雷擊仿真

CST為飛機(jī)提供了全面的閃電防護(hù)仿真解決方案。飛機(jī)在雷電防護(hù)仿真方面的流程如下：

雷擊仿真流程圖

雷擊防護(hù)仿真中可分為兩大步驟進(jìn)行。

1、雷擊附著點(diǎn)仿真分析

飛機(jī)閃電保護(hù)設(shè)計的首要任務(wù)是劃定雷擊區(qū)域。劃分區(qū)域的目的是確立飛機(jī)表面各部位在閃電環(huán)境下的等級和通道的附著位置，以確認(rèn)閃電電流可能通過的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。這有助于指導(dǎo)油箱和燃油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等的防雷布局設(shè)計。

在確定大型客機(jī)的氣動外形后，為了分析雷擊對飛機(jī)的影響程度，可以根據(jù)已有的飛機(jī)雷擊經(jīng)驗(yàn)以及飛機(jī)表面不同的雷電附著特性和傳導(dǎo)特性，將飛機(jī)劃分為三個區(qū)域：

區(qū)域1：初始雷擊放電附著可能性很大的飛機(jī)表面，稱為直接雷擊區(qū)域。

區(qū)域2：當(dāng)氣流從區(qū)域1的初始附著點(diǎn)吹過來時，有很高的可能性會對飛機(jī)表面進(jìn)行雷擊放電，這就被稱為掃雷區(qū)

區(qū)域3：指除了第一和第二區(qū)域以外的所有飛機(jī)表面。在這個區(qū)域，雷擊的可能性較低，但可能傳導(dǎo)強(qiáng)大的電流。

下圖所示為某客機(jī)的詳細(xì)雷擊分區(qū)圖。

雷擊分區(qū)圖

CST工作室套裝中的靜電求解器可以快速仿真分析雷擊附著點(diǎn)。通過對給定電勢下整個機(jī)身的靜電場分布進(jìn)行仿真，可以判斷雷擊附著點(diǎn)，具體如下：

雷擊模型

附著點(diǎn)判斷

2、雷擊效應(yīng)仿真

在進(jìn)行飛機(jī)遭雷擊仿真時，CST具備快速建立完整機(jī)身仿真模型的能力，包括機(jī)身模型、電纜、電路以及雷擊信號和路徑等，如下圖所示。

雷擊效應(yīng)模型

CST軟件內(nèi)部集成了MIL-STD-464A標(biāo)準(zhǔn)（與國軍標(biāo)GJB1389相似）的仿真功能，可模擬200kA峰值電流的雷擊表面電流。這種雷擊表面電流的主要能量集中在30MHz以下的頻段。CST軟件的時域算法支持直接使用標(biāo)準(zhǔn)雷擊信號進(jìn)行仿真激勵，從而可以一次仿真得出各種瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)雷擊效應(yīng)的結(jié)果。

在下面的圖片中，我們可以看到金屬機(jī)身和碳纖維機(jī)身在雷擊發(fā)生6微秒時的內(nèi)部磁場分布的仿真結(jié)果對比。

電磁場分布

下圖所示為在不同時刻下，飛機(jī)蒙皮內(nèi)外表面的電流分布。

電流分布

下圖所示為飛機(jī)內(nèi)部不同電纜上感應(yīng)到的瞬態(tài)電流。

電路圖

瞬態(tài)電流分布

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