车辆发动机系统电磁脉冲效应预测

发布时间：2020-03-25 15:18

【摘要】：高空核电磁脉冲、高功率微波等强电磁脉冲武器的应用将严重威胁车辆的机动性与安全性。发动机系统是保障车辆动力性的核心,电磁脉冲可通过线缆传导方式有效作用于发动机内部电子零部件,导致车辆部分功能缺失甚至完全丧失机动能力。深入探究车辆发动机系统电磁脉冲效应,确定车辆线缆耦合电磁干扰,明确发动机敏感部件及主要电磁耦合途径,预测强电磁脉冲环境下发动机系统失效概率,对指导车辆电磁防护设计具有重要工程意义。仿真计算与试验测试是研究强电磁脉冲环境下车辆效应预测的重要手段。通过仿真确定车辆线缆耦合电磁干扰是发动机效应预测的基础,但以往建立的复杂电磁干扰三要素预测模型难以描述线缆电磁响应与线缆长度等关键参量间的复杂非线性关系,所建模型的通用性差。利用试验获取发动机系统敏感度阈值能够为发动机效应预测提供数据支撑,然而系统级试验往往受场地和成本的限制,样本数据有限,致使发动机失效原因尚不明晰。此外,受电磁干扰源位置、极化角度、部件敏感度等多种参量的影响,发动机系统电磁脉冲效应中存在着大量的不确定性,导致发动机系统电磁脉冲敏感度预测困难。针对上述问题,本文以某民用轿车发动机系统为研究对象,结合仿真手段预测车辆线缆耦合的电磁应力,利用试验方法获取发动机关键部件的敏感度阈值,最终建立预测模型实现车辆发动机系统电磁脉冲效应预测。论文的主要内容和贡献如下:(1)提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的车辆线缆电磁干扰预测方法,实现车外电磁干扰和车内串扰情况下车辆线缆耦合干扰的预测。结合电磁场理论和早期测量数据,确定车辆线缆耦合电磁干扰的关键影响因素,采用CST仿真分析各因素影响下车辆线缆耦合电磁干扰的统计规律,考虑电磁脉冲入射参数的随机性,得到线缆耦合电磁干扰的概率密度函数、均值、标准差等统计特征。筛选关键参数作为预测因子和预测对象,利用自适应神经模糊推理系统构造输入预测因子和输出预测对象之间的映射关系,建立车辆线缆电磁干扰预测模型。并以高空核电磁脉冲为例,说明了模型建立和预测的全过程,验证了模型的有效性和适用性。(2)进行了发动机系统的电磁脉冲效应试验和失效分析。依据发动机系统功能结构,以保障发动机正常工作的关键部件为试验对象,搭建发动机部件级和系统级电磁脉冲注入试验平台,设计点火器驱动控制电路。获取了点火器、喷油器、进气压力传感器和氧传感器的电磁敏感度,建立了部件失效概率与线缆耦合感应电压的关系曲线,监测了发动机喘振、熄火等故障状态时转速传感器、点火器、喷油器等关键受扰部件的信号波形。结合发动机工作原理和效应试验数据,从信号角度入手分析了部件受扰对子系统及发动机正常功能的影响,明确发动机系统的失效原因。(3)提出一种基于分层贝叶斯网络的车辆发动机系统电磁脉冲敏感度预测方法,从概率角度考虑电磁干扰源位置、极化角度、部件敏感度等参量的随机性,估计发动机系统在强电磁脉冲作用下的失效概率。该方法利用事件树理论对电磁脉冲传播过程建模,确定系统周围电磁环境的风险概率,运用电磁拓扑理论分析发动机系统电磁耦合途径。考虑同层单元失效的相关性,以分层贝叶斯网络为框架融合事件树和电磁拓扑理论建立发动机系统电磁脉冲敏感度预测模型,并推导了部件级至系统级的失效概率计算公式。最后以高空核电磁脉冲为例,说明了发动机电磁脉冲敏感度预测模型的参数获取方法和模型计算过程,并以超宽带高功率微波为例说明了预测模型的适用性。
【图文】：

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图 2.1 HEMP 辐照下的车辆线缆理论可知，车辆线缆电磁脉冲响应计算涉及的物源参数：入射角、方位角、极化角、峰值线参数：线缆长度L、距车底高度h、终端阻g 、相对介电常数rg ；3）响应参数：线缆终端数可以分为非随机参数和随机参数两种。其中，的影响是确定的，二者间符合某种函数关系，而影响是不确定的。为此，筛选影响线缆耦合电磁子，并选取能够表征线缆上电磁能量耦合程度的筛选：车辆线缆电磁响应主要受线缆长度L、距、极化角的影响，将上述随机参数作为预测

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1.2 电磁脉冲下线缆电磁响应规律分析针对外部电磁干扰源，分析入射角、线缆长度等因素影响下线缆终端耦合电压的统计规律，并得到同时考虑入射角、方位角、极化角影响下线缆终端峰值电压的统计规律。1）仿真模型建立以某民用车为对象，高空核电磁脉冲为电磁干扰源建立仿真模型，受扰线置在车辆驾驶舱内，如图 2.2 所示。（a）某民用车外壳模型（b）车内受扰线缆放置情况
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464

【参考文献】