飞行器壳体干扰磁场的产生机理及数值模拟

地磁匹配是一种全自主、抗干扰能力强的新型导航模式，是当前导航制导领域的一个研究热点，实现其工程化的关键难题之一是载体磁干扰环境下地磁场的精确探测。本课题从飞行器壳体干扰磁场的机理研究入手，综合考虑壳体结构尺寸、材料电磁参数、背景磁场、飞行器姿态和速度变化等因素，以三维有限元方法为基础，精确模拟壳体感应磁场、涡流磁场以及二者之间的耦合效应，提出并建立反映总磁场与背景磁场、飞行器姿态及速度关系的数学模型，从而为各种类型干扰磁场的量化、磁探头在飞行器上的安装以及干扰磁场的补偿奠定基础；以小尺寸缩比模型为对象、以高精度磁屏蔽箱和均匀磁场模拟装置为手段，开展感应磁场和涡流磁场的试验测量，为壳体材料磁导率的反演、数值模拟结果的有效性验证提供条件。课题的研究有望为飞行器壳体干扰磁场的补偿和地磁场的精确探测提供技术支撑，并推进地磁匹配导航的工程化进程，同时可对军民领域类似问题的研究产生积极意义。

地磁匹配导航是当前导航领域的一个研究热点，实现其工程化的关键难题之一是载体磁干扰环境下地磁场的精确探测。本课题以飞行器载体为研究对象，对静态和动态条件下载体干扰磁场的主要成分及其产生机理进行了分析，对小型航空发动机静态及不同工作状态下的外部及周边磁场环境进行了测量分析，通过测量试验对磁传感器的选型及配置方式、载体干扰磁场的综合补偿方法等进行了研究和探讨；采用数值模拟方法研究了飞行器壳体感应磁场与其磁导率以及背景地磁场之间的关系，建立了感应磁场的数学模型，基于Maxwell3D软件对所建立的数学模型进行了验证，在此基础上推导建立了静态条件下载体干扰磁场的补偿模型，并通过小尺寸缩比实物模型测量试验对模型的有效性和精度进行了验证，实验结果表明所建立的静态补偿模型精度较高；采用数值模拟方法研究了飞行器壳体涡流磁场与其电导率、背景地磁场以及飞行姿态等因素之间的关系，利用Tolles-Lawson模型、基于Maxwell3D软件对动态条件下载体干扰磁场的补偿进行了研究，对某型导弹静态环境下和通电情况下的外部及周边磁场分布情况进行了测试和干扰补偿试验，对数值模拟和干扰补偿的精度进行了验证。课题的研究成果对飞行器载体干扰磁场的补偿和地磁场的精确探测提供了重要的技术支撑，为后续研究的深入开展奠定了基础，也为其它类型载体干扰磁场的补偿研究提供了借鉴和参考。