丛书15-算例23：巡航ESD瞬态电磁效应（RS）仿真.pdfVIP

CST China 算例23：巡航导弹ESD 瞬态电磁效应（RS ）仿真 本算例们利用某巡航导弹模型作为小型系统级仿真载体，对弹体在ESD 静电放电的情况下进行仿真分析，包括壳体 内外表面感应电流、弹体内部舱室中的感应电磁场以及舱室中不同类型的电缆上的感应电压和电流，将充分展示CST MS 工作室™对于复杂电磁兼容问题的仿真能力。 巡航导弹模型如下图所示： 该巡航弹总长6.5 米，包含前后两组翼，前翼展2.7 米，整个弹体由厚度为3 毫米厚的铁板组成。从头到尾全弹共分 6 个舱段：导引头舱、信号处理设备舱、战斗部舱、燃料舱、进气道舱和涡扇发动机舱。舱段间由穿孔铁板分开，线缆从 其上的孔穿过连接个舱段间的设备。导弹发射后，前翼展开，发射前和常态下则折叠在弹体内。 考虑一般性，我们这里认为各舱段是采用分段组装焊接而成，故上图中舱段隔离板处有不均匀的缝隙，最大缝隙可 达 2 毫米。换言之，这里认为整弹并不是一个完整密封的铁腔体构成，我们这样做是为了更一般性，且此时的电磁兼容 性比实际弹体要差，也同时给用户一个更为一般性的算例。 进气道位于弹的后腹部，这是唯一一个在结构上是大开口的地方，可以想象电磁能将主要从这里进入弹体。但是对 于ESD 信号能量主要集中低频段区，此时由于趋肤深度仍然较大，金属弹体呈半透波状，ESD 瞬态冲击能量此时可以透 过弹体而直接进入导弹内部，而并不完全仅从进气道的开口进入。 通过上述物理描述，我们知道，不能将弹体简单地视为微波工程中常用的 PEC （理想电导体），不仅如此，我们还 要计及其实际厚度，因为趋肤深度与物理厚度已经可以比拟了。另外，对于弹体各舱段上的连接缝隙我们也不能视为闭 合，因为它是截断电流路径导致外部电磁能进入内部最主要的原因之一。再之，弹内的线缆是整个系统中最细小的结构， 同样不能忽略。 综上所述，考虑到绝大多数全波电磁场仿真算法的限制 - 最大尺寸与最小结构 - 将导致算法的奇异，最终直接影响 算法的收敛和精度，我们这里采用CST MS 工作室™特有的“精简模型” （Compact Model ）库对3 毫米的弹体、2 毫米的 窄缝、精细的同轴线缆进行“精简模型”置换。这样的CM 能够大大地提高仿真速度和精度，是其他电磁算法无法比拟的， 在下面的仿真中，我们可以体会得到。 ESD 放电路径为巡航导弹的尾翼，信号形式参照GJB1389A - 2005 中的描述，将0～25kV 的阶跃电压波形作为激励， 用500pF 的电容器，通过500ohm 的电阻向军械分系统放电。 我们要仿真在ESD 静电放电情况下，弹体内外表面电流的瞬态和频域分布、弹体内各点处瞬态和频域电场及磁场分 布以及弹内线缆上所感应的瞬态冲击电压和电流及其频谱。 CST China Ltd. | info@ | 北京市海淀区彩和坊路8 号天创科技大厦707C-D 室 | 邮编：100080 | 电话：010| 传真：010 上海市黄浦区复兴东路733 号香港名都1201 室 | 邮编：200010 | 电话：021 | 传真：021 CST China Page 2/7 几何建模  选择模板 启动CST 设计环境™后，请选择创建一个新的CST MS 工作室™项目。  导入模型 CST 支持多种CAD 导入格式： SAT、STL 、OBJ、NASTRAN 、STEP、IGES 、ProE 、CATIA v4/v5 等格式。导入 模型后视图如下： 弹体内部结构如下图所示，机身内部分为以下几个腔体部分，从前至尾依次是导引头、信号处理、战斗部、燃料舱/ 机翼伸缩舱、进气道和涡扇发动机。 各舱段之间由焊接而成，不可避免的工装误差会成为电磁场进入弹体的一个通道，在仿真中应充分考虑。而进气道 和涡轮后的喷气口是属于开放状态，也是外部电磁能量进入弹体的一个主要途径。 弹体外覆盖一层几毫米厚的蒙皮，该蒙皮对于较低频率的外部干扰，由于趋肤效应导致部分低频电磁能量能够通过