无人机系统仿真设计解决方案.doc

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无人机电磁仿真系统设计解决案
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2021/1/25
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无人机电磁仿真系统设计解决案3

、智能蒙皮技术等。
其中全频谱高分辨率传感器技术是指未来无人机系统必须具备很强的目标探测能力，这就对雷达、集成红外〔IR〕焦平面阵列、紫外〔UV〕焦平面阵列、低温惯导、激光雷达和微波探测仪等的传感器在分辨率、精度、覆盖围和实时性等面提出了更高的要求。片级集成是一项新兴技术，它可以将信号产生、信号控制、信息处理、化学和物理敏感元件、液压和机械传动机构以及辐射的产生和探测等集成在一片3/8in薄片上。单片集成技术可以极大提高各种传感器和控制器的性能，并且大大降低其尺寸和费用。集成的模拟、数字、声、磁、电磁、光电和机械电路系统将在未来的无人机系统中得到广泛应用。在传统的设计概念中，飞机蒙皮是一种满足气动外形、强度和刚度要求的构造构造，当需要在飞行器上安装天线和传感器时，就在飞机蒙皮上凿，这种安装法会带来不必要的构造、气动力、温度和费用损失问题。负载和飞机机体低水平集成的结果是机体更大、空中待命时间更短〔由于更大的阻力导致飞行效率降低〕、生存力降低。比方在现有飞机上，前视红外和微光电视旋转平台、天线，甚至控制面的凸出物，不仅增加了飞机的气动阻力，而且增强了飞机的信号特征，从而使敌传感器很容易探测到无人机。智能蒙皮技术是指，在飞机设计和制造期间就将天线、传感器、发射机、接收机、信号和信息处理机、射频电缆、电力电缆、电控制电缆和温控设备嵌入飞机蒙皮。此时，*些构造外表对各种射频信号来说应该是透明的，或者具有可控属性以便信号发射和接收。各种有源和无源传感器不一定只给单一的通信、电子战、雷达、敌我识别或导航系统提供信号，天线和传感器分布可能覆盖了
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75%的飞机蒙皮，可以提供从几兆赫到光频围〔光波覆盖的频谱围，包括红外、可见光、紫外等，通常可到达吉赫，太赫〕的径。
工程仿真的重要角色
航空航天和国防工业的应用之复杂，即便是实现准确仿真这类最根底需求也需要高质量的物理域仿真及系统建模和仿真能力，并辅助以高性能计算和自动优化设计能力。天线共址时的电磁干扰评估、带复杂材料涂覆的飞机的RCS计算、功率和热管理、或关键任务系统中的嵌入式验证软件、以及如影随形的电磁、热和流体间相互作用等，ANSYS公司的研发愿景同航空航天和国防工业的需求始终保持着高度的一致。这也是该行业的客户对ANSYS的仿真技术信任长达40多年的根本原因。
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然而，想要在未来依然保持竞争力，单靠将这些各领域的仿真技术做精做深是不够的，还需要一系列关键的建模、仿真、设计和知识管理能力，从而真正做到改良整个产品开发流程。
电磁、构造、流体的多物理场仿真
ANSYS向客户提供基于统一平台、同一个参数化整机模型的电磁、构造、流体、乃至嵌入式系统的多个物理域仿真能力，能够兼顾系统在外形、电磁、热、构造等多面的需求，便的在多个物理场仿真之间进展协同验证和设计迭代。将多物理相互制约因素纳入数字化样机研发的考虑畴，使得数字化样机更加逼真。完备、全面、准确地仿真真实的物理世界。ANSYS在物理域仿真面提供的主要能力如下：
电磁、构造、流体多个物理域及其耦合仿真；
电路/电磁场双向耦合仿真；
高性能计算；
多学科优化；
图1-2 Workbench平台下的多物理场仿真机
现今，在多科研单位，建模和仿真数据的在工程师之间传递经常是封闭且效率很低的，这也经常成为误差和不确定性的源头，因为在不同软件工具之间传递模型经常导致数据丧失。例如，星载天线在环境温度及大发射功率导致的电损耗热源的混合作用下产生的温度场导致形变，从而影响天线的电性能。由于这种形变通常非常微小且不规则，和在构造和电磁仿真工具之间传递模型产生的误差几乎在同一量级，采用传统的仿真法无法准确的对这个问题进展预估。
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ANSYS提供的多物理场仿真解决案从这类特殊的多物理场耦合的问题入手，对唯一的数学模型采用不同物理域的仿真技术进展仿真，形变后的网格可在不同仿真器之间自动交互，全面解决了计算精度和效率的问题，进而延伸成为涉及多个物理场仿真的工程问题的行业标准解决案。
图1-3通过电磁场仿真得到的天线电损耗分布
ii
图1-4温升导致的应力场分布
图1-5形变前后的天线电性能〔远场向图〕变化
综上所述，无人机的电子系统涉及很宽的频段，为了防止各分系统之间的干扰以及与构造、