【正文】 精度和效率的問題，進而延伸成為涉及多個物理場仿真的工程問題的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解決方案。例如，星載天線在環(huán)境溫度及大發(fā)射功率導(dǎo)致的電損耗熱源的混合作用下產(chǎn)生的溫度場導(dǎo)致形變，從而影響天線的電性能。完備、全面、精確地仿真真實的物理世界。 電磁、結(jié)構(gòu)、流體的多物理場仿真ANSYS向客戶提供基于統(tǒng)一平臺、同一個參數(shù)化整機模型的電磁、結(jié)構(gòu)、流體、乃至嵌入式系統(tǒng)的多個物理域仿真能力，能夠兼顧系統(tǒng)在外形、電磁、熱、結(jié)構(gòu)等多方面的需求，方便的在多個物理場仿真之間進行協(xié)同驗證和設(shè)計迭代。這也是該行業(yè)的客戶對ANSYS的仿真技術(shù)信任長達40多年的根本原因。 工程仿真的重要角色 航空航天和國防工業(yè)的應(yīng)用之復(fù)雜，即便是實現(xiàn)精確仿真這類最基礎(chǔ)需求也需要高質(zhì)量的物理域仿真及系統(tǒng)建模和仿真能力，并輔助以高性能計算和自動優(yōu)化設(shè)計能力。此時，某些結(jié)構(gòu)表面對各種射頻信號來說應(yīng)該是透明的，或者具有可控屬性以方便信號發(fā)射和接收。比如在現(xiàn)有飛機上，前視紅外和微光電視旋轉(zhuǎn)平臺、天線，甚至控制面的凸出物，不僅增加了飛機的氣動阻力，而且增強了飛機的信號特征，從而使敵方傳感器很容易探測到無人機。在傳統(tǒng)的設(shè)計概念中，飛機蒙皮是一種滿足氣動外形、強度和剛度要求的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要在飛行器上安裝天線和傳感器時，就在飛機蒙皮上鑿孔，這種安裝方法會帶來不必要的結(jié)構(gòu)、氣動力、溫度和費用損失問題。單片集成技術(shù)可以極大提高各種傳感器和控制器的性能，并且大大降低其尺寸和費用。其中全頻譜高分辨率傳感器技術(shù)是指未來無人機系統(tǒng)必須具備很強的目標(biāo)探測能力，這就對雷達、集成紅外（IR）焦平面陣列、紫外（UV）焦平面陣列、低溫慣導(dǎo)、激光雷達和微波探測儀等的傳感器在分辨率、精度、覆蓋范圍和實時性等方面提出了更高的要求。圖11. 全球鷹無人機下一代無人機的發(fā)展趨勢是：多用途；模塊化；全隱身；自主式；高空長航時。機上裝有探測／地面運動目標(biāo)指示雷達，探測距離可達96千米。美國洛克希德主要設(shè)備有：對地搜索雷達、光電探測系統(tǒng)、紅外探測系統(tǒng)、威脅報警系統(tǒng)和雷達干擾箔條投放系統(tǒng)。格魯門公司制造，是一種高空長航時無人偵察機，續(xù)航時間大于42小時，可以提供高質(zhì)量的實時圖像，對大面積區(qū)域進行監(jiān)視。除在目前的已知應(yīng)用領(lǐng)域，無人機的任務(wù)設(shè)置還將深入進攻、生化探測、反地雷、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御、電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)等各個領(lǐng)域。為順應(yīng)作戰(zhàn)運用的變化，美軍在《空軍2025》報告中提出今后幾十年無人機的關(guān)鍵需求，明確了多任務(wù)平臺為戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)無人機的下一個發(fā)展方向。無人機電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計解決方案[鍵入文檔副標(biāo)題]2016/1/25目錄無人機電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計解決方案 41. 無人機的現(xiàn)狀與未來發(fā)展 4 工程仿真的重要角色 6 電磁、結(jié)構(gòu)、流體的多物理場仿真 6. 機載雷達同無人機的一體化設(shè)計仿真 10 整機電磁兼容設(shè)計 12 整機天線布局設(shè)計 12 整機天線布局仿真需求 12 ANSYS針對整機天線布局的功能特點 12 整機天線布局仿真實例 13 系統(tǒng)級射頻干擾仿真平臺EMIT 15 多系統(tǒng)共址的射頻干擾冗余度計算 16 機載射頻系統(tǒng)設(shè)計 19 綜合射頻系統(tǒng)仿真 20 雷達系統(tǒng)仿真 21 通信系統(tǒng)仿真 22. 無人機的隱身設(shè)計 23 復(fù)雜飛行器的外形隱身設(shè)計與RCS仿真 24 介質(zhì)涂覆材料的隱身設(shè)計及仿真 24 復(fù)合材料的隱身特性仿真 25 天線（陣）的RCS仿真 26 天線罩的RCS仿真 27 FSS與天線罩的RCS計算 27 縮減RCS設(shè)計與超寬帶RCS 28 雷電防護 29 雷電防護技術(shù)背景 29 雷電防護仿真需求 29 雷電防護仿真實例 30 多物理場耦合分析仿真實例 347. ANSYS 電磁仿真軟件簡介 38 ANSYS HFSS 高頻三維電磁場分析軟件 38 ANSYS Q3D Extractor 三維模型寄生參數(shù)抽取軟件 39 Ansoft Designer 電路 ? 系統(tǒng) ? 電磁場 綜合設(shè)計環(huán)境 39 EMIT系統(tǒng)級射頻干擾仿真平臺 40 ANSYS SIwave應(yīng)用于 PCB 板、BGA 封裝的SI、PI、EMI 分析軟件 41 ANSYS Maxwell 二維/ 三維電磁場分析軟件 42 ANSYS Simplorer 用于機電系統(tǒng)的電路和系統(tǒng)仿真工具 42 ANSYS RMxprt 旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計專家 43 ANSYS PExprt變壓器，電感輔助設(shè)計工具 44 ANSYS Optimetrics 44 DesignXplorer 多目標(biāo)優(yōu)化工具 45 HPC Option 高性能計算選項 46 ECAD Translators ( AnsoftLinks ) 46 MCAD Translators ( AnsoftLinks ) 47無人機電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計解決方案1. 無人機的現(xiàn)狀與未來發(fā)展無人機（UAV）先后經(jīng)歷了無人靶機、預(yù)編程序控制無人偵察機、指令遙控?zé)o人偵察機和復(fù)合控制多用途無人機等發(fā)展階段，目前已經(jīng)發(fā)展到了無人作戰(zhàn)飛機系統(tǒng)（UAS）。UAS的主要功能包括： 信息獲??； 攻擊及支援； 奪取戰(zhàn)場電磁權(quán)； 提供預(yù)警及通信中繼能力； 目標(biāo)指引； 戰(zhàn)場輸送。在綜合集成方面，無人機本身就是飛行器、各類傳感器、武器、發(fā)射與回收裝置、通信系統(tǒng)、指控系統(tǒng)的融合體。“全球鷹”無人偵察機由美國諾斯羅普該機實用升限20500米，活動半徑5560千米，是目前世界上無人機中最大的一種，內(nèi)裝一臺渦扇發(fā)動機。“全球鷹”可通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈把偵察到的圖像信息實時傳輸給地面站，該機能在20000米的高度準(zhǔn)確識別停放在地面上的各種飛機、導(dǎo)彈和車輛的類型。馬丁公司研制的X47海軍型無人戰(zhàn)斗機，在攜帶900千克載荷執(zhí)行攻擊任務(wù)時，作戰(zhàn)半徑可達2400千米以上，飛行高度12200米，自部署距離為64358045千米。波音公司為美國空軍研制的X45無人戰(zhàn)斗機，武器系統(tǒng)采用內(nèi)掛設(shè)計，機身中線兩側(cè)各有一個武器艙，能夠根據(jù)作戰(zhàn)需要攜帶JDAM和小型精密制導(dǎo)炸彈等。關(guān)鍵技術(shù)包括：光技術(shù)、全頻譜高分辨率傳感器技術(shù)、片級集成技術(shù)、智能蒙皮技術(shù)等。片級集成是一項新興技術(shù)，它可以將信號產(chǎn)生、信號控制、信息處理、化學(xué)和物理敏感元件、液壓和機械傳動機構(gòu)以及輻射的產(chǎn)生和探測等集成在一片3/8in薄片上。集成的模擬、數(shù)字、聲、磁、電磁、光電和機械電路系統(tǒng)將在未來的無人機系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。負(fù)載和飛機機體低水平集成的結(jié)果是機體更大、空中待命時間更短（ 由于更大的阻力導(dǎo)致飛行效率降低）、生存力降低。智能蒙皮技術(shù)是指，在飛機設(shè)計和制造期間就將天線、傳感器、發(fā)射機、接收機、信號和信息處理機、射頻電纜、電力電纜、電控制電纜和溫控設(shè)備嵌入飛機蒙皮內(nèi)。各種有源和無源傳感器不一定只給單一的通信、電子戰(zhàn)、雷達、敵我識別或?qū)Ш较到y(tǒng)提供信號，天線和傳感器分布可能覆蓋了75%的飛機蒙皮，可以提供從幾兆赫到光頻范圍（ 光波覆蓋的頻譜范圍，包括紅外、可見光、紫外等，通常可達到吉赫，太赫）的孔徑。天線共址時的電磁干擾評估、帶復(fù)雜材料涂覆的飛機的RCS計算、功率和熱管理、或關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)中的嵌入式驗證軟件、以及如影隨形的電磁、熱和流體間相互作用等，ANSYS公司的研發(fā)愿景同航空航天和國防工業(yè)的需求始終保持著高度的一致。 然而，想要在未來依然保持競爭力，單靠將這些各領(lǐng)域的仿真技術(shù)做精做深是不夠的，還需要一系列關(guān)鍵的建模、仿真、設(shè)計和知識管理能力，從而真正做到改進整個產(chǎn)品開發(fā)流程。將多物理相互制約因素納入數(shù)字化樣機研發(fā)的考慮范疇，使得數(shù)字化樣機更加逼真。ANSYS在物理域仿真方面提供的主要能力如下：? 電磁、結(jié)構(gòu)、流體多個物理域及其耦合仿真；? 電路/電磁場雙向耦合仿真；? 高性能計算；? 多學(xué)科優(yōu)化；圖12 Workbench平臺下的多物理場仿真機現(xiàn)今，在許多科研單位，建模和仿真數(shù)據(jù)的在工程師之間傳遞經(jīng)常是封閉且效率很低的，這也經(jīng)常成為誤差和不確定性的源頭，因為在不同軟件工具之間傳遞模型經(jīng)常導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。由于這種形變通常非常微小且不規(guī)則，和在結(jié)構(gòu)和電磁仿真工具之間傳遞模型產(chǎn)生的誤差幾乎在同一量級，采用傳統(tǒng)的仿真方法無法精確的對這個問題進行預(yù)估。圖13 通過電磁場仿真得到的天線電損耗分布ii圖14 溫升導(dǎo)致的應(yīng)力場分布圖15 形變前后的天線電性能（遠場方向圖）變化綜上所述，無人機的電子系統(tǒng)涉及很寬的頻段，為了避免各分系統(tǒng)之間的干擾以及與結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)之間的干涉，必須在設(shè)計之初進行系統(tǒng)性的規(guī)劃，系統(tǒng)仿真在規(guī)劃中的地位顯而易見。如果說之前由于計算機硬件資源的限制，大部分應(yīng)用還停留在第一個層次的仿真，那么隨著超級計算機和集群機的普及，隨著快速算法日益成熟，第二、第三個層次的仿真越來越受到重視。對于片上集成電路系統(tǒng)，涉及到信號完整性、電源完整性、數(shù)?；旌想娐泛碗姶偶嫒?電磁干擾問題，基于傳統(tǒng)“路”的概念的方法已經(jīng)不能適應(yīng)技術(shù)的需要。同樣的結(jié)構(gòu)，在不同的頻率上，輸入不同的信號，具有不同EMI特性；另外，同樣幅度的干擾信號，用于不同的結(jié)構(gòu)上，對不同的器件，會產(chǎn)生不同的EMC結(jié)果；同時，對于我們目前的系統(tǒng)來說，還要進行電路的時域和頻域仿真，研究輻射干擾的幅度和傳導(dǎo)干擾的幅度，用于進一步改進設(shè)計，驗證EMC設(shè)計措施的有效性，因此，對于EMI/EMC設(shè)計來說，電路和電磁場仿真都是必須的。圖18. 系統(tǒng)級仿真 考慮板載影響前后的天線方向特性如圖45所示。隨著新軍事技術(shù)變革的發(fā)展，武器裝備已經(jīng)完成了從機械化向信息化的跨越，目前正在向智能化的方向推進。這就要求雷達方向特性具有更低的副瓣、更高的增益、更寬的工作帶寬、更低的掃描跟蹤角度。綜合而言，現(xiàn)代雷達需要在時域、空域、譜域進行參數(shù)設(shè)計，達到探測與隱身的目的。利用HFSS，可以實現(xiàn)有限大陣列的快速仿真分析、反射面天線的混合求解計算、近遠場數(shù)據(jù)導(dǎo)入、陣列天線雜散電平分析、大規(guī)模陣列天線的并行計算、天線罩與天線的協(xié)同仿真等，其中平臺對天線方向特性的影響如圖45所示圖16. 無人機平臺對機載雷