固體運(yùn)載火箭抗強(qiáng)電磁脈沖優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

龍中權(quán)，趙 民，付繼偉，陳 曦，齊 歡

(1. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076；2. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100076)

0 引 言

雷電電磁脈沖(Electromagnetic pulse,EMP)及靜電等強(qiáng)電磁脈沖對(duì)火箭箭上電子電氣設(shè)備的危害一直備受關(guān)注，火箭箭上電氣系統(tǒng)的抗強(qiáng)電磁脈沖指標(biāo)是衡量火箭總體性能的重要依據(jù)。強(qiáng)電磁脈沖是一種瞬時(shí)電磁輻射，耦合進(jìn)入箭上電氣系統(tǒng)后，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件及電路接口等造成嚴(yán)重地影響，可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作異常，無法完成預(yù)定任務(wù)[1-2]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于固體火箭系統(tǒng)強(qiáng)電磁脈沖工程防護(hù)方法主要有屏蔽、濾波、限幅和接地等[3-5]。在以往相關(guān)文獻(xiàn)中，對(duì)各種電子電氣系統(tǒng)的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)研究較為透徹，但是很少關(guān)注系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)后給火箭帶來的質(zhì)量增量[6]。由于箭上對(duì)質(zhì)量控制要求較高，如果對(duì)箭上所有系統(tǒng)按照嚴(yán)格指標(biāo)進(jìn)行抗強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)，雖然可以達(dá)到防護(hù)指標(biāo)要求，但是會(huì)給箭上帶來巨大的質(zhì)量增量，這對(duì)火箭箭體結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)等提出了更高的要求。實(shí)際工程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)往往已經(jīng)被最大利用，沒有過多設(shè)計(jì)余量，因此，為了綜合考慮火箭的抗強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)與火箭總體設(shè)計(jì)的關(guān)系，需要尋求箭上系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖指標(biāo)與質(zhì)量增量之間的平衡。

本文選取箭上典型電氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)強(qiáng)電磁脈沖對(duì)箭上敏感設(shè)備的干擾，建立了典型電氣系統(tǒng)基于最小質(zhì)量增量的抗強(qiáng)電磁脈沖加固優(yōu)化模型，采用模擬退火優(yōu)化算法計(jì)算得到箭上典型系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖干擾指標(biāo)與質(zhì)量增量的關(guān)系，為箭上電氣系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)指標(biāo)分配方法提供了參考依據(jù)。

1 箭上系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖優(yōu)化模型

火箭起飛以后，箭上的電子電氣系統(tǒng)失去了殼體的有效防護(hù)，直接面臨大氣中強(qiáng)電磁脈沖的威脅。強(qiáng)電磁脈沖對(duì)箭上敏感設(shè)備的影響主要包括傳導(dǎo)干擾和輻射干擾[7]。

1.1 典型系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾防護(hù)設(shè)計(jì)模型

火箭在飛行過程中，強(qiáng)電磁脈沖以傳導(dǎo)方式進(jìn)入敏感設(shè)備的途徑主要包括脫插插座以及線纜。強(qiáng)電磁脈沖經(jīng)過脫插的插孔，會(huì)在與脫插連接的線纜芯線上產(chǎn)生感應(yīng)電流；同時(shí)，線纜的屏蔽層在強(qiáng)電磁脈沖的作用下，會(huì)產(chǎn)生脈沖感應(yīng)皮電流。圖1為電磁脈沖耦合進(jìn)入敏感設(shè)備的示意圖。

1.1.1脫插

1)脫插感應(yīng)電流分析：

火箭在飛行過程中，當(dāng)級(jí)間分離后，脫插的插座直接暴露在強(qiáng)電磁脈沖的威脅下，極易受到強(qiáng)電磁脈沖的干擾。按照最嚴(yán)苛的考核條件(強(qiáng)電磁脈沖電場(chǎng)方向與插座孔的軸向方向平行)，與之相連的線纜芯線上形成的感應(yīng)電流峰值達(dá)到最大：

I1=Itc

(1)

2)脫插加固后質(zhì)量增量模型：

工程應(yīng)用中，脫插的加固主要針對(duì)脫插閉合狀態(tài)下的加固設(shè)計(jì)，而本文主要考慮脫插分離之后的電磁干擾。所以這里不考慮脫插進(jìn)行抗強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)，從而由脫插加固設(shè)計(jì)引起的質(zhì)量增量為：

mtc=0

(2)

1.1.2線纜

1)線纜屏蔽層感應(yīng)電流分析：

強(qiáng)電磁脈沖在火箭尾段線纜屏蔽層上的感應(yīng)電流峰值大小與多種因素有關(guān)，包括強(qiáng)電磁脈沖的入射方向、極化方向以及線纜的長(zhǎng)度等。按照最嚴(yán)苛的考核條件，可以得到箭體尾段設(shè)備端口處的線纜屏蔽層感應(yīng)電流峰值為Ixl，即：

I2′=Ixl

(3)

2)線纜加固質(zhì)量增量模型：

線纜抗強(qiáng)電磁脈沖加固的最常用方法是在外面包裹一定厚度的屏蔽材料，屏蔽層直接與地相連。線纜屏蔽措施包含多種方式，這里重點(diǎn)研究單層編織(sb)、雙層編織(db)以及銅箔編織(cb)三種屏蔽方式帶來的質(zhì)量增量。由于加固手段如上所述是有限的幾種，因此，目標(biāo)函數(shù)是階梯函數(shù)。

在0～30 MHz頻率范圍，線纜的加固手段B與轉(zhuǎn)移阻抗的關(guān)系[8]：ZT(sb)=0.1 Ω/m,ZT(db)=0.003 Ω/m,ZT(cb)=0.001 Ω/m。從而可以得到線纜的質(zhì)量與加固方式的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系：

(4)

且：

I2i=(IxlZTiLcable)/Zd,i=0,1,2,3

(5)

式中:mcable(B)/Lcable表示單位長(zhǎng)度電纜加固重量代價(jià)，B為加固手段，d為電纜直徑，Lcable代表線纜的長(zhǎng)度，ki是表征加固方式帶來的質(zhì)量增量的常數(shù)，可以根據(jù)不同類型線纜做相應(yīng)的調(diào)整，Zd為敏感設(shè)備端口的輸入阻抗。

1.1.3端口抑制電路

為了防止大電流進(jìn)入箭上敏感設(shè)備，一種有效的措施是在設(shè)備端口處使用電壓/電流抑制器。瞬態(tài)電壓抑制二極管(Transient voltage suppressors, TVS)是一種專門用于抑制浪涌的齊納二極管。TVS二極管具有響應(yīng)快、瞬態(tài)功率大、箝位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1)TVS管輸出電流分析[9]

單向TVS二極管的電流-電壓特性曲線其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。根據(jù)TVS二極管的反向擊穿特性，可以得到流經(jīng)敏感設(shè)備端口的電流：

(6)

式中:Vc為最大箝位電壓，Zd為端口輸入阻抗。

2)抑制電路質(zhì)量增量模型

在箭上敏感設(shè)備的端口增加瞬態(tài)抑制電路，給箭上帶來的質(zhì)量增量包括兩個(gè)方面：抑制電路本身的重量以及由于使用抑制電路導(dǎo)致設(shè)備殼體體積增大帶來的殼體質(zhì)量增量。

抑制電路的重量：

myz1=mtvs

(7)

殼體質(zhì)量增量：

(8)

從而，由端口抑制電路帶來的質(zhì)量為：

myz=myz1+mkt

(9)

綜合上述分析可以得到設(shè)備抑制端口電路的質(zhì)量增量模型為：

(1)若端口不使用TVS管：

(10)

(2)若端口使用TVS管：

(11)

1.1.4傳導(dǎo)干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)及約束條件

綜合上述分析，強(qiáng)電磁脈沖以傳導(dǎo)方式干擾敏感設(shè)備時(shí)，為了平衡敏感設(shè)備端口電流大小與質(zhì)量增量之間的關(guān)系，建立質(zhì)量增量最小的優(yōu)化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)選取為強(qiáng)電磁脈沖傳導(dǎo)干擾給箭上帶來的質(zhì)量增量，目標(biāo)函數(shù)極小值的形式可以表示為：

min{mchd}=min{mtc+mcable+myz,tvs}

(12)

其約束條件為：

I1+I2+I3

(13)

其中,IYQ為進(jìn)入敏感設(shè)備端口的電流指標(biāo)要求，根據(jù)實(shí)際敏感設(shè)備端口能夠承受的最大感應(yīng)電流確定。

1.2 輻射干擾防護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

強(qiáng)電磁脈沖輻射耦合進(jìn)入敏感設(shè)備有多種途徑，主要包括殼體、屏蔽門、透光玻璃以及殼體上縫隙、通風(fēng)孔等，如圖2所示。一般來說，用衰減量來衡量箭上系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖輻射效應(yīng)的指標(biāo)。

1.2.1殼體質(zhì)量與衰減量的理論設(shè)計(jì)模型

目前，箭上設(shè)備的殼體材料主要包括金屬材料以及碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料相對(duì)金屬材料質(zhì)量較小，并且具有極好的振動(dòng)阻尼性、抗疲勞等性能，所以這里選取碳纖維復(fù)合材料作為設(shè)備殼體材料的研究對(duì)象。碳纖維殼體質(zhì)量增量與衰減量(A)的關(guān)系為[10]：

(14)

式中：ρkt,dkt分別表示碳纖維的密度和厚度，這里dkt取1 mm,Skt表示殼體碳纖維部分的面積，T是與材料本身屏蔽性能有關(guān)的屏蔽效果特征參數(shù)，表明碳纖維殼體的厚度每提高一倍，殼體的衰減量可以增加TdB。

1.2.2縫隙質(zhì)量增量與衰減量的理論設(shè)計(jì)模型

強(qiáng)電磁脈沖容易通過設(shè)備殼體的縫隙耦合進(jìn)入敏感設(shè)備。對(duì)于適中的屏蔽要求(A≤60 dB)，使用較廉價(jià)的導(dǎo)電泡棉，對(duì)于較高要求(A≤80 dB)，則需要使用導(dǎo)電膠條或者指篝彈片等。導(dǎo)電泡棉和導(dǎo)電膠條相對(duì)于艙體本身來說，重量很小，可以忽略。因此，縫隙的抗核加固設(shè)計(jì)與重量的關(guān)系為：

(15)

式中：At表示所采用的措施所能達(dá)到的最高衰減量，對(duì)于導(dǎo)電泡棉At取60 dB，而對(duì)于導(dǎo)電橡膠或者指篝彈片At取80 dB，其它情況類似。

1.2.3通風(fēng)孔

對(duì)于有通風(fēng)散熱要求的殼體，需要設(shè)計(jì)合適的波導(dǎo)窗，相關(guān)文獻(xiàn)表明[11]，波導(dǎo)窗的厚度與衰減量成線性關(guān)系，所以質(zhì)量增量與衰減量的關(guān)系為：

mtb(Atb)=AtbmtbStb

(16)

式中：mtb為實(shí)現(xiàn)每dB衰減量的波導(dǎo)窗單位面積重量，Stb為波導(dǎo)窗的面積。

1.2.4輻射干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)與約束條件

綜合上述分析，強(qiáng)電磁脈沖以輻射方式干擾敏感設(shè)備時(shí)，為了平衡箭上敏感設(shè)備的衰減量指標(biāo)與質(zhì)量增量指標(biāo)之間的關(guān)系，建立以質(zhì)量增量最小的優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)選取為強(qiáng)電磁脈沖輻射干擾給箭上帶來的質(zhì)量增量，目標(biāo)函數(shù)極小值的形式可以表示為：

min{mfs}=min{mkt+mmf+mtb}

(17)

約束條件為設(shè)備殼體的綜合衰減量，使綜合衰減量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求：

A≥AYQ

(18)

式中：A=-10lg(10-Akt/10+10-Amf/10+10-Atb/10),AYQ為設(shè)備殼體需要達(dá)到的總衰減量指標(biāo)，根據(jù)殼體內(nèi)設(shè)備能夠承受的輻射干擾閾值來確定。

1.3 火箭箭上典型系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁脈沖加固優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

通過分析火箭在飛行過程中的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境，建立了傳導(dǎo)干擾以及輻射干擾模型，根據(jù)耦合進(jìn)入敏感設(shè)備端口的傳導(dǎo)電流峰值指標(biāo)以及輻射效應(yīng)的衰減量指標(biāo)，結(jié)合文中建立的模型及優(yōu)化方法，可以計(jì)算得到箭上滿足抗強(qiáng)電磁脈沖指標(biāo)的最小質(zhì)量增量：

Δm= min{mkt+mmf+mtb}+min{mtc+

mcable+myz,tvs}

(19)

且滿足約束條件：

(20)

本文建立了典型系統(tǒng)強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)與質(zhì)量這兩個(gè)學(xué)科之間橋梁，從而為將強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)與火箭總體參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)合研究提供了有力支撐，如圖3所示。

2 實(shí)例分析

2.1 傳導(dǎo)干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.1模型數(shù)據(jù)

本文考慮箭上典型系統(tǒng)的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境的波形為雙指數(shù)波，其上升沿為2.5 ns，半寬高為23 ns。

1)對(duì)于脫插：

當(dāng)脫插在上述雙指數(shù)脈沖波輻照下，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，在與其相連的電纜芯線上產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大峰值約為0.1138 A，由式(1)可以得到：I1=Itc=0.1138 A。

2)對(duì)于線纜：

根據(jù)線纜廠家提供的數(shù)據(jù)，代入式(4)可以得到：k0=38.8,k1=43.8,k2=52.5,k3=59.4。

考慮規(guī)格為98芯0.35 mm2的線纜，線纜的直徑為16 mm，按照質(zhì)量平均分配，可以得到火箭各級(jí)的電纜等效長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì)算，I級(jí)電纜網(wǎng)總等效長(zhǎng)度為80 m，儀器艙電纜網(wǎng)總等效長(zhǎng)度為60 m。根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照最嚴(yán)苛的考核條件，箭上尾段線纜屏蔽層上感應(yīng)電流的最大峰值約為30.77 A；而儀器艙里的線纜，其最大的感應(yīng)電流峰值約為57.46 A。

綜合上述分析，可以得到I級(jí)線纜和儀器艙線纜質(zhì)量增量與芯線電流的關(guān)系：

I級(jí)線纜：

(21)

儀器艙線纜：

(22)

對(duì)于端口抑制器件，根據(jù)線纜芯線電流分布， I級(jí)可選用SY5637型號(hào)TVS管。假設(shè)敏感設(shè)備端口為50 Ω匹配負(fù)載，則在TVS管未擊穿之前，允許流入敏感設(shè)備端口的電流最大值為：

(23)

敏感設(shè)備接入TVS管之后，為了避免TVS管被燒毀，由于其箝位電壓為22 V，所以，允許流過敏感設(shè)備端口的最大電流為0.44 A。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，代入?yún)?shù)到式(8)、式(9)，可得：

myz1=1.5×10-3kg

(24)

(25)

這里考慮尺寸為20 cm×20 cm×20 cm的碳纖維復(fù)合材料的殼體，假設(shè)每增加一個(gè)TVS管，其體積的變化引起的設(shè)備殼體體積同比例增加。從而，每使用一個(gè)TVS管，帶來的質(zhì)量增量為myz=mzs+mfj=0.00518 kg。所以其質(zhì)量變化與電流的關(guān)系為：若端口不使用TVS管，則myztvs(I)=0，I3=0；若端口使用TVS管，則對(duì)于I級(jí)尾段線纜，myz=0.51 kg，VR/Zd=0.3 A，Vc/Zd=0.44 A；對(duì)于儀器艙，由于包含精密元器件較多，為保證6 dB余量，故選用功率為3000 W的3KP13型號(hào)TVS管，從而myz=2.007 kg，VR/Zd=0.26 A，Vc/Zd=0.45 A。

將上述參數(shù)代入箭上典型系統(tǒng)的強(qiáng)電磁脈沖傳導(dǎo)干擾防護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，如式(12)及式(13)所示，利用優(yōu)化算法求解敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖指標(biāo)與其帶來的質(zhì)量增量的關(guān)系。

2.1.2優(yōu)化結(jié)果

模擬退火優(yōu)化算法是一種隨機(jī)算法，具有跳出局部最優(yōu)點(diǎn)及運(yùn)行時(shí)間短等多種優(yōu)點(diǎn)，本文采用模擬退火算法對(duì)上述模型求解最優(yōu)解，針對(duì)敏感設(shè)備端口能夠承受不同幅度的峰值電流進(jìn)行優(yōu)化，初始溫度為100 ℃，溫度下降采用指數(shù)衰減的方式，溫度下降到0.1 ℃時(shí)終止。優(yōu)化結(jié)果如表1、表2所示。

表1 I級(jí)尾段典型系統(tǒng)強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)優(yōu)化結(jié)果Table 1 Optimized results of typical system’s EMP protection on the first stage of launch vehicle

以儀器艙為例，目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的收斂情況如圖4、圖5所示，選取IYQ=0.2A以及IYQ=5A進(jìn)行說明。

從圖4、圖5可以看出，當(dāng)電流指標(biāo)為0.2 A時(shí)，迭代3次之后即找到最優(yōu)解，端口電流為0.19 A，最小質(zhì)量為21.32 kg；當(dāng)電流指標(biāo)為5 A時(shí)，端口電流為0.45 A，迭代8次之后找到最優(yōu)解，最小質(zhì)量為2.01 kg。

2.2 輻射干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1模型數(shù)據(jù)

對(duì)于設(shè)備殼體，考慮尺寸為20 cm×20 cm×20 cm的碳纖維符合材料殼體，且ρkt=1.81×103kg/m3；對(duì)于波導(dǎo)窗，根據(jù)式(16)代入相關(guān)系數(shù)，得到波導(dǎo)窗強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)的重量增量與衰減量的關(guān)系為：

mtb(Atb)=0.02Atb

(26)

將上述參數(shù)代入箭上典型系統(tǒng)的強(qiáng)電磁脈沖輻射干擾防護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，如式(17)及式(18)所示，利用優(yōu)化算法求解敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖指標(biāo)與其帶來的質(zhì)量增量的關(guān)系。

2.2.2優(yōu)化結(jié)果

采用模擬退火優(yōu)化算法對(duì)上述模型求取最優(yōu)解，針對(duì)敏感設(shè)備能夠承受的強(qiáng)電磁脈沖輻射閾值對(duì)殼體、波導(dǎo)窗以及縫隙進(jìn)行優(yōu)化。初始溫度為100 ℃，降溫過程采用指數(shù)衰減的方式，降溫系數(shù)取0.99，當(dāng)溫度下降到0.1 ℃時(shí)終止，迭代次數(shù)取1000次，優(yōu)化的結(jié)果如表3、表4所示(精度為0.1 dB)。

目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化收斂情況如圖6、圖7所示，選取使用導(dǎo)電膠條AYQ=20 dB以及AYQ=70 dB為例進(jìn)行說明。

從圖6、圖7可以看出，當(dāng)衰減量指標(biāo)為20 dB時(shí)，迭代46次之后即可找到最優(yōu)解，最小質(zhì)量為0.772 kg，當(dāng)衰減量指標(biāo)為70 dB時(shí)，迭代479次之后即可找到最優(yōu)解，最小質(zhì)量為43.130 kg，此時(shí)殼體的衰減量為71.1 dB，波導(dǎo)窗的衰減量為80.0 dB，縫隙處需要達(dá)到的衰減量為79.7 dB。

表3 輻射干擾優(yōu)化結(jié)果(使用導(dǎo)電膠條)Table 3 Optimized results of radiation interference of typical system’s EMP protection using conductive rubber

表4 輻射干擾優(yōu)化結(jié)果(使用導(dǎo)電泡棉)Table 4 Optimized results of radiation interference of typical system’s EMP protection using gasket

2.3 結(jié)果分析

1)對(duì)于敏感設(shè)備強(qiáng)電磁脈沖的傳導(dǎo)干擾：

(1)對(duì)于I級(jí)尾段線纜，若設(shè)備對(duì)強(qiáng)電磁脈沖的感應(yīng)電流要求較低(IYQ≤32 A)，則線纜可以不采取加固措施，此時(shí)對(duì)火箭來說沒有任何質(zhì)量增量；若設(shè)備對(duì)強(qiáng)電磁脈沖的感應(yīng)電流較為敏感(IYQ≤0.2 A)，則線纜需要使用銅箔進(jìn)行屏蔽，質(zhì)量增量為23.99 kg。

(2)若為中等要求(IYQ≤0.5 A)，則線纜可以不做任何屏蔽，在端口使用TVS管即可；對(duì)于I級(jí)，TVS管能夠承受高達(dá)68 A的瞬時(shí)脈沖電流，對(duì)于分導(dǎo)級(jí)線纜，TVS管能夠承受高達(dá)126 A，而流經(jīng)設(shè)備端口的電流不超過0.5 A，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(3)對(duì)于儀器艙的精密設(shè)備，若對(duì)端口電流要求較高(IYQ≤0.2 A)，線纜則需要使用銅箔進(jìn)行屏蔽，不需要在端口加抑制器件，其質(zhì)量增量為21.32 kg。

2)對(duì)于敏感設(shè)備強(qiáng)電磁脈沖的輻射干擾：

(1)縫隙處由于加固帶來的質(zhì)量代價(jià)較小，應(yīng)該使用導(dǎo)電泡棉或者導(dǎo)電膠條進(jìn)行防護(hù)。

(2)從表4的優(yōu)化結(jié)果可以看出，為了使質(zhì)量增量最小，應(yīng)首先采取加固質(zhì)量代價(jià)小的措施進(jìn)行加固，如導(dǎo)電泡棉。

(3)隨著敏感設(shè)備對(duì)強(qiáng)電磁脈沖衰減量指標(biāo)的逐漸提高，由加固帶來的質(zhì)量代價(jià)也越來越大，所以，在實(shí)際工程中，應(yīng)當(dāng)權(quán)衡衰減量與質(zhì)量增量的關(guān)系。

3 結(jié)束語

強(qiáng)電磁脈沖對(duì)固體火箭箭上電氣電子設(shè)備的威脅不容忽視，箭上電氣系統(tǒng)的抗強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)一直是研究的熱點(diǎn)。箭上電氣電子設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)過程中，在考慮敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖加固指標(biāo)的同時(shí)，要關(guān)注由強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)給箭上帶來的質(zhì)量增量，火箭質(zhì)量的增加對(duì)火箭結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能等提出了更高的挑戰(zhàn)。本文分析了火箭在飛行過程中的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境，研究了箭上典型關(guān)鍵系統(tǒng)的強(qiáng)電磁脈沖耦合途徑，重點(diǎn)研究了箭上敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖加固設(shè)計(jì)與其給箭上帶來的質(zhì)量增量關(guān)系，建立了箭上敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，采用了模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到了箭上敏感設(shè)備抗強(qiáng)電磁脈沖加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為箭上電氣系統(tǒng)的多種抗強(qiáng)電磁脈沖加固方案與質(zhì)量增量提供了一種平衡選取方法，為火箭的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)融入火箭總體小回路設(shè)計(jì)研究提供了有益的參考依據(jù)。