第３２卷河北科技大学学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｅｉｅｎｅｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

文章编号｝１００８・１５４２（２０１１）０７—００７１—０５

直升机机舱电磁屏蔽效能仿真研究

柳永祥，朱勇刚，姚富强

（总参第六十三研究所，江苏南京２１０００７）

摘要：对直升机机舱的电磁屏蔽效能进行了仿真，分别给出了不采取防护措施以及对直升机门窗

等孔洞进行屏蔽处理２种情况下机舱的屏蔽效能仿真曲线，得到了机舱屏蔽效能随频率变化的一

般规律及量级，认为影响机舱屏蔽效能的主要因素不是舱壁渗透，而是门窗孔洞的泄漏。

关键词：直升机；电磁脉冲；防护；屏蔽效能；仿真

中图分类号：ＴＮ９７文献标志码：Ａ

在现代战争中，军用直升机主要承担对地面目标攻击、野战运输、野战抢修与救生等任务，有时还作为某

些特殊的空中平台使用，尤其是武装直升机的地位和作用更为重要，被称为陆军的“领头雁”，是敌方重点打

击目标之一。另一方面，为进一步提高军用直升机的作战能力，机上装备有多种先进的电子设备，例如电台、雷达、导航系统、测高仪、干扰机等，一旦遭到高能电磁脉冲武器的打击，这些设备将失去正常工作能力，装备

精良的飞机在瞬间即变成无头的苍蝇。因此，必须采取有效措施对直升机及其机载电子装备进行电磁防护，

减小或消除强电磁脉冲攻击的影响。为了能够定量考查机舱的屏蔽性能，并在工程防护过程中合理分配屏蔽效能指标，本文通过计算机仿

真，分析不同条件下机舱电磁屏蔽效能、舱内不同位置的电磁响应等，为有针对性地采取防护措施提供参考。

１直升机面临的强电磁攻击威胁分析

常规电磁脉冲武器按照使用方式可以分为陆基、空基和天基３种。限于当前的技术水平，大功率、可重

复使用的电磁脉冲攻击系统通常需要庞大的支持子系统（包括大功率电源、冷却系统以及指控系统等），需要装在多台车辆上，体积比较大，多见于陆基电磁脉冲武器，且受发射天线效率的限制，脉冲功率主要集中于

５００ＭＨｚ以上频段，即属于ＨＰＭ范畴。此外，陆基电磁脉冲武器还包括不可重复使用的电磁脉冲炸弹，使

用时可通过导弹或炮弹等携带电磁脉冲弹头，在目标附近爆炸后产生电磁脉冲，达到攻击目的。同样基于天线效率及目标耦合特性的考虑，这种电磁脉冲炸弹的频率通常也集中于数百兆赫兹到数吉赫兹。

对于天基电磁脉冲武器（大气层外发射），由于直升机一般都是低空作战，电磁波从大气层外发射到达近

地飞行的直升机时，路径损耗很大，使得最终到达直升机的电磁脉冲功率过小而达不到攻击效果，因此攻击方一般不会使用天基电磁脉冲武器对直升机之类的低空目标进行攻击。

空基（机载）电磁脉冲武器受设备体积及重量的限制，目前还很难携带体积和重量过大的大功率可重复

式电磁脉冲武器攻击系统，更多的是使用一次性的电磁脉冲炸弹，但是这些武器通常不是针对直升机的，而是用来对地面指挥控制中心发动袭击或者当有导弹来袭时用来自卫。根据以上分析，直升机在战争中主要面临来自于陆基高功率微波武器（ＨＰＭ）和核爆电磁脉冲（ＮＥ脚）的

威胁，由于国际条约对使用核武器的限制，可以认为高功率微波武器是未来高技术局部战争中直升机面临的主

要强电磁攻击威胁。因此，现阶段直升机的电磁防护将重点针对ＨＰＭ来展开，同时兼顾抗ＮＥＭＰ的防护。

收穑日期：２０１１—０６—２５；责任编辑；李穆作者简介。柳永祥（１９７４一），男，湖北黄陂人，高级工程师．主要从事军事通信抗干扰技术、电磁频谱技术、高功率电磁现象及其防护方面的

研究．２仿真模型殛基本设定

对于各类电于装备，强电磁脉冲真正破坏的大多是装备内部的半导体器件。因此强电磁能量对直升机

的攻击需要跨过两道屏障，第１道是金属蒙皮的机盼，第２道是各机载设备的金属机箱。这两道屏障虽然不是为抗电磁脉冲专门设计旭以金属为材料的机舱或机箱外壳仍然具有一定的电磁屏蔽能力。本文重点分

析在强电磁脉冲攻击时直升机内部不同位置的响应特点以及机舱的屏蔽艘能。

机腑屏蔽能力的大小除了与舱壁材料的电导率有关外．还与舱壁上的孔缝情况以及＾射电磁脉冲的功

率谱分布有密切关系。直升机机身上的开孔主要有舷窗、观察窗、机身蒙皮的接缝等等，对于采用不导电复合材科作为机身蒙

皮的飞机，则整个机膪内部相对于入射电磁场而盲是开放的，人射电磁场将直接作用于机载各类电子设备，

在强电磁环境下还会出现一些非线性现象，给整体防护工作带来意想不到的麻烦。因此，通常应对机舱外壳

进行屏蔽处理。

腔体屏蔽效能的定义为腔体内某点处的电场（磁场）强度在插人腔件前后的幅值之比，在实际处理中为

了方便计算．将屏蔽体内某点处的电（磁）场强度和紧靠屏蔽体外侧的人射电（磁）场强度之比作为该腔体屏蔽效能的近似值：…

ＳＥ－－２０ｌｏｇｆ肯；；升１，（１）

式中。ＥＭ。表示在腔内Ｐ点得到的电（磁）场强度，ＥＭ。表示＾射场强度。以下计算中均采用式（１）计

算屏蔽效能。

如图１所示为直升机的三维模型，由于在仿真过程中使用的直井机模型尺寸与实际尺寸之比为１：１００．根据腔体谐振理论．腔体几何尺寸缩小１００倍，其相同振荡模式的谐振频率将增大１００倍。固此，在所

得到的仿真结果中，如果将频率轴对应的数值缩小１００倍，则所得到的曲线可以近似认为是实际尺寸的直升

机屏蔽效能频率曲线。

直升机外壳材料假定为铝台盘材料，相对电导率为

０６１（夸锕的电导率为ｉ）。分别比较不对舷窗、观察孔

等进行任何处理以及对这些部位进行导电屏蔽处理２种

情况下机舱的颇域电场屏蔽性能和时域响应特性。仿真

的基本设定如下。

１）在仿真机胎频域屏蔽效能时．＾射渡频率范围为ｏ～６ＧＨｚ，仿真其时域响应特征时．＾射渡为幅度归一

化的高斯脉冲平面渡，其时域被形和频谱分布如图２ａ）和图２ｂ）所示｝

固２＾射电磁脉冲时域波形扣频谱雏模型

２）电磁渡的＿凡射角度分别为飞机正下方垂直＾射、侧面水平＾射２种情况，３）由于＾射波的最短渡长为００５ｍ．相对于该渡长而言，直升机属于电大尺寸物体．基于现有计算机硬

件平台以及实验室已有的仿真软件难以对这样的大型电大尺寸物体进行电磁扬仿真。另外，考虑到仅需对一．．ｇ∞ｍ＃§自＊ｍｎ＊自《＊《ｍ％＊＾ＷＲ

舱壁的电磁屏蔽能力作粗略分析，并不需要了解精确的电磁场分布情况，因此在实际仿真中使用缩徽模型，

缩微模型尺寸与实物尺寸的比例为１；１００ｌ

４）仿真环境为Ｒｅｍｃｏｍ公司的三维时域电磁场分析软件ＸＦＤＴＤ６０；５）考查以下２个典型位置机舱侧壁，记作Ａ点；机头仪袁面板中点，记作Ｂ点，

６）时域波形的横坐标单位都为ｎｓ，纵坐标单位都为ｖ／ｍ；额域渡彤的横坐标单位都为ＧＨｚ，纵坐标单

位都为ｄＢ。

３仿真结果殛分析

３】束对舷窗、观察孔荨进行加固的情况

根据以上仿真模型及设定条件，分别得到不同脉冲＾射方向时，机舱侧壁“及机头仪表面板中点处的脉冲响应时域和频域波形，圈３为不同条件下直升机机舱内部时域和叛域响应仿真结果，围４为直升机机舱屏

蔽效能随频率的变化情况。

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圉３｛同奈件Ｔ直升机机抽内邦响应仿真镕果

根据图３所示仿真结果，可以发现以下现象：

ｉ）对于所考查的Ａ，Ｂ２十位置，电磁披从侧面＾射时得到的电场强度要大于从正下方＾射时的情况；２）当＾射渡消失之后．直升机中的电磁场响应渡并投有马上消失，而是要持续较长一段时间｛

现象１）说明舱壁的遮挡对人射电磁渡可以起到一定的衰减作用；现象２）说明渗透进人机舱内部的电磁

渡由于机舱内壁的反射作用，在机舱内形成振荡。振荡持续时间与舱内较大尺寸物体的摆放以及内壁材料

的电磁特性有关。为了进一步明确直升机金属机胎对不同频率平面渡的屏蔽效果，图４给出了Ａ．Ｂ两点处所得到的电场

屏蔽技能仿真曲线，该曲线利用ＨＦＳＳ００仿真得到。从图４可吼发现，直升机机舱的金属蒙皮对外部＾射

电磁场的低频分量（８ＭＨｚ以下）有一定的屏蔽作用，其数量级在１０～６０ｄＢ之间，与＾射渡方向以及机脖内部考查点的位置有关。当人射披频率继续增加时．机舱的屏蔽效能迅速下降。另一方面，根据国外相关研

究成果．一般直升机的机舱屏蔽效能如图５所示，图中所示曲线与本文的仿真结果基本吻合。圉４机舱屏蔽娃能的甘真镕果

３２对舷窗、观察孔等进行加固时的情况

考虑到部分直升机使用的是非导电复合材料蒙皮，因此在仿真中也考虑丁这种情况，井分别就机舱使用良导体材料

和商用导电涂料２种情况进行了仿真比较。采取如下的防

护措施：Ｉ）对于宙户玻璃，使用嵌有细密金属丝网的电磁屏蔽透

光玻璃替换原有的普通强化玻璃，其结构特点妞图６所示，

导电丝中心以聚酯纤维为支撑材料，外面用铜包裹．构成屏

蔽的主要部分，最外层是黑色包层防止反光。ｉ英寸（约为

２５４ｃｍ）距离上有９０个阿格．每个网格丝线的直径约为４０

“ｍ，表面阻抗约为０１４ｎ／ｍ２。

（２）对于复合材料机舱，在其外壁上涂覆有一层厚度为

４０ｐｍ的导电滦，导电漆的各项性能参数如表１所示：表ｌ导电奉的主要性能参数

利用ＨＦＳＳ对直升机机舱的屏蔽效能进行仿真，仿真结果

如图７所示。

由圉７所示的仿真结果可以看出。对机舱上的门窗等开孔

进行电磁加固处理后，机舱的屏蔽效能显著提高，在（０～３０）圉５直升机外壳的屏蔽蛙能日线

圈６嵌八玻璃的全羼韭月结构

ＭＨｚ频段均有一定的屏蔽作用，低端（ｉ０ＭＨｚ以下）达到（３０～５５）ｄＢ｝在高端，由于机舱谐振的影响，屏蔽教能逐步下降，但除掉谐振频率附近区域外，其他频段的屏蔽效能基本能达到２０ｄＢ左右。如果能在机舱内

壁镣教吸渡材料对电磁渡进行吸收，则卫可以进一步改善屏蔽效果。

另外，执仿真结果还可以看出，使用导电涂料喷潦机舱外壳与使用理想金属导体作为外壳蒙皮两者得到

的机胎屏蔽教能差别不明显。这说明－导电藩的导电率在一定范围内变化对机舱屏蔽皴能影响不太。影响机

舱屏蔽效能的主要因索不是舱壁渗透．而是门宙孔洞的泄赫。

由此可见．机舱上的门窗．观察窗等较大的开孔是电磁能量进＾直升机的主要途径．要对直升机机舱进

行电磁屏蔽处理，应将开孔的屏蔽问题作为重点。

４结语

车文针对直升机机舱的电磁屏蔽教能进行了仿真研究，分别给出了不采取防护措施以丑对直升机门窗

等孔洞进行屏蔽处理２种情况下机冉自的屏蔽敢能仿真曲线，得到了一些初步的结论，认为影响机舱屏蔽嫂能自｛《

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