一种发动机线缆线束的电磁效应等效分析方法与流程

本公开实施例涉及发动机线缆线束的电磁效应等效分析，尤其涉及一种发动机线缆线束的电磁效应等效分析方法。

背景技术：

1、随着航天技术的迅速发展，各类航天器中应用最多的就是发动机。发动机是一种能够提供推力的简单火箭发动机。它由固体燃料、氧化剂和点火系统组成，燃料和氧化剂通常以固态形式存储在发动机中。通过点火点燃固体燃料，产生高温高压的燃烧气体。发动机具有结构简单、可靠性高、耐储存期长等优点。然而，在高空核电磁脉冲环境下，发动机线缆可能会出现过电压、过电流和电磁干扰等问题，其性能和安全性面临严峻挑战。因此，研究发动机线缆在高空核电磁脉冲环境下的抗干扰性能具有重要意义。

2、相关技术中，通过对hemp干扰特性的研究，建立高空核电磁脉冲模型，利用控制变量法，对ewis线缆的类型等因素进行改变。采用cst进行模拟建模和试验，探讨高空核电磁脉冲对线缆的影响，从而对发动机电缆在高空电磁脉冲环境中的耦合效应进行评估，但其中cst所建立的仿真模型过于粗糙，极易对之后的实验结果产生影响。利用cst电磁仿真软件和matlab软件的联合仿真，建立了角锥喇叭天线在电磁脉冲下的响应统计模型。采用cst软件设计了天线的电磁脉冲响应仿真模型，并通过电压驻波比和增益曲线验证了其合理性。考虑到通信系统在不同状态下的射频端口阻抗特性，计算了线缆在高空电磁脉冲环境下的耦合效应，选择了受影响最小的线缆进行应用，但其中不仅存在cst建模粗糙的问题，此方法对线缆中的变量考虑也不够全面。利用时域有限差分法的全波三维电磁场模拟仿真软件，根据等离子体设备的参数构建了电磁脉冲传播模型，研究了电磁脉冲在穿越等离子体前后的时频特性，对比其与现有的实验结果，根据实验结果，选择了最适合的线缆，但此方法的致命缺点是忽略的线缆种类，半径，屏蔽层等变量。

技术实现思路

1、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种发动机线缆线束的电磁效应等效分析方法，用以解决现有技术中存在高空核电磁脉冲模型的仿真模型过于粗糙，得到的实验结果不准确；且模型中忽略了线缆种类、半径和屏蔽层等变量的问题。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种发动机线缆线束的电磁效应等效分析方法，该方法包括：

3、根据发动机线缆的三维布局、发动机线缆的特性数据和发动机线缆两端的负载，构建发动机线缆核电磁仿真模型；

4、基于发动机线缆核电磁仿真模型，利用agrawal传输线模型建立发动机线缆耦合问题沿线缆方向的微分方程组，以计算高空核电磁脉冲下发动机线缆耦合电流；

5、基于发动机线缆耦合电流，利用平面波激励对agrawal传输线模型进行仿真模拟，以分析不同条件下发动机线缆抗高空核电磁脉冲耦合仿真结果。

6、进一步的，利用拓扑结构对发动机线缆的三维布局进行描述，发动机线缆的三维布局包括节点、线段和路径；其中，节点作为基本元素，两个节点连接可形成线段，连接不同线段可形成路径；

7、不同发动机线缆的特性数据各不相同，在进行电磁耦合仿真时需要针对性地设置发动机线缆的特性数据；

8、对发动机线缆两端的负载进行精确设置，通过电气接口文件获取发动机线缆两端的负载。

9、进一步的，发动机线缆耦合问题沿线缆方向的微分方程组的表达式为：

10、

11、其中，vs为散射电压的角频率，w为核电磁波的角频率，vt为所求发动机线缆微元位置的入射电磁场切向分量，a为沿x轴方向的发动机线缆电流，r为沿发动机线缆单位长度的电阻，l为沿发动机线缆单位长度的电感c为沿发动机线缆单位长度的电容；g为沿发动机线缆单位长度的电导，j为虚数单位。

12、进一步的，利用格林函数算法对公式(1)进行依次推导非齐次通解与特解，从而获取发动机线缆电流与散射电压：

13、a(x)＝[b1+p(x)]e-αx+[b2+q(x)]eαx        (2)

14、vs(x)＝[b1+p(x)]z0e-αx+[b2+q(x)]z0eαx     (3)

15、其中，b1为第一参数，b2为第二参数，z0为发动机线缆对高空的特性阻抗，p(x)为入射电磁场切向分量关于发动机线缆一端的积分函数，q(x)为入射电磁场切向分量关于发动机线缆另一端的积分函数，e为自然底数，α为发动机线缆的传输常数。

16、进一步的，入射电磁场切向分量关于发动机线缆一端的积分函数的表达式为：

17、

18、入射电磁场切向分量关于发动机线缆另一端的积分函数的表达式为：

19、

20、其中，发动机线缆始端位置表达为x1，发动机线缆终端位置表达为x2，发动机线缆的传输常数α为：

21、

22、进一步的，发动机无缘线缆的两端电流与电压对欧姆定律进行满足：

23、vs(x1)＝-a(x1)z1                  (7)

24、vs(x2)＝-a(x2)z2                  (8)

25、其中，z1与z2分别为发动机线缆两端连接的负载阻抗；β1与β2为分别被引入发动机线缆两端的反射系数：

26、

27、

28、将公式(9)与(10)带入到公式(2)中，对参数b1与b2进行确定：

29、

30、

31、通过结合发动机线缆端结构参数、发动机线缆端口抗阻和发动机线缆核电磁脉冲的波形参数，得到在核电磁脉冲情况下惯性传感器的耦合电磁脉冲参数，并计算得到高空核电磁脉冲下发动机线缆耦合电流。

32、进一步的，当电磁波传输在发动机线缆外部的预设距离处入射到传输发动机线缆时，其电场和磁场分布将保持不变，并且在传输发动机线缆中传播时不会发生散射或反射；传输发动机线缆上的电压和电流将保持恒定，并且沿着传输发动机线缆的方向传播，直到被吸收或反射。

33、进一步的，入射平面波激励的双线传输线的表达式为：

34、

35、其中，s1与s2为第一源矢量和第二源矢量，k与d分别为波数与两条传输发动机线缆之间的距离，ψ与φ分别为第一入射角和第二入射角，α为极化角，γ为传播常数，l为线缆长度。

36、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

37、本公开的实施例中，通过上述发动机线缆线束的电磁效应等效分析方法，一方面，对发动机的抗高空和电磁脉冲耦合进行仿真研究，电磁脉冲会侵入发动机控制系统和电源系统，产生感应电动势和电流，从而破坏或干扰发动机的正常工作。因此，为了提高发动机在高空核电磁脉冲环境下的性能和安全性，必须采取措施增强线缆的抗电磁脉冲能力。对线缆类型的选择、极化角的大小和线缆长度等一系列因素进行仿真实验，极大程度的避免发动机线缆在高空被核电磁脉冲影响。另一方面，通过该分析方法可以评估不同条件下发动机线缆的耦合效应情况，从而优化线缆设计和布局，提高系统的稳定性和可靠性。