潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计

熊 勇，臧 涛

(1. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064；2. 海军驻中国舰船研究设计中心军事代表室，湖北 武汉 430064)

潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计

熊 勇1，臧 涛2

(1. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064；2. 海军驻中国舰船研究设计中心军事代表室，湖北 武汉 430064)

总体电磁兼容性设计是潜艇总体设计的关键环节之一，其设计质量直接决定了潜艇总体设计的优劣。以往潜艇的总体电磁兼容性设计主要依据经验和标准，一方面容易导致潜艇平台总体电磁兼容性的欠设计或者过设计；另一方面无法针对性的指导潜艇平台指定区域新系统、设备的研制。相对于其他舰船平台而言，潜艇平台的电磁环境具有独特的区域化分布特点。针对潜艇平台这一特性，提出了潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计体系和流程，以及分舱分区域设计和控制程序，可为今后潜艇开展总体电磁兼容性设计提供参考。

电磁兼容；潜艇；分舱；分区域

0 引 言

电磁兼容性（EMC）是设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能够一起执行各自功能的共存状态。包括 2 个方面：一是设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能，且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；二是设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常工作且不会给环境（或其他设备）带来不可接受的电磁干扰[1]。

电磁兼容性是潜艇重要的总体性能指标之一，其性能的好坏直接影响潜艇的作战效能。在潜艇总体设计中，一方面要求减小电磁干扰，使潜艇中的电磁干扰消除或者抑制到最低程度；另一方面是加强潜艇上各系统设备抵御外界影响、适应复杂电磁环境的能力[2]。要达到这一目标必须要有一个良好的总体电磁兼容性设计方法，可以说总体电磁兼容性设计是潜艇总体设计重要的关键环节之一，其设计成败直接决定了潜艇总体设计的优劣。

1 潜艇总体电磁兼容性设计

1.1 国内潜艇总体电磁兼容性设计的发展概况

我国系统地开展潜艇总体电磁兼容性设计始于 20世纪 90 年代，通过在型号工程中逐步开展电磁兼容性研究和总体设计工作，我国潜艇总体电磁兼容性设计技术取得了长足的进步，已经跨过了“问题解决法”，完成了“标准控制法”，并在“系统分析法”的实践基础上提出了针对于潜艇平台的“分舱分区域控制法”，保障了我国潜艇全寿命期的电磁兼容性。

然而我国潜艇总体电磁兼容性设计技术在理论研究、试验测试、标准制定、设计精度等方面与发达国家存在一定差距。为使我国潜艇总体电磁兼容性设计技术达到甚至超越美、俄等发达国家水平，还需要开展大量的研究实践工作。

1.2 存在的有关问题

以往潜艇的总体电磁兼容性设计以“标准控制法”为核心，即根据研制时所采用的标准规范，严格控制装艇设备的电磁兼容性性能，这种方法较“问题解决法”先进，大大降低了全工程的电磁兼容性风险。然而随着技术的发展和工程的深化，这种方法的不足之处也逐渐显现。

1）标准是从实践经验中综合提炼而提出的一种普遍性指标，容易导致特定平台电磁兼容性的欠设计或者过设计，降低全工程的效费比。通过对型号工程中装艇设备电磁兼容性检测超标问题处理情况的分析表明：装艇设备个别检测项目超标不一定会导致总体电磁兼容性问题，而即使是全部检测项目均达标的装艇设备也可能引发电磁干扰问题。

2）基于“标准控制法”的设计是一种共性化的设计，往往会忽视具体平台、特定区域的电磁环境特性，针对性不够强，无法针对性的指导该特定平台或者指定区域的新系统和设备的研制。

1.3 潜艇平台的电磁环境特点

由于钢结构对于电磁能量具有良好的屏蔽效果，所以对于潜艇平台而言，耐压壳体结构可以极大地衰减电磁能量，对其内外的电磁环境起到隔离作用，使得潜艇的舰面区域（耐压壳体外部区域）和舱内区域（耐压壳体内部区域）的电磁环境相对独立；同时潜艇舱内普遍采用隔断分舱分层的设置，各种纵横隔壁、平台板以及周围的耐压壳体结构的屏蔽作用使得各个隔断舱、各个封闭舱室也形成了相对独立的区域电磁小环境。综上所述，相对于其他舰船平台而言，潜艇平台的电磁环境具有区域化分布的特点。

潜艇平台的区域电磁环境特点如下[2]：

1）舰面区域：各种射频天线集中布置。区域内辐射型电磁环境十分恶劣，需重点解决区域内电子设备的辐射型电磁干扰问题，并有效控制区域内人员活动区的射频辐射电场环境。

2）舱内动力系统/发电变电设备布置区域：各种大功率电力电子变换设备集中布置。区域内传导型电磁环境十分恶劣，需重点保障区域内系统设备的自兼容，并有效控制传导型电磁干扰通过电缆传导耦合和地电流传导耦合方式对其他区域设备的影响。

3）舱内电子敏感设备布置区域：各种敏感的电子设备集中布置。区域内电磁环境较好，需重点保障区域内系统设备的自兼容，并有效控制外部产生的传导型电磁干扰通过电缆传导耦合和地电流传导耦合方式对该区域设备的影响。

2 潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计

在总结潜艇总体电磁兼容性设计工作的基础上，针对潜艇平台电磁环境区域化分布的特点，提出了一种个性化的分舱分区域总体电磁兼容性设计方案，并形成了初步的分舱分区域总体电磁兼容性设计体系和流程，以及设计程序和控制指南，同时借助于计算机仿真技术、半实物仿真技术和模实试验技术，在总体设计阶段对电磁兼容性设计方案进行验证、评估和迭代，可以有效提升潜艇总体电磁兼容性设计的精度和效率，也可为今后潜艇开展总体电磁兼容性设计工作提供参考。

2.1 分舱分区域总体电磁兼容性设计体系和流程

在潜艇立项论证阶段对其作战需求和设备配置情况进行充分论证，提出该型潜艇总体电磁兼容性指标和要求。

在总体设计初期即开展电磁兼容性设计与控制工作，做好顶层规划，并制定总体电磁兼容性控制措施。根据总布置中的舱室划分和相关设备的电磁兼容特性，对舱室电磁环境进行预估，从而对总体电磁兼容性设计区域进行初步划分，并随着设计阶段的深入，不断调整和优化。

在开始进行总体设计时就进行系统的精细化控制，将总体电磁兼容性指标进行逐级分解，将总体电磁环境指标要求分解到全艇划分好的各个设备布置区域，分配到这些设备布置区域中的有关系统和设备。

在有关系统和设备的研制中开展电磁兼容性设计，确定系统和设备的电磁兼容性指标，并在系统、设备的技术规格书中予以明确，作为出厂检验的一项考核指标。

将电磁兼容性控制落实到设计和建造的各个阶段以及潜艇总体设计的各个方面，从总布置、电气设备和电子武备等方面系统的控制全艇的电磁兼容性。

潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计体系和流程如图1 所示。

图1 分舱分区域总体电磁兼容性设计体系和流程图Fig. 1 Flow chart of general design of electromagnetic compatibility utilizing subdivision and zoning

2.2 分舱分区域总体电磁兼容性设计和控制程序

潜艇的总体电磁兼容性涉及到总布置、电气设备、电子武备以及施工工艺等诸多方面。在总体设计中，应体现电磁兼容性设计的要求，并将总体电磁兼容性控制措施融入到每个阶段的设计中。

潜艇分舱分区域总体电磁兼容性设计一般应经历以下几个阶段，如图2 所示。

1）在方案论证阶段，开展总体电磁兼容性顶层研究，确定总体电磁兼容性指标。

全艇电磁兼容性指标主要依据潜艇的作战使用性能、母型艇的电磁兼容特性以及电磁兼容新技术的应用情况等统筹考虑确定。

2）在方案设计阶段，确定分舱分区域总体电磁兼容性设计方案，进行控制指标的分解和分配。

结合方案设计阶段的总布置情况以及相关设备的电磁兼容特性制定总体电磁兼容性控制方案，重点利用计算机仿真等方法对各舱室或特定区域的电磁环境进行预估，初步划分设计区域，进行电磁兼容性要求的分解，完成各舱室或特定区域布置设备电磁兼容性指标的分配。

3）在技术设计阶段，通过设计验证手段，固化总体电磁兼容性设计方案。

重点利用半实物仿真和模实试验等技术手段对总体电磁兼容性设计方案进行验证和评估，通过不断优化调整方案，最终形成总体电磁兼容性设计方案，完成各舱室或特定区域布置设备电磁兼容性要求的制定，并落实到系统设备的设计与制造环节。

4）在施工设计阶段，编制相应的施工图纸、文件，将各项电磁兼容性控制措施落实到施工文件中。

5）在施工配建阶段，提出总体电磁兼容性施工工艺要求，控制电磁兼容性施工质量。

主要针对船厂的施工建造提出电磁兼容性施工工艺要求，确保总体电磁兼容性设计方案中的各种措施、技术手段落实在船厂的施工建造中。

6）在试验试航阶段，开展系泊、航行试验检测，考核设计结果，进行技术总结分析。

2.3 舱室/区域电磁兼容性指标的分解

区域电磁环境的实测数据对于特定区域（特别是相似的区域）给出了选用和裁剪的技术依据。各舱室/特定区域安装布置的电子、电气设备的电磁兼容性指标应在全艇总体电磁兼容性指标的基础上，结合母型艇各特定区域的实测电磁环境数据、相关的电磁兼容性标准规范以及该区域电磁环境的仿真结果，从设备布置位置、配电方式等方面综合分析合理剪裁，针对性地选择发射类和敏感类检测项目，针对性地选择维持、放宽、或者加严相关考核限值。

2.4 计算机数值仿真

随着计算机数值仿真技术的发展，运用仿真技术对潜艇平台各舱室/特定区域的电磁环境进行数值仿真得以实现。区域电磁环境的计算机数值仿真作为获取潜艇平台舱室电磁环境特性数据、预报设计方案可行性的重要工具，是潜艇总体电磁兼容性设计的重要技术手段之一，能在总体设计前期以较小的成本实现对总体电磁兼容性初步设计方案的评估，能对潜艇电磁兼容性风险进行预测，有针对性的为总体电磁兼容性设计方案提供调整的依据。根据潜艇平台的电尺寸范围和电磁环境特点，目前计算机数值仿真方法通常采用全波方法和传输线法相结合的方式进行。

2.5 半实物仿真和模实试验

对于潜艇平台而言，大量的电子电气设备密集布置、不同类型和用途的电缆集中敷设，仅仅采用理论计算和计算机数值仿真的设计验证手段在总体电磁兼容性控制上存在一定的不足之处，而试验验证则是最好的设计验证方法。

全实物试验代价比较高昂，而且往往无法满足设计进度的要求，而半实物仿真试验只模拟设备的电磁兼容特性，无需模拟设备的功能特性，可以大大降低试验成本，缩短试验周期。

模实试验，通过干扰模拟及系统设备联调，掌握潜艇特定舱室内各设备安装情况下的干扰特性，预报可能出现的电磁兼容问题，并对干扰抑制措施进行验证。

半实物仿真试验和模实试验方法可以应用于潜艇的总体电磁兼容性设计验证中，对各设计阶段不断进行迭代验证，以化解总体电磁兼容性风险。

图2 分舱分区域总体电磁兼容性设计和控制流程图Fig. 2 Flow chart of design and control of electromagnetic compatibility utilizing subdivision and zoning

3 结 语

潜艇的总体电磁兼容性设计是一项复杂的系统工程，它贯穿于总体设计、设备研制生产、陆上联调对接、船厂建造总装、试验试航服役的全过程。

分舱分区域电磁兼容性设计方法是一种针对潜艇平台电磁环境区域化分布特点而提出的一种个性化总体电磁兼容性设计方案，能够用于指导潜艇的总体电磁兼容性设计，有效提升潜艇总体电磁兼容性设计的精度和效率，从而极大地降低总体电磁兼容性风险，确保设计成功。

[1]电磁干扰和电磁兼容性术语: GJB 72A-2002[S]. 2003.

[2]黄龙水, 熊勇, 谢小云. 基于区域控制的潜艇总体电磁兼容设计方法研究[J]. 舰船电子工程, 2013, 33(9): 168-170. HUANG Long-shui, XIONG Yong, XIE Xiao-yun. Overall EMC designmethod for submarine based on regional level suppression[J]. Ship Electronic Engineering, 2013, 33(9): 168-170.

[3]周开基, 赵刚. 电磁兼容性原理[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2003.

[4]高攸纲. 电磁兼容总论[M]. 北京: 北京邮电学院出版社, 2001.

[5]陈淑凤. 航天器电磁兼容技术[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2007.

[6]张勇, 刘俊伟, 李超, 等. 舰船电磁兼容性评估指标体系及评估应用研究[J]. 舰船科学技术, 2014, 36(7): 103-107. ZHANG Yong, LIU Jun-wei, LI Chao, et al. Research on evaluation technical target systemof naval ship's electromagnetic compatibility and application[J]. Ship Science and Technology, 2014, 36(7): 103-107.

[7]军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量: GJB 151B-2013[S]. 2013.

[8]系统电磁兼容性要求: GJB 1389A-2005[S]. 2005.

[9]中国人民解放军海军装备部. 舰船电磁兼容性要求: HJB 34A-2007[S]. 上海: 海军标准化办公室, 2007.

[10]王守三. 设备和系统安装的电磁兼容技术、技巧和工艺[M].北京: 机械工业出版社, 2008.

[11]喻菁, 李晶, 张崎, 等. 舰船电磁环境特性研究[J]. 舰船科学技术, 2007, 29(6): 98-100. YU Jing, LI Jing, ZHANG Qi, et al. Research on electromagnetic environment characteristics of warship[J]. Ship Science and Technology, 2007, 29(6): 98-100.

General design of electromagnetic compatibility utilizing subdivision and zoning for submarine

XIONG Yong1, ZANG Tao2
(1. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China; 2. Navalmilitary Representative Office in China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

The general design of electromagnetic compatibility isacore stage in the overall design of submarine, and the design quality determines the overall performance. In the past, the general design of electromagnetic compatibility for submarine is based on standard and experience, whichmay caused over design or under design, and failed to well-targeted guided the developing of new systems and equipment in certain platforms or given areas. Compared with other platforms of warship, the platformof submarine has the unique characteristic of regional distribution of electromagnetic environment, the author puts forwardasystemof electromagnetic compatibility design of submarine utilizing subdivision and zoning andadetailed electromagnetic compatibility design procedure,meanwhile this articlemay serve asareference for subsequent submarine design.

electromagnetic compatibility；submarine；subdivision；zoning

TM15

：A

1672 - 7619(2016)10 - 0121 - 04

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.010.024

2016 - 01 - 14；

2016 - 07 - 08

熊勇(1982 - )，男，硕士，工程师，研究方向为潜艇总体电磁兼容性设计。