无人机雷电防护设计技术综述

随着无人作战飞机纳入作战体系,全天候的作战使用需求对无人机雷电防护提出了更高需求,由于无人机通过地面测控系统进行人机交互,无法向有人机一样具备主动避开复杂气象环境的能力,其雷电总体防护设计显得尤为重要。基于MBSE的系统工程理论,描述了无人作战飞机雷电防护设计总体需求,阐述了无人机雷电防护总体设计流程及主要设计内容,对雷电效应对飞机机体和机载系统的损伤机理进行了分析和研究;综述了飞机系统雷电效应的总体防护设计原则和技术措施,对机体结构和外部设备给出了雷电直接效应防护设计措施,并给出了机载设备雷电间接效应的防护总体设计原则及典型技术方案。     

民用飞机雷电间接效应防护设计与适航验证

基于雷电耦合机理的分析,提出了飞机雷电间接效应防护的设计原则、设计流程和设计过程中应考虑的细节。针对系统受雷电间接影响失效等级的不同,研究了不同等级系统雷电间接效应防护的验证流程,介绍了飞机级验证和系统级验证中不同的验证方法,尤其是重点阐述了缩比模型雷电分区试验、全机雷电间接效应试验和相似性分析等方法。随着民用飞机受雷电间接效应的危害日益凸显,本文将会对我国民用飞机雷电间接效应防护设计和适航取证起到一定的借鉴作用。     

雷电间接效应对飞机机载设备的危害分析

通过飞机掠过雷云区或雷电对其直击过程中在机体内产生雷电间接效应的理论分析，结合部件进行地面雷电间接效应模拟试验的数据，分析雷电间接效应对飞机机载设备的危害，以及防护要求。     

基于数值仿真的飞机雷电流传导通路评估方法

飞行器的雷电防护设计和验证是保障飞行员及飞机安全的必要措施,尤其是随着雷电防护能力较差的复合材料广泛应用。复合材料对雷电流的传导能力远弱于金属,需要为雷电流传导提供额外的通路。本文从国内相关研究极少提及的飞机内部结构电磁建模出发,提出一套飞机内部结构的电磁建模及精度控制方法;构建 F22 飞机左机翼到右机翼的内部金属结构作为雷电流传导通路,基于通用电磁仿真软件进行飞机雷电间接效应仿真;对复合材料蒙皮、金属网蒙皮、金属网蒙皮加内部金属结构三种情况下飞机内部的电磁场及线缆耦合仿真结果进行对比。结果表明:合理的雷电流传导通路设计能够使飞机内部线缆感应的电流强度减半,起到良好的雷电防护效果;该评估方法适用于固定翼飞机的雷电流传导通路设计,能够作为飞机机载设备雷电间接效应试验指标分配的参考依据,便于定位飞机雷电间接效应防护的薄弱环节。     

基于TVS管的机载电子设备数据接口雷电防护设计

针对机载电子设备数据接口的雷电防护要求,本文介绍了机载电子设备雷电防护器件的选择依据,分析了基于TVS管的数据接口雷电防护方法和电路拓扑结构,给出了计算公式并指出了TVS管用于数据接口雷电防护设计中需要注意的问题。     

飞机雷电直接效应综述

飞机的雷电直接效应对飞行安全构成危害,在飞机设计时必须充分考虑这些危害。对比了金属飞机和复合材料在雷电直接效应上的差异,分析了雷电直接效应对各种复合材料的影响,并对燃油系统、电力系统和推进系统等关键部位的雷电危害机理及危害程度进行了全面分析,可为飞机雷电防护设计及试验提供参考。     

全权限数字电子控制器雷电试验方法研究

在分析机载设备雷电感应敏感度试验相关标准的基础上,对全权限数字电子控制器雷电间接效应试验方法进行研究。对雷电间接效应耦合方式进行了分类,并以某型全权限数字电子控制器为例,介绍了数字电子控制器雷电感应瞬态敏感度试验波形组、试验电平选择方法及试验过程。并对空客和波音公司机载设备雷电感应瞬态敏感度试验方法做了初步介绍。研究成果可供制定机载设备雷电防护要求及试验方案时参考。     

雷电感应对机上电子设备的危害和保护策略

感应雷击产生的电磁脉冲对飞机上电子设备的危害极大,通过对雷击产生原因的分析与探讨,深入研究感应雷击产生的电磁脉冲对机载电子设备的影响与危害,提出具有针对性的雷电防护的解决方案,消除雷电对机栽电子系统的影响,从而实现了雷电的综合防护。     

IEL&HIRF传递函数分析预测与系统定义

讨论闪电间接效应和高强度辐射场的飞机传递函数的同步测量与分析计算,论述飞机系统设备对闪电间接效应或高强度辐射场响应的分析预测方法,说明系统定义中电磁兼容及设备电磁防护的设计方法。     

飞机燃油系统的雷电防护

介绍了飞机燃油系统雷电着火机理、雷电防护的主要措施和雷电防护试验。     

民用航空发动机短舱雷电防护设计及验证

为了有效降低短舱雷电防护设计和验证的难度,针对短舱的雷电防护设计和验证,提出一种导电路径仿真与关键连接结构仿真、试验迭代的研究方法。对整个短舱进行雷电流传导路径设计及简化建模,分别讨论不同传导路径方案对雷电直接效应和间接效应的影响。结果表明:优化的多路径传导可有效减小传导结构的雷电流分量和短舱内的脉冲电磁场;依据整体短舱电流分布仿真结果,可导出具体连接结构的电流分量作为其设计和验证的依据。所提出的方法可作为短舱雷电防护设计和验证的理论依据。     

飞机级闪电间接效应防护试验方法介绍

概述了闪电间接效应定义,飞机级闪电间接效应(IEL)防护试验的必要性,分析了IEL耦合机理,并对飞机级IEL防护试验方法进行了初步介绍。     

民用飞机第23.867条款要求及适航审定研究

随着越来越多先进复合材料应用在民用飞机上以及民用飞机上使用的电子电气设备重要度和集成度越来越高,飞机的闪电防护设计越来越重要。CCAR-23第23.867条对民用飞机机体结构闪电直接效应防护进行了规定。研究了该条款的制定和修订的背景和历程,明确了条款的实质要求。23部飞机的使用用途和设计特点使得23部飞机的闪电防护设计和符合性验证也有自己的特点,为此,重点研究了23.867条款的基本设计、审定步骤和审查关注要素等,梳理出了飞机机体结构的闪电直接效应防护设计和适航审定的基本流程,给出了可接受的符合性方法,提出了23部飞机闪电直接效应防护设计、审定各流程的主要工作、可指导或可参考的文件、重点关注要素和技术审查要点,为民用飞机的闪电直接效应防护的设计和适航审定提供了参考。     

民用飞机短舱复合材料结构雷电直接效应试验验证方法及漆层厚度影响研究

随着飞机设计的发展，复合材料广泛应用于民用飞机短舱结构。由于碳纤维复合材料结构的导电性以及抗雷电损伤能力比铝合金结构差，复合材料短舱结构雷电防护能力已成为影响飞机飞行安全的一项关键问题。依据相关适航条款和相应的国际标准，阐述了民用飞机短舱复合材料雷电防护试验验证方法，并依据验证方法对漆层厚度的损伤影响进行了试验研究。短舱常规蒙皮构型的复合材料试验件，在不同漆层厚度下的雷电防护试验结果表明，漆层较薄时，漆层对短舱复合材料的雷电直接效应防护能力无明显的影响；当漆层厚度达到一定厚度时，较厚的漆层将显著降低短舱复合材料的雷电直接效应防护能力，最严重时将造成复合材料蒙皮的击穿，损伤蒙皮内部系统设备，从而危害飞行安全。试验结果与理论的机理分析具有良好的一致性，对民用飞机短舱复合材料结构的雷电防护设计提供了指导方向和参考意义。     

直11型机雷电防护设计及试验研究

为保证直升机的飞行安全,以及满足适航条例的要求,直升机必须采取雷电防护的措施。本文主要对直11型机机体结构、金属部件、电气设备的搭接情况以及非金属机头罩雷电防护进行研究。介绍了雷电导流条的布置和要求,同时,阐述了雷电试验方法及试验后对直升机所采取的措施,为以后的雷电防护研究提供有价值的参考资料。     

飞机复合材料表面导电层的雷击仿真研究

复合材料在飞机上的应用越来越广泛,与金属相比复合材料导电性较差,因此处于雷击区域的复合材料部件表面要设计导电防护层以承受雷击时的瞬间放电,避免复合材料部件的烧蚀损伤。本研究利用数值仿真的方法建立了数学模型,计算了复合材料表面导电层通过雷击电流脉冲后的电场和温度场分布,并对该导电层的雷击防护能力及可靠性进行了评价。模拟结果表明,厚度为0.20 mm的铝导电层最适宜做飞机表面的雷击防护层。     

不同喷铝参数对复合材料雷击防护性能模拟

为了研究复合材料不同的雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,对雷击损伤过程和烧蚀机理进行分析,建立复合材料层合板雷击防护的能量平衡数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立复合材料基准件、全喷铝和局部喷铝防护系统的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板电-热耦合有限元模型,和实验结果对比验证模型的有效性,对雷击烧蚀损伤特征进行分析,并引入雷击烧蚀损伤指数DI,得出三种不同模型在不同铝涂层厚度、不同峰值雷电流作用下的烧蚀损伤规律,并对两种不同的局部喷铝防护系统下复合材料的损伤特征进行对比分析。结果表明:雷击防护系统下复合材料的烧蚀损伤面积和铝涂层厚度关系进行函数拟合,两者均满足幂函数关系。     

民用直升机闪电间接效应适航验证方法研究

随着技术的进步,越来越多的现代高技术航空电子系统在直升机上得到应用。在提高系统灵敏度的同时,也带来了闪电间接效应防护问题。在分析闪电间接效应防护的适航要求的基础上,结合AC313型机适航验证结果,提出适航验证方法,对其它直升机闪电间接效应防护有一定的参考价值。