本發(fā)明涉及曲面fss雷達罩建模，尤其涉及一種基于沖壓仿真的不可展曲面fss雷達罩建模方法。

背景技術：

1、隨著雷達技術的發(fā)展，軍用飛行器的隱身需求日益突出。大多數(shù)軍用飛機，如戰(zhàn)斗機，有三大雷達散射源，分別是雷達艙、座艙和進氣道。其中雷達艙由于腔體散射效應，擁有很大的雷達散射截面(radar?cross?section,rcs)。由于雷達艙內(nèi)的雷達天線具有傳輸電磁波的作用，因此需要一種空間濾波器，起到天線工作頻段內(nèi)透射，天線工作頻段外截止的作用。頻率選擇表面(frequency?selective?surface,fss)就是這樣的一種空間濾波器，作用在低rcs外形的機頭雷達罩上可將帶外來波散射至其他方向，從而降低雷達艙的單站rcs。然而對于機載頻率選擇雷達罩來講，仍存在著一些難以解決的問題，首當其沖的就是建模方法與制備工藝。

2、曲面fss雷達罩在設計與制備方面有諸多難點，從設計與建模的層面講，fss單元在曲面上面臨切向與法向變形的問題，這個問題隨著單元尺度的減小變得更為突出；從制備方面講，常規(guī)的制備方法包括機械刻蝕法、激光蝕刻法、柔性膜轉移法、3d打印法等。而相較于平面多層fss雷達罩，曲面多層fss雷達罩的制備難度顯著增加：由于曲率的存在，曲面復合材料的制備、表面金屬化與刻蝕難度均大大增加。

3、公開號為cn108268696a的中國專利公開了一種頻選天線罩建模方法，該方法需要首先通過獲取天線罩罩體和fss結構無源諧振單元的參數(shù)，再構建平面fss陣列模型，通過平面后，最終建立頻選天線罩。該方法由于采用平面投影的方式，在曲面曲率變化較大時，fss天線罩上的頻選結構會發(fā)生巨大變形，從而降低了fss雷達罩建模的精度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于沖壓仿真的不可展曲面fss雷達罩建模方法，解決了現(xiàn)有技術中由于采用平面投影的方式，導致在曲面曲率變化較大時，fss天線罩上的頻選結構會發(fā)生巨大變形，從而降低了fss雷達罩建模的精度等問題。

2、本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種基于沖壓仿真的不可展曲面fss雷達罩建模方法，包括以下步驟：

4、在三維建模軟件中分別建立雷達罩的待沖壓平面板料模型和沖壓模具模型；

5、在有限元仿真軟件中利用沖壓模具模型對平面板料模型進行沖壓仿真，得到?jīng)_壓后的雷達罩網(wǎng)格模型；

6、根據(jù)沖壓模具上對應雷達罩曲面的位置確定雷達罩曲面在沖壓后板料上的對應位置；

7、根據(jù)沖壓前后板料網(wǎng)格上對應點的映射關系得到雷達罩曲面在沖壓前板料上的對應區(qū)域；

8、在沖壓前平面板料上對應雷達罩曲面的區(qū)域布置fss單元；

9、根據(jù)沖壓前后板料網(wǎng)格上對應點的映射關系，將沖壓前平面板料上的fss單元映射至沖壓后的雷達罩曲面上，得到曲面fss雷達罩的三維模型。

10、具體地，所述沖壓模具包括壓料板和若干級模具，每一級模具均包括對應的上模具和下模具，所述壓料板用于配合下模具對板料進行固定，上一級模具對應雷達罩曲面區(qū)域的曲率半徑大于下一級模具對應雷達罩曲面區(qū)域的曲率半徑。

11、進一步地，對平面板料模型進行沖壓仿真的方法包括以下步驟：

12、在有限元仿真軟件中將各級模具和壓料板的屬性設置為剛體，將板料的屬性設置為變形體；

13、在板料和各級模具上劃分三角形網(wǎng)格；

14、依次使用各級模具配合壓料板對板料進行多級沖壓，得到?jīng)_壓仿真后的雷達罩網(wǎng)格模型。

15、具體地，在得到?jīng)_壓后的雷達罩網(wǎng)格模型后，需根據(jù)沖壓前后板料上對應的三角網(wǎng)格單元的線畸變率來判斷當前雷達罩網(wǎng)格模型是否合格，線畸變率的計算公式如下：

16、

17、其中，線畸變率ξ表示三角網(wǎng)格中三條邊變形的均值，l1、l2、l3分別表示三角網(wǎng)格單元三條邊的邊長，|δl1|、|δl2|、|δl3|分別表示三角網(wǎng)格單元三條邊形變的絕對值；

18、當線畸變率ξ>10％時，表示當前雷達罩網(wǎng)格模型不合格。

19、具體地，確定雷達罩曲面在沖壓后板料上的對應位置的方法為：將模具上對應雷達罩曲面的網(wǎng)格節(jié)點沿板料單元法線方向投影至沖壓后的板料上。

20、具體地，得到雷達罩曲面在沖壓前板料上的對應區(qū)域的方法為：根據(jù)沖壓前后板料上網(wǎng)格節(jié)點之間的映射關系，在沖壓前的板料上遍歷尋找與沖壓后板料對應的雷達罩曲面區(qū)域的網(wǎng)格節(jié)點。

21、具體地，將沖壓前平面板料上的fss單元映射至沖壓后的雷達罩曲面上的方法包括：

22、記點m為沖壓前平面板料對應fss單元區(qū)域的網(wǎng)格單元δvivjvk中的某一點，則點m的坐標表示為：

23、

24、

25、其中，分別表示點m所在三角網(wǎng)格單元的三個節(jié)點坐標；分別表示點m到邊vjvk、vivk、vivj的垂直距離，分別表示邊vjvk、vivk、vivj對應的高；

26、則點m映射至沖壓后板料網(wǎng)格單元δpipjpk中的映射點t的坐標表示為：

27、

28、其中，分別表示點t所在三角網(wǎng)格單元的三個節(jié)點坐標；

29、利用上述映射公式將無厚度的單層fss單元從沖壓前的平面板料模型映射到?jīng)_壓后的雷達罩模型的不可展曲面上，得到曲面fss雷達罩的三維模型。

30、進一步地，若fss單元為多層立體結構，則需要在厚度上對fss單元進行延拓，具體方法如下：

31、記點q為沖壓前平面板料對應fss單元區(qū)域的網(wǎng)格單元δvivjvk中的某一點，將點q的坐標分解為法向和切向兩部分表示為：

32、

33、其中，為點q的法向坐標，t為點q對應的厚度值，為點q所在網(wǎng)格平面的單位法向量；表示點q的切向坐標；

34、則點q映射至沖壓后板料網(wǎng)格單元δpipjpk中的映射點r的坐標表示為：

35、

36、其中，為點t所在網(wǎng)格平面的單位法向量；

37、利用上述映射公式將有厚度的多層fss單元從沖壓前的平面板料模型映射到?jīng)_壓后的雷達罩模型的不可展曲面上，得到曲面fss雷達罩的三維模型。

38、本發(fā)明第二方面提供了一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器內(nèi)存儲有可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述不可展曲面fss雷達罩建模方法的步驟。

39、本發(fā)明第三方面提供了一種計算機可讀存儲介質，所述存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述不可展曲面fss雷達罩建模方法的步驟。

40、相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果：

41、(1)本發(fā)明利用沖壓變形的原理建立沖壓后的曲面雷達罩與沖壓前平面板料之間的映射，從而將平面板料上的周期fss圖案轉移至曲面雷達罩上，可針對任意常見形狀的復雜曲面雷達罩設計沖壓模具模型，理論上可在任意形狀的雷達罩上布置fss周期結構，得到搭載該fss的曲面雷達罩；

42、(2)本發(fā)明可建立加載精密fss單元的曲面雷達罩的模型，由于沖壓前后板料構成映射之間的畸變非常小，精密fss結構從平面轉移至曲面的過程中不會產(chǎn)生過大的變形，能夠保證不可展曲面fss雷達罩建模的精確性。