某设备在典型电磁脉冲环境下耦合效应的仿真分析

利用电磁仿真软件FEKO建立了典型高空核电磁脉冲环境和设备模型,研究了某型电子设备的电磁耦合规律.研究表明:设定的高空核电磁脉冲场环境基本满足实验设备的尺寸要求,为今后的仿真实验提供了参考;同型窗口耦合具有同一性;内部表面对耦合场具有反射增强作用;内部设备使得底部开口附近的耦合场非对称化;(y=0.5,z=1.1)与(y=-0.5,z=1.1)对应图形所存在的差异与右侧观察窗和后门窗口的位置密切相关;对称窗口的耦合场非对称分布和内部耦合场的强度明显增强(160MHz除外),其具体原因是内部设备壳体对耦合电磁场的反射增强作用和内部空腔区域的变化造成了谐振频率的变化.     

对某电子设备典型后门耦合效应的仿真分析

为了研究某型电子设备的电磁耦合规律,利用电磁仿真软件FEKO建立了设备模型和所需的电磁场环境.研究表明:无内部设备,当频率在400 MHz以上时设备内部准中心位置呈现中心聚集效应和明显的窗口耦合;有内部设备,当频率在50MHz时门缝处电磁耦合明显,明显的耦合现象发生在500 MHz以上频率,内部设备附近产生强耦合场;在平面电磁波作用下,设备内部电场强度随频率增加逐渐均匀化且数值增大,后门窗口处效应呈现明显增强,内部电磁场发生畸变;仿真结果为实际试验和具有类似尺寸孔隙的设备提供了参考.     

混响室漫射场下典型线缆网络响应规律分析

为研究复杂电磁环境对多导体传输线干扰特性,进一步分析场线耦合规律,通过对多列入射波在空间角上离散模拟腔室内复杂电磁环境.利用Agrawal场线耦合理论分析树形、环形等线缆网络各节点处的响应信号,并搭建实验系统进行实验验证.结果表明:利用多列波叠加的方法能较好地模拟混响室的电磁环境,可用于混响室场线耦合方面的研究.混响室条件下,线缆网络节点频域感应信号幅值随频率升高而降低,且在某些频点出现电流峰值.干扰信号为双指数脉冲时,线缆网络节点的时域响应信号呈现震荡衰减规律,衰减时间与网络结构有关.     

屏蔽体内部电磁场分布特性分析

通过孔洞、缝隙耦合进入屏蔽体内部的电磁波经过与腔室内表面的多次反射、折射,形成了复杂的电磁环境,在电磁波叠加作用下可能会形成一些电场强度或磁场强度较强的关键点,进而对该位置处的电子元器件造成电磁损伤。通过建立开缝屏蔽壳体的电磁模型,计算在不同入射方向和极化方式条件下耦合进入屏蔽体内部的电磁场,分析关键点的分布规律,进而提出敏感电子元器件的位置摆放原则,通过避开谐振位置的方式减少元器件的电磁能量耦合,增强屏蔽体的电磁防护能力。     

混响室漫射场条件下树型线缆网络耦合规律仿真分析

为研究复杂电磁环境对多导体传输线干扰情况,分析场线耦合规律,进一步提出有效电磁防护方法。以典型线缆网络为分析对象,研究其在全向辐射的电磁环境下的响应信号。利用线缆网络BLT方程,结合蒙特卡洛统计理论构造全向辐射的电磁环境仿真模型,得到线缆网络各个节点在该漫射场环境下的时域、频域响应。其结果表明,蒙特卡洛方法建立的全向辐照模型与混响室内电磁环境具有很高的一致性;全向辐照情况下,由于各管道串扰,线缆网络频域响应频点与线缆管道长度无对应关系;双指数脉冲时域响应信号成震荡衰减曲线,衰减时间与入射波一致。     

基于石墨烯超材料的类电磁诱导透明研究

建立一个基于石墨烯的太赫兹超材料的周期单元结构,利用时域有限差分法进行仿真计算,深入解析石墨烯超材料与太赫兹电磁波相互作用出现的电磁诱导透明现象。分析了TM模式下该结构的电磁诱导透明发生的机理,通过改变结构材料、入射角度、石墨烯条的尺寸,分析反射峰的频点和透明窗口变化。计算结果表明:该结构在5.59 THz处由于共振耦合产生干涉相消,形成一个透明窗口;当石墨烯条的宽度增加时,共振频点发生蓝移,共振强度也明显增强,但透明窗口宽度并没有明显的变化;增加电磁波的入射角度,共振耦合强度减弱,但耦合频点基本无变化,说明该结构产生的电磁诱导透明效应对电磁波入射角不敏感。该研究结果在太赫兹反射器、非线性器件等方面有着潜在的应用价值,给太赫兹超材料器件的设计提供了新的思路。     

窄带电磁辐射对无线电引信的作用规律

针对无线电引信电磁防护性能试验评估的技术需求,提出了连续波电磁辐射效应试验方法和操作程序.试验研究了某型分米波无线电引信的单频、扫频和调幅电磁辐射效应,确定了不同调制方式下的临界起爆场强变化规律.结果发现:单频电磁辐射导致无线电引信起爆的场强存在上限值;单频、扫频、调幅电磁辐射导致无线电引信意外起爆的能力依次增强,最小临界起爆场强仅为0.38 V/m,以此为基础,分析了连续波电磁辐射对无线电引信的干扰机理,提出了无线电引信电磁防护加固方法和高效干扰方法.      

混响室条件下场对同轴线缆耦合规律的仿真研究

为研究混响室中场对同轴线缆的耦合规律,使用仿真软件FEKO对其进行建模,对混响室中同轴线缆终端的感应电流进行仿真计算,并提出使用多列波叠加的方法与建立模型仿真得到的结果进行比较。通过不同线缆长度、仿真频率的变化,得到混响室中同轴线缆终端感应电流在其电磁波半波长整数倍频点会形成谐振;同时线缆终端负载的大小不会影响传输线感应电流的响应频点,但感应电流大小会随之改变,而在使用多列波叠加方法替代混响室模型进行仿真时,仿真结果会存在一定误差。     

引信防雨机构的理论研究

研究了弹头引信在弹道上由于碰雨而使弹丸早炸的问题,以及雨滴、雨场与形状各异的防雨机构(或引信头部)作高速碰撞的问题.对弹体出膛后引信的碰雨情况、雨滴与引信头部的碰撞机理和作用过程等作了论述。与实验结果比较;表明高速碰撞雨滴和低速碰撞雨滴的飞散情况是一致的。     

复合材料雷体的UWB-EMP耦合效应研究

针对高功率微波(High power microwave,HPM)扫雷装置对现代地雷构成的严重威胁,为提高地雷抗电磁毁伤能力,将不锈钢纤维(Stainless steel fibers,SSF)作为聚酰胺树脂的导电填料,研究新型复合屏蔽材料地雷壳体。针对雷体结构和布设状态,采用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)数值方法,分析该壳体的超宽带电磁脉冲(Ultra-wide band electromagnetic pulse,UWB-EMP)孔缝耦合规律。加工复合材料地雷壳体样品,内置电子引信并连接电引火头,在微波暗室进行峰值功率1 GW的UWB-EMP辐照下的效应实验,壳体放置天线前的距离大于0.5 m时,内部电子引信能正常工作。结果表明:该壳体能有效提高电子引信地雷抗强电磁毁伤等复杂战场电磁环境下的生存能力。     

侵彻与爆炸联合作用下混凝土靶体的毁伤效应分析

考虑弹体侵彻、爆炸高加载率下混凝土的应变率效应,首先采用SPH-Lagrange算法建立弹体高速侵彻耦合模型,研究高速钻地制导炸弹的侵彻毁伤过程及其破坏特征;同时采用SPH算法建立考虑初始侵彻损伤的内部爆炸耦合模型,对比分析弹体侵彻与爆炸联合作用和弹体直接内部爆炸这2种条件下的混凝土毁伤特征,探讨钻地制导炸弹的初始侵彻损伤对混凝土内部爆炸毁伤破坏过程的影响。研究结果表明:高速弹体的侵彻只造成混凝土结构的局部损伤;在侵彻与爆炸联合作用下,混凝土结构将发生严重破坏。初始侵彻毁伤对混凝土内部爆炸的毁伤机理有重要影响。     

高旋弹二维修正引信双旋结构气动特性及气动力表征

针对配二维弹道修正引信高旋弹具有弹体气动参数非对称、纵向和横向修正紧密耦合等问题,为了准确表征高旋弹气动参数、明确修正弹丸气动特性和产生机理,提出了基于CFD (computational fluid dynamics)仿真的双旋结构气动力计算分析方法.在构建双滚转域流场仿真模型的基础上,对比了二维修正引信不同控制状态下的弹丸受力情况;明确了高旋弹固有气动力和二维修正引信所引起的气动力;建立并推导了攻角与滚转角耦合情况下的舵片受力模型.研究表明：针对二维修正组件,需要考虑合攻角与舵滚转角的相对位置关系以计算诱导阻力;受迎背风和舵片绕流影响,舵片受力模型和弹体的横、纵向气动力均随攻角、滚转角及马赫数变化.     

无线电引信等幅正弦波辐照效应实验研究

为了检测某型无线电引信的抗电磁能力,确定其能量耦合机理,介绍了无线电引信连续波电磁辐照效应实验系统和实验方法,选择某型无线电引信,从勤务处理状态和工作状态两个方面,研究了无线电引信等幅正弦波辐照效应.实验研究表明:辐射场强低于200 V/m的等幅正弦波辐照对无线电引信的勤务处理安全性没有影响,也不会对引信电子部件造成损伤;等幅正弦波辐照工作状态的无线电引信,能使引信意外发火,在不同频率下,发火场强不同.     

分段弹体低速侵彻铝靶板动态响应特性的数值分析

运用ABAQUS软件研究了低速状态下分段式长杆弹侵彻铝靶板的响应特性。为实现同时获得各种条件下弹体不同部位的响应特性,采用三段式长杆弹。分析了速度对弹体各个部位的过载与响应特性的影响,得出不同速度下各段弹体的过载规律、弹腔内外部的应力特性。结果可为弹体侵彻的引信设计与弹载记录仪的最佳安装位置提供参考。     

膛压随机过程最大值的概率分布规律研究

该文对膛压随机过程最大值的概率分布规律进行了详细研究,提出了确定最大值分布规律的同时点极大值法和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ统计模拟方法,分析了这些方法应用于引信结构与性能可靠性分析设计时弹体响应的影响,并以某迫弹引信部位的加速度响应随机过程为例进行了分析计算。应用研究实例表明该文给出的原理和方法能达到相当满意的工程精度要求。     

无源谐振器在电涡流位移传感器中的谐振增强效应

在两只同轴电磁耦合线圈之间插入一只无源谐振线圈,可利用谐振耦合显著提高能量传输效率。为探索这种谐振增强效应在传感器领域的应用可能性,制作了一只与测量电路无任何引线连接的、由电感线圈及电容串联组成的无源LC谐振器,放置于电涡流位移传感器探测线圈与金属目标靶间的测量通道中。实验结果表明:当传感器工作在该谐振器的谐振频率点附近时,有效探测距离和灵敏度会得到显著增强。进一步针对发射-接收式双线圈位移检测系统进行了实验,结果同样证实了无源LC谐振器介入后的谐振增强作用。该结论对于其他带有电感耦合线圈的传感系统同样具有参考价值。     

一种新型网状结构的零折射率超材料

提出了一种由方形金属环、方形金属片及十字形金属线组成的网状零折射率电磁超材料结构.通过CST仿真计算其传输参数,利用电磁参数反演算法得到结构的等效电磁参数.结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在11.54 GHz附近其等效介电常数、等效磁导率同时接近零,在该频点附近处折射率为零, 实验测试与仿真结果基本一致.通过棱镜仿真研究验证,该结构在该频点处可从负折射区域向正折射区域转换,说明该结构是具有“负-零-正”折射率的平衡结构.     

导线贯通金属腔体电磁辐射耦合电流的计算方法

为研究电磁波辐射条件下电力系统中细贯通导线引入的电磁干扰问题,提出了一种利用等效电压元思想求解细导线耦合电流的新方法,推导出金属腔体加载贯通导线时线上电流分布的估算公式,分析了耦合电流分布规律.结果表明,贯通导线对入射电磁波具有频率选择特性,贯通导线的电长度为半波长整数倍时,贯通导线上电流谐振,谐振时线上耦合电流波峰数为n,而后采用信号发生器、电流探头等设备建立了含细贯通导线金属腔体电磁耦合实验平台,通过开展贯通导线连续波电磁辐射效应实验验证了该方法的有效性.      

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料（CFRP）快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。     

推力对高速入水流场特性影响

采用商用CFD软件FLUENT 6.3,建立了求解带自然空化的水、气、汽三相流场,用UDF来解算并控制导弹运动,实现了考虑自然空化和弹体多自由度运动响应的高速入水非定常流场数值计算。多相流模型采用Mixture模型,湍流模型采用标准[WTBX]k-ε[WTBZ]模型,压力速度耦合方式和离散方法分别为SIMPLE和Standard,动网格更新方式采用Layering方式。内嵌的UDF可以实时输出弹体受力和运动参数。采用流场-弹道耦合算法数值模拟了回转体外形导弹以20°入水角入水时的高速入水流场,分析并获得了推力对入水空泡和自然空泡的产生、变化发展过程以及弹体流体动力的影响规律。