飛機(jī)雷電間接效應(yīng)仿真與研究.pdf

1、在大氣中飛行的飛機(jī)不可避免會(huì)遭遇到雷電環(huán)境，由此造成的飛機(jī)安全事故時(shí)有發(fā)生，有些甚至是災(zāi)難性的。特別是現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)采用現(xiàn)代電子技術(shù)和大量先進(jìn)復(fù)合材料，提高了飛行性能和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)更多的雷擊事故。雷電對(duì)飛機(jī)的危害分直接效應(yīng)（物理效應(yīng)）和間接效應(yīng)（電磁效應(yīng)）。在飛機(jī)上流動(dòng)的雷電流雖未直接接觸飛機(jī)的電氣線路，但是它可能通過(guò)阻性耦合、磁場(chǎng)耦合和電場(chǎng)耦合等機(jī)制耦合到飛機(jī)內(nèi)部，在線路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流浪涌，從而對(duì)系統(tǒng)造成擾動(dòng)或損壞，這就是

2、雷電的間接效應(yīng)。民用飛機(jī)為取得適航證必須開(kāi)展整機(jī)的實(shí)驗(yàn)室雷電間接效應(yīng)防護(hù)試驗(yàn)，但是雷擊試驗(yàn)耗時(shí)耗力且飛機(jī)部件在進(jìn)行雷擊試驗(yàn)后多以損傷形式出現(xiàn)，因此，本文采用數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)飛機(jī)雷電間接效應(yīng)進(jìn)行模擬分析，為我國(guó)正大力發(fā)展的大飛機(jī)研發(fā)項(xiàng)目提供一些理論數(shù)據(jù)支撐。
　　本文根據(jù)現(xiàn)役主流飛機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)了3種飛機(jī)模型:純金屬的西門諾爾PA44小型運(yùn)輸機(jī)、復(fù)合材料的空客A350大型運(yùn)輸機(jī)以及歐直AS350B3小松鼠直升機(jī)，并根據(jù)飛機(jī)實(shí)際線路敷設(shè)情況

3、在不同區(qū)域設(shè)置單芯線、雙絞線、同軸線、屏蔽線、屏蔽雙絞線等5種線纜。采用基于傳輸線矩陣法的CST電磁仿真軟件進(jìn)行大電流脈沖注入仿真，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了不同的雷擊路徑、不同的雷電流模型，模擬仿真了不同工況下飛行中的飛機(jī)遭受雷擊后飛機(jī)表面電流分布、各區(qū)域瞬態(tài)磁場(chǎng)分布及內(nèi)部線纜耦合情況。
　　經(jīng)過(guò)上百次的仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明:若改變雷擊路徑，飛機(jī)表面電流分布會(huì)發(fā)生變化，各區(qū)域的瞬態(tài)感應(yīng)磁場(chǎng)值也會(huì)隨之改變，雷電擊入點(diǎn)處電流密度和磁場(chǎng)最大，雷

4、電流通道、艙門縫隙周圍以及曲率半徑較大的區(qū)域次之;飛機(jī)內(nèi)部線纜的雷擊瞬態(tài)感應(yīng)電流隨雷電流的幅值增大呈線性增長(zhǎng)，隨上升時(shí)間增大呈線性減小，但不受下降時(shí)間變化的影響;鋁可為其內(nèi)部設(shè)備及導(dǎo)線提供良好的屏蔽作用，CFRP復(fù)合材料屏蔽效果明顯差于鋁，如直升機(jī)機(jī)身材質(zhì)設(shè)置為CFRP時(shí)，其屏效約為15dB，設(shè)置為鋁時(shí)屏效約為70dB;線纜的雷擊感應(yīng)電流受敷設(shè)方式影響較大，在線纜上加裝編織型屏蔽層或金屬導(dǎo)管可有效降低線纜的雷擊感應(yīng)電流，在雙絞線上加裝屏