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        直升機電子設(shè)備艙瞬態(tài)雷電感應(yīng)磁場特性研究

        2018-06-11 10:07:10敬琳
        絲路視野 2018年35期
        關(guān)鍵詞:瞬態(tài)直升機

        敬琳

        【摘要】飛機產(chǎn)生雷電效應(yīng)主要受到兩方面因素的影響,分別為雷電電磁效應(yīng)特性以及耦合規(guī)律。因此,通過采取仿真技術(shù),對于直升機電子設(shè)備艙內(nèi)雷電感應(yīng)磁場的分布特性進行深入的分析,對于各項參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整,從而以確保仿真實驗的精確度,從而為直升機電子設(shè)備艙雷電間接效應(yīng)防護設(shè)計提供可行的參考建議。

        【關(guān)鍵詞】直升機;電子設(shè)備艙;瞬態(tài);雷電感應(yīng)磁場特性

        一、前言

        當(dāng)直升機在飛行過程中,遭遇雷擊是一種非常普遍的現(xiàn)象,如果現(xiàn)象嚴(yán)重甚至可能會引發(fā)非常嚴(yán)重的災(zāi)難性后果。如果飛機遭遇雷擊,雷擊所產(chǎn)生的電流以及磁場將會瞬間進行傳導(dǎo),將會導(dǎo)致飛機內(nèi)部的電子設(shè)備等受到嚴(yán)重的影響,從而產(chǎn)生一定的電流和電壓。如果電流或者電壓達到了某個級別后,將會使得電子設(shè)備正常的、穩(wěn)定的工作無法受到相應(yīng)的保障,從而帶來嚴(yán)重的破壞作用。這種作用效果被稱作為是雷電耦合的間接作用,即雷電產(chǎn)生的間接效應(yīng),這將會導(dǎo)致飛機無法安全的、穩(wěn)定的運行。因此,為了能夠有效降低雷電間接效應(yīng)所帶來的傷害,使得飛機飛行的安全性和穩(wěn)定性得到充分的保障,國內(nèi)外專家學(xué)者進行了深入的探索與研究。在本文中將會針對直升機雷電間接效應(yīng)的問題進行深入的研究,采用仿真的方法對直升機電子設(shè)備艙中雷電感應(yīng)磁場的具體分布情況進行分析。

        二、直升機電子設(shè)備艙雷電電磁仿真實驗研究

        (一)仿真軟件選擇分析

        在對直升機電子設(shè)備艙雷電電磁仿真進行實驗時,主要以某種型號直升機的電子設(shè)備艙盒段作為研究對象,該電子設(shè)備艙主要由鋁合金所制成,并且其中摻雜著一定的鋼材。在該設(shè)備的頂端鋪設(shè)了燃油管路,底部為主體空間。為了研究該電子設(shè)備艙的瞬態(tài)電磁耦合情況,主要采取的方法為仿真法,軟件為EMA3D,該軟件的主要功能為通過對各種具有獨特特性的飛機機構(gòu)的雷電電磁感應(yīng)效應(yīng)進行模擬,能夠達到一定的準(zhǔn)確性,并且在行業(yè)內(nèi)具有較高的認(rèn)可度。

        (二)仿真設(shè)置

        現(xiàn)階段,我國大部分的直升機為了能夠有效降低飛機自身的重量,大部分會選擇復(fù)合材料。所以,在構(gòu)建仿真模型時,該模型組要由內(nèi)部的底板、外部的蒙皮、肋以及艙梁所構(gòu)成。這些部件均屬于鋁合金材料。然后,將雷電流的脈沖波作用在直升機的外部部件上,雷電脈沖將會由外部逐漸蔓延至內(nèi)部部件中。在該仿真實驗中,雖然模型得到了一定的簡化,但是其精度還是能夠得到相應(yīng)的保證的。同時,雷電通道主要包括進入和退出兩個通道,通過分別在這兩個通道處分別注入以及引導(dǎo)相應(yīng)的雷電流,這種方式可以保證在電子設(shè)備艙蒙皮上的傳導(dǎo)保持相應(yīng)的均衡性。在建模的過程中,為了能夠顯著提升雷電感應(yīng)磁場的便利性特征,從而將坐標(biāo)軸設(shè)在設(shè)備艙的底板及其交線處。

        (三)雷電流的波形分析

        當(dāng)雷電流進入到通道的時候,此時將往里面注入雷電流,所注入的雷電流所呈現(xiàn)出來的波形必須要滿足飛機防雷的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),必須要保證該波形的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。一情況下,標(biāo)準(zhǔn)的波形主要有兩種,這兩種的雷電分量分別為A和H。A主要用于表示云地首次遭受到雷電的襲擊,H則表明其屬于云內(nèi)部的雷擊。如果雷電的波形是標(biāo)準(zhǔn)德,那么其應(yīng)該是具有前沿是陡峭、后沿則相對而言即顯得比較平緩。雷電流的頻譜分布也非常寬,但是一般情況下其屬于10MHZ的范圍內(nèi)。H電流的波動幅度較小,但是在剛開始階段,該電流具有較高的上升率。因此,與A電流相比較而言,H電流將會在機載的電纜上產(chǎn)生更高幅度的振蕩電壓波。

        通過相關(guān)的研究表明,在磁耦合機制中,直升機雷電耦合是其中的組成內(nèi)容,并且占據(jù)著至關(guān)重要的地位。

        (四)蒙皮結(jié)構(gòu)建模

        對于直升機電子設(shè)備艙蒙皮結(jié)構(gòu)部分,其具有厚度較小的特征。在這種情形下,無法直接適用于FDTD的方法,精確度無法得到有效的保障。因此,為了提高計算精度,可以采用EMA3D的方法進行計算。

        三、瞬態(tài)雷電感應(yīng)磁場分布特性分析

        由于鋁合金材料的特性在于其具有非常高的電導(dǎo)率。同時,由于蒙皮的厚度僅僅為0.5mm。所以,從理論上而言,雷電感應(yīng)由外部擴散到內(nèi)部將會存在著一定的難度。但是,實際情況卻存在著較大的差別,效果也并非如此理想。由于蒙皮的接頭以及涂層將會導(dǎo)致蒙皮的導(dǎo)電性顯著提升。同時,目前,大多數(shù)飛機開始采用碳釬維的復(fù)合材料來替代蒙皮,因此,其導(dǎo)電性將會大大降低。以上這些因素將會導(dǎo)致蒙皮的電阻明顯提升,從而將會產(chǎn)生更強的電磁感應(yīng),從而將會電流出現(xiàn)重新分布的效應(yīng),從而將會產(chǎn)生更強的雷電電磁耦合效應(yīng)。

        隨著直升機整個電子設(shè)備艙電阻的相應(yīng)增加,從而導(dǎo)致雷電感應(yīng)磁場進入到內(nèi)部的時間縮短,并企電流將會重新進行分布。同時,由于在開始階段,雷電流的脈沖頻率處于較高的水平,電流分配將會受到電磁感應(yīng)分布的制約性影響,機身蒙皮將會對雷電流起到一定的阻擋性作用。但是,在后期階段,隨著雷電頻率開始出現(xiàn)下降趨勢,雷電流將會開始進入到機艙內(nèi)部,從而雷電流將會開始出現(xiàn)一定的重新分布。由于機身結(jié)構(gòu)與電感分布兩者之間有著密切的聯(lián)系,機身材料將會直接決定電阻的大小。如果電阻率較高,電阻分布將會直接決定電流以及磁場的分布。

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