簡析電子裝備機(jī)電熱多場耦合的相關(guān)問題

張 營

（沈陽東源供熱有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽 110122）

簡析電子裝備機(jī)電熱多場耦合的相關(guān)問題

張 營

（沈陽東源供熱有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽 110122）

電子裝備設(shè)備被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。近年來，對(duì)于電子裝備的機(jī)電熱多場耦合問題的研究成了該學(xué)科的一個(gè)熱點(diǎn)。再這樣的背景下，本文首先對(duì)于幾個(gè)主要的、經(jīng)常需要用到的物理場給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述且描述了他們之間的場耦合關(guān)系，并且再此基礎(chǔ)上對(duì)于如今的電子裝備在電熱多場耦合方面存在的一些相關(guān)問題進(jìn)行了簡單的概述。

多物理場 場耦合建模 求解方式

引言

對(duì)著科技的發(fā)展，對(duì)于物理場問題的研究需要更加的深入，不僅需要研究物理場本身的性質(zhì)，還應(yīng)該對(duì)于多個(gè)物理場之間的相互作用和相互關(guān)系進(jìn)行深入的研究。所謂多物理場耦合問題（CMFP），就是指兩個(gè)或者更多的物理場通過相互之間的作用而產(chǎn)生相互影響的一種物理現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是客觀存在的。電子裝備是獲取、傳輸信號(hào)并且對(duì)其進(jìn)行處理的一種設(shè)備，猶豫其內(nèi)部的場耦合關(guān)系問題影響了其性能。因此對(duì)于電子裝備機(jī)的電熱多場耦合進(jìn)行研究，能夠很好地提升電子裝備的性能。

一、物理場描述

要想對(duì)電子裝備的機(jī)電耦合問題進(jìn)行研究，首先應(yīng)對(duì)其物理場進(jìn)行了解。電子裝備的物理場有很多種，這里簡單的介紹幾個(gè)物理場。

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)位移場

對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)位移場進(jìn)行分析，能夠得到這樣的動(dòng)力微分方程：Mδ1+Cδ2+K δ2=F。其中，M表示質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣，F(xiàn)為節(jié)點(diǎn)外載荷列陣。δ1、δ2、δ3分別表示的是節(jié)點(diǎn)的加速度列陣，速度列陣以及位移列陣。式中主要描述了機(jī)械結(jié)構(gòu)在時(shí)域上所具備的動(dòng)力方面的特性。

（三）電磁場

對(duì)于電子裝備的電磁場，主要是遵循麥克斯韋方程組。其中，麥克斯韋方程組主要描述了電場和磁場之間的關(guān)系，說明了電流和變化的電場會(huì)產(chǎn)生磁場，變化的磁場又會(huì)產(chǎn)生電場，然而二者都有著各自的性質(zhì)。

（三）熱場

一般來說，熱場中存在著傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射這樣三種熱量的傳遞方式，且每一種方式所采用的描述方程是不同的。這里就不對(duì)方程做出具體的介紹了。

（四）物理場耦合關(guān)系

通過在實(shí)際情況中對(duì)于出現(xiàn)的耦合現(xiàn)象、以及物理場本身所具備的特性進(jìn)行分析，能夠?qū)τ谖锢韴鲋g的關(guān)系作出基本的分析。然而，對(duì)于電子裝備中出現(xiàn)的各物理場的耦合關(guān)系中，有一些是可以忽略不計(jì)的。例如，在把天線的反射面當(dāng)做電磁場的邊界的過程中，如果受到外部的風(fēng)力的作用，很可能使得雷達(dá)天線變形從而影響電性能指標(biāo)。但是這種變化對(duì)于反射面的形狀是沒有直接的作用的，所以這種影響是可以忽略的。所以，在實(shí)際的過程中應(yīng)該根據(jù)具體的情況中實(shí)際的需求，來對(duì)物理場間的耦合關(guān)系進(jìn)行研究。

二、電子裝備機(jī)電耦合問題

由于國際上對(duì)于電子裝備系統(tǒng)方面的研究很少，繼續(xù)對(duì)于機(jī)電耦合方面的問題的解決方式，而機(jī)電耦合的科學(xué)內(nèi)涵則是前提。下面，就對(duì)實(shí)際的使用過程中，電子裝備出現(xiàn)的機(jī)電耦合問題進(jìn)行簡單的分析。

（一）微波天線問題

工作在微波段的天線主要有各種大型的射電望遠(yuǎn)鏡、大中型的反射面天線等。由于微波天線本身就存在著很嚴(yán)重機(jī)電耦合問題，而且由于外界的環(huán)境的影響使得這些問題變得更加的嚴(yán)重。對(duì)于大型的反射面天線，主要有這樣的問題存在：一個(gè)是機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方面的問題，另一個(gè)是反射面在不同的仰角的情況下的保型問題。由于在上文已經(jīng)提到，天線會(huì)在外界的溫度、自重等荷載作用下變形，從而產(chǎn)生電性能方面的問題。并且，在工程中還有很多隨機(jī)的因素，這使得設(shè)計(jì)的天線在實(shí)際的使用過程中沒有按照需要工作。除此之外，隨著天線的工作頻段的增加，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電磁設(shè)計(jì)之間已經(jīng)十分密切，因此必須了解到二者之間的關(guān)系。才能夠進(jìn)一步得對(duì)于天線的電磁性能和結(jié)構(gòu)性能方面進(jìn)行改進(jìn)。而且，反射面的保型要求它在不同的仰角時(shí)，始終是一同族拋物面，而這對(duì)于大口徑的反射面天線來說設(shè)計(jì)是十分困難的。這些都是對(duì)于微波天線方面存在的機(jī)電耦合問題。

（二）控制、結(jié)構(gòu)耦合

由于雷達(dá)天線具有響應(yīng)快、指向的精度高等方面的要求，為了滿足這些方面的需求，就應(yīng)該對(duì)于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制進(jìn)行集成的設(shè)計(jì)，然而需要做到這一點(diǎn)首先應(yīng)該做的就是明白兩者之間的關(guān)系。對(duì)于二者之間的集成研究，主要是集中在這樣的問題上：關(guān)于太空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方面的集成設(shè)計(jì)；對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方面的設(shè)計(jì)；對(duì)于結(jié)構(gòu)和控制的竭誠設(shè)計(jì)的問題。傳統(tǒng)的雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)中，一般都會(huì)把結(jié)構(gòu)和控制進(jìn)行分開的設(shè)計(jì)。然而，伺服系統(tǒng)，尤其是一些高性能的伺服系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)和控制方面有著很密切的耦合關(guān)系。如果在控制的設(shè)計(jì)過程中沒有考慮到伺服機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，就會(huì)使得伺服的跟蹤性能降低，從而難以達(dá)到實(shí)際的需求；如果在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，沒有考慮到控制的作用，就難以設(shè)計(jì)出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，甚至難以設(shè)計(jì)出滿足要求的結(jié)構(gòu)。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式使得雷達(dá)的性能受到了很大的約束。

（三）電、熱耦合問題

在電子裝備的內(nèi)部，機(jī)、電、熱三個(gè)穿之間有著很密切的關(guān)系。電子設(shè)備的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于電子裝備的結(jié)構(gòu)位移場有著很大的影響，而結(jié)構(gòu)圍異常對(duì)于電子設(shè)備的溫度場也有著很大的影響。并且，電子裝備的溫度場如果發(fā)生改變，電子設(shè)備的性能也會(huì)隨之而改變。對(duì)于傳統(tǒng)的高密度組裝系統(tǒng)的電子設(shè)備，對(duì)于結(jié)構(gòu)、電磁兼容、和通風(fēng)散熱方面的設(shè)計(jì)，由于需求的不同采用了不同的設(shè)計(jì)方式，然而正是由于這樣使得不同的設(shè)計(jì)方案之間經(jīng)常發(fā)生沖突，這就使得設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)了很大的問題。因此，應(yīng)該從多場耦合的角度出發(fā)，對(duì)于電子裝備建立機(jī)電熱的多場耦合模型，從而對(duì)于電子裝備的性能進(jìn)行改進(jìn)。

三、結(jié)論

對(duì)于電子裝備來說，機(jī)電熱的多場耦合問題對(duì)于其性能有著較大的影響。所以，本文主要在對(duì)于電子裝備的機(jī)、電、熱三個(gè)物理場進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，以雷達(dá)天線為例對(duì)于電子裝備中存在的機(jī)電熱三者之間的耦合關(guān)系進(jìn)行了簡單的介紹，希望為了對(duì)于電子裝備的性能改進(jìn)起到一些參考作用。

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1007-6344（2015）12-0097-01