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当前位置:中仿 » 公司产品 » 虚拟仿真 »仿真平台 飞机雷击仿真分析平台

   飞行器的主要结构一般是由金属制成的,由于雷击发展是由云层到地面,飞行器结构就提供了一个短路的路径,成为雷电通道的一部分。尤其是飞行器在高速飞行中机身与空气不断摩擦起电,这对雷电也是很大的吸引。因此在雷暴天气下飞机的起降是非常危险的,很容易遭遇雷击。

   雷击对飞行器会造成很多危害,概括起来可分为直接危害和间接危害。直接危害通常表现为材料的损伤,比如高压冲击波和磁力造成的燃烧、熔蚀、爆炸和结构畸变等;间接危害主要指雷电放电在电气和电子设备中引起的过电压和过电流所造成的设备损坏或干扰。

   与飞行器非常类似,很多野外放置的电力设施也很容易遭遇雷击,比如高压输电线塔、变压器等等。雷击产生的热损伤和电磁浪涌会对电力输电系统产生巨大的危害,甚至会通过输电线路给很多家庭带来财产甚至生命损失。

   雷击的防护技术一直是一个重要的课题。从雷电的机理研究到各种防护措施的效果评估,数值模拟技术在其中发挥着不可替代的作用。

解决方案

1. 材料热损伤

   当雷电流导通时,高电压可使绝缘材料制成的雷达罩击穿,烧蚀成大小不等的洞。另一方面,民用飞行器设计从飞行性能方面考虑,机翼经常由轻型的高强度多层复合材料制成。为了提高机械强度,每层材料的粘合方向不同,使材料具有高各向异性的电导率和热导率。

   复合材料的采用降低了原来铝皮的电磁屏蔽作用,并且电导率及热导率比铝材料低得多。当雷击产生的高电流经过以机翼时,焦耳热及雷电通道的热辐射会导致局部温度突然升高,构成热损伤风险。

分析雷电对飞机铝皮的损伤作用

左图为连续电流作用下铝皮的损伤实验结果,右图为电热模拟获得的温度分布

2. 电磁损伤和干扰

   飞行器的一个必要技术要求是机载电子电力系统的电磁兼容性(EMC),在雷击产生的强电磁脉冲干扰下,器件能够保证正常的工作。应对电磁干扰的策略之一,是根据法拉第笼及趋肤效应原理,利用设备及飞行器的外壳实现屏蔽,保护机舱内部设施及人员安全。

 

机舱电磁屏蔽试验:使用带窗的铝皮圆筒模拟机舱电磁屏蔽效果

下图为计算的机舱内测试点处的瞬态磁场强度

 

1.    雷击效应仿真

2.    雷击分区关键参数提取

3.    雷击附着点变化引起的飞行器上电流分布变化的仿真分析

4.    飞行器间接雷击效应

5.    不同布线情况下,线缆上雷击感应电流变化的仿真分析

6.    结合相关软件仿真直接雷击效应

7.    闪电引起的飞行器内部电磁场分布的仿真分析

英国某公司使用民机雷击仿真分析平台对某直升机计算仿真

        英国某公司作为英国最大的航空航天企业和最大的导弹制造企业。主要从事军用飞机、民用飞机、导弹、卫星、电子设备、仪表与测试设备以及有关武器系统的研制与生产。此公司对采用CFC(碳纤维复合材料)的直升机进行瞬态电磁脉冲防护和雷击防护的仿真分析,并通过仿真分析该公司应用闪电防护设计软件仿真,相对于全机雷击试验,节省研制经费150万美元。