轨道炮弹丸所处强磁场环境屏蔽设计与仿真

针对电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰问题,采用 COMSOL中 PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型和脉冲电流模型;采用趋肤效应理论分析电磁屏蔽原理,建立了屏蔽效能评估方法,并设计了一种屏蔽体模型。分别采用导电、导磁材料设计了单层、多层组合屏蔽体,用 COMSOL中磁场模块计算离弹底不同距离处的强磁场屏蔽效果,得出在离电枢较近时,导电材料与导磁材料的屏蔽效能较低,屏蔽体距离电枢越远时,导电材料的屏蔽效能不变,导磁材料的屏蔽效能逐渐提高,距离电枢100 mm时屏蔽效能达到34 dB。轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。     

电磁炮弹丸遥测装置的电磁防护方法

针对处于电磁炮弹丸内的弹载遥测装置受强磁场的影响而产生的无线传输信道中断问题,提出了电磁炮弹丸遥测装置在强电磁环境干扰下的电磁防护方法。该方法采用导磁导电材料结合模式,设计了双层组合屏蔽体模型,利用FLUX电磁场分析软件计算不同方案下的磁场屏蔽效果。仿真结果表明,将导电材料置于屏蔽体外侧,导磁材料置于屏蔽体内侧,在给定的弹丸遥测装置尺寸内,遥测装置离弹尾距离越远,屏蔽效能越好,且将遥测装置放置于弹丸头部,屏蔽效能更优。     

基于COMSOL的轨道炮弹引信部位磁场组合屏蔽仿真

针对电磁轨道炮发射的弹丸中,引信部位电子器件会受到低频脉冲强磁场干扰的问题,在采用COMSOL仿真软件建立轨道炮面电流模型,进而分析发射过程中电枢前端磁场分布的基础上,对铜-1J22、铜-铁、铝-坡莫合金三种组合屏蔽方式及铝-坡莫合金屏蔽层厚度比例对屏蔽性能的影响进行了仿真。仿真结果表明,发射过程中距离电枢前端越近磁场越强且屏蔽效能越差;三种屏蔽方式下铝-坡莫合金的屏蔽效能最好,在电枢前端10 mm位置屏蔽前后磁通密度为2.902 5 T和0.109 9 T,屏蔽效能可达到28.44 dB;在总厚度为4.5 mm的铝-坡莫合金屏蔽组合方式中,导磁材料坡莫合金厚度增加屏蔽性能也会提高,但其层厚度增加超过2.5 mm时对屏蔽效能的影响已不那么显著且最后将趋于某一恒定值。     

弹箭磁屏蔽效能仿真及分析

为了分析磁传感器的测量误差,建立了弹体静磁屏蔽效应数学模型,利用ANSYS软件进行弹体三维磁场仿真,分析了弹体相对磁导率、壁厚等自身因素对磁屏蔽系数的影响,仿真结果与理论计算结果一致。仿真研究并拟合出弹体磁屏蔽系数与弹体姿态角之间的关系。结果表明,当弹轴与磁场方向平行时,磁屏蔽系数最小,随着夹角的增大,磁屏蔽系数增大,当弹轴与磁场方向垂直时,磁屏蔽系数最大。建立了磁屏蔽椭球模型,提出直接获取软磁误差矩阵的方法,为磁传感器的误差校正提供了理论基础;给出了利用磁屏蔽椭球模型直接解算弹体相对于地磁矢量姿态角的方法,为磁传感器在弹上的应用提供了理论基础。     

弹体侵彻过程主动磁探测识别方法

针对现有主动磁探测侵彻过程识别方法存在双磁块体积大、安装一致性差,相对位置扰动对侵彻过程识别影响大的问题,提出利用单个磁块激发磁场的主动磁探测侵彻过程识别方法。通过安装于引信内部的单个磁块产生磁场,靶板内铁磁性的钢筋会使引信内部磁场产生变化,而磁场变化情况与侵彻过程中弹-靶相对位置具有对应关系,可以此实现对弹体侵彻过程的识别以控制起爆。利用COMSOL软件建立弹体侵彻钢筋混凝土靶板的有限元仿真模型,通过对侵彻单层靶的弹-靶耦合作用下的引信内部磁场变化情况进行仿真,确定磁块和磁传感器相对位置的放置方案。针对多层靶和厚靶的不同侵彻工况进行仿真分析,得到弹体侵彻多层靶和厚靶时磁场变化情况与侵彻过程的对应关系,分析了斜侵角度对主动磁探测的影响,侵彻角度越大,磁场强度变化滞后越明显。研究结果表明,利用单个磁块的主动磁探测方法可用于不同工况的侵彻过程识别并以此来控制起爆。     

多层平板屏蔽体的多目标优化设计

多层屏蔽体的设计是根据屏蔽效能等的要求来确定各屏蔽层的材料以及厚度,由于多层电磁屏蔽的屏蔽效能是入射波的角度、材料的电导率、磁导率、介电常数以及各层的厚度等的强非线性函数,因此,采用数值方法对多层屏蔽体进行设计是非常困难的。为了解决实际应用中的多层屏蔽体设计问题,提出了多目标优化设计模型,在该模型中,将屏蔽体的总质量,总价格以及总厚度作为优化目标,将多个频率的屏蔽效能作为约束条件。利用遗传算法对屏蔽体进行多目标优化设计,最后对一个三层平板屏蔽体进行了实际设计,结果表明该方法切实有效。     

吸收-屏蔽复合材料对军用电子仪器设备进行屏蔽的研究

提出用吸波材料与金属材料双层复合代替单层金属材料对军用电子仪器进行屏蔽的设计.计算结果得出,这种复合材料的屏蔽效能在低频段与单层金属的屏蔽效能相当,但在高频段远远高于单层金属.另外,这种"内吸外反"的屏蔽材料,还有很好的吸收性能,特别是在高频段,大部分电磁波被其吸收,反射回来的电磁波很少,这样就为军用电子仪器防电磁泄漏和抗电子干扰提供可靠的保证.     

本征型导电高分子电磁干扰屏蔽材料研究进展

综述了本征型导电高分子材料及其与常规高分子、金属复合材料在电磁干扰屏蔽领域的研究进展。相比于金属系电磁干扰屏蔽材料,本征型导电高分子材料不仅具有质轻、易合成、电导率可调、环境稳定性好等优点,而且它们的主要屏蔽特征为吸收损耗,不同于金属材料的反射损耗特征。单纯采用本征型导电高分子材料很难获得优异的电磁干扰屏蔽效能,通过将本征型导电高分子与金属材料的复合可极大提高它们的电磁干扰屏蔽效能,同时可以控制屏蔽材料的吸收/反射损耗比。     

封装螺旋线圈发射器的瞬态仿真

根据线圈炮的结构特点和发射过程,建立了二维瞬态有限元仿真模型,分析了不同封装材料和结构对发射的影响,与不同时刻的磁场分布规律。结果表明,发射过程中导体封装体内产生感应涡流,会降低弹丸的出口速度,且对电磁场的屏蔽效果不理想。而导磁的非良导体材料封装对炮的主磁场有加强作用,能提高弹丸的炮口速度,且电磁屏蔽效果良好。当导磁材料封装的厚度增加时,可以更好地增强磁场,弹丸炮口速度增加,且电磁屏蔽效果更好。为了得到更高的弹丸炮口速度并更好地屏蔽电磁场,在减小封装与驱动线圈间距并增加封装厚度的情况下,使用高磁导率的硅钢片制作封装,硅钢片的厚度应该尽量小从而削弱涡流效应。     

机械手表屏蔽罩材料的磁屏蔽特性研究

通过运用圆筒磁屏蔽理论,对比研究机械表机心在较强直流磁场下的实际防磁性能,得出影响防磁屏蔽性能的主要因素为屏蔽罩材料的磁导率和尺寸。通过实际验证坡莫合金、电工纯铁和马氏体不锈钢3种材料制造的防磁屏蔽罩的防磁性能,结果表明:电工纯铁和马氏体不锈钢更适合作为较强直流磁场下的屏蔽罩材料;而坡莫合金虽有很高的初始磁导率,但在较强直流磁场下更易达到磁饱和,致使其磁屏蔽性能不如电工纯铁和马氏体不锈钢稳定。     

透明屏蔽材料的研究现状及展望

阐述了研究透明屏蔽材料在军用和民用事业上的重要意义。在分析屏蔽材料作用机理的基础上,提出屏蔽材料能够透光对导电粒子的要求,同时介绍当前透明屏蔽材料的两个热点研究方向,对薄膜型透明屏蔽材料和互穿网络结构型透明屏蔽材料的研究现状做了详细的叙述。在总结上述两种材料各自特点的基础上,提出具有一定厚度的均匀复合体材料才是将来最理想的透明屏蔽材料,并对透明屏蔽体材料的研究和发展趋势作了简要的阐述和展望。     

导电聚合物电磁屏蔽材料研究现状

丰富的电磁波资源在信息行业得到广泛应用的同时,产生的电磁干扰却带来了许多危害。导电聚合物作为一种新型材料在屏蔽电磁波方面展现出了良好的应用前景,主要包括复合型和结构型导电聚合物。介绍了复合型和结构型导电聚合物的导电机理,综述了目前国内外聚合物电磁屏蔽材料(EMI)的最新研究动态,如填充型复合导电聚合物、复合型导电涂料、结构型导电聚合物、纳米电磁屏蔽材料等,其中填充型复合材料及纳米屏蔽材料都将成为研究热点,并探讨了聚合物电磁屏蔽材料的未来发展方向。     

磁引信应用中的壳体屏蔽效应分析

针对磁引信在应用中遇到的壳体屏蔽问题,提出将引信体近似为回转椭球壳体模型,从理论上详细地分析了椭球壳体在均匀磁场中的屏蔽效应,给出了相应的屏蔽系数公式;并通过试验验证了理论分析的正确性.该研究分析对磁引信体的选材、结构设计及所测得的磁信号处理都有重要的意义.     

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明：随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。     

层状木基复合材料的制备及其电磁性能

金属铜箔为反射层,以铁氧体吸波片为吸波层,分别与人造板复合,制成层状木基复合材料,研究该复合材料的电磁参数及其屏蔽效能和反射率随铁氧体含量的变化。结果表明,所制备的层状木基复合材料在频率小于500 MHz时平均为90 dB左右,当频率大于700 MHz时,其屏蔽效能随着MnZn铁氧体含量的增加略有下降,在铁氧体的质量分数为80%时,其屏蔽效能为78dB左右,复合材料的反射率随着铁氧体吸收剂含量的增加,吸收峰带宽增加,在1.11 GHz处其反射率为-9.57 dB,反射率小于-5dB的带宽范围在818 MHz～1.5 GHz。     

基于FEKO的夹芯型吸波材料优化研究

基于FEKO仿真软件,构建夹芯型吸波材料的反射率仿真分析模型,研究透波传输层材质及厚度对夹芯型吸波材料吸波性能的影响,进一步设计并制备了兼具良好侵彻性能的夹芯型吸波材料。结果表明:在填充导电炭黑(w=3%)和磁损耗型吸波剂MZ(w=40%)的聚氨酯基吸波芯材表面前置3 mm厚的石英玻璃纤维增强复合材料作透波传输层,可以有效提高吸波芯材的吸波性能;由3 mm Q-GFRP、5 mm PU基吸波芯材、5 mm S-GFRP和3 mm CFRP构成的夹芯型吸波材料的综合性能最佳,拥有11 mm厚的防护材料层,且对7.19 GHz~18.00 GHz频段电磁波的吸收率大于90%。     

轨道炮发射过程中弹药制导组件强磁环境控制技术

电磁轨道炮弹药制导部分是其未来发展的关键技术之一.针对弹药制导组件无法承受过强磁场的问题,采用理论分析和数值仿真方法,对铜导体的电磁感应屏蔽、铁磁材料磁屏蔽以及活动制导组件的控制技术作了磁场分布有限元分析,研究了电磁轨道炮发射过程中弹药制导组件所处磁场环境的抑制方法.结果表明:采用合适隔离与屏蔽方法,制导组件所处环境的磁场可降低4个量级,达到36μT.上述研究工作很大程度上降低了弹药组件环境磁场强度和研发难度,对电磁轨道炮制导弹药研究开发具有一定参考意义.     

火炮发射膛内高温对弹底引信的影响

针对炮弹弹底引信在膛内需承受高温火药燃气强瞬态热冲击的问题,将非稳态导热计算方法和有限元瞬态导热分析引入引信结构分析,得到了引信体底部沿轴向温度分布曲线.ANSYS仿真结果与理论计算结果相吻合.结果表明,正常发射时,在膛内发射药火焰作用下,弹底引信表面温度约为95～145℃,热扰动在引信体内部传播深度不足2 mm,发射药火焰对弹底引信强度的影响可以忽略不计.但考虑到火炮发射时可能会出现弹丸留膛的异常现象,在设计弹底引信时,当引信体材料为50钢或35CrMnSiA时,可忽略火炮发射膛内高温对弹底引信的影响;当引信体材料为铝合金2A12、7075、7A04或铜合金HPb59-1时,应适当加大引信体最薄部位厚度.     

高频电磁屏蔽水泥基复合材料研究

介绍平板材料对高频电磁波的屏蔽原理,研究不锈钢纤维、石墨和焦碳复掺的水泥基复合材料的电阻率、电磁屏蔽效能随养护龄期的变化规律。结果表明:材料的电阻率在龄期28d后,趋于稳定,龄期35d,交流电阻率为84.7Ω·m;随着龄期的增加,材料的屏蔽效能趋于增强;龄期在35d,频率为11GHz时,增加最为明显,达到52.8dB。     

聚四氟乙烯基电磁屏蔽复合膜的研制及特性研究

以聚四氟乙烯为基体树脂,以表面镀银的液态金属(EGaIn@Ag)、银片和多壁碳纳米管为导电填料,制备了具有高导电性、可大变形、高电磁屏蔽的聚四氟乙烯基复合膜,研究了复合膜的力学性能、电性能、电磁屏蔽效能等。结果表明：复合膜具有良好的延展性和力学强度,断裂伸长率达到了250%以上,拉伸强度达到了18.1 MPa;复合膜的方阻低至5.34Ω/sq, EGaIn@Ag能够有效地减小复合膜在拉伸变形时的相对方阻变化率;复合膜的电磁屏蔽效能(EMI SE)最高达到了60.5 dB,当拉伸应变为10%,比例为Ag∶EGaIn@Ag=1∶1的复合膜的EMI SE值仍有41.6 dB,而只添加了银片的复合膜在拉伸应变为10%时的EMI SE值为26.8 dB。以上结果表明添加有液态金属的复合膜在较大的拉伸变形时,仍具有良好的电磁屏蔽效能,具有良好的应用前景。