基于压控导电结构的能量选择表面防护机理和仿真实验研究

为解决强电磁脉冲防护中屏蔽与正常信号收发之间的矛盾,研究了一种既能隔离强电磁脉冲,又能保证被保护设备信号正常收发的能量选择表面(ESS)。基于可变表面阻抗理论研究ESS的防护机理;根据强电磁效应改变二极管的阻抗特性和实现能量选择的特点,设计了一种正反并联的二极管对阵列组成的可防护线极化强电磁脉冲的ESS,并进行仿真和实验分析。结果表明:所设计的ESS对弱电磁信号的插入损耗小于2 dB,对强电磁信号的隔离度大于20 dB,实现了能量低通的选择特性。     

能量—频率选择表面级联复合设计与仿真

针对空间场强电磁防护中带外滤波—带内限幅的需求,研究了能量—频率选择表面级联复合的防护方法,设计出一种典型的防护结构,通过时域有限差分对防护结构进行了稳态和瞬态分析,尤其是不同情况下频率选择表面与能量选择表面的相互耦合。计算结果表明:该防护结构对通带内正常信号的传输衰减小于1.55dB,强电磁脉冲传输衰减大于20dB,因而其既能阻止强电磁脉冲进入系统,又可有效抑制带外电磁干扰。     

某型舰载机碳纤维复合材料电源机箱及其核电磁脉冲防护性能

[目的]针对某型舰载机电源机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备复合材料电源机箱。[方法]利用CST仿真软件进行机箱复合材料的防护性能仿真和设计评估;选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计;使用有界波模拟器验证其在核电磁脉冲下的防护能力。[结果]结果表明,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到65 dB以上。[结论]采用热压罐工艺制作的机箱具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。     

强电磁防护技术研究进展

高功率微波武器是现代战场上极具杀伤性的攻击手段。针对现代武器装备的强电磁防护问题,通过介绍高功率微波武器及防护研究发展进程,结合传统电磁防护方法,分析电磁自适应防护、微波加固和硬件演化等前沿技术手段,从电路防护和空间防护的角度出发,论述射频电磁防护单元、皮秒级电磁脉冲抑制器件、频率选择表面等强电磁防护器件和装置的研究成果以及强电磁防护的新材料,并从系统综合防护、设备潜在失效性、强电磁防护标准3个方面对强电磁防护技术的发展给出相应的建议。     

基于改进TRL校准算法的二极管参数测量

加载二极管的频率选择表面和能量选择表面(以下统称"自激励表面")具有自适应的防护特征,能够防护强电磁攻击。二极管本身参数的测量是自激励表面设计中重要的环节,准确测得二极管特征参数对于设计出满足需求的防护表面至关重要。介绍传统去嵌入法,针对传统去嵌入法存在校准件制作精度要求高、相位延时有范围的缺点,改进了用于二极管参数测量的去嵌入算法;测量几种不同PIN型号的二极管,通过对比PIN参数手册与测试结果,验证了测试方法的有效性。     

舰载机箱的磁场屏蔽特性仿真

以往针对机箱电场屏蔽特性的研究较多,而对其磁场屏蔽特性的研究较少。然而,电场和磁场的屏蔽特性并不完全一样。因此,针对舰载机箱所受到的电磁辐射和干扰的威胁特征,基于有限积分技术对典型舰载机箱结构开展了磁场屏蔽特性仿真研究。获取了重要的机箱内部磁场屏蔽效能、箱内磁场分布和电流分布等仿真结果。而且屏蔽效能的仿真结果与IEEE文献中测试与计算结果吻合得很好,充分验证了仿真的有效性。最后,对磁场屏蔽效能、内场分布和表面电流分布进行了分析。特别是对机箱非正面的电流分布给出了合理解释,主要原因是与入射场的极化相关。研究成果对机箱的电磁防护设计提供了有力的技术支撑。     

力对开孔型频率选择表面电磁性能的影响

频率选择表面(FSS)被广泛用于各个领域。很多情况下,频率选择表面会受到外力的作用,例如:嵌在集成桅杆外壳或者雷达吸波-承载复合材料结构中的频率选择表面。文章研究了在力的作用下,频率选择表面的电磁性能是否会改变、如何改变。首先,分析了力影响频率选择表面电磁性能的机理;然后,使用力学有限元法和电磁学有限元法分析了不同大小、不同方向的力作用下,频率选择表面电磁性能改变的模式和大小。计算获得的电磁性能-力关系曲线显示:电磁性能的改变主要表现为电磁波响应频率的偏移和透射带宽的改变;在不同方向的力作用下,电磁性能的改变程度不一样。为了降低力对频率选择表面电磁性能的影响,在布置频率选择表面时,应使受力的方向避开频率选择表面的最敏感方向,同时带圆角的开孔型频率选择表面值得研究。     

某核动力平台双层舷侧结构耐撞性试验及数值分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究某核动力平台双层舷侧结构的耐撞性能。[方法]分别建立全船和局部双层舷侧结构碰撞有限元模型,利用LS-DYNA软件进行碰撞仿真分析;在此基础上,设计双层舷侧结构准静态挤压缩比试验模型,开展相应准静态挤压试验,并与数值仿真结果进行对比。[结果]结果显示,对于船舶低速碰撞,局部结构模型与全船模型计算的结构响应基本一致。设计的准静态挤压缩比试验结果与数值仿真结果吻合较好,较好地反映了低速碰撞特性和结构变形模式,验证了数值仿真方法的正确性。双层舷侧结构的核动平台在受到5 000 t级船舶以2 m/s的速度碰撞时未发生破口,具有较好的抗碰撞性能。[结论]采用局部结构模型计算碰撞响应的精度较的,可大幅减少建模和计算的工作量。研究工作对于同类结构耐撞性能分析及碰撞试验研究具有一定的参考价值。     

一种新型抗搁浅双层底结构

油轮双层底结构的抗搁浅设计对于防止石油泄漏、保护海洋环境具有十分重要的意义.本文提出了一种新式的抗搁浅YF双层底结构,利用数值仿真方法分析了该新式结构的损伤变形、搁浅力和能量耗散,并与原结构进行了比较.研究表明,YF双层底结构比原结构具有更大的吸能能力和抗搁浅能力.     

水下爆炸载荷作用下舰船结构动响应及新型防护结构

为提高舰船的战斗力和生命力,研究水下爆炸载荷作用下典型舰船结构的损伤破坏模式以及构件爆炸变形能吸收特性乃是极其必要的。基于上述研究,并结合吸能理论,设计出4种吸能效果好、结构材料轻、制造工艺简单的舰船双层底新型防护结构形式;采用数值仿真与试验相结合的研究方法,分析新型结构形式的吸能效果,获得吸能效果较佳的舰船双层底新型防护结构形式。     

系统电磁效能评估技术研究

较系统研究了系统的电磁效能评估技术,对系统电磁效能的基本概念做了简单论述.通过明确作战任务,选择电磁效能准则和电磁效能参数,建立电磁效能评估理论与指标体系,通过对研究电磁效能的基本方法,建立研究任务模型,通过对模型进行仿真分析和研究,得出电磁效能评估结果和给出新建议这一系列的步骤,详细阐述了系统电磁效能评估的体系,最后对在干扰条件下的系统的电磁效能评估准测做一简单的论述.     

新型舷侧防护结构耐撞性能研究

采用数值仿真的方法对船舶碰撞动力学过程进行仿真再现。系列仿真计算结果表明,传统的舷侧结构在耐撞性能方面存在很多缺陷,针对大型VLCC船舶设计帽形、菱形、半圆管形三种新型纵桁形式的双层舷侧结构模型,并从碰撞载荷、结构损伤变形、能量的吸收与转换等角度对此三种新型舷侧结构与传统舷侧结构的耐撞性能进行对比分析,结果表明半圆管纵桁形式的双层舷侧结构模型具有最好的耐撞性。     

舷侧防护结构抗导弹动能穿甲防护性能数值仿真

[目的]为了分析不同的舷侧防护结构抗导弹战斗部动能穿甲的防护性能,[方法]设计单层均质钢装甲结构、双层格栅防护结构等舷侧防护结构,采用数值仿真方法对比不同的舷侧防护结构阻拦中型亚音速半穿甲反舰导弹战斗部的效果。[结果]研究结果表明:采用形式简单的单层均质钢装甲作为舷侧防护结构时,需采用力学性能优良且厚度50 mm以上的某高强度钢,并且在实船应用中还应考虑薄、厚板间施工以及异种钢电位差腐蚀等问题;而采用双层格栅舷侧防护结构则可以避免上述问题。对于双层格栅防护结构,在重量一定的条件下,通过将重量资源分配给内层板以增加内层板厚度,可以显著提高双层格栅结构的整体防护能力。[结论]研究成果可为水面舰船抗导弹动能穿甲舷侧防护结构设计提供参考。     

舱室防护装甲对战斗部破片群的防护效能评估

本文针对两方面问题开展了研究:对于给定的防护装甲,如何定量表征与计算其对某一战斗部的防护效能;如何针对防护的目标对象,依据防护效能要求设计防护装甲和抗爆结构.提出了防护装甲的防护效能通过穿透破片的分布密度进行定量表征以及四级防护等级划分的方法,分析论证了破片数随质量分布采用Weibull分布模型的合理性和适用性,推导了考虑自然破片形状系数和靶板材料强度的通用侵彻公式,建立了计算穿透破片分布密度模型以及依据防护等级求解防护装甲厚度模型.以"捕鲸叉"及"飞鱼"反舰导弹战斗部为实例,分别计算了按劳氏军规设计的防护装甲的防护效能,以及达到不同防护等级的防护装甲厚度.所建立的评估方法及模型,可用于重要舱室防护结构防护效能的定量评估,并对舰船舱室抗爆结构设计具有应用参考价值.     

水下爆炸作用下船用加筋板动态响应特性分析

加筋板作为船体结构的重要组成部分,其抗爆防护性能是衡量舰船生存能力的重要指标.文中利用有限元仿真软件LS-DYNA对水下爆炸冲击作用下船用加筋结构的动态响应特性及抗爆防护性能进行了研究.研究结果表明:水下爆炸冲击作用下加筋板的最大应变位于肋板所在位置,肋板结构类型是影响加筋板的变形响应速度及塑形变形幅值的重要因素.在相同面密度条件下,双层底加筋结构可有效提升结构整体的抗爆防护性能,相对于单层底加筋结构防护性能提高了30.15%.     

一种基于有源频率选择表面的可调吸波体特性分析

[目的]周期结构吸波体可有效吸收入射电磁波并降低目标反射特征。提出一种基于有源频率选择表面(AFSS)的微波吸收体,通过加载PIN二极管,实现对吸波体频带范围的动态调控。[方法]首先,利用电磁仿真软件CST研究吸波体结构的可调控特性,探究PIN二极管等效电阻随偏置电流变化时吸波体反射率改变的情况;然后,采用多反射干涉理论分析多层结构中电磁波传播反射的特性,确定理想吸波情况下不同路径电磁波的幅度和相位条件;最后,加工实物样件在微波暗室进行测试和验证。[结果]结果表明,加载PIN二极管后,吸波体反射率随之改变,且在2.5～9.1 GHz频带范围灵活可调。[结论]研究成果在武器装备电磁隐身设计方面具有一定应用价值。     

舰船舷侧防护结构水下接触爆炸动响应分析研究

舰船舷侧防护结构在接触爆炸载荷作用下的动响应问题是舰船抗爆抗冲击设计的重要组成部分。根据国外水面舰船防护结构形式,在某单层舷侧舰船模型基础上增设舷侧防护隔壁结构,并应用国际上通用的动力有限元程序ABAQUS对其进行水下接触爆炸系列数值仿真实验,考核舷侧防护结构对舰船抗爆抗冲击性能的影响。通过结果的对比分析发现,增设舷侧防护结构后较明显改善了船体外板的损伤情况,且防护隔壁仅发生了少量的塑性变形没有产生破口,从而达到了保护内部机舱等重要舱室的目的,并以防护结构双层隔舱内填充液体抗冲击性能最佳。     

一种基于内充泡沫塑料薄壁方管的单壳舷侧耐撞结构

目前的船舶耐撞研究主要集中于双层舷侧结构,并已提出了一些有意义的耐撞性设计.军用船舶一般为单壳舷侧结构,这方面的耐撞结构研究开展得很少.本文针对军船,在研究常规舷侧结构碰撞性能的基础上,提出了一种基于内充泡沫塑料薄壁方管的单壳舷侧耐撞结构--FCT(Foam Cubie Tube)舷侧结构,它具有良好的吸能特性,是一种理想的能量吸收单元.作者对某型护卫舰的常规舷侧结构形式进行FCT耐撞设计,并对常规舷侧结构、IFP舷侧结构(另一种新式耐撞结构)及FCT舷侧结构进行了有限元仿真计算.经过比较 研究,证明FCT可以显著提高舰船的侧向抗撞能力.     

水下近场爆炸双层防护结构抗爆能力的数值模拟分析

同步考虑水下近场爆炸冲击波载荷与气泡射流载荷的作用,综合分析双层防护结构型式及尺度对其抗爆能力的影响,可为双层防护结构的抗爆设计提供直接技术支持。采用基于欧拉法的气泡动力学程序模拟气泡的近壁脉动过程,基于能量等效原则,将射流水柱对结构的冲击简化为等效的射流载荷,通过编制MSC.Dytran软件子程序,在冲击波数值模拟阶段后自动添加等效射流载荷,实现更接近实际情况的双层防护结构遭受水下近场爆炸过程的数值模拟。以内壳单位板厚变形能表征双层防护结构的抗爆能力强弱,通过改变结构型式与尺寸参数,对不同支撑结构板厚、内壳板厚和内外壳间距下结构的抗爆能力进行批量计算,以结构总重和抗爆能力为双重目标,借鉴多目标优化思想,得到双层结构抗爆能力的最优解集。计算结果表明:当内外壳厚度及其间距一定时,存在最佳支撑结构板厚;在同等结构重量情况下,Y型双层结构能提供更强的抗爆能力。     

一种基于IFP的单壳舷侧耐撞结构

改进船体结构耐撞性是开展船舶碰撞研究的一个主要目的.结构耐撞性设计,就是在碰撞研究的基础上,对传统的舷侧结构进行优化设计,或者设计一些具有特殊吸能元件的新型船体结构形式,来改善船舶的结构耐撞性能.目前,船舶耐撞性的研究主要集中于双层舷侧结构,单壳舷侧结构的耐撞性研究开展得较少.IFP(Improved Frame Panel)是一种先进的舷侧骨架结构,它具有良好的吸能特性和结构强度,是一种理想的能量吸收单元.本文基于IFP构建了一种新式单壳舷侧耐撞结构,并将之应用于某型护卫舰.通过仿真计算和比较研究,证明IFP可以显著提高舰船的侧向抗撞能力,是一种先进的耐撞设计思想.