电磁模型内部建立线束电磁模型；
结合所述电磁场场强值，对所述线束电磁模型采用高频场线耦合分析算法，计算飞机线缆束上的感应电流值。
3.根据权利要求1所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述采用自适应交叉近似算法ACI或者多层快速多极子算法MLFMA，计算飞机内部区域的电磁场场强值，还包括：
采用自适应交叉近似算法和多层快速多极子算法的联合加速算法，计算飞机内部区域的电磁场场强值。
4.根据权利要求1所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述飞机网格模型包含网格剖分信息。
5.根据权利要求1所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述飞机材料电磁参数信息是飞机结构材料的电磁参数信息，包括介电常数和电导率。
6.根据权利要求2所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述线缆束路径及电气特征信息包括线缆束机上敷设路径、其截面信息、连接器终端阻抗信息及接地电阻信息。
7.根据权利要求1所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，所述电磁激励源包括射频信号的频率、波形、幅值、入射方向、极化方式。
8.根据权利要求2所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，
所述线束建模模型库包括线缆类型和端接。
9.根据权利要求8所述的飞机电磁环境效应仿真方法，其特征在于，
所述线缆类型包括单/多芯平直线、双/多绞线、同轴线、屏蔽线和线缆束；
所述端接包括线缆负载端接、屏蔽层端接、连接器效应。
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