3维电介质击穿模型在雷电防护系统评估试验中的应用

采用荷电圆盘雷云解析模型作激励源,利用电介质击穿模型进行了地闪先导放电高分辨力3维数值模拟,得到了50 m分辨力的地闪放电图样与先导近地500 m时的地面电场分布(峰值-164.9 kV.m-1),结果与实际观测值相符。模拟中通过高维样条插值实现了计算空间与评估区域的分辨力转换(50 m到1 m),构建评估模型,可以进行雷电防护系统的数值评估试验。用该方案对一种雷电防护系统概念模型进行了试验,结果显示:系统10 m高-、1.5 MV激励的条件下,5 m高处的雷击概率以系统为中心随距离增加而增大,系统投影区域雷击概率为0;由于先导激励地面电场的非对称性,保护区范围各向分布极不均匀。通过此方案可以得到系统作用下精细的雷击概率分布,适用于雷电防护系统效能评估。

雷电地面电场分布的3维DBM模型仿真参数影响分析

采用荷电圆盘雷云解析模型作激励源,利用电介质击穿模型进行了地闪先导放电高分辨力3维数值模拟,得到了先导近地500 m时概率指数和击穿发展阈值对地面电场分布的影响。通过计算机模拟,得到了概率指数η和击穿阈值Ecrit对地面电场分布的影响,同时也验证了这2个参数对建立放电模型的重要性,为通过这一模型进行任意雷电发生时的地面电场分布模拟奠定了基础。

基于分形理论的超特高压线路绕击耐雷性能评估

超特高压输电线路雷电屏蔽模型对线路的防雷设计有着重要的指导意义。为此研究了一种基于分形理论的输电线路绕击先导发展模型,首先从雷云电荷分布、上行先导起始、上下行先导发展和最终判据等方面研究了分形先导发展模型计算流程中的关键问题。并根据分形理论研究了上下行先导发展的电介质击穿模型DBM以及实现方式,通过雷电先导发展过程中空间电场的计算,得出了先导向空间各可能击穿点发展的概率分布,实现了雷电先导发展过程的分形生长。基于分形先导发展模型,还给出了超特高压输电线路绕击耐雷性能的评估方法,结合雷电流空间概率分布和由分形先导模型计算得出的绕击概率分布,可计算得出输电线路的绕击率。此方法在±800kV特高压输电线路上的绕击耐雷性能评估中的应用表明,该方法不仅能获得较精确的绕击率,同时使先导发展过程中既保持了沿最大场强发展的概率最大这一确定性因素,也呈现了先导发展的随机性因素。

基于分形理论的直升机雷击附着位置数值分析

进行飞机防雷设计的第一步即为确定飞机的雷击附着位置。提出了一种基于分形先导发展模型的直升机初始雷击附着位置数值分析方法。首先对先导发展模型进行了描述,分析了雷电下行先导电荷分布及发展规则、迎面先导起始判据及发展规律、最终击穿条件等;并根据分形理论,采用电介质击穿模型中的概率发展方式来决定下行先导的发展方向。然后,根据标准SAE-ARP 5416A中规定的相关试验方法对仿真环境中各项参数的选择进行了讨论,包括极板尺寸、直升机与极板之间的距离等。最后,利用所提出的方法对UH-60"黑鹰"进行仿真,得到了其初始雷击附着位置。

地闪先导放电三维数值模拟

为探索地闪先导放电规律以满足新型雷电防护理论与技术研究的需要,在Amoruso和Lattarulo提出的带电圆盘雷云荷电解析模型框架下,利用三维WZ模型构造了地闪先导放电数值模拟算法,第一次实现了50m空间分辨率的地闪先导放电三维数值模拟.在解析模型框架下,求解空间大幅缩小,使高分辨率模拟成为可能.模拟过程中采用了SOR法求解七点差分格式的拉普拉斯方程,提出了双概率指数建模思想,对WZ模型进行了修正,反映了真实先导主通道的延伸性与丰富分岔的分形特征.进行了不同发展阈值下的模拟实验,得到了精细的地闪双向先导三维放电图样与先导激励下的地面电场分布,结果在一般观测范围内.