畢業(yè)設(shè)計(jì)-平視武器瞄準(zhǔn)顯示器的場(chǎng)發(fā)射能力

第1章引言平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的概況20世紀(jì)60年代數(shù)字電子技術(shù)、真空電子器件的發(fā)展，引發(fā)了航空火控系統(tǒng)從探測(cè)傳感到控制計(jì)算和瞄準(zhǔn)顯示的“數(shù)字革命”。從目標(biāo)探測(cè)及飛機(jī)傳感到計(jì)算與顯示都發(fā)生了原理和結(jié)構(gòu)的巨大變化。平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是首當(dāng)其沖的。為了克服飛行員既要上視遠(yuǎn)看目標(biāo)及飛機(jī)外界(空中、地面)的景物，又要低頭看座艙內(nèi)儀表板上極近距離的飛行數(shù)據(jù)、各功能分系統(tǒng)工作情況和武器準(zhǔn)備狀態(tài)，所帶來(lái)的視覺(jué)轉(zhuǎn)換造成的黑視與延誤，用光學(xué)電子瞄準(zhǔn)系統(tǒng)—平顯火控系統(tǒng)代替光學(xué)瞄準(zhǔn)具，瞄準(zhǔn)的同時(shí)又能夠觀察飛行信息，充分利用視準(zhǔn)特性，保障可邊攻擊邊對(duì)飛行狀態(tài)及外部環(huán)境進(jìn)行了解，提高了作戰(zhàn)效率［5］。平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的功能平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)所執(zhí)行的功能有：顯示飛行參數(shù)及引導(dǎo)控制數(shù)據(jù)，保障載機(jī)起降、航行與接敵過(guò)程的指揮，消除飛行員在飛行中對(duì)座艙內(nèi)、外交替觀察的困擾。適應(yīng)空空導(dǎo)彈、航炮等武器對(duì)空中目標(biāo)的攻擊，完成它們的瞄準(zhǔn)計(jì)算與控制，顯示易于判讀和操作的瞄準(zhǔn)圖像。適應(yīng)空地/空海導(dǎo)彈、炸彈、航箭、航炮等武器對(duì)地、對(duì)海目標(biāo)的攻擊，完成它們的瞄準(zhǔn)計(jì)算與控制，顯示易于判讀和操作所需的瞄準(zhǔn)圖像。按作戰(zhàn)狀態(tài)確定應(yīng)發(fā)武器的特性，輸給武器改善其性能的裝入信號(hào)，指揮武器投射。反映平顯火控系統(tǒng)及飛機(jī)的現(xiàn)狀，顯示必須的警告、故障等信息。平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的組成平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)由下列設(shè)備組成：駕駛員顯示器(PDU)——它裝于飛行員前方，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)集真空電子、高壓電磁偏轉(zhuǎn)、視準(zhǔn)光學(xué)結(jié)構(gòu)為一體的電子視準(zhǔn)顯示設(shè)備，它具備光亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)能力［13］。電子組件(EU)——它突破了第一代火控系統(tǒng)中模擬計(jì)算裝置的唯一性，是一個(gè)火力控制、任務(wù)計(jì)算、顯示生成、多信息接口的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其所裝軟件完全符合上述的工作狀態(tài)及畫(huà)面格式。前控制面板(UFCP)——它是平顯火控系統(tǒng)的主要人機(jī)接口，集中控制系統(tǒng)工作狀態(tài)和作戰(zhàn)裝入?yún)?shù)，其控制與顯示和操作都與工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。它可以作為慣導(dǎo)及懸掛管理數(shù)據(jù)裝入的控制盒及指示器用，起到了綜合控制的功能［5］。平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的發(fā)展平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是一個(gè)集中控制式的系統(tǒng)，因而在現(xiàn)今超大規(guī)模集成電路支持下，它很容易將電子組件擴(kuò)展成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中集合多功能用的硬件單元，利用共享存儲(chǔ)器構(gòu)型，把平視武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)改變?yōu)榫C合核心處理系統(tǒng)。因此，平視武器瞄準(zhǔn)系仍然在不斷發(fā)展。方法之一是加強(qiáng)PDU的獨(dú)立化(即把顯示生成、畫(huà)面處理都置于其內(nèi))，接收數(shù)字信息完成顯示畫(huà)面的處理，成為一個(gè)只接受數(shù)字信息的獨(dú)立顯示器，又稱(chēng)為靈巧型平顯，將EU改成多功能任務(wù)計(jì)算系統(tǒng)。除上述作戰(zhàn)與顯示功能外，還可增加引導(dǎo)處理、數(shù)據(jù)融合、頭瞄定位、下顯光柵等多種功能，構(gòu)成以?xún)?nèi)部共享存儲(chǔ)器為信息聯(lián)接的核心處理機(jī)，即成平顯綜合火控系統(tǒng)。另一發(fā)展方法是與駕駛操縱及飛行領(lǐng)航相聯(lián)，使用紅外前視探測(cè)器及毫米波前視雷達(dá)，將PDU的筆劃字符生成改變成筆劃2光柵混合顯示，形成與外景相重疊的人工合成圖像，作為軍用機(jī)和民航機(jī)的夜間及復(fù)雜氣象起降用的平視引導(dǎo)系統(tǒng)(HGS)。用它后達(dá)到ni級(jí)著陸要求，確保著陸安全。場(chǎng)致發(fā)射顯示器場(chǎng)致發(fā)射顯示器的概況場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)被認(rèn)為是最有可能真正與等離子(PDP)和液晶顯示器(LCD)相競(jìng)爭(zhēng)的平板顯示器。其產(chǎn)生圖像的原理與陰極射線管(CRT)相同，均為電子撞擊熒光粉發(fā)光，但采用的是矩陣選址方式，畫(huà)面質(zhì)量和分辨率可做到優(yōu)于CRT。FED兼有了陰極射線管(CRT)與一般平板顯示器的優(yōu)點(diǎn)，并克服了熱陰極的預(yù)熱延遲，他的響應(yīng)速度非常快，不大于20us［2］。FED所需要的零件數(shù)和生產(chǎn)工序少，成本低。FED還具有分辨率高、對(duì)比度好，耐嚴(yán)酷的高低溫、抗振動(dòng)沖擊、電磁輻射底、易于數(shù)字化顯示等特點(diǎn)。FED這一系列的優(yōu)點(diǎn)，使得它有可能成為新一代性能優(yōu)良的平板顯示器件，應(yīng)用前景十分廣闊。場(chǎng)致發(fā)射顯示器的工作原理FED采用的是場(chǎng)致電子發(fā)射技術(shù)，只需要在陰極表面加一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，不需要任何附加的能量，就能使陰極內(nèi)的電子具有足夠的能量從表面逸出。其工作原理：在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，陰極表面勢(shì)壘高度降低，寬度變窄，電子通過(guò)隧道效應(yīng)穿過(guò)勢(shì)壘發(fā)射到真空，轟擊三基色熒光粉單元［1］。要得到足夠大的發(fā)射電流，應(yīng)采用：1)提高柵極工作電壓；2)采用低表面逸出功的發(fā)射材料或陰極表面涂敷低逸出功材料；3)改變陰極的幾何形狀以增大幾何因子。受到高速電子束的激發(fā)，這些熒光粉單元分別發(fā)出強(qiáng)弱不同的紅、綠、藍(lán)三種光。根據(jù)空間混色法(將三個(gè)基色光同時(shí)照射同一表面相鄰很近的三個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行混色的方法)產(chǎn)生豐富的色彩［9］。FED的發(fā)光原理和傳統(tǒng)的CRT顯示器非常相似，都是利用電場(chǎng)吸引陰極電子源發(fā)射電子束，撞擊熒光物質(zhì)發(fā)光。但FED在物理結(jié)構(gòu)上卻與CRT截然不同。CRT是用一組電子槍負(fù)責(zé)整個(gè)屏幕的顯示，因此電子槍必須以掃描的方式才能生成一幅完整的畫(huà)面。而FED則將電子槍微型化，每一個(gè)像素點(diǎn)都有三個(gè)微型電子槍分別對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)上RGB三色。不同種類(lèi)的FED，螢光屏側(cè)的陽(yáng)極基板沒(méi)有太大不同，差別僅在于電子發(fā)射方式，即陰極基板側(cè)的電子發(fā)射源各有不同。1.2.3場(chǎng)致發(fā)射顯示器的結(jié)構(gòu)FED基本結(jié)構(gòu)為兩塊平板玻璃和一層空間，即由電子發(fā)射源板和熒光顯示屏兩部分組成，上層為熒光屏板，下層為微陣列電子發(fā)射源板，相互靠得很近。在每個(gè)像素點(diǎn)后面不到3mm處都放置了成千上萬(wàn)個(gè)極小的電子發(fā)射器［7］。電子源撞擊像素點(diǎn)上的熒光物質(zhì)（RGB），顯示屏就呈現(xiàn)出不同的圖形與色彩。結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1.1FED的基本結(jié)構(gòu)1.2.4幾種主要的場(chǎng)致發(fā)射顯示技術(shù)FEAFEA為FED最早的構(gòu)造設(shè)計(jì)方式，屬圓錐狀的立體構(gòu)造，如圖所示。它具有功耗小、工作電壓低、亮度高、視角寬和能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作等優(yōu)點(diǎn)。這種場(chǎng)致電子發(fā)射是由作用于表面的電場(chǎng)將金屬表面的勢(shì)壘降低并減薄后，使金屬內(nèi)的大量電子可以越過(guò)勢(shì)壘頂部而成為自由電子在外電場(chǎng)的作用下形成發(fā)射［1］。為了得到足夠的有效發(fā)射，需采取一些必要的措施：1）加大工作電壓以增加場(chǎng)強(qiáng)；2）尋求低逸出功的微尖材料或采用微尖表面涂敷低逸出功材料；3）改變微尖的幾何形狀以增大幾何因子6降低發(fā)射閾值等。由于FEA的工藝制造復(fù)雜，合格率控制難度較高，同時(shí)存在支撐結(jié)構(gòu)上電荷積

累問(wèn)題，需要嚴(yán)格控制好束流的發(fā)散度以確保器件的耐壓特性和穩(wěn)定性。大面積均勻成型錐尖所需的設(shè)備問(wèn)題、柵極成膜的邊緣形貌與柵控效果的一致性問(wèn)題、降低成本問(wèn)題都是其技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，因此進(jìn)入商品化運(yùn)作的企業(yè)較少。微尖場(chǎng)發(fā)射顯示器(FEA)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：圖1.2微尖場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)示意圖CNT多璧碳納米管在場(chǎng)發(fā)射顯示器中作為電子發(fā)射源。與微尖相比，CNT具有較低的發(fā)射閾值電場(chǎng)，適合制作冷陰極電子源。CNT電子源制作有電弧法和化學(xué)氣相沉積法等，前者制作工藝流程較容易，但在基板上垂直成形較困難，必須進(jìn)行提純?nèi)コs質(zhì)，再采用印刷法絲印含有CNT漿料成型，這樣的陰極發(fā)射均一性較差，閾值不一，在進(jìn)行激光退火以后發(fā)射性能會(huì)得到提升。CVD法是將催化劑金屬直接沉積在基板上，CNT在與基板垂直方向上生長(zhǎng)出與催化劑相同的圖形，但該方法需要較高的生長(zhǎng)溫度，所選基板材料受到限制，且用該方法制備的發(fā)射體難以保證大面積發(fā)射的均勻性［8］。CNT場(chǎng)發(fā)射顯示器的三極式結(jié)構(gòu)如下圖所示：熒光粉金屬電極陰極熒光粉金屬電極陰極圖1.3CNT顯示器結(jié)構(gòu)示意圖近幾年來(lái)由于對(duì)CNT的理論研究和制備工藝都取得不同程度的突破和進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外的許多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)加入到對(duì)CNT場(chǎng)致發(fā)射顯示器的研發(fā)。許多公司都在CNT場(chǎng)發(fā)射顯示器方面取得了巨大的進(jìn)展，如三菱、日立、伊勢(shì)、三星等。SED

表面?zhèn)鲗?dǎo)顯示器SED的技術(shù)是由Canon開(kāi)發(fā)的，是由超微細(xì)PdO粒子所形成的薄膜，在陰極組件的電極之間形成納米級(jí)的溝道，當(dāng)施加電壓時(shí)產(chǎn)生電子隧穿，隧穿電子到達(dá)電極另一端后發(fā)生碰撞散射，一部分散射電子經(jīng)由陽(yáng)極的作用力而射向熒光屏形成有效發(fā)射［1］。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：Ua熒光粉金屬電極層Ua熒光粉金屬電極層Uf圖1.4SED陰極的結(jié)構(gòu)和原理圖SED顯示器通過(guò)在每對(duì)陰極電極上利用噴墨打印技術(shù)形成PdO薄膜，并施加脈沖電壓，形成亞微米級(jí)的裂縫，再通過(guò)通電激活處理工序，在微縫處生長(zhǎng)碳膜，進(jìn)一步縮小縫隙到5nm左右，從而就能在低電壓下得到足夠大的陰極傳導(dǎo)電流［1］。通電激活處理是陰極組件獲得穩(wěn)定發(fā)射、降低閾值的關(guān)鍵工藝，也是該SED的核心技術(shù)部分之一。現(xiàn)在SED顯示器在大尺寸上已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，SED顯示器的量產(chǎn)工作也已啟動(dòng)。但SED顯示器的研究將始終貫穿在預(yù)產(chǎn)和量產(chǎn)過(guò)程中，說(shuō)明這一新技術(shù)在成本控制方面還有較大的改進(jìn)空間。我們有理由相信隨著技術(shù)的發(fā)展，SED顯示器技術(shù)成本的降低，這一新技術(shù)必將在顯示領(lǐng)域造成巨大的沖擊，有望成為新一代主流顯示技術(shù)。MIM＆MISM這種場(chǎng)發(fā)射顯示方式屬于薄膜內(nèi)場(chǎng)致發(fā)射。它是藉電子隧穿效應(yīng)產(chǎn)生熱電子，形成有效發(fā)射。這種場(chǎng)發(fā)射顯示方式有直流型(MIM)和交流型(MISM)兩種工作形式。這種薄膜內(nèi)場(chǎng)致發(fā)射的電子是基本上垂直于表面出射，而在電極的邊緣部分有明顯的自聚焦作用，對(duì)解決色純、分辨率和避免電荷積累等方面的問(wèn)題有著很大的優(yōu)勢(shì)。早期MIM的絕緣介質(zhì)層采用陽(yáng)極氧化工藝，陽(yáng)極氧化的絕緣介質(zhì)層致密度高，閾值內(nèi)漏電流小，適用于小尺寸顯示器的制作。尺寸增大后陽(yáng)極氧化介質(zhì)的效果就變差，漏電流增加，均勻性和耐壓性能很難得到保證。后來(lái)工藝擴(kuò)展為采用濺射、CVD等工藝直接形成或復(fù)合、漸變形成絕緣層，上電極采用逸出功低的金屬薄膜。增加工作電壓、提高電子平均自由程進(jìn)都能提高發(fā)射率。MIM場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：熒光粉 ■玻璃基板J 鋁層上電極介質(zhì)層上電極介質(zhì)層電子下電極圖1.5MIM場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)示意圖MISM結(jié)構(gòu)與MIM結(jié)構(gòu)的差別在于有傳輸層的存在，它來(lái)完成電子的加速和傳輸，是交流工作模式，負(fù)半周時(shí)電子由上電極注入到傳輸層，并存儲(chǔ)在傳輸層與絕緣層之間的界面態(tài)能級(jí)上，正半周時(shí)，存儲(chǔ)在界面態(tài)能級(jí)上的電子在傳輸層中獲得加速到達(dá)上電極，一部分能量高的電子穿過(guò)上電極逸出而成為發(fā)射電子［1］。MISM類(lèi)型陰極結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：1）尋址電壓低，約20V；2）制作工藝簡(jiǎn)易；3）發(fā)射的電子具有自聚焦特性；大面積工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然MISM有如此多優(yōu)點(diǎn)，但是多年來(lái)它一直沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化。這主要是因?yàn)樗l(fā)射比小和發(fā)射均勻性差的問(wèn)題，所以MISM顯示器在功能材料和工藝上的開(kāi)發(fā)要達(dá)到實(shí)用化要求還有一段艱巨的路要走。BSD彈道電子表面發(fā)射顯示BSD是在陰極上通過(guò)陽(yáng)極氧化對(duì)硅薄膜層進(jìn)行多孔處理形成一多孔性的納米晶硅層，當(dāng)中有細(xì)的微結(jié)晶粒，直徑約5nm，表面是薄的二氧化硅層，在上部沉積一層金屬層作為柵極。電子從基底進(jìn)入多孔硅中，電子和納米晶粒之間的碰撞幾率很小，電子的自由程比較大，故稱(chēng)彈道式電子傳輸。當(dāng)在陰極與陽(yáng)極間施加直流電壓時(shí)，電子注入納米晶硅層并進(jìn)入多晶硅的微結(jié)晶之間，電子加速運(yùn)動(dòng)得到高能量而放出，一部分電子穿過(guò)電極成為自由電子，電子發(fā)射效率可達(dá)2.1%。由于高能量的電子是從陰極的垂直方向飛出，不需要作電子束斑調(diào)整，因此具有平面狀電子束流。其發(fā)射閾值低，16V時(shí)電流密度可達(dá)113mA/cm2,功耗相當(dāng)于同尺寸PDP的1/2，故有高發(fā)光效率、高亮度、低功耗的特點(diǎn)，并且最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是這種顯示器對(duì)器件的真空度要求比較低，從高真空到低真空狀態(tài)發(fā)射電流變化不大，相對(duì)比較穩(wěn)定，但也面臨大面積成膜和氧化成膜的問(wèn)題。彈道電子表面發(fā)射顯示BSD顯示器結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示:金屬電極圖1.6BSD顯示器結(jié)構(gòu)示意圖第2章模擬軟件及模擬模型模擬軟件(FEPG)FEPG的概況本次模擬使用的軟件是北京飛箭軟件有限公司旗下產(chǎn)品有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG(FiniteElementProgramGenerator)。FEPG為有限元分析和計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)軟件平臺(tái)。用戶只需輸入有限元方法所需的各種表達(dá)式和公式，即可由FEPG自動(dòng)產(chǎn)生所需的全部有限元計(jì)算的源程序，包括單元子程序，算法程序等，免去了大量的繁瑣的有限元編程勞動(dòng)，保證了程序的正確性和統(tǒng)一性。FEPG的開(kāi)發(fā)思想FEPG的開(kāi)發(fā)思想是采用元件化的程序設(shè)計(jì)方法和人工智能技術(shù)，根據(jù)有限元方法統(tǒng)一的數(shù)學(xué)原理及其內(nèi)在規(guī)律，以類(lèi)似于數(shù)學(xué)公式推理的方式，由微分方程表達(dá)式和算法表達(dá)式自動(dòng)產(chǎn)生有限元源程序。在FEPG系統(tǒng)中，我們可以以?xún)煞N方式得到計(jì)算所需的全部程序，第一種方法是使用公式庫(kù)生成程序，我們把常見(jiàn)的物理問(wèn)題，如固體力學(xué)、電磁場(chǎng)、傳熱、滲流、流體等的描述方程用有限元語(yǔ)言描述好放在公式庫(kù)中。用戶只需點(diǎn)擊公式庫(kù)菜單即可生成用戶所需的全部有限元計(jì)算程序。另一種方法便是由用戶公式生成程序。我們根據(jù)自己研究的物理問(wèn)題，用有限元語(yǔ)言將控制方程寫(xiě)成VDE、PDE文件，將計(jì)算方法寫(xiě)成gcn和gio文件，然后用FEPG系統(tǒng)命令(Gio命令)產(chǎn)生全部有限元程序。FEPG的應(yīng)用FEPG適用于求解各種領(lǐng)域的各種工程與科學(xué)的有限元問(wèn)題，突破了目前通用有限元程序只用于特定領(lǐng)域和特定問(wèn)題的限制。廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、鐵道、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、航空航天、日用家電等工業(yè)部門(mén)，尤其適合于各類(lèi)學(xué)科的科學(xué)研究，也非常適合于高校進(jìn)行有限元教學(xué)。模擬模型模擬目標(biāo)1）熟練掌握有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG的使用方法；2）得到正確的電勢(shì)分布圖并且能夠?qū)﹄妱?shì)圖做出正確的分析；3）培養(yǎng)學(xué)生自我動(dòng)手能力及發(fā)現(xiàn)、分析、處理問(wèn)題的能力。模擬任務(wù)及要求本次模擬是二維的電磁學(xué)靜態(tài)模擬，模擬對(duì)象為FED中的三極結(jié)構(gòu)，三極結(jié)構(gòu)包括：陰極、柵極、陽(yáng)極。模擬模型幾何圖形如下圖所示：圖2.2模型幾何圖形利用有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG生成以圖2.2模型幾何圖形為基礎(chǔ)的電勢(shì)分布圖。

第3章模擬過(guò)程及結(jié)果模擬過(guò)程連接網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)始菜單中找到FEPG快捷圖標(biāo)，單擊后進(jìn)入模擬軟件主界面。主界面主要由三個(gè)部分組成：最上方是菜單欄及工具欄；左上的是工作窗口，工作窗口可以顯示出Workspace和AppWizard等工作區(qū)；下方顯示程序運(yùn)行情況。如圖3.1所示。圖3.1FEPG主界面由于本次模擬過(guò)程中使用的軟件工具是北京飛箭的在線有限元分析軟件，所以需要在連接互聯(lián)網(wǎng)的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算。點(diǎn)擊file菜單下的login選項(xiàng)進(jìn)行連接FEPG網(wǎng)絡(luò)。彈出IFEPGinfo窗口，點(diǎn)擊OK鍵連接網(wǎng)絡(luò)。其界面如圖3.2所示。圖3.2網(wǎng)絡(luò)連接

利用公式庫(kù)生成計(jì)算程序在連接FEPG網(wǎng)絡(luò)成功后，在Fire菜單中選擇setDirectory選項(xiàng)進(jìn)行目錄設(shè)置，選擇有限元軟件安裝目錄下的temp文件夾后，點(diǎn)擊OK鍵即可，下一步即可調(diào)用公式庫(kù)。點(diǎn)擊project菜單，在子菜單Application中依次選擇wizard選項(xiàng)、ElectromagneticFieldemf選項(xiàng)、static選項(xiàng)，然后選中2dxy進(jìn)入以下界面，其表示本次模擬過(guò)程是二維的電磁學(xué)靜態(tài)模擬。其中的ElectromagneticField表示電磁學(xué)，static表示靜態(tài)的，2dxy表示坐標(biāo)是二維的，其界面如圖3.3所示。圖3.3電磁學(xué)靜態(tài)模擬界面完成上述所有操作后，點(diǎn)擊工作窗口上方的AWZ按扭進(jìn)入SelectScheme對(duì)話框，然后進(jìn)行求解器、存儲(chǔ)方法等項(xiàng)的設(shè)置。在對(duì)話框中VolumeElement選項(xiàng)提供的選項(xiàng)下，根據(jù)本次模擬的類(lèi)型，其中選擇體單元t3,其界面如圖3.4所示。圖3.4VolumeElement設(shè)置完成上一步VolumeElement選項(xiàng)操作后，在SelectScheme對(duì)話框中Boundary

Element選項(xiàng)提供的選項(xiàng)下，根據(jù)本次模擬類(lèi)型模擬的具體要求，選擇112選項(xiàng)，其界面如圖3.5所示。圖3.5BoundaryElement設(shè)置完成上一步BoundaryElement選項(xiàng)操作后，在SelectScheme對(duì)話框中Solver選項(xiàng)提供的選項(xiàng)下，根據(jù)本次模擬類(lèi)型，選擇求解器sin函數(shù)，其界面如圖3.6所示：圖3.6Solver設(shè)置在完成上一步Solver選項(xiàng)操作后，在SelectScheme對(duì)話框中StoringOption選項(xiàng)提供的選項(xiàng)下，根據(jù)本次模擬類(lèi)型，選擇存儲(chǔ)方法為outcome，其界面如圖3.7所示。完成以上SelectScheme對(duì)話框所有選項(xiàng)設(shè)置后，確認(rèn)所有設(shè)置正確無(wú)誤后，點(diǎn)擊右下角的OK鍵，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)生成計(jì)算程序。計(jì)算程序生成無(wú)誤后界面顯示如圖3.8所示。

圖3.7StoringOption設(shè)置圖3.8計(jì)算程序生成界面3.1.3修改前處理接口文件及填寫(xiě)材料參數(shù)生成計(jì)算程序后，單擊Pre/post菜單下的子菜單setting,選擇matedata選項(xiàng)彈出填定材料參數(shù)窗口，在此窗口中可以對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。不同模型的模擬參數(shù)都不一樣，本次模擬過(guò)程中的所有的參數(shù)都為出廠值，所以材料參數(shù)都設(shè)置為系統(tǒng)的默認(rèn)值而不需要改變。在設(shè)置完所有參數(shù)后，確認(rèn)參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后點(diǎn)擊Finish鍵結(jié)束參數(shù)的設(shè)置，其界面如圖3.9所示。完成材所有料參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊Pre/Post菜單，選擇Preprocess選項(xiàng)，即進(jìn)入GID界面。在GID界面中出現(xiàn)Sysinfoselection對(duì)話窗口，由于是默認(rèn)系統(tǒng)參數(shù)，所以在此窗口無(wú)需設(shè)置點(diǎn)擊其中cansel按鈕即可，系統(tǒng)提示已建立一個(gè)新工程。其界面如

圖3.9材料參數(shù)設(shè)置圖3.10所示。例，P圖3.9材料參數(shù)設(shè)置圖3.10所示。例，P通蝴11<1圖3.10GID界面3.1.4前處理建模，加材料和初邊值條件點(diǎn)擊OK鍵即可，成功建立一個(gè)新工程。新工程建立完成后，開(kāi)始繪制本次模擬模型的幾何圖形。具體操作步驟如下：在GID界面的工具條中找到Createline選項(xiàng)，選中并在GID界面中依次輸入坐標(biāo)（0，0）、（10，0）、（10，-5）、（15，-5）、（20，-10）、（25，-5）、（30，-5）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0）。在輸入坐標(biāo)的過(guò)程中我們需要注意的是先輸入x坐標(biāo)，敲入回車(chē)鍵后再輸y坐標(biāo)而不是一次性輸入x、y坐標(biāo)。在輸完坐標(biāo)后系統(tǒng)提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接，生成以下幾何圖形如圖3.11所示。完成幾何圖形的繪制，在GID界面的工具條中選擇CreateNURBSsurface

按鈕，選中封閉曲線創(chuàng)建面，這過(guò)程需要注意的是需要選擇所有點(diǎn)線，按住左鍵并拖動(dòng)形成線框，框住所有點(diǎn)線松開(kāi)左鍵曲線變紅表示被選中。選中封閉曲線后按鍵盤(pán)上的ESC鍵生成面。在原有的圖形內(nèi)部出現(xiàn)一個(gè)紫色的、與原有圖形相似的圖形，表示操作成功，其界面如圖3.12所示。圖3.11幾何圖形生成界面?X?圖3.11幾何圖形生成界面?X?/SUJL宅fkISLJLKe/一定；二廿二a口/支息0Q/一、『.盆心一司:華~■一牛圖3.12創(chuàng)建面生成界面在成功建模之后，選中Data菜單下的子菜單Problemtype,點(diǎn)擊fepg選項(xiàng)生成文件，單擊后彈出詢(xún)問(wèn)窗口，確認(rèn)后單擊OK鍵。完成上述所有操作后，在Data菜單下選擇Conditions子菜單進(jìn)行加材料和初邊值條件的設(shè)置操作。其界面顯示如圖3.13所示。點(diǎn)擊Conditions選項(xiàng)，首先在點(diǎn)、線、面、立體四個(gè)選項(xiàng)里選擇面按紐，再在面設(shè)置的下拉選項(xiàng)中選擇第三個(gè)surface-aet3選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊assign按鈕選擇需要進(jìn)

行定義的面，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊圖中紫色線，線的顏色改變表示成功選中，按Esc鍵或用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Conditions窗口中的Finish按鈕完成面定義；然后選擇線按鈕進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)本次模擬任務(wù)要求，在設(shè)置窗口中依次設(shè)置陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V。完成所有電壓設(shè)置后，點(diǎn)擊color選項(xiàng)確認(rèn)是否賦值成功，如果賦值成功則代表三極線條為彩色，否則為黑色。確認(rèn)所有設(shè)置無(wú)誤后點(diǎn)擊Finish鍵，即完成所有條件設(shè)置。條件設(shè)置界面如圖3.14所示。圖3.13面條件設(shè)置圖3.13面條件設(shè)置圖3.14邊線值參數(shù)設(shè)置完成以上Conditions選項(xiàng)所有參數(shù)設(shè)置后，選擇Mesh菜單中的子菜單Generatemesh選項(xiàng)，進(jìn)行網(wǎng)格生成操作。點(diǎn)擊Generatemesh選項(xiàng)后會(huì)彈出Entervaluewindow窗口，在此窗口中將密度參數(shù)設(shè)置為5。在確認(rèn)網(wǎng)格密度參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后，點(diǎn)擊OK鍵確認(rèn)后會(huì)彈出Dialogwindow窗口，再點(diǎn)擊OK鍵即可生成網(wǎng)格。其界面如圖3.15

所示。生成網(wǎng)格后，再選擇Unstructured菜單下的Assignsizesonpoints選項(xiàng)對(duì)線進(jìn)行局部加密。點(diǎn)擊Assignsizesonpoints選項(xiàng)后會(huì)彈出加密尺度參數(shù)設(shè)置窗口，在此窗口中將加密尺度參數(shù)設(shè)置為0.4。確認(rèn)加密尺度參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后點(diǎn)擊OK鍵，選擇需要加密的陰極、柵極和陽(yáng)極對(duì)應(yīng)的線，線變紅即表示被選中。完成后按Esc鍵后，點(diǎn)擊Close按鈕。在菜單欄中選擇Mesh菜單中的Generate選項(xiàng)即可生成加密網(wǎng)格，其界面如圖3.16所示。立口。￥等事|t圖3.15網(wǎng)格生成界面二/d?-I￡p:立口。￥等事|t圖3.15網(wǎng)格生成界面二/d?-I￡p:ei"::;--5:總?一落:￡■If。旅賓40?/一\。短?一節(jié)也如亨?存1L-r—?L“4平連事”Q圖3.16加密網(wǎng)格生成界面完成網(wǎng)格劃分后，進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。單擊Calculata菜單下的Calculata選項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出操作。具體操作步驟：點(diǎn)擊Calculata選項(xiàng)后彈出Processinfo窗口，點(diǎn)擊OK按鈕確定數(shù)據(jù)導(dǎo)出完成；數(shù)據(jù)到處后保存文件，文件保存成功后即可關(guān)閉GID界面。就此完成了前處理建模，加材料和初邊值條件設(shè)置的所有操作。其界面如圖3.17所示。圖3.17數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面3.1.5后處理及顯示結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出后關(guān)閉GID界面。返回主界面。選擇Workspace選項(xiàng)中的run_batch_file文件夾下的temp.bat文件，點(diǎn)擊右鍵，然后選中temp.bat點(diǎn)幾擊左鍵。即可運(yùn)行程序，自行計(jì)算求解。如圖3.18所示。圖3.18計(jì)算程序運(yùn)行界面自行求解完成后，單擊Pre/post菜單中的子菜單postprocess下的General選項(xiàng)進(jìn)入后處理程序主界面，單擊Displaystyle按鈕，不顯示圖形顏色。如圖3.19所示。

完成上述所有操作后，單擊Window菜單下的子菜單Deformmesh選項(xiàng)顯示模型的形變。選擇Referencemesh選項(xiàng)中的Deformed項(xiàng)，單擊Apply應(yīng)用按鍵，顯示模型的形變；然后再選擇OFF項(xiàng)，單擊Apply應(yīng)用按鍵，即取消形變的顯示。如圖3.20所示。蕊0田(鏟々口？疑*.由總工先除%.蕊0田(鏟々口？疑*.由總工先除%.一日,川e二凡一&=海/0『/一球圖3.19后處理主界面P*.三皿

:wvI 4E圖3.20Deformmesh設(shè)置完成以上Referencemesh選項(xiàng)設(shè)置，選擇MainMesh選項(xiàng)中的Deformed項(xiàng)，單擊Apply應(yīng)用按鍵，顯示形變；然后選中Original參考模型，單擊Apply應(yīng)用按鍵，即模型不再顯不形變。如圖3.21所示。在完成Deformmesh選項(xiàng)所有設(shè)置后，關(guān)閉其窗口。點(diǎn)擊Viewresults菜單下的

子菜單ContourFill中的Unoda0選項(xiàng)查看模擬結(jié)果。選中Unoda0選項(xiàng)即可顯示出陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V的電勢(shì)分布，確認(rèn)電勢(shì)圖無(wú)誤后即完成整個(gè)模擬。本次模擬的結(jié)果電勢(shì)分布圖其界面如圖3.22所示。心Tnq心Tnq《,■.?￡/LL-?L口襄界"曲。/-M口>.口1k..任一,一嗝山詈圖3.21MainMesh設(shè)置?Aw| ~ 十?Aw| ~ 十圖3.22電勢(shì)分布圖3.2其它顯示結(jié)果按照以上操作步驟建立新的工程，在新工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0,0）、（10,0）、（10，-5）、（15，-5）、（20，-10）、（25，-5）、（30，-5）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模型幾何圖形,經(jīng)加密后生成網(wǎng)格。網(wǎng)格密度參數(shù)為5,加密參數(shù)為0.4。這里需要注意的是，在進(jìn)行邊值條件設(shè)置是應(yīng)注意根據(jù)模擬要求正確設(shè)置陽(yáng)

極電壓、柵極電壓和陰極電壓，生成的加密網(wǎng)格圖如圖3.23所示。Fill中的、陰極電圖3.23加密網(wǎng)格生成界面-V41，牛耳浮力￡二『■?至BL)ST.口■寸巴￡■金聲Fill中的、陰極電圖3.23加密網(wǎng)格生成界面-V41，牛耳浮力￡二『■?至BL)ST.口■寸巴￡■金聲一。嘉*%4?>:?口且w=/一寸■;!#■ft圖3.24電勢(shì)分布圖按照以上操作步驟建立新的工程，在新工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0，0）、（10，0）、（10，-5）、（15，-5）、（20，-10）、（25，-5）、（30，-5）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模型幾何圖形，經(jīng)加密后生成以下網(wǎng)格。網(wǎng)格密度參數(shù)為5、加密參數(shù)為0.4。這里需要注意的是，在進(jìn)行邊值條件設(shè)置是應(yīng)注意根據(jù)模擬要求正確設(shè)置陽(yáng)極電壓、柵極電壓和陰極電壓，生成的加密網(wǎng)格圖如圖3.25所示。

經(jīng)后處理等一系列步驟，點(diǎn)擊Viewresults菜單下的子菜單ContourFill中的UnodaO項(xiàng)查看模擬結(jié)果，即可顯示陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為300V、陰極電壓為0V的電勢(shì)分布，如圖3.26所示。與T-U4I，『=現(xiàn)一與T-U4I，『=現(xiàn)一+寸sc，-*fefl行_vssr叨『一D,「百一7一■點(diǎn)/Adga。/-■?！?.■;□-一工寓圖3.25加密網(wǎng)格生成界面圖3.26電勢(shì)分布圖按照以上操作步驟建立新的工程，在新的工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0，0）、（10，0）、（10，-10）、（15，-10）、（20，-15）、（25，-10）、（30，-10）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)彈出一個(gè)窗口提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模型幾何圖形，經(jīng)過(guò)對(duì)線條加密后生成以下網(wǎng)格，網(wǎng)格密度參數(shù)為5，加密參數(shù)為0.4。生成的加密網(wǎng)格圖其界面如圖3.27所示。經(jīng)后處理等一系列步驟，點(diǎn)擊Viewresults菜單下的子菜單ContourFill中的

UnodaO項(xiàng)查看模擬結(jié)果，即可顯示出陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V，柵極與陰極之間距離為100u的電勢(shì)分布，其電勢(shì)分布圖界面如圖3.28所示。圖3.27加密網(wǎng)格生成界面圖3.28電勢(shì)分布圖按照以上操作步驟建立新的工程，在新的工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0,0）、（10，0）、（10，-15）、（15，-15）、（20，-20）、（25，-15）、（30，-15）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)彈出一個(gè)窗口提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模型幾何圖形，經(jīng)過(guò)對(duì)線條加密后生成以下網(wǎng)格，網(wǎng)格密度參數(shù)為5，加密參數(shù)為0.4。生成的加密網(wǎng)格圖其界面如圖3.29所示。經(jīng)后處理等一系列步驟，點(diǎn)擊Viewresults菜單下的子菜單ContourFill中的

UnodaO項(xiàng)查看模擬結(jié)果，即可顯示陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V，柵極與陰極之間距離為150u的電勢(shì)分布，其電勢(shì)分布圖界面如圖3.30所示。圖3.29加密網(wǎng)格生成界面Ft>'器堂22T0圖3.29加密網(wǎng)格生成界面Ft>'器堂22T0>。金一才一后看ft月■■修I- 口…圖3.30電勢(shì)分布圖按照以上操作步驟建立新的工程，在新的工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0，0）、（10，0）、（10，-20）、（15，-20）、（20，-25）、（25，-20）、（30，-20）、（30，0）、（40，0）、（40，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)彈出一個(gè)窗口提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模型幾何圖形，經(jīng)加密后生成以下網(wǎng)格，網(wǎng)格密度參數(shù)為5，加密參數(shù)為0.4。生成的加密網(wǎng)格圖如圖3.31所示。經(jīng)后處理等一系列步驟，點(diǎn)擊Viewresults菜單下的子菜單ContourFill中的Unoda0項(xiàng)查看模擬結(jié)果，即可顯示陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V,柵極與陰極之間距離為200u的電勢(shì)分布，其電勢(shì)分布圖界面如圖3.32所圖3.31加密網(wǎng)格生成界面(41■件任>專(zhuān)0a(41■件任>專(zhuān)0a◎一?.&■」明”二?TN—一?￡,,1&K避*aQXJvBl通-tfzEl圖3.32電勢(shì)分布圖按照以上操作步驟建立新的工程，在新的工程GID界面依次輸入坐標(biāo)（0，0）、（15，0）、（15，-10）、（25，-10）、（30，-15）、（35，-10）、（45，-10）、（45，0）、（60，0）、（60，30）、（0，30）、（0，0），輸完坐標(biāo)系統(tǒng)彈出一個(gè)窗口提示是否連接，點(diǎn)擊Join鍵選擇將（0，30）、（0，0）兩坐標(biāo)連接生成模擬幾何圖形，經(jīng)加密后生成以下網(wǎng)格，網(wǎng)格密度參數(shù)為5，加密參數(shù)為0.5。生成的加密網(wǎng)格圖如圖3.33所示。在經(jīng)過(guò)后處理等一系列步驟后，選中Viewresults菜單下的子菜單ContourFill中的UnodaO項(xiàng)查看模擬結(jié)果，點(diǎn)擊即可顯示陽(yáng)極電壓為1700V、柵極電壓為250V、陰極電壓為0V，柵極板的長(zhǎng)度為150u的電勢(shì)分布，其電勢(shì)分布圖