06-07-2022 | Publicado por Joaquín Martí
En los aviones, los radomos (domos de radar) son esenciales para proteger la antena de radar. Pero el radomo puede afectar a las prestaciones de la antena, lo que obliga a contar con su presencia al diseñar la antena. Un radomo bien diseñado es transparente a las ondas electromagnéticas en la banda de frecuencias de operación de la antena, a la par que satisface los requisitos estructurales y aerodinámicos impuestos.
En la publicación presentada en el NAFEMS World Congress 2021, al optimizar las propiedades de los materiales y los parámetros geométricos de la estructura de la pared del radomo, se tienen en cuenta a la vez los comportamientos electromagnéticos y mecánicos. Las fuerzas aerodinámicas generadas en la superficie del radomo se extraen de un análisis estacionario de dinámica de fluidos del tipo “Reynolds Averaged Navier-Stokes” (RANS) y se aplican en el modelo estructural. La integridad del radomo se comprueba imponiendo las presiones del cálculo CFD en análisis estáticos lineales y de pandeo. Por otra parte, se llevan a cabo análisis explícitos de impacto de pájaro usando “smoothed particle hydrodynamics” (SPH) para garantizar de que no producen un fallo estructural. Y para modelizar la interacción electromagnética entre la antena y el radomo se emplea un sistema híbrido tridimensional de onda completa, así como Óptica Física.
A fin de validar la metodología de diseño, se analiza un radomo multicapa que protege a una antena de radar operando en la banda X (9,3 GHz). La antena y el radomo se ubican en la nariz de un reactor comercial de línea regional. El escaneado del radar se logra con una guía de ondas ranurada. Las fuerzas aerodinámicas generadas en la superficie del radomo se determinan para condiciones de crucero típicas y constituyen el input para los cálculos de tensiones asociadas a las cargas aerodinámicas. Los espesores y secuencias de apilado de las capas del radomo se optimizan para maximizar la transmisividad, manteniendo un mínimo coeficiente de seguridad frente al pandeo. Además, para garantizar la integridad estructural del radomo, con los parámetros óptimos de diseño, se simula el daño producido por un impacto de pájaro a alta velocidad. En el estudio se incluyen las tiras de protección contra rayos a fin de tener en cuenta su influencia en las prestaciones de radiación de la antena.
Esta metodología da lugar a un flujo de trabajo eficiente para automatizar los análisis multifísicos del radomo y produce diseños que optimizan sus prestaciones electromagnéticas y mecánicas. Permite una validación temprana del diseño del radomo y una predicción precisa del comportamiento de la antena, lo que reduce la necesidad de prototipos físicos y, en consecuencia, los costes de diseño.
Los análisis podrían extenderse a radomos instalados en aviones que vuelan a mayores velocidades o en misiles, que se ven sometidos a temperaturas más elevadas por su interacción con el aire. Como ello afecta a las propiedades electromagnéticas de los materiales del radomo, se requiere un acoplamiento completo de los cálculos fluidodinámicos y electromagnéticos, así como del análisis estructural del radomo.
