CN111274726A - 一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法 - Google Patents

一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法 Download PDF

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CN111274726A CN202010047861.0A CN202010047861A CN111274726A CN 111274726 A CN111274726 A CN 111274726A CN 202010047861 A CN202010047861 A CN 202010047861A CN 111274726 A CN111274726 A CN 111274726A
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Abstract

本发明提出了一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，该方法主要包括如下步骤：S1：建立天线罩力学计算电磁学计算有限元模型；S2：对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件；S3：完成对静力学问题的求解，并提取节点位移；S4：基于S3提取的节点位移重构温度载荷下变形的有限元模型；S5：基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型；S6：完成对于S5中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析；S7：完成对于S1.2中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析。

Description

一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法
技术领域
本发明属于计算电磁学结构强度交叉领域，尤其涉及一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法。
背景技术
随着航空航天技术不断朝着高速化、轻量化发展，各类飞行器面临的飞行工况也越来越复杂。高速飞行的飞行器承担的载荷主要体现在高速飞行所带来复杂的温度载荷。天线罩位于整个飞行器的最前端，直接承担高速飞行的飞行器所带来的温度载荷。同时，天线罩又承担着对于整个飞行器雷达制导等关键电子元器件的保护功能。但是，在飞行器实际的设计过程中，天线罩的强度设计和电磁性能设计往往是两个团队，这就导致在实际的设计环节中出现迭代周期长、迭代成本高等一系列的问题。因此，对天线罩联合温度场和电磁场进行计算和仿真就显得极其重要。在各类文献中，针对电大尺寸天线罩考虑热、电场耦合的分析暂还存在空白，几乎没有公开文献对这一块进行过专业的探讨和系列的研究。因此，针对服役在复杂温度场下的天线罩，开展热电联合仿真计算就显得极其重要，这也成为了现在飞行器设计过程中的一个急需解决的技术难题。
发明内容
发明目的：解决目前在天线罩研发过程研发周期长、迭代成本高、力学和电磁学之间没有交叉学科导致天线罩电性能和力学性能无法同时优化等问题，降低天线罩的设计周期和设计成本。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，包括以下步骤：
S1：建立天线罩力学计算有限元模型、电磁学计算未变形有限元模型；
S2：对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件；
S3：完成对静力学问题的求解，对计算结果进行后处理，提取节点位移；
S4：基于Python语言完重构S3有限元模型，得到温度载荷下变形的有限元模型；
S5：基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型；
S6：完成对于S5中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析；
S7：完成对于S1中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析，并和S6的分析结果进行对比，获得气动热载荷对于天线罩透波性能的影响。
更进一步地，所述步骤S1建立天线罩力学计算有限元模型、电磁学计算未变形有限元模型，具体包括：
S1.1：基于HyperMesh软件为天线罩的几何结构划分六面体单元有限元网格，初步建立力学计算有限元模型。
S1.2：基于HyperMesh软件将天线罩几何结构的外表面划分为三角形单元有限元网格，建立电磁学计算未变形有限元模型。
S1.3：对步骤S1.1建立的有限元模型设置材料属性。
更进一步地，所述步骤S2对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件，具体包括：
S2.1：添加材料属性，并将天线罩风洞试验实验数据中天线罩头部和尾部的实际温度施加于S1.1建立的有限元模型上；
S2.2：将上述所有的模型输出为inp文件，基于Abaqus求解器，对S2.1的有限元模型进行传热分析，获得其所有节点的稳态节点温度；
S2.3：将S2.2中的稳态节点温度作为温度载荷施加于S1.1建立的有限元模型；
S2.4：将S2.3中建立的有限元模型的尾部施加固支的边界条件。
更进一步地，所述步骤S3完成对静力学问题的求解，对计算结果进行后处理，提取节点位移，具体包括：
S3.1：设置传热分析求解类型、求解时间、输出变量和输出参数；
S3.2：将S3.1建立的模型输出为inp文件进行静力学求解，求解方式如下：
为了求得天线罩弹性单元的温度应力，首先要导出热弹性力学的基本方程和边界条件，命弹性体的各点的变温ΔT＝T2-T1，即是后一瞬时的温度减去前一瞬时的温度，ΔT升温时为正，降温时为负，弹性体内各个点的微小长度不受到约束，将发生正应变αΔT，其中，α是天线罩弹性单元弹性体的线热膨胀系数，ΔT为温度变化量，在各向同性材料中，系数α不随方向的改变而改变，随意这种正应变的各个方向都是相同的，因而也就没有剪应变的产生，在α不随温度的变化发生变化时，可以得到天线罩弹性单元内各个点的应变分量：εx＝εy＝εz＝αΔT，γxy＝γzy＝γzx＝0，εx,εy,εz分别是变形体在三维空间中X，Y，Z的正应变，γxy＝γzy＝γzx分别是变形体在三维空间中XY，ZY，ZX平面的剪切应变；
天线罩弹性单元受到外在约束以及内部的各个点约束时并不能发生上述的线性应变，就会产生温度应力，因此可以得到式(1)：
Figure BDA0002370063660000031
Figure BDA0002370063660000032
Figure BDA0002370063660000033
Figure BDA0002370063660000034
Figure BDA0002370063660000035
Figure BDA0002370063660000036
σx,σy,σz分别是变形体在三维空间中X，Y，Z的正应力，τxy,τyz,τxz分别是变形体在三维空间中XY，ZY，ZX平面的剪切应力，E为弹性模量，μ为泊松比；
在只有变温ΔT存在的情况下，温度场的位移和应力响应可以等效为平面问题：
σx＝0,τyz＝0,τzx＝0
因此，式(1)可以表示为：
Figure BDA0002370063660000037
Figure BDA0002370063660000038
Figure BDA0002370063660000039
由上式可以求得温度场下的天线罩弹性单元应变分量和由变温ΔT表示的应力分量的物理方程：
Figure BDA00023700636600000310
Figure BDA00023700636600000311
Figure BDA00023700636600000312
可以得到相似的天线罩弹性单元平面应变问题的热弹性力学的物理方程：
Figure BDA0002370063660000041
Figure BDA0002370063660000042
Figure BDA0002370063660000043
弹性力学平面问题的几何方程和平衡微方程为：
Figure BDA0002370063660000044
u和v分别是平面内X方向和Y方向位移；
平衡微方程给出的是天线罩弹性单元体内的应力和外力之间的平衡关系，不会由于引起应力的原因不同而改变平衡状态。
求解温度应力时，一般都宜于按照位移求解，推导按照位移求解平面变温度应力的基本途径如下：
按照平面应变问题进行公式等效可以得到：
Figure BDA0002370063660000045
将上式导入平衡微方程，化简后可以得到：
Figure BDA0002370063660000046
Figure BDA0002370063660000047
由无面力应力条件边界条件可知求解应力平面问题的应力边界条件：
Figure BDA0002370063660000048
Figure BDA0002370063660000049
l，m为边界外法线方向和X、Y方向的夹角的余弦，位移边界条件仍然为：
Figure BDA00023700636600000410
us，
Figure BDA0002370063660000051
vs，
Figure BDA0002370063660000052
为已知边界平面上X方向和Y方向位移；
将上述位移坐标转化为全局坐标系，即可得到结构在X、Y、Z方向上的位移：ux uyuz。
更进一步地，所述步骤S4基于Python语言完重构S3有限元模型，得到温度载荷下变形的有限元模型，具体包括：
S4.1：基于Python脚本读取S3.2生成的inp文件，获得节点的X、Y、Z坐标值；
S4.2：将S4.1读取的节点坐标值与S3.2获取的X、Y、Z方向上的位移ux uy uz位移值进行算数求和；
S4.3：将S4.2求和之后的节点坐标重新写入S3.2生成的inp文件。
更进一步地，所述步骤S5基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型，具体包括：
S5.1：将S4.3生成的inp文件重新导入HyperMesh软件，通过软件提取天线罩模型的外表面有限元模型；
S5.2：将S5.1提取的外表面有限元模型的类型改为三角形，有限元模型三角形单元周长改为波源波长的五分之一，进行重新绘制，输出新的inp文件。
更进一步地，所述步骤S6完成对于S5中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析，具体包括：
S6.1：将S5.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数；
S6.2：建立垂直极化的振子天线模型，并设置激励方式和大小；
S6.3：设置远场参数、求解截断误差；
S6.4：为获得温度场下天线罩的透波性能，将S6.3生成的模型文件按照下式的计算方式进行计算：
等效传输线理论相比于传统的传输线理论针对不同的材料板的厚度和层数有十分出色的通用性。由不同层数的介质板依次叠组成的天线罩模型相当于是不同的传输矩阵的级联，如图2所示，θi为天线罩内天线产生的电磁波在罩内入射时的入射角，di是第i层介质的厚度，ε0,εi,μ0,μi分别是在空气或真空中介电常数、介质材料的相对介电常数、空气或真空中磁导率、介质材料的相对磁导率，数学表达式为：εi＝εr(1-jtanδ),μi＝μr(1-jtanδm)，εr,μr分别是相对介电常数和相对磁导率，tanδ,tanδm分别是电场和磁场中的损耗角正切值，下标m代表磁场。
在热-电一体化分析中，温度场对于天线罩的影响主要体现在介质厚度、介电常数和损耗角正切上。考虑介电常数和损耗角正切在气动热载荷下的变化，可以得到：
Figure BDA0002370063660000061
其中，Tt为温度场作用下n级四端网络的网络总联矩阵，下标t代表此矩阵受温度场的影响。下标n代表等效网络的级数。在温度场作用下的第n层介质平板的第i层介质的传输矩阵可以表示为：
Figure BDA0002370063660000062
其中，下标t代表参数受温度场的影响，
Figure BDA0002370063660000063
Zti温度场下为第i层变形的介质相对于自由空间的归一化特征阻抗，可以表示为：
Figure BDA0002370063660000064
θti为电磁波从温度场下第i-1层变形介质透射到第i层变形介质的入射角，并且满足斯涅尔定理
Figure BDA0002370063660000065
εti、μti、εt(i-1)、μt(i-1)表示电磁波从温度场下第i-1层变形介质透射到第i层变形介质时，第i层的介电常数、磁导率，第i-1层的介电常数、磁导率，下标t代表参数受温度场的影响。λ0为电磁波在真空中的波长，“sh”和“ch”分别为双曲正弦和双曲余弦函数，Z0为电磁波在空气中的阻抗，dti表示在温度场下发生变形的第i层介质厚度；
最终可以得到温度场作用下的天线罩介质平板的传输系数Tt：
Figure BDA0002370063660000066
At、Bt、Ct、Dt可由网络总联矩阵Tt得到；
最终可以得到天线罩在温度场作用下的功率传输系数：
Ttv＝|Tt|2
下标tv代表功率传输系数受到温度场的影响。
更进一步地，所述步骤S7完成对于S1.2中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析，具体包括：
S7.1：将S1.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数；
S7.2：建立水平极化的振子天线模型，并设置激励方式和大小；
S7.3：设置远场参数、求解截断误差；
S7.4：将S7.3生成的模型文件提交进行计算，获得原始状态下天线罩的透波性能，具体计算方式如下：
由不同层数的介质板依次叠组成的天线罩模型相当于是不同的传输矩阵的级联，如图2所示，θi为天线罩内天线产生的电磁波在罩内入射时的入射角，di是第i层介质的厚度，εi,μi分别是第i层介质的材料的介电常数、磁导率，数学表达式为：εi＝εr(1-jtanδ),μi＝μr(1-jtanδm)，εr,μr分别是相对介电常数和相对磁导率,tanδ,tanδm分别是电场和磁场中的损耗角正切值，下标i代表介质层数。
对于n层介质板，可以等效为n级四端网络，其网络总联矩阵为S：
Figure BDA0002370063660000071
其中，第n层介质平板的第i层介质的传输矩阵可以表示为：
Figure BDA0002370063660000072
其中，
Figure BDA0002370063660000073
λ0为电磁波在真空中的波长，sh和ch分别为双曲正弦和双曲余弦函数，Zi为第i层介质相对于自由空间的归一化特征阻抗，垂直极化的归一化特征阻抗为
Figure BDA0002370063660000074
Z0为电磁波在空气中的阻抗，下标0代表电磁波传播介质为真空，θi为电磁波从i-1层介质透射到第i层介质的入射角，并且满足斯涅尔定理
Figure BDA0002370063660000075
di表示第i层介质的厚度；εi、μi、εi-1、μi-1表示电磁波第i-1层介质透射到第i层介质时，第i层的介电常数、磁导率，第i-1层的介电常数、磁导率；
综上，对于介质平板的传输系数Q可以表示为：
Figure BDA0002370063660000081
A、B、C、D可由网络总联矩阵S得到；
因此，天线罩的功率传输系数为：Tv＝|Q|2，其中，v代表功率传输系数。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明提出一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，该方法从电磁学等效四端口网络出发，将天线罩实际工作状态下的温度场作为电磁学分析初始条件，能够在天线罩初期设计阶段统筹考虑其力学领域的温度场和电磁学领域的透波性能。此分析方法能够突破在天线罩初期设计阶段中力学和电磁学的学科界限，极大程度上缩短在天线罩设计初期力学设计团队和电磁学设计团队的迭代周期和相关设计成本。具有较高的工程价值。
附图说明
图1热电耦合分析流程图；
图2多层平板电磁波传输示意图；
图3气动热载荷下天线罩透波性能曲线。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明提出一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，具体包括以下步骤：
S1：建立天线罩力学计算有限元模型、电磁学计算未变形有限元模型；
S1.1：基于HyperMesh软件为天线罩的几何结构划分六面体单元有限元网格，初步建立力学计算有限元模型。
具体的六面体单元尺寸为：100mm。
S1.2：基于HyperMesh软件将天线罩几何结构的外表面划分为三角形单元有限元网格，建立电磁学计算未变形有限元模型。
具体的三角形单元尺寸为：10mm。
S2：对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件；
S2.1：添加材料属性，并将天线罩子头部施加1100℃的热流，尾部时间200℃的热流。
具体的，材料密度：1.060×103(Kg/m3)；材料弹性模量：61.3GPA；泊松比：0.325；热导率：2.35W/m·K；比热容：765J/Kg·K。
S2.2：将上述所有的模型输出为inp文件，基于Abaqus求解器，对S2.1的有限元模型进行传热分析，获得其所有节点的稳态节点温度。
S2.3：将S2.2中的稳态节点温度作为温度载荷施加于S1.1建立的有限元模型。
S2.4：将S2.3见建立的有限元模型的尾部施加固支的边界条件。
S3：完成对静力学问题的求解，对计算结果进行后处理，提取节点位移；
S3.1：求解时间：10s、输出变量和参数：节点位移，单元应力。
S3.2：基于S3.2的静力学求解算法，将S3.1建立的模型输出为inp文件进行静力学求解。
S4：基于Python语言完重构S3有限元模型，得到温度载荷下变形的有限元模型；
S4.1：基于Python脚本读取S3.2生成的inp文件，获得节点的X、Y、Z坐标值。
S4.2：将S4.1读取的节点坐标值与S3.3获取的X、Y、Z方向上的位移：ux uy uz位移值进行算数求和。
S4.3：将S4.2求和之后的节点坐标重新写入S3.2生成的inp文件。
S5：基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型；
S5.1：将S4.3生成的inp文件重新导入HyperMesh软件，通过软件提取天线罩模型的外表面有限元模型。
S5.2：将S5.1提取的外表面有限元模型的类型改为三角形，大小改为波源的五分之一，进行重新绘制，输出新的inp文件。
S6：完成对于S6中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析；
S6.1：将S5.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数。
S6.2：建立垂直极化的振子天线模型，并设置激励方式：电压激励；激励大小为：1V。
S6.3：设置多层快速多极子求解算法、远场参数：天线全局坐标系下的XOZ平面、YOZ平面、求解截断：0.018。
S6.4：基于S6.3的电磁场求解算法，将S6.3生成的模型文件提交进行计算，获得温度场下天线罩的透波性能。
S7：完成对于S1.2中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析；
S7.1：将S1.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数。
S7.2：建立水平极化的振子天线模型，并设置激励方式：电压激励；激励大小为：1V。
S7.3：设置多层快速多极子求解算法、远场参数：天线全局坐标系下的XOZ平面、YOZ平面、求解截断：0.018。
S7.4：基于S7.3的电磁场求解算法，将S7.3生成的模型文件提交进行计算，获得原始状态下天线罩的透波性能。计算结果见图3所示。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1：建立天线罩力学计算有限元模型、电磁学计算未变形有限元模型；
S2：对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件；
S3：完成对静力学问题的求解，对计算结果进行后处理，提取节点位移；
S4：基于Python语言完重构S3有限元模型，得到温度载荷下变形的有限元模型；
S5：基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型；
S6：完成对于S5中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析；
S7：完成对于S1中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析，并和S6的分析结果进行对比，获得气动热载荷对于天线罩透波性能的影响。
2.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1建立天线罩力学计算有限元模型、电磁学计算未变形有限元模型，具体包括：
S1.1：基于HyperMesh软件为天线罩的几何结构划分六面体单元有限元网格，初步建立力学计算有限元模型。
S1.2：基于HyperMesh软件将天线罩几何结构的外表面划分为三角形单元有限元网格，建立电磁学计算未变形有限元模型。
S1.3：对步骤S1.1建立的有限元模型设置材料属性。
3.根据权利要求2所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S2对S1建立的力学有限元模型添加材料属性、施加温度载荷、边界条件，具体包括：
S2.1：添加材料属性，并将天线罩风洞试验实验数据中天线罩头部和尾部的实际温度施加于S1.1建立的有限元模型上；
S2.2：将上述所有的模型输出为inp文件，基于Abaqus求解器，对S2.1的有限元模型进行传热分析，获得其所有节点的稳态节点温度；
S2.3：将S2.2中的稳态节点温度作为温度载荷施加于S1.1建立的有限元模型；
S2.4：将S2.3中建立的有限元模型的尾部施加固支的边界条件。
4.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S3完成对静力学问题的求解，对计算结果进行后处理，提取节点位移，具体包括：
S3.1：设置传热分析求解类型、求解时间、输出变量和输出参数；
S3.2：将S3.1建立的模型输出为inp文件进行静力学求解，求解方式如下：
(3.1.1)首先导出热弹性力学的基本方程和边界条件，命弹性体的各点的变温ΔT＝T2-T1，即是后一瞬时的温度减去前一瞬时的温度，ΔT升温时为正，降温时为负，弹性体内各个点的长度不受到约束，将发生正应变αΔT，其中，α是天线罩弹性单元弹性体的线热膨胀系数，ΔT为温度变化量，在α不随温度的变化发生变化时，可以得到天线罩弹性单元内各个点的应变分量：εx＝εy＝εz＝αΔT，γxy＝γzy＝γzx＝0，εx,εy,εz分别是变形体在三维空间中X，Y，Z的正应变，γxy＝γzy＝γzx分别是变形体在三维空间中XY，ZY，ZX平面的剪切应变；
(3.1.2)天线罩弹性单元受到外在约束以及内部的各个点约束时并不能发生上述的线性应变，就会产生温度应力，因此可以得到式(1)：
Figure FDA0002370063650000021
Figure FDA0002370063650000022
Figure FDA0002370063650000023
Figure FDA0002370063650000024
Figure FDA0002370063650000025
Figure FDA0002370063650000026
σx,σy,σz分别是变形体在三维空间中X，Y，Z的正应力，τxy,τyz,τxz分别是变形体在三维空间中XY，ZY，ZX平面的剪切应力，E为弹性模量，μ为泊松比；
在只有变温ΔT存在的情况下，温度场的位移和应力响应可以等效为平面问题：
σx＝0,τyz＝0,τzx＝0
因此，式(1)可以表示为：
Figure FDA0002370063650000031
Figure FDA0002370063650000032
Figure FDA0002370063650000033
由上式可以求得温度场下的天线罩弹性单元应变分量和由变温ΔT表示的应力分量的物理方程：
Figure FDA0002370063650000034
Figure FDA0002370063650000035
Figure FDA0002370063650000036
可以得到相似的天线罩弹性单元平面应变问题的热弹性力学的物理方程：
Figure FDA0002370063650000037
Figure FDA0002370063650000038
Figure FDA0002370063650000039
弹性力学平面问题的几何方程和平衡微方程为：
Figure FDA00023700636500000310
u和v分别是平面内X方向和Y方向位移；
按照平面应变问题进行公式等效可以得到：
Figure FDA00023700636500000311
将上式导入平衡微方程，化简后可以得到：
Figure FDA0002370063650000041
Figure FDA0002370063650000042
由无面力应力条件边界条件可知求解应力平面问题的应力边界条件：
Figure FDA0002370063650000043
Figure FDA0002370063650000044
l，m为边界外法线方向和X、Y方向的夹角的余弦，位移边界条件仍然为：
Figure FDA0002370063650000045
us，
Figure FDA0002370063650000046
vs，
Figure FDA0002370063650000047
为已知边界平面上X方向和Y方向位移；
将上述位移坐标转化为全局坐标系，即可得到结构在X、Y、Z方向上的位移：ux uy uz。
5.根据权利要求4所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S4基于Python语言完重构S3有限元模型，得到温度载荷下变形的有限元模型，具体包括：
S4.1：基于Python脚本读取S3.2生成的inp文件，获得节点的X、Y、Z坐标值；
S4.2：将S4.1读取的节点坐标值与S3.2获取的X、Y、Z方向上的位移ux uy uz位移值进行算数求和；
S4.3：将S4.2求和之后的节点坐标重新写入S3.2生成的inp文件。
6.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S5基于HyperMesh软件对S4中变形的有限元模型进行重构得到电磁学计算有限元模型，具体包括：
S5.1：将S4.3生成的inp文件重新导入HyperMesh软件，通过软件提取天线罩模型的外表面有限元模型；
S5.2：将S5.1提取的外表面有限元模型的类型改为三角形，有限元模型三角形单元周长改为波源波长的五分之一，进行重新绘制，输出新的inp文件。
7.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S6完成对于S5中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成温度载荷下天线罩透波性能分析，具体包括：
S6.1：将S5.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数；
S6.2：建立垂直极化的振子天线模型，并设置激励方式和大小；
S6.3：设置远场参数、求解截断误差；
S6.4：为获得温度场下天线罩的透波性能，将S6.3生成的模型文件按照下式的计算方式进行计算：
(6.4.1)设θi为天线罩内天线产生的电磁波在罩内入射时的入射角，di是第i层介质的厚度，ε0,εi,μ0,μi分别是在空气或真空中介电常数、介质材料的相对介电常数、空气或真空中磁导率、介质材料的相对磁导率，数学表达式为：εi＝εr(1-jtanδ),μi＝μr(1-jtanδm)，εr,μr分别是相对介电常数和相对磁导率，tanδ,tanδm分别是电场和磁场中的损耗角正切值，下标m代表磁场；
(6.4.2)考虑介电常数和损耗角正切在气动热载荷下的变化，可以得到：
Figure FDA0002370063650000051
其中，Tt为温度场作用下n级四端网络的网络总联矩阵，下标t代表此矩阵受温度场的影响，下标n代表等效网络的级数，在温度场作用下的第n层介质平板的第i层介质的传输矩阵可以表示为：
Figure FDA0002370063650000052
其中，下标t代表参数受温度场的影响，
Figure FDA0002370063650000053
Zti温度场下为第i层变形的介质相对于自由空间的归一化特征阻抗，可以表示为：
Figure FDA0002370063650000054
θti为电磁波从温度场下第i-1层变形介质透射到第i层变形介质的入射角，并且满足斯涅尔定理
Figure FDA0002370063650000055
εti、μti、εt(i-1)、μt(i-1)表示电磁波从温度场下第i-1层变形介质透射到第i层变形介质时，第i层的介电常数、磁导率，第i-1层的介电常数、磁导率，下标t代表参数受温度场的影响，λ0为电磁波在真空中的波长，sh和ch分别为双曲正弦和双曲余弦函数，Z0为电磁波在空气中的阻抗，dti表示在温度场下发生变形的第i层介质厚度；
最终可以得到温度场作用下的天线罩介质平板的传输系数Tt：
Figure FDA0002370063650000061
At、Bt、Ct、Dt可由网络总联矩阵Tt得到；
最终可以得到天线罩在温度场作用下的功率传输系数：
Ttv＝|Tt|2
下标tv代表功率传输系数受到温度场的影响。
8.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的天线罩电磁性能分析方法，其特征在于，所述步骤S7完成对于S1.2中建立的电磁学计算有限元模型的电磁介质参数设置以及天线建模，完成原始状态天线罩透波性能分析，具体包括：
S7.1：将S1.2生成的inp文件导入FEKO中，设置电磁材料参数；
S7.2：建立水平极化的振子天线模型，并设置激励方式和大小；
S7.3：设置远场参数、求解截断误差；
S7.4：将S7.3生成的模型文件提交进行计算，获得原始状态下天线罩的透波性能，具体计算方式如下：
(7.3.1)设置θi为天线罩内天线产生的电磁波在罩内入射时的入射角，di是第i层介质的厚度，εi,μi分别是第i层介质的材料的介电常数、磁导率，表达式为：εi＝εr(1-jtanδ),μi＝μr(1-jtanδm)，εr,μr分别是相对介电常数和相对磁导率,tanδ,tanδm分别是电场和磁场中的损耗角正切值，下标i代表介质层数；
(7.3.2)对于n层介质板，可以等效为n级四端网络，其网络总联矩阵为S：
Figure FDA0002370063650000062
其中，第n层介质平板的第i层介质的传输矩阵可以表示为：
Figure FDA0002370063650000063
其中，
Figure FDA0002370063650000064
λ0为电磁波在真空中的波长，sh和ch分别为双曲正弦和双曲余弦函数，Zi为第i层介质相对于自由空间的归一化特征阻抗，垂直极化的归一化特征阻抗为
Figure FDA0002370063650000071
Z0为电磁波在空气中的阻抗，下标0代表电磁波传播介质为真空，θi为电磁波从i-1层介质透射到第i层介质的入射角，并且满足斯涅尔定理
Figure FDA0002370063650000072
di表示第i层介质的厚度；εi、μi、εi-1、μi-1表示电磁波第i-1层介质透射到第i层介质时，第i层的介电常数、磁导率，第i-1层的介电常数、磁导率；
综上，对于介质平板的传输系数Q可以表示为：
Figure FDA0002370063650000073
A、B、C、D可由网络总联矩阵S得到；
因此，天线罩的功率传输系数为：Tv＝|Q|2
其中，v代表功率传输系数。
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