直升机雷电间接效应及耦合机理仿真北大核心CSCD

[目的]雷电电磁效应与耦合特性是直升机电子电气设备雷电防护设计的重要分析依据。[方法]依据SAE-ARP5412和SAE-ARP5416标准规定的试验波形与方法,在基于传输线矩阵法(TLM)的CST线缆工作室中对典型雷击模式下直升机内外电磁环境和电缆耦合电平的影响因素以及规律进行研究。[结果]结果表明:雷击电磁场的建立是一个迅速变化的过程,并随时间、空间、结构呈现复杂变化;雷电耦合机制是雷电流再分布的阻性耦合以及机体缝隙共振耦合的相互作用,并且其与频率有很强的依赖关系;电缆感应电平会受到飞机蒙皮电阻、雷电流波形参数以及电缆屏蔽层阻抗等因素的影响。[结论]所做研究揭示了雷电电磁耦合机理及电缆雷电电磁感应的相关影响规律,为航空器电缆敷设和雷电电磁环境防护提供了依据和支撑。     

雷电防护在船舶中的应用探讨

文章首先列举船舶雷击的分类,阐明其不利影响和危害;分析当前船舶雷电防护标准、规范内容和适用情况,指出其特点和不足;阐述船舶雷电防护的发展历程、避雷方式、防护对策及应用实际,说明现行防护措施的特征和缺陷;分析民船、军船雷电防护应用状况,并比对两者的异同点;最后,阐述船舶雷电防护方式和船舶平台雷电电磁兼容等方面开展的重点研究,并展望未来发展方向。     

飞行器雷击瞬态电磁响应数值仿真

[目的]随着航天技术的快速发展,海上发射成为未来的发展趋势之一,而运行在大气中的飞行器时常会遭遇到雷击,严重时会造成机载设备损坏。[方法]针对该问题,建立飞行器表面无缝隙和有缝隙2个模型,使用CST软件中的传输线矩阵法研究雷击情况下2种飞行器模型的感应电场和磁场、表面电流和线缆感应电流的分布规律;研究飞行器内部线缆不同长度情况下线缆感应电流的变化。[结果]结果显示,对于同一个飞行器模型,轴向同一位置的表面电场和磁场与内部电场和磁场不仅在感应峰值上有差别,电场和磁场的变化趋势也有很大的不同;缝隙对飞行器表面电场和磁场变化的影响不大,但对飞行器内部的影响很明显;飞行器上的缝隙对线缆感应电流的影响巨大,相比于有缝隙模型,无缝隙模型中的单线感应电流峰值降低了1 000倍,同轴线电流峰值也降低了15倍。[结论]所得结果对于理清雷电对飞行器的电磁效应,进而开展下一步的雷电防护工作具有一定的借鉴意义。     

风电机组电气设备雷击瞬态接地特性及差异化防护

风电机组电气设备直接或间接与接地系统相连,风机遭受雷击时需要对两者电位差提出差异化防护建议。结合矩量法给出风电机组的模块化雷击瞬态计算模型,针对雷击叶片或机舱避雷针时接地路径上电位分布找到雷击薄弱点,重点对机舱内电气设备、塔筒内机柜以及控制电缆提出差异性防护措施和建议：建议机舱内所有电气设备外壳和底板添加等电位连接线,显著降低两者电位差约90.7%;建议增加机舱内表面金属网格至8×8个,电磁场强度最大可降低83.71%,有效避免机舱内闭合电路产生耦合电流;建议控制电缆机舱端和塔底端双端接地,电缆的芯皮电位差可控制在2 kV以内;建议塔筒内机柜位于塔筒高度的1/3位置,并尽可能改善土壤接地环境以降低泄流时机柜接地电位。     

FPSO雷电防护系统分析

为加强海工装备对雷电的防护,降低雷电导致的设备损坏和人员伤亡,以某浮式生产储油卸油船（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）为例,对雷电防护系统的标准要求和具体配置进行分析。设计人员在设计防护方案时,需要综合考虑国际标准要求、雷击风险概率及项目综合成本。研究成果可为FPSO雷电防护系统设计提供一定参考。     

舰船动力系统排烟对甲板上方空间温度场影响的数值分析

[目的]现代舰船动力系统排出的高温烟气对甲板上方高精度电子设备可靠工作和舰载机等作业单元的安全起降等具有重要影响,因此开展这些方面的研究工作非常重要。[方法]利用Fluent软件对某型舰船甲板上方空间温度场进行数值计算。选取舰船航行的典型风向,针对4种不同工况分析高温排气走向、舰船上层建筑壁面温度分布及关键停机坪上方温度场分布。[结果]结果显示,在30°风向下,位于舰船上层建筑背风侧的1,2号停机坪总会受到高温烟气的影响,使得安全起降受到威胁;同时,在低风速情况下,上层建筑表面受到高温烟气影响的区域面积更大,最大可达73 m~2。[结论]研究建议舰载直升机应尽量避免在30°风向下在1,2号停机坪处起降,电子仪器设备的布置应尽量避开受高温烟气影响较大的区域。     

邻近雷击电场环境模拟装置的设计与实现

[目的]雷电对空阔海域上的舰船危害极大,特别是随着电子、电气设备及封闭式集成桅杆的大量应用,舰船雷电间接效应日趋严重。为了有效开展舰载电子、电气设备的雷电间接效应试验,[方法]基于Marx发生器原理,设计并实现一种邻近雷击电场环境模拟装置。该装置利用可调单球隙实现冲击高压的峰值截断,通过高压极板与导电地平面建立邻近雷击电场模拟环境。[结果]试验结果表明,该装置截断时间小于2μs,跌落时间小于0.09μs,能够产生符合GJB 1389A-2005要求的脉冲电场环境。[结论]模拟装置可为依据GJB 8848-2016开展系统电子、电气设备的邻近雷击间接效应研究提供设备支持。     

舱室复合材料结构的抗爆性能数值仿真

[目的]随着现代舰船技术的不断发展,以及对船体自身抵抗反舰武器打击能力的要求不断提高,复合材料广泛应用于舰船防护结构中。为探究舱室内爆过程中凯夫拉材料防护结构的抗爆性能,[方法]在建立含多层甲板的实船舱段有限元模型的基础上,在两甲板之间建立舱室结构模型,并在其围壁内铺设凯夫拉材料装甲防护结构,计算舱室内爆过程中凯夫拉材料装甲防护结构的动态响应及毁伤。为正确模拟凯夫拉材料各向异性材料的属性特征,采用实体单元建立装甲防护层,对围壁上单元节点与凯夫拉材料单元节点采用tie约束,以保证节点共同运动。[结果]结果显示,未采用防护材料的舱壁在爆炸冲击载荷下发生了完全撕裂破坏,而采用了防护材料的舱壁只在冲击波正对位置发生了局部撕裂破坏。[结论]通过对比分析舱内不同起爆位置、在有/无凯夫拉材料装甲防护结构条件下的舱室毁伤特征,可为舱室的抗爆防护设计起到一定的支撑作用。     

直击雷在建筑物内的电磁场

通信局站建筑物内的电信设备会受到雷电电磁场的干扰和危害,要有效地对这些干扰和危害进行防护,关键贩是要了解直击雷在建筑物内产生的电磁场分布情况.讨论了五种情况下,建筑物内雷电电磁场的分布.     

雷电放电空间的电磁场分析

将雷电放电通道简化为一通电的直导线,其通道中的电流采用双指数雷电流模型.根据电磁场理论建立了雷电放电空间的物理模型,由傅立叶变换把双指数雷电流展开为不同频率正弦波的叠加,依次计算各频率的场强分量,得到空间电磁场的分布.利用Mathematica计算机软件编程计算,数值结果与有关文献的结果较一致;有关数值结果可供计算机等电子、电力设备与系统特别是微电子设备与系统的抗干扰设计参考.     

水面舰船粘性流场和流噪声的数值计算

[目的]水面舰船周围因非定常流动引起的流噪声问题是舰船声隐身设计技术的难点,自由液面的存在使之不同于潜艇水动力噪声计算。为解决这一问题,[方法]采用流体体积(VOF)法结合SST k-ω湍流模型计算船体外非定常流场,赋予自由液面空气声阻抗来模拟吸声边界。将船体表面脉动压力作为流噪声声源,应用声学有限元法计算水面舰船的水下辐射噪声。[结果]计算所得结果与实验值吻合良好,表明噪声源主要集中在船艏兴波处。[结论]所得结果表明所用计算方法可以较准确地模拟水面舰船的流场与声场,对水面舰船声隐身设计具有参考价值。     

转弯航行舰船开尔文尾迹散射特征研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究转弯航行状态下舰船产生的开尔文尾迹及其电磁散射特征,为舰船非线性尾迹检测和识别提供理论支撑。[方法]基于已有的开尔文尾迹建模方法和坐标变换,根据转弯航行方向,获得转弯航行舰船产生的开尔文尾迹。利用半确定性面元散射模型(SDFSM)对转弯航行舰船产生的弧形开尔文尾迹进行雷达电磁散射特性仿真分析,计算对比海背景下直线航行舰船开尔文尾迹和转弯航行舰船开尔文尾迹在不同船速及航行角度条件下的面元散射系数分布。[结果]转弯航行舰船开尔文尾迹各成分波在几何模型上存在与直行尾迹不同的几何特征,复合直行开尔文尾迹及转弯航行开尔文尾迹不同成分波在垂直接收-垂直发射(VV)极化条件下的面元散射系数分布图中不同区域表现出具有显著差异的散射特征。[结论]开尔文尾迹散射系数分布图的亮暗度和尾迹不同成分波的波矢量方向与雷达视向的相对关系密切相关。研究结果可为舰船信息感知和探测识别以及隐身等应用提供理论依据。     

飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应

[目的]大型水面舰船舷侧受反舰武器攻击威胁较大,通常设置多舱防护结构以保证内部重要舱室的安全。为研究多舱防护结构中飞片撞击冲击波载荷在液舱中的弥散效应,[方法]首先开展爆轰驱动飞片作用小型液舱的机理性试验,获得液舱中典型位置的自由场压力等试验数据;然后基于试验结果验证本文采用的数值仿真方法;最后,计算实尺度舷侧防护结构中液舱对飞片撞击产生的压力波载荷的弥散作用。[结果]结果显示,在液舱中,压力波的压力峰值和冲量随空间位置变化满足指数衰减规律。[结论]研究成果对舷侧防护结构的优化设计有一定的参考价值。     

高空核爆电磁脉冲入射情形下航空母舰上鞭状天线耦合特性分析北大核心CSCD

[目的]在考虑海面影响的情况下,研究大型舰船上鞭状天线在高空核爆电磁脉冲(HEMP)入射下的感应电流与脉冲入射角度和天线位置的关系。[方法]考虑海面的影响,采用半空间时域有限差分法(FDTD),用细导线算法解决由于精细结构导致的计算网格量巨大、效率低下的问题,用集总元件FDTD算法计算天线后面负载对感应电流的影响,采用基于多点接口(MPI)的并行算法提高计算效率。[结果]计算结果表明:在HEMP入射的情形下,某航空母舰模型上鞭状天线的感应电流与天线位置和入射角度等有关;典型情形下天线端口处的感应电流峰值为5.6 A。[结论]进一步分析表明,天线端口处感应电流的大小主要取决于天线位置,与脉冲的入射角关系不大。所做研究为大型舰船脉冲电磁波入射情形下的感应电流计算分析提供了算法基础,为舰船电磁兼容问题分析提供理论支撑。     

不同工况条件对舰船舰面空气流场的影响

随着舰载机及精密电子设备普遍装备现代舰船,与之相关的安全性及可靠性影响因素也逐渐受到关注[1].舰船舰面气流场对舰载机的安全起降影响显著.在不同的工况条件下,舰船气流场会产生变化,进而影响到舰载机的安全作业.本文利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行数值模拟计算,观察工况条件发生变化时模型舰面气流场的变化情况.从模型的选取、参考舰船舰载机起降方式等方面加以讨论,对不同工况条件下舰船空气流场的数值计算结果进行了对比和分析.     

空腔结构入水冲击加速度和压力响应试验仿真分析

[目的]舰船与水砰击、空投鱼雷和飞机水上迫降时,结构物在与水砰击的过程中会受到较大的冲击载荷影响。对于舰船,它会严重影响船体结构和内部器件的功效以及舰员安全。为研究舰船与水砰击的问题,[方法]以楔形和弧形体为研究对象,使用自行设计的装置进行入水冲击试验,通过加速度计和PVDF压电传感器分别测量冲击过程的加速度和冲击压力。重点关注空腔的影响,基于楔形体和空腔空气仿真模型,采用ALE方法对不同入水工况下的加速度和压力响应进行仿真分析,并与试验结果进行比较。[结结果]分析表明:数值仿真结果与试验结果吻合较好,结构密闭空腔对加速度信号有重要影响;密闭空腔对弧形体的影响程度高于楔形体,对弹性体的加速度几乎没有影响,结构表面形状对入水冲击压力的影响较大。[结论]研究结果可以为入水结构的设计和结构冲击防护提供技术支撑。     

舰船新型冲击防护层的水下爆炸特性研究

利用结构变形的吸能原理和阻抗不匹配材料界面反射冲击波特性,设计了一种新型的冲击能吸收和防护结构,用来提高舰船的抗水下爆炸生命力.这种冲击防护层可以粘贴在舰船壳体的外表面.文中使用试验和数值计算的方法检验此冲击防护层的抗冲击特性.采用水下爆炸试验的方法得到舰船模型粘贴冲击防护层前后的加速度和应变,并通过试验确定数值计算的冲击波载荷.利用ABAQUS显示动力学模块分别建立与试验对应的数值模型,计算得到相应的动态响应值.试验和数值计算的结果表明冲击防护层具有显著的冲击隔离特性,同时数值计算与试验结果具有较好的一致性.     

掠入射下舰船运动对本体雷达散射截面积概率密度的影响北大核心CSCD

[目的]航行运动产生的姿态变化会导致对自身雷达散射截面积(RCS)概率密度发生变化,因此有必要掌握舰船在各种运动工况时对掠入射下自身的RCS概率密度的影响程度。[方法]利用准静态的思路,构建水动力和电磁散射特性联合仿真模型及计算流程,选取掠入射下10 GHz连续波作为探测雷达波威胁,对不同统计时间、海况、航速、航向等参数下的舰船本体RCS概率分布进行对比和分析。[结果]结果表明,对数正态分布模型可较好地模拟船模静态RCS分布特性,统计时间大于250 s后动态RCS概率分布基本稳定;在低海况下及随浪或顶浪航行时动态RCS概率分布曲线存在“毛刺”现象。[结论]研究表明,航速对舰船RCS概率密度分布的影响可以忽略;浪向角对舰船RCS概率密度分布的影响在较高海况时才明显;海况增加使得RCS分布概率曲线越来越顺滑;统计时间对RCS概率密度分布的影响较大,需积累足够的数据进行试验或仿真才能准确掌握舰船RCS概率分布特性。     

舰船建造质量量化评价方法

[目的]对舰船建造质量进行准确评价是装备实现既定任务目标的保障。由于舰船建造样本量小、加工类型多样、工艺路线非标准化,长期以来,对于舰船建造质量的研究缺乏数据信息的支撑,通常以定性分析为主。为实现对舰船建造质量的量化评价和有效控制,[方法]针对建造工艺故障的随机性和不确定性,在以功能为导向的质量控制(FOQC)方法提出的工艺—质量参数模型基础上,基于模糊数学理论集成专家评分方法,将顺序关联、串联、混联工艺可靠度计算模型与模糊评分方法结合,提出舰船建造质量定量评价流程和工艺可靠度模糊计算方法。[结果]以某型号舰船轴系齿轮箱安装建造为实例进行计算,验证了方法的可用性和有效性。[结论]计算结果可为关键质量检验点设置及关键工艺控制优化提供参考。     

新型水面舰艇防护结构模型制作工艺及装舰可行性分析北大核心CSCD

[目的]为确保研究的新型防护装甲结构在大型舰船上顺利安装,充分提高安装效率以及发挥防护效果,开展了大型舰船新型防护装甲的装舰工艺研究。[方法]以"纳米二氧化硅(SiO_2)气凝胶/抗弹陶瓷/高强聚乙烯(PE)/纳米SiO_2气凝胶"典型复合装甲为研究对象,对该复合装甲进行模型设计、材料和设备选型以及局部1∶1模型制作工艺的研究。探讨新型复合装甲在焊接过程中,高温对高强聚乙烯的响应以及在实船上安装工艺的可靠性。[结果]试验结果表明,焊接所产生的高温对高强聚乙烯无影响。[结论]研究的新型防护装甲安装工艺流程具有可行性、操作性较好、精度可控、质量可检查、可靠性好等特点,是一种可行的装舰工艺方案。