一种大功率聚能反射罩的设计方法

摘要

本发明提出了一种大功率聚能反射罩的设计方法，首先以最佳费效比原则设计聚能反射罩外观结构，生成理想曲面型值表；然后以最佳反射效率原则，对聚能反射罩进行动力学和非线性声学分析，优化反射罩结构，获取修订曲面型值表并形成型面加工数据。本发明综合考虑动力学分析和非线性因素对聚能反射罩型面进行系统集成优化设计，大大提高了聚能反射罩的设计效率，并得到了最佳聚能的定向辐射性能；基于最佳费效比原则对聚能反射罩进行设计，降低了聚能反射罩的体积、重量和制造成本，便于搭载平台的安装和成阵；考虑了非线性效应，对聚能反射罩的型面进行修订，使其在额定载荷下的聚能综合效应达到了理想型面的最优反射效果。

主权项

一种大功率聚能反射罩的设计方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：生成理想曲面型值表：步骤1.1：取聚能增益F为其中h为反射罩深度，b为椭球面反射罩长轴，ε为椭球面反射罩的偏心率，0≤h≤2b；保持椭球面反射罩半焦距c不变，求聚能增益F对反射罩深度h的二次偏导；将若干反射罩深度h代入聚能增益F对反射罩深度h的二次偏导，得到二次偏导数相对增加量小于0.1dB时对应的反射罩深度h为最佳费效比下的反射罩深度；步骤1.2：由步骤1.1得到的为最佳费效比下的反射罩深度h，并根据椭球面反射罩的椭球面曲面方程得到椭球体的长轴b、短轴a以及反射罩的开口半径w，形成理想曲面型值表；步骤2：获取修订曲面型值表：步骤2.1：采用有限元软件构造反射罩的有限元分析模型，并且忽略反射罩的螺栓孔、螺纹和倒角因素；步骤2.2：利用KZK方程和线性声学方法反演反射面压力分布，得到反射罩内表面的入射波压力模型P1；步骤2.3：对步骤2.1建立的反射罩的有限元分析模型中的反射罩内表面加载入射波压力模型P1，并计算反射罩在冲击载荷作用下的响应，通过有限元软件优化反射罩结构并分析确定反射罩的额定工作载荷；步骤2.4：根据步骤2.3确定的反射罩的额定工作载荷，调整步骤1得到的反射罩理想曲面型值表中对应点的坐标，使得反射罩在额定载荷作用下保持椭球型面，调整后的理想曲面型值表为修订曲面型值表；步骤3：获取加工曲面型值表：步骤3.1：根据声脉冲波的脉冲幅值、声脉冲波传递媒质的热传导和粘滞性以及步骤2得到的反射罩修订曲面型值表，利用KZK近似波动方程建立非线性反射、吸收和衍射声场分布模型，得到反射罩的声场分布；步骤3.2：采用时域方法求解反射罩的声场分布，以反射罩焦点处实测声脉冲波作为输入数据，利用KZK逆向法求解初始波形，将求得的初始波形代入KZK近似波动方程，计算不同反射罩尺寸下的聚束声场分布，形成非线性因素修订因子，利用非线性因素修订因子对修订曲面型值表进行修订，得到加工曲面型值表。