一種hirf條件下復合材料艙室內場強計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及屬于電磁環境效應技術領域，特別涉及一種HIRF條件下復合材料艙 室內場強計算方法。
【背景技術】
[0002] 復合材料因其高強度、耐腐蝕、抗疲勞等優異性能而被廣泛應用于現代航空和航 天等工業領域，商用客機如波音B787和空客A380中復合材料比重大量增加，無人機、衛星 等航空航天器中對重量的苛刻要求，也大量采用復合材料。然而，不同于傳統的金屬材料， 復合材料的導電性能和電磁屏蔽特性遠遠低于金屬材料，復雜電磁環境中的高強福射場 (HIRF)信號很容易耦合進入復合材料結構體內，導致電磁干擾問題。因此，復合材料艙室內 部的場強分析研究已成為近年來科研人員關注的熱點。
[0003] 復合材料艙室內部的場強可以通過實驗手段獲得，如現有國家發明專利《一種低 電平掃描場的高強輻射場測試系統及其測試方法》（專利【申請號】201310218837. 9)，《一種 HIRF測量中地面多路徑反射干擾誤差的消除方法》（專利【申請號】201410706144.9)等，通 過建立低電平耦合等效方法測試艙室內部場強。但是，實驗方法往往成本高且周期較長，要 求在復合材料艙室已經成型情況下完成。一般地，設計師希望在艙室制造之前對潛在的電 磁干擾危害進行預測，用于指導HIRF防護設計，這也是現代產品設計的要求。
[0004] 理論上，采用數值計算方法如矩量法、時域有限差分法等，能夠準確分析出任意三 維幾何電磁模型的內部場強。但是，復合材料表現出非均勻各向異性的特點，且具有復雜的 微觀幾何構型，在數值計算過程中需要考慮內部精細結構的網格剖分，往往產生巨大的未 知數，求解過程漫長甚至無法求解。因此，需要提出一種HIRF條件下復合材料艙室內場強 計算方法，通過獲取復合材料的等效電磁參數，解決復合材料艙室的數值計算難題，為HIRF 條件下復合材料艙室的電磁危害評估與防護設計提供有效手段。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種HIRF條件下復合材料艙室內場強計算方法，解決由于 復合材料的非均勻特點帶來的數值計算內存消耗大、計算慢甚至無法求解的問題，為HIRF 條件下復合材料艙室的電磁危害評估與防護設計提供有效手段。
[0006] 為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種HIRF條件下復合材料艙室內場強計算方法，其特點是，該方法包含如下步 驟：
[0008] Sl，計算復合材料在HIRF效應分析頻段內的等效電磁參數；
[0009] S2,建立復合材料艙室的三維幾何模型，其模型材料的電磁特性由步驟Sl中得到 的等效電磁參數進行描述；
[0010] S3,設置外部HIRF照射條件，對艙室模型進行仿真計算；
[0011] S4,在所述的艙室內建立近場觀察點獲取內部的場強值。
[0012] 所述步驟SI中所述的HIRF效應分析頻段是400MHz~18GHz。
[0013] 所述步驟SI中所述的等效電磁參數是張量形式的復介電常數[ε rff]和復磁導率 [yeff]，分別表示為：
[0016] 式中，ε Mff、ε yrff、ε zrff分別為在直角坐標系中X、y和Z方向的復介電常數， Μ Mff、Pyrff、Μ Z(3ff分別為在直角坐標系中x、y和z方向的復磁導率。
[0017] 所述步驟S2中所述的復合材料艙室的三維幾何模型是由艙室物理尺寸建立的三 維幾何模型，且其模型材料的電磁特性用等效電磁參數來描述。
[0018] 所述步驟S3中設置外部HIRF照射條件是指，對照射到復合材料艙室中的且標準 規定的滿足遠場條件的外部電磁波的照射方向、極化方向和強度進行設置。
[0019] 所述步驟S4中所述的近場觀察點是在復合材料艙室內的獲取電場場強和相位的 數據點。
[0020] 本發明與現有技術相比，具有以下優點：
[0021] (1)采用等效電磁參數描述復合材料的電磁特性，在HIRF效應的仿真計算過程 中，避免了對復合材料的微觀結構進行網格剖分求解，從而避免了巨大未知數的產生，解決 了復合材料數值計算求解慢甚至無法求解問題。
[0022] (2)等效的電磁參數通用且易更改，用于HIRF防護設計時，調整艙室模型的等效 電磁參數即可達到設計要求，不需要多次更改復合材料內部本構材料的分布以達到設計目 的。
[0023] (3)可以在復合材料艙室內靈活設置近場的場強值觀察點，方面與后期的HIRF效 應測試驗證進行對比。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明一種HIRF條件下復合材料艙室內場強計算方法的流程圖；
[0025] 圖2為本發明實施例中碳纖維復合材料的截面示意圖；
[0026] 圖3為本發明實施例中復合材料艙室模型及照射條件示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
[0028] 如圖1所示，一種HIRF條件下復合材料艙室內場強計算方法，其特征在于，該方法 包含如下步驟：
[0029] S1，計算復合材料在HIRF效應分析頻段內的等效電磁參數。
[0030] 上述的HIRF效應分析頻段是指行業標準規定的400MHz~18GHz。
[0031] 所述的等效電磁參數是張量形式的復介電常數[%ff]和復磁導率[μ#]，分別表 示為：
[0034] 式中，ε Mff、ε yrff、ε zrff分別為在直角坐標系中X、y和ζ方向的復介電常數， μ Mff、μ yrff、μ zrff分別為在直角坐標系中x、y和z方向的復磁導率。以X方向的復介電常 數為例，可以表示為：
[0036] 式中，￡。為空氣介電常數，取值為8.854\10呷/111，￡1^"為等效的相對介電常 數，σΜΗ為等效的電導率，ω為角頻率。
[0037] 當復合材料表現為各向同性時，有：
[0038] ε xeff - ε yeff - ￡ zeff，（4)
[0039] 各個方向的復介電常數通過采用均勻化技術求解獲得，如采用Maxwell-Garnett 方程、Bruggmen公式、基于摻雜物問題的動態均勾化公式等。
[0040] S2,建立復合材料艙室的三維幾何模型，其模型材料的電磁特性由步驟Sl中得到 的等效電磁參數進行描述；
[0041] 所述的復合材料艙室的三維幾何模型是由艙室物理尺寸建立的三維幾何模型，模 型材料的電磁特性用等效電磁參數來描述。
[0042] S3,設置外