面向性能区间的共形承载天线结构因素反演设计方法

As a novel multifunctional aircraft structure (MAS) with both structural and electrical functions, the Conformal Load Bearing Antenna Structure (CLAS) has great potential in military and civilian application. For the uncertainty problems in the manufacture of CLAS, such as manufacturing defects, fabrication tolerance and material tolerance. Firstly, from the view of the coupled structural-electromagnetic-thermal theory, the relationship between structural factors interval and electromagnetic (EM) performance interval is researched through interval mathematics, and propose the interval coupled model of the CLAS. Secondly, based on the interval coupled model, research the influence mechanism of typical manufacturing defects on the performances of the three disciplines (mechanical structure, electromagnetism and heat transmission). Thirdly, based on the desired EM performance, propose the inversion model of the structural factors and manufacturing defects of the CLAS, considering multiple uncertainty factors. Finally, a multidisciplinary optimization model is established via the proposed interval coupled model and inversion model, the robust design the structural factors of the novel CLAS is proposed. In order to valid the interval coupled model, influence mechanism and inversion model, some test exemplars are developed, and the performances of the three disciplines are measured. According to the experimental data, improve the theoretical model and design method.

作为一种兼具天线电磁功能和结构承载功能的新型电子装备，共形承载天线（CLAS）极具应用前景。本项目针对目前共形承载天线制造中存在的制造缺陷、加工误差和材料误差等不确定因素，利用区间理论，从机电耦合的角度研究CLAS结构因素区间与（电）性能区间的耦合关系，建立区间模型；研究CLAS制造缺陷对多学科功能特性的影响关系，挖掘影响机理；利用区间模型和影响机理建立主要功能特性到结构因素/制造缺陷的反演模型，反演结果可作为工艺缺陷调控的依据；在此基础上，建立面向（电）性能区间，考虑制造不确定因素的CLAS多学科反演优化设计模型，根据性能反演设计结构因素的公差区间，可用于CLAS结构因素的稳健设计。在设计层面，以保可制造性为目标降低制造难度提高成品率（性能指标不降低），以保性能为目标提高性能指标（制造难度不增加）。为我国高性能共形承载天线的研制奠定坚实的理论基础。

作为一种兼具天线电磁功能和结构承载功能的新型电子装备，共形承载天线（CLAS）极具应用前景。本项目针对目前共形承载天线研制中存在的诸多问题，从系统的高度与耦合的角度开展研究。建立了区间形式的CLAS天线机电耦合模型，实现了对制造和服役环境不确定因素对电性能的影响分析；针对区间扩张问题，提出了基于泰勒展开的扩展抑制方法，有效抑制非独立变量导致的区间扩张；研究了针对耐高温陶瓷基板的曲面天线3D打印工艺和陶瓷基板激光焊接工艺，及其对最终CLAS电性能的影响，实现了面向性能的工艺反演与调控；以此为基础提出了多学科的反演优化模型与设计方法，进行了稳健设计，开展了液态金属频选（FSS）流道的拓扑优化，并提出了新型架构的耐高温CLAS设计方案。为我国高性能共形承载天线的研制奠定坚实的理论基础。. 在本项目支持下，项目组共计发表论文30篇，其中 SCI 检索的国际期刊18篇，包括 IEEE Trans. Antennas Propag. （天线领域一区TOP期刊，3篇），IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.（天线领域二区TOP期刊，3篇）等天线领域的国际主流刊物；中文刊物论文3篇，国际会议论文9篇，在天线领域顶会APS2021组织分会并担任共同分会主席1次。授权发明专利11 项，申请专利5项，实现专利转化2项，合同金额 20万元。相关成果成功应用于载人航天、深空探测、防空反导、空间碎片监视、四代机等国家重大工程中，取得显著的社会、经济及军事效益。获得2020年陕西省教育厅科技进步一等奖（排名3），2021年国家科技进步一等奖（排名14），2022年中国电子学会科技进步一等奖（排名3）。项目负责人获2021年国家万人计划青年拔尖人才称号，获批2022年陕西省杰出青年基金项目。依托该自然基金的基础研究，项目负责人牵头获批GF项目多项，包括千万级重大项目1项，百万级重点项目2项，另有省部级项目多项，有力促进了理论成果的应用与转化。