电磁辐射对燃油危害的机理及其试验评定方法研究

Hazards of electromagnetic radiation to fuel （HERF） is a great potential safety hazard by acting on the fuel system of aircraft and other equipment, and crucial in the system-level Electromagnetic compatibility research. Due to the limit of research method in this field, the mechanism and effect rules of HERF is not clear and definite. It leads to the uncertainty of the safety limit and the deficiency of the available test method and evaluation about HERF. Therefore, by studying the HERF mechanism, this project proposes to analyze the rules of electromagnetic energy coupling in the fuel system based on electromagnetic field, microwave and antenna theory, discuss the effects of frequency, structure, gas composition and pressure force on RF discharge referring to DC disruptive discharge theory, study the mechanism and model of RF discharge spark ignition based on compulsive combustion theory, study the discharge spark temperature by the method of temperature measurement of double line of atomic emission spectroscopy. According to the research in the theory analysis and numerical simulation, combining with computational electromagnetics, computational fluid dynamics, electromagnetism, antenna theory, gas discharge theory, combustion theory, this project is going to obtain the quantitative characterization of the physical process, raise a temperature index system and its test device, and achieve to present the available test method about HERF evaluation.

电磁辐射对燃油危害是一种作用于飞机等大型装备的燃油系统，可形成重大安全隐患的电磁环境效应，是系统级电磁兼容研究的重要内容。受研究方法和手段限制，人们尚未深入掌握电磁辐射对燃油危害的作用机理及其效应规律，无法确定其安全限值，未能形成有效的试验评定方法。对此，本项目在分析其作用过程的基础上，拟根据电磁场与微波、天线理论研究燃油系统对电磁能量耦合的规律；借鉴直流击穿放电理论，研究频率、结构、气体成分及压力对射频击穿放电的影响；根据强迫燃烧理论，研究射频击穿放电火花点火的机理与模型；通过原子发射双谱线测温法，研究射频放电火花温度的检测。最终，综合计算电磁学、计算流体动力学，并结合电磁场、天线理论、气体放电理论和燃烧学，进行电磁辐射对燃油危害的理论分析和仿真计算，得到电磁辐射对燃油危害物理过程的量化表征，提出一种可测温度指标及其测试装置，实现一种可行的电磁辐射对燃油危害的试验评定方法。

本项目研究了电磁辐射对燃油危害的机理及其试验评定方法，包含4部分研究内容。结合项目研究计划，课题组通过电磁数值仿真和理论计算开展并完成了“金属缝隙电磁耦合致场强增强的机理和量化规律”研究；通过参数化建模和多物理场仿真开展并完成了“基于电子累积效应和雪崩效应的射频/微波击穿放电机理”研究；通过多物理场协同仿真和分析建模开展并完成了“基于瞬态火焰扩展模型的微波等离子体点火机理”研究；通过搭建电磁辐射对燃油危害的试验平台样机开展并完成了“电磁辐射对燃油危害试验方法”研究。.通过上述研究，课题组突破了“金属缝隙电磁耦合致场强增强效应的机理、数理表征和性质规律”，“电子累积/雪崩效应的产生机理、数理表征和性质规律，以及不同频率其对射频/微波击穿放电过程的影响”，“不同条件下微波等离子体点火瞬态火焰扩展模型、建模方法和点火成功的判断条件”以及“强场辐射对燃油蒸气危害安全阈值的分析和试验方法”等关键问题；完善了电磁辐射对燃油危害的理论分析、仿真建模、数值计算和试验测试方法，分析了10kHz~5.4GHz频段内的强场辐射对燃油危害阈值；完成了项目计划规定的研究任务和研究目标。.在项目支撑下，基于上述成果，课题组共发表了4篇期刊论文，其中包含3篇SCI源刊；发表了5篇国际会议论文并多次参与国内外学术交流活动。同时，课题组已申请并被授权国家发明专利3项，且有3名硕士研究生以本项目作为毕业设计课题并完成硕士学位论文。此外，本项目相关研究成果已形成GF报告1篇，预期可应用于飞行器电磁辐射对燃油危害的试验验证并为填补相关标准空白提供支撑，具有深远意义和广泛应用前景。