水中开孔腔流激振荡控制实验研究

水中开孔腔流激振荡是水下航行器的一类突出噪声源.为探究有效抑制水中开孔腔流激振荡的控制方法和作用特性,首先以水下航行器的表面开孔结构为对象设计了开孔腔模型,并提出一种基于来流边界层分流原理的流动控制装置——前缘分流体,借助循环水洞装置对水中开孔腔的流激振荡特性及其控制进行了实验研究.通过沿流向和展向安装于腔底的动态压力传感器测量腔内脉动压力,分别从腔内脉动压力的频谱特性和空间分布特性两方面,探讨了水中开孔腔在不同流速下的流激振荡特性和前缘分流体对水中开孔腔流激振荡的控制效果,并对前缘分流体的主要作用机理进行了分析.研究结果表明:水中开孔腔流激振荡形式以剪切层自持振荡为主,在流速较低时,如2.4 m/s,就会产生稳定的自持振荡,且具有随流速升高而急剧增大的趋势;前缘分流体对水中开孔腔绕流自持振荡具有良好的抑制效果,且抑制效果随流速增加而显著提升,对腔内脉动压力频谱峰值和总级的最大抑制量分别达到25.3 dB和15.6 dB;此外,前缘分流体对开孔腔流激振荡具有低频频移作用,有益于避免发生流激空腔共振;脉动压力空间分布特性表明,前缘分流体对水中开孔腔流激振荡抑制机理主要在于破坏了腔内流场受到的周期调制作用.

电磁脉冲与开孔腔内PCB板级MSL间的耦合研究

因PCB上微带线(MSL)与外界电磁能量耦合而生成感应电流(Current),会对敏感器件造成耦合伤害。而目前对此研究的关注度不够,故以带拐角MSL的PCB板内置于开孔屏蔽腔为研究对象,以Current计算为主要切入点,进行多参数耦合特性计算。先建立相应数值模型并验证建模方法有效性后,外置平面波激励源,利用有限元法考察不同计算位置、有无屏蔽腔、MSL夹角大小及拐角补偿等参数变化对电流的影响。结果表明:直MSL上不同计算位置对Current影响不大,其数值都要比MSL弯折时要大,两者差值随频率增加而逐渐减小;谐振点处腔体抑制效果会被弱化甚至完全失效;MSL与电场E平行放置时,迹线需布成短线,MSL与电场E垂直放置时,迹线可布成长线;MSL宽度增加,电流数值会增加但趋势减缓。拐角补偿方法对提高信号完整性(SI)有效,但对降低电磁耦合作用有限。不会影响谐振点出现位置是上述多参数研究的共性结果。

含贯通线及PCB板开孔腔体的电磁耦合研究

外界能量通过贯通线进入开孔屏蔽体,与PCB上MSL耦合而生成感应电流(Current),加剧了对敏感器件的耦合伤害。故建立含贯通线及PCB板开孔屏蔽腔模型,进行多角度耦合特性计算。在建模有效性验证后,利用有限元法探讨平面波激励下PCB不同模型、MSL上不同端接电阻、贯通线半径、贯通线与腔体壁相接及多贯通线等参数变化对Current的影响规律。结果表明:双介质模型的使用更接近实际PCB结构对场的影响;两端接电阻取值相差不大条件下,可不考虑与MSL的阻抗匹配,取值也可不相等;Current数值随贯通线半径的增加而增加;贯通线与腔体壁不同表面相接对应Current幅值要远高于非接触的情况,并会激出新的谐振点。多根贯通线及线间距改变时Current幅值都要高于单线的情况,尤以第一谐振之前更为明显,多线存在不会影响谐振点出现位置。

电磁屏蔽系数快速算法用于多面开孔屏蔽腔研究

本文介绍了三种开孔矩形金属腔屏蔽系数快速计算方法的基本理论,总结了三种快速算法的优缺点及适用性,并在此基础上对TLM和Modal-MOM算法应用进行扩展,实现了腔体相对面及相邻面开孔屏蔽系数的计算。将TLM和Modal-MOM算法用于腔体相对面、相邻两面、相邻三面开孔时腔体中心处的屏蔽系数的计算,结果与CST仿真结果进行对比,证明了这些扩展算法的有效性。

开孔矩形腔中场分布的数据模型化初步研究

为快速估算开孔矩形腔中的电磁场分布,本文提出一种数据模型化方法,对开孔矩形腔的全波分析数据结果进行模型化处理,即通过提取腔内场分布数据的特征参数,来重建场分布情况的原貌。计算实例表明,该方法的预测结果和全波分析结果吻合较好。该方法虽然是基于全波分析计算所得数据,但这些数据的计算过程可以预先进行,因此场分布数据的重建时间可以做到非常短。

开孔金属腔屏蔽效能快速算法适用性评估

对开孔金属腔屏蔽效能(SE)的四种快速算法——传输线等效电路法、EMT法、ILCM法、Modal-MOM法的适用性进行评估,为不同实际工程问题选用恰当的算法提供了依据。为了解决传统SE结果描述方法不适用于快速算法适用性评估的问题,采用绝对误差和曲线相关系数这两个参数,提出SE随金属腔和孔缝尺寸单独变化的Contour图描述方法。在此基础上,利用864组不同形状、尺寸矩形金属腔的SE计算结果,分析并确定了四种SE快速算法满足不同计算精度时适用的腔体模式数。结果表明,在同等计算精度条件下,Modal-MOM算法可适用的腔体模式数最多,ILCM算法次之,而传输线等效电路法适用腔体模式数最少,这些结果为实际工程应用提供了指导。

基于电磁拓扑的多腔体屏蔽效能快速算法

提出基于电磁拓扑理论计算开孔多腔体屏蔽效能的快速方法.首先给出双腔体等效电路和电磁拓扑信号流图,并推导孔缝节点处的散射矩阵,给出拓扑网络的散射矩阵方程和传输矩阵方程,获得双腔体的广义Baum-Liu-Tesche(BLT)方程.在此基础上研究了开孔三腔体,包括串型级联三腔体和串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.对于串型级联三腔体,其电磁拓扑网络和广义BLT方程在双腔体基础上直接扩展即可获得.而对于串并型混合级联三腔体,通过将位于三腔体公共面上的孔缝等效为三端口网络节点,并根据三端口网络散射参数定义推导获得该节点的散射矩阵,最终得到串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.本文方法对双腔体的计算结果与文献结果和实验结果相符合,对3组不同类型和尺寸开孔腔的屏蔽效能的计算结果与时域有限差分法计算结果符合较好.该算法不仅效率高,通过对所有计算结果和实验结果的误差统计分析,表明该算法具有较高的计算准确度.

开孔双空腔结构风致内压动力特性的研究

该文推导了开孔双空腔结构内压动力响应的方程组,得到了共振频率和等效阻尼比。对不同空腔开孔面积比和内部容积比下模型各空腔的内压动力响应进行了风洞试验。研究结果表明:两空腔结构模型进行风洞试验时空腔的内部容积,应按照原型和实验风速比平方的关系进行调整以准确模拟原型的内压脉动。含有外墙开孔的空腔(前腔)内压脉动均方根小于不含外墙开孔的空腔(后腔)。内外压均方根比会随着空腔开孔面积比的增加而增大。另外,空腔开孔面积比的增加还会导致系统共振频率升高,等效阻尼比降低。而空腔容积比的增加会使一阶共振频率升高,二阶共振频率降低,并趋向单一空腔时的Helmholtz频率。

开孔金属腔屏蔽系数快速算法宽频适用性研究

本文研究了TLM、ILCM、Modal-MOM三种模型计算平面波照射下开孔矩形金属腔宽频带内屏蔽系数的适用性.通过比较这三种模型在0.5～3GHz范围腔体中心点处屏蔽系数的计算结果,并与CST模拟结果进行对比,发现Modal-MOM方法适合用于宽频段屏蔽系数的计算,但在高频时预测出的谐振点有明显频偏.TLM不适用于高频(电尺寸较大孔缝)计算,而ILCM方法不适用于较高频率情况和正方形孔缝的计算,且整体计算结果偏差较大.这些方法的适用范围在工程应用方面具有很好的指导意义.

快速算法用于带孔缝金属腔屏蔽系数计算的比较研究

本文比较了TLM、ILCM和M-MOM三种快速算法在斜入射波和多面开孔情况下计算金属腔屏蔽系数(SE)的适用性,发现M-MOM在各种情况下的计算结果最为准确,ILCM无法计算多面开缝情况,而TLM不适用于电大尺寸情况.本文还研究了电磁波的入射角和极化角、孔缝长边、腔体内观测点位置及相对面孔缝位置等参数对SE的影响.结果表明单面开缝时SE随方位角、极化角增大而增大,随仰角增大而减小,而相邻面开缝的SE则由方位角和腔体尺寸决定.当孔缝长度接近或大于半波长时,SE不再随长度的增大而减小.腔体内观测点位置不同,SE有不同的变化特性,因此仅用腔体中心点位置上的SE表示腔体的屏蔽效能是不够的.当屏蔽腔不可避免需要开缝时,应尽量选择开等效面积较小的孔缝.

腔深对水中空腔流激振荡影响的实验研究

为探究腔深对水中空腔流激振荡的影响,设计了一种可连续调节深度的空腔装置,并在大口径循环水管路系统中开展低速空腔流激振荡实验.基于分别布置在空腔上游、腔底及下游三点传感器的脉动压力测量结果,分析水中空腔流激振荡随腔深的变化特征.结果表明:随着腔深的增加,空腔自持振荡频率有所降低,而振荡幅值有随腔深增大而增大的趋势,腔深对空腔流激振荡的影响主要体现于深长比<1的浅腔流动;同时,空腔深度增加会使得空腔自持振荡更加稳定;可为进一步揭示不可压缩空腔流自持振荡和流激噪声机理提供参考.