基于EMA3D的机载设备闪电电磁环境分析

闪电与飞机相互作用,在机载电缆束上产生电压和电流,这些电压和电流可能会导致关键电子设备损坏或出现故障,因此危害飞行安全。随着飞机材料和机载关键电子电气设备的不断改进和提高,航空工业界越来越关注飞机的闪电电磁环境对机载设备及飞机系统的影响。EMA3D可全面分析飞机遭遇闪电袭击后,其内外部电磁场分布情况,估算闪电对飞机里的线缆系统的间接效应。主要论述某机载设备的闪电电磁环境和EMA3D电磁仿真软件的功能,最后应用此软件分析飞机某机载设备周围的电场和磁场以及其连接线缆上的感应电流。

基于EMA3D的民机闪电间接效应仿真

以A320为研究对象,利用双指数函数建立仿真模型。通过比较表电流密度和电磁场分布,研究不同闪电路径下机身某处的电场衰减情况及电场传输函数。仿真结果表明:表电流密度分布与闪电路径有关;电场分布与闪电路径有关且主要分布在曲率半径小的部位,而磁场分布与表电流密度分布基本一致;1.8MHz附近电场响应最大。

直升机电子设备舱瞬态雷电感应磁场特性

飞机雷电电磁效应特性和耦合规律是飞机雷电间接效应防护设计和分析的重要依据。为此,通过采用电磁仿真和雷电实验相结合的方法,对某型直升机电子设备舱雷电感应磁场分布特性和变化规律进行了研究,探讨了设备舱主要雷电电磁耦合机制和效应参数,并比较、剖析了仿真和实验结果的差异。结果表明:不考虑缝隙耦合,设备舱雷电感应磁场呈周壁强、中部弱的空间分布规律,磁场矢量呈磁力线从设备舱侧壁穿透并扩散进入的分布形态,且强度朝内急速衰减降低;电阻降低能显著加强电流重新分布效应,加速并加强电流和磁场分布和扩散;在约2 m?蒙皮电阻设置下,当遭受雷电流分量A雷击时,设备舱内壁感应磁场高达25 mT,但在100~200 mm范围急速降至6 mT以下,中部磁场降至约2~4 mT;蒙皮由铝合金设为碳纤维,设备舱重新分布时间常数由7 ms加快至7μs,1 MHz的磁场扩散强度增加超过1个量级;设备舱缝隙耦合的共振频率在100 MHz以上,未能观察到振荡波形结构,共振作用并不显著。对比实验,仿真可较好复现窗口区的磁场分布形态和约2~15 mT的磁场量值,但尚需谨慎处理较次要的耦合效应以提高精度。

某系留气球的雷电电磁仿真

对某系留气球的瞬态雷电电磁环境及其球载雷达电子设备的雷电感应特性进行了电磁仿真研究。应用EMA3D电磁仿真软件及针对几种典型避雷索雷击附着方式,仿真分析了该系留气球的主要雷电电磁场分布演化特性和规律,并研究了相关典型球载设备互联电缆的雷电瞬态电磁响应特性,获得了典型雷电间接效应数据。从仿真结果看,搭载于气球副气囊挂架上的电子设备处的瞬态雷电磁感应强度达到了10 Gs(1Gs10-4T)左右,变化率约5 Gs/μs左右。挂架上各典型屏蔽电缆的屏蔽层雷电感应电流则在1~100 A之间不等,但各电缆的感应电流其波形模式却较为单一。比较于飞机雷电防护标准-RTCA DO-160F标准,球载电缆其特征雷电响应波形模式为少,且波形特征时间参数有一定差别。分析表明,对开展球载电子设备防护设计和试验而言,直接采用飞机雷电防护标准可能并不完全合适,应进行恰当的波形修订和裁剪。