1、天线罩结构
天线罩外形尺寸如图1所示，其中天线罩由上下端板、天线罩筒体和中支撑板组成，其总体外形尺寸φ850mm*350mm。
图1天线罩尺寸图
图 2天线罩结构形式
天线罩各部分的重量分布如表1所示，总重量为68kg，其中复合材料罩体部分重量为34kg。
表1 天线罩各部分重量
部件 |
重量（kg） |
备注 |
上端板 |
12 |
|
下端板 |
12 |
|
中支撑板 |
10 |
|
天线罩体 |
34 |
|
总重量 |
68 |
2、环境适应性要求
3、材料参数
天线罩筒体为20mm厚氰酸酯/石英复合材料，端板及撑板选用钛合金，两种材料的主要性能参数如下所示：
表2 氰酸酯/石英复合材料性能参数
名称 |
数值 |
单位 |
拉伸强度 |
700 |
MPa |
拉伸模量 |
22 |
GPa |
压缩强度 |
493 |
MPa |
压缩模量 |
22 |
GPa |
弯曲强度 |
701 |
MPa |
弯曲模量 |
20 |
GPa |
层剪强度 |
70 |
MPa |
密度 |
2000 |
kg/m3 |
介电常数 |
3.3±0.02 |
|
损耗角正切 |
≤0.005 |
表3 钛合金性能参数
名称 |
数值 |
单位 |
弹性模量 |
110 |
GPa |
屈服强度 |
≥900 |
MPa |
泊松比 |
0.34 |
|
密度 |
4520 |
kg/m3 |
4、结构仿真分析
天线罩筒需承受0-6.7MPa的水压，取6.7MPa水压这一最危险状况，进行结构仿真分析。
4.1有限元模型
天线罩筒体为氰酸酯/石英复合材料、两端框为钛合金材料，据此建立结构有限元模型，采用六面体实体单元进行网格划分，整个模型共有124784个节点，103482个六面体单元，如图3、图 4所示。
图3天线罩有限元模型
图 4钛合金板的有限元模型
4.2边界条件与载荷
约束底板环孔周边，在天线罩筒体施加6.7MPa的水压力，如图5所示。
图5结构受6.7MPa外压工况
4.3计算结果
根据以上的载荷与边界条件，提取如下计算结果，图中变形云图的单位为mm，应力云图的单位为MPa。
4.3.1位移分析
图 6总体变形云图
图 7天线罩变形云图
由上述图中，可以得出在6.7MPa水压作用下，结构的最大变形发生在端板处为1.4mm，天线罩筒体的最大变形为1.0mm。
4.3.2强度分析
图 8天线罩筒体应力云图
图 9天线罩筒体应变云图
由上述图 8～图 9中，可以得出在6.7MPa水压作用下，罩体筒体的最大应力为187MPa，天线罩筒体的最大应变为3398με，复合材料罩体部分的强度不会破坏，满足强度设计要求。
图 10上下端板的应力云图
图 11中支撑板的应力云图
由上述图 10～图 11中，可以得出在6.7MPa水压作用下，上下端板的最大应力为330MPa，中支撑板的最大应力为481MPa，钛合金部分的强度不会破坏，满足强度设计要求。
5、优化设计
5.1减重方案
由于天线罩组件的总重量为68kg，复合材料罩体部分的重量为34kg，产品重量超重，需对结构进行优化减重设计。初步方案为将复合材料罩体部分的厚度由20mm减为15mm，上下端框的厚度由15mm减为12mm。其优化后的重量如表4所示，减重后的重量为55kg。
表4 天线罩各部分减重后的重量
部件 |
重量（kg） |
备注 |
上端板 |
9 |
|
下端板 |
9 |
|
中支撑板 |
10 |
|
天线罩体 |
27 |
|
总重量 |
55 |
5.2计算结果
5.2.1位移分析
图12 总体变形云图
图13 天线罩变形云图
由上述图中，可以得出在6.7MPa水压作用下，结构的最大变形发生在端板处为3.0mm，天线罩筒体的最大变形为1.4mm。
5.2.2强度分析
图 14 天线罩筒体应力云图
图 15 天线罩筒体应变云图
由上述图 14～图 15中，可以得出在6.7MPa水压作用下，罩体筒体的最大应力为247MPa，天线罩筒体的最大应变为4610με，复合材料罩体部分的强度不会破坏，满足强度设计要求。
图 16 上下端板的应力云图
图 17 中支撑板的应力云图
由上述图 16～图 17中，可以得出在6.7MPa水压作用下，上下端板的最大应力为631MPa，中支撑板的最大应力为518MPa，钛合金部分的强度不会破坏，满足强度设计要求。
6、结论
通过上述分析，优化后的天线罩筒体在6.7MPa水压作用下，天线罩组件能够满足刚度和强度的设计要求，能够安全使用。
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