高空核爆电磁脉冲下埋地电缆瞬态响应研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)会引发埋地电缆的耦合作用,从而产生瞬态响应。针对HEMP下埋地电缆瞬态响应问题,首先分析了高空核爆电磁脉冲的时频特性;然后给出了电磁场与电缆耦合公式,明确了两者之间的耦合关系;最后基于电磁仿真软件Gprmax模拟了不同土壤成份、电缆埋深和辐射状态下的埋地电缆瞬态响应。仿真结果表明:利用Gprmax对高空核爆电磁脉冲下的埋地电缆瞬态响应进行分析是一种有效的方法,对高空核爆电磁脉冲的防护以及其他高功率电磁脉冲的电磁兼容问题分析具有参考意义。

高空核爆电磁脉冲入射情形下航空母舰上鞭状天线耦合特性分析

[目的]在考虑海面影响的情况下,研究大型舰船上鞭状天线在高空核爆电磁脉冲(HEMP)入射下的感应电流与脉冲入射角度和天线位置的关系。[方法]考虑海面的影响,采用半空间时域有限差分法(FDTD),用细导线算法解决由于精细结构导致的计算网格量巨大、效率低下的问题,用集总元件FDTD算法计算天线后面负载对感应电流的影响,采用基于多点接口(MPI)的并行算法提高计算效率。[结果]计算结果表明:在HEMP入射的情形下,某航空母舰模型上鞭状天线的感应电流与天线位置和入射角度等有关;典型情形下天线端口处的感应电流峰值为5.6 A。[结论]进一步分析表明,天线端口处感应电流的大小主要取决于天线位置,与脉冲的入射角关系不大。所做研究为大型舰船脉冲电磁波入射情形下的感应电流计算分析提供了算法基础,为舰船电磁兼容问题分析提供理论支撑。

高空核爆电磁脉冲波形标准及特征分析

目前,国际上已有美军标、国际电工委员会、Bell实验室及各种学术出版物等各种高空核爆电磁脉冲波形标准。综述了这些标准,并从时域参数、频谱、归一化累积能流谱、总的能量密度等几方面研究其异同性。比较后认为,IEC61000 2 9和MIL STD 461E表述的新标准要比1976年出版物波形和Bell实验室波形的频谱范围宽,对电子系统的小孔缝耦合效应稍强,但对多数效应物尤其是线缆引入的传导耦合,损伤程度则相对弱化。最后,分析了由于HEMP波形表述形式变化,给EMP模拟器和效应研究带来的影响和新动态趋势。

两种高空核爆电磁脉冲下电话机的效应异同性及概率分布

利用分布式负载有界波电磁脉冲模拟器提供的电磁环境,试验研究了电话机在我国推荐的1976 HEMP和IEC61000-2-9推荐的1996 HEMP两种波形环境激励下的效应异同性,以及效应的概率分布,应用频谱分析和电磁范数对效应机制进行了分析。结果表明:对于电话机通话中断效应,1996 HEMP要比1976 HEMP的效应阈值稍低,其效应的概率分布可用正态分布来拟合。

高空核爆电磁脉冲对便携式监护仪的辐射效应

高空核爆电磁脉冲(HEMP)对电子和电气设备构成严重威胁,但是目前针对军队急救医疗卫生装备的电磁脉冲(EMP)耦合效应及防护研究还比较薄弱。因此以某款当前军队医院所使用的便携式监护仪为研究对象,利用有界波电磁脉冲模拟器模拟产生HEMP进行辐射试验,评估HEMP对监护仪的辐射效应,在各种试验条件下测量干扰场强阈值,分析HEMP对监护仪的作用机理。试验表明:HEMP辐射场对监护仪的工作状态会造成严重干扰,上升时间短、持续时间短的电磁脉冲对设备的干扰能力更强。结合监护仪结构、辐射试验结果、HEMP对监护仪的作用机理可得出以下结论:①场线耦合是引入电磁脉冲干扰的主要途径,当导联线与入射电场方向平行时耦合效应增强,导联线的屏蔽层结构对屏蔽效能有显著的影响;②监护仪外壳的屏蔽效能较差,电磁脉冲可由显示屏和空隙直接渗透至监护仪内部形成干扰,加强导联线和外壳的屏蔽效能将有效提高监护仪抗HEMP的能力。

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准,我国推荐的1976HEMP和IEC推荐的1996HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准,采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况,结果表明电缆的1976HEMP早期耦合效应较1996HEMP早期耦合效应要严重的多。

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。

高空核爆电磁脉冲E2部分对架空管道的影响

高空核爆电磁脉冲会通过管道的耦合作用,对各种电子设备和系统造成严重的影响和破坏.为了研究高空核爆电磁脉冲对架空管道的影响,首先通过麦克斯韦方程给出了高空核爆电磁脉冲对架空管道的耦合方程,然后应用格林函数法求解微分方程得到管道上感应电流和电压的频域表达式,再应用傅里叶反变换得到电流和电压的时域波形.最后计算了基于IEC标准波形的高空核爆电磁脉冲E2部分作用下架空管道的感应电流和电压.

超五类以太网线高空核爆电磁脉冲(HEMP)耦合试验研究

线缆耦合是HEMP对电子设备造成毁伤破坏效应的主要途径之一。针对影响网线中电压、电流的几个关键因素,如辐照场强等级、网线长度、放置方式、屏蔽与否等,从实验的角度探究网线的HEMP耦合规律。得到了网线芯线上耦合电压电流与环境场、网线长度之间的关系;分析了不同放置方式下芯电压、芯电流的之间的差异;测试了屏蔽网线的屏蔽效能,得到了皮电流与辐照场之间的关系。所得到的结论对于实验研究及防护设计都有参考意义。

高空核爆电磁脉冲激励下架空输配电线路绝缘子闪络情况分析

高空核爆电磁脉冲(HEMP)是核爆炸除核辐射、热辐射、冲击波外的第四种效应,HEMP会在输配电线路上耦合产生过电压,引起线路绝缘子串闪络,直接威胁到电网的安全稳定。该文提出采用电路方法来求解HEMP激励下,多导体传输线网络的暂态感应电压。首先通过求解多导体传输线方程,推导出多导体传输线等效的PI型电路模型及电路参数。其次利用节点电压法及IFFT求解多导体传输线网络节点的暂态感应电压。该方法避免了直接对相互耦合的大规模传输线方程组的求解,从而极大地简化了计算。通过与文献计算结果对比,验证了方法的正确性。最后应用传输线有效耦合长度概念,建立考虑地线影响的输配电线路简化模型,并分析了国内四种电压等级的输配电线路在400km高空核爆炸下,绝缘子闪络的可能性。仿真结果表明,低压配电网易在高空核爆电磁脉冲激励下发生绝缘子串闪络。

高空核爆电磁脉冲激励下架空导线感应电压的电路求解方法及影响因素分析

高空核爆电磁脉冲(HEMP)是核爆炸的第四种效应,HEMP会在架空导线上耦合产生过电压造成设备损坏。为分析任意边界条件下HEMP在架空导线上的感应电压,采用电路方法求解以降低计算的复杂度。通过求解传输线的端口特性参数,推导了传输线的PI型等效电路模型及其参数。结合节点电压法,计算了任意边界条件下传输线首末端点的感应电压时域解,并通过与文献NULINE程序的计算结果对比,验证了方法的正确性。基于该方法,分别研究了土壤电导率、导线高度、入射角对架空导线上感应电压的影响规律。

高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境数值模拟与分析

针对舰艇等武器装备面临的高空核爆电磁脉冲辐射威胁,研究了近海面电磁脉冲辐射环境。基于电磁场理论,分析了电磁脉冲在海面及海水中的传播规律,建立了高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境解析模型,并进行了模型验证。利用该模型对高空核爆近海面电磁脉冲辐射环境进行了数值模拟,计算给出了高空核爆近海面电磁脉冲传播变化规律及电场分布情况,分析了入射波角度、距海面距离等对电磁场的影响。研究结果表明,海面上电磁脉冲环境比较复杂和恶劣,海面下电磁脉冲环境相对较好。

高空核爆与雷电电磁脉冲特征及能量吸收技术

高空核爆电磁脉冲(HEMP)对数据采集与监视控制系统(SCADA)的损害研究越来越成为当今社会关注的焦点,也是给风力发电行业造成经济损失的威胁之一。雷电电磁脉冲(LEMP)和高空核爆电磁脉冲(HEMP)同属高能电磁脉冲范畴。为了有效保护风电场SCADA不受LEMP和HEMP的损害,根据HEMP与LEMP对SCADA的损害机理,通过对波形参数的比较,采用多元四端网络技术研发了专门用于风电场SCADA保护的HEMP/LEMP高能吸收器,经注入不同波形参数的瞬态脉冲测试,效果显著。

高空核电磁脉冲晚期效应对电网稳定性影响的研究

为分析高空核爆晚期效应对电力系统的影响,本文研究了高空核电磁脉冲晚期效应对电力系统稳定性影响。根据高空核爆晚期效应感应电流对电网元件的影响,建立了电网等效模型,得到了线路等效电压源,并计算了高空核爆炸晚期效应在电网上的感应电流,然后对晚期效应感应电流水平做出了评估,最后从断路器、自耦变压器两个方面分别考虑了偏磁对电网稳定性的影响因素。

垂直入射HEMP近地面电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)具有覆盖范围广、峰值场强高等特点,对电子设备构成严重威胁。针对有关HEMP标准中主要涉及自由空间HEMP波形描述的情况,研究了双指数HEMP平面波垂直入射地面时,地面附近的电磁脉冲环境特性。基于时域有限差分(FDTD)法提出使用一维合成平面波解决总场空间激励源的引入问题。通过设置不同的入射波状态和环境因素,仿真计算了HEMP在地面附近的电磁脉冲环境参数,并对HEMP在地面附近的传播特点与规律进行了总结和归纳。结果表明,较低位置处反射场削弱了部分入射场,使总场幅度降低;较高位置处经历较为完整的入射场和反射场的冲击;地表介质的电气参数对总场也有影响,其中电导率的影响较大。这些结论有利于指导地面附近电子设备的防护设计。

斜入射HEMP近地面电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)具有覆盖范围广、峰值场强高等特点,对电子设备构成严重的威胁。针对有关HEMP标准中主要涉及自由空间HEMP波形描述的情况,使用时域有限差分法研究了HEMP平面波斜入射地面时近地面的电磁脉冲环境特性,计算了HEMP在地面附近的电磁环境参数。结果表明,垂直极化的HEMP平面波,随着入射角的增大,地面附近的水平场幅值变小、脉冲宽度变窄,垂直场则相反;水平极化的HEMP平面波,随着入射角的改变,较低位置处比较高位置处的总场变化更为明显。

近地面HEMP电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)对电子设备构成严重的威胁;针对国内外有关HEMP的标准中对波形的定义主要针对自由空间的问题,使用时域有限差分法研究了HEMP平面波垂直/斜入射地面时,地面附近的电磁脉冲环境特性,仿真计算了有关电磁环境参数;结果表明,HEMP平面波垂直入射时,较低位置处反射场削弱了部分入射场,使总场幅度降低,较高位置处经历较为完整的入射场和反射场的冲击;HEMP平面波斜入射时,在垂直极化情况下,随着入射角的增大,地面附近的水平场幅值变小、脉冲宽度变窄;实验结论有利于指导地面电子设备的电磁防护设计。

某型电台的HEMP辐照效应试验及电磁损伤评估方法研究

为检验电台类装备在高空核爆电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)环境下的生存能力,降低系统电磁脉冲易损性评估中的不确定度,设计了系统级HEMP辐照试验方案及易损性试验评估流程,建立了基于故障树模型的电台电磁损伤评估算法.以欧讯SG-7200型超短波电台的电磁易损性评估为例,应用电磁损伤评估算法开展威胁级辐照试验.试验结果表明:电台在50 kV/m的辐照试验中发生跳频现象,通信故障;在故障树模型中,根据多次试验数据得到该型电台在50 kV/m的威胁级辐照试验中系统失效概率为78.83%.

基于BLT方程的埋地管道电磁脉冲响应规律

高空核爆电磁脉冲(HEMP)会在埋地油气管道上产生感应电流和感应电压,可能对油气管道的测量监控装置及阴极保护系统产生影响。为研究HEMP对埋地金属管道的电磁影响,利用合成电压波的思想,推导了可用于分析不均匀传输线响应的BLT超矩阵方程;通过与链参数方法的计算结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性。建立了埋地管道的分段串联传输线模型,应用BLT超矩阵方程计算了管道特性阻抗连续时管道参数和管道折角对管道上电流、电压的影响;将入射仰角、入射方位角和场源方位角作为随机变量,计算了入射波状态对响应电流影响的统计信息。针对大地电导率横向差异引起的特性阻抗不连续情况,计算分析了管道电流电压的响应情况。研究结果可为油气管道的电磁脉冲防护提供相关参考。

平行金属线阵列地面附近的早期HEMP环境

铺设金属网的地面作为一种复杂的地表,区别于均匀半空间均匀地面,金属网必然会影响地表附近上方的电磁环境,因此,对其电磁环境的准确描述和分析十分必要。为此,以地面铺设平行金属阵列为典型情形,提出了一种计算平行金属阵列地面附近上方高空核爆电磁脉冲环境的解析方案,并且分析了地面铺设平行金属阵列结构之后对早期高空核爆电磁脉冲环境的影响。结果表明:当地面铺设平行金属线阵列后,相比于均匀半空间地面而言,不同高度下的水平极化场,反射场与入射场相互抵消的现象更加明显,使得总水平极化场衰减更为严重;而对于不同高度下的垂直极化场,其反射场和入射场的叠加现象也更加明显,使得地面附近上方的垂直场强幅值大于入射波场强幅值的效应加强。