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飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)與波形
閱讀：950 發(fā)布時(shí)間：2010-12-22 飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)與波形 | ||
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| 1 概 述 地球上平均每天約發(fā)生800萬(wàn)次雷電各類(lèi)飛行器不可避免（不以人的意志為轉(zhuǎn)移）的要遭遇大氣雷電環(huán)境巨大的雷電能量和雷電電磁脈沖輻射場(chǎng)使得飛行事故時(shí)有發(fā)生如1969年美國(guó)阿波羅12號(hào)宇宙飛船在發(fā)射升空時(shí)遭到雷擊;1987年美國(guó)瓦羅普斯島上5枚火箭遭雷擊其中3枚自行點(diǎn)火升空1988年9月越南一架客機(jī)在曼谷上空遭雷擊76人遇難美國(guó)軍方70年代10年間的雷擊事故統(tǒng)計(jì)表明平均每年約有一架飛機(jī)遭雷擊而墜毀各種等級(jí)事故每年則不下百起2000年6月,我國(guó)一架飛機(jī)在強(qiáng)雷暴環(huán)境中失事,飛機(jī)遭到了雷擊通常一架固定航線(xiàn)的飛機(jī)平均每年要遭到一次雷擊航空*已有2500多架飛機(jī)遭雷電擊毀 在現(xiàn)代航空航天技術(shù)中為減輕飛行器結(jié)構(gòu)重量和提高飛行器測(cè)控系統(tǒng)性能而大力發(fā)展并大量采用的*復(fù)合材料技術(shù)和微計(jì)算機(jī)微電子測(cè)控技術(shù)對(duì)雷電更敏感遭到雷擊時(shí)損失更大因此必須發(fā)展飛行器的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究技術(shù) 2 飛機(jī)的雷電防護(hù)要求 自上世紀(jì)60年代中期以來(lái)一直每?jī)赡昱e行一次雷電與靜電學(xué)術(shù)會(huì)議（ICOLSE）交流與討論飛機(jī)的雷電防護(hù)要求標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究工作美國(guó)和歐洲等適航當(dāng)局先后頒發(fā)了各類(lèi)適航條例如FAR23部25部27部29部等適航條例就飛機(jī)的雷電防護(hù)提出了嚴(yán)格的要求我國(guó)也參照歐美飛機(jī)雷電防護(hù)體系頒發(fā)了相應(yīng)的適航條例如CCAR25部等這些適航條例對(duì)飛機(jī)雷電防護(hù)的要求主要?dú)w為三大類(lèi)即飛機(jī)結(jié)構(gòu)與部件飛機(jī)燃油系統(tǒng)和飛機(jī)電氣電子系統(tǒng)例如25581條款針對(duì)飛機(jī)的總體及其組件25954條款針對(duì)飛機(jī)的燃油系統(tǒng)25.1316條款針對(duì)飛機(jī)的電氣電子系統(tǒng)需對(duì)這些要求進(jìn)行驗(yàn)證當(dāng)不能滿(mǎn)足上述任一條款對(duì)飛機(jī)雷電防護(hù)的安全性要求時(shí)適航審查當(dāng)局將拒發(fā)適航證飛機(jī)將不得進(jìn)入航線(xiàn) 3 飛機(jī)雷電防護(hù)的適航審查 飛機(jī)雷電防護(hù)適航審查的符合性方法通常有分析計(jì)算法類(lèi)比法和地面模擬雷電試驗(yàn)法分析計(jì)算方法主要用于飛機(jī)某些能得出準(zhǔn)確解的局部結(jié)構(gòu)和部件的計(jì)算類(lèi)比法主要是將外形結(jié)構(gòu)和用途都基本相同的飛機(jī)或結(jié)構(gòu)與部件與已通過(guò)適航審查的飛機(jī)或結(jié)構(gòu)與部件進(jìn)行比對(duì)確實(shí)相同則可認(rèn)為滿(mǎn)足要求地面模擬雷電試驗(yàn)法主要用于新機(jī)型的研制設(shè)計(jì)和老機(jī)型的改進(jìn)或改型設(shè)計(jì)由于飛機(jī)外形的不規(guī)則性及機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣電子系統(tǒng)的多樣性與復(fù)雜性電場(chǎng)與磁場(chǎng)的解非常困難故上述方法中地面模擬雷電試驗(yàn)方法zui有效 4 我國(guó)飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)波形 要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在雷電環(huán)境下的各項(xiàng)安全要求除需進(jìn)行正確有效的設(shè)計(jì)和制造外還需有效的試驗(yàn)與檢測(cè)手段目前*的有關(guān)飛行器的雷電試驗(yàn)波形由美國(guó)SAE學(xué)會(huì)于上世紀(jì)70年代發(fā)布的AE4L報(bào)告給出其后的一系列軍民用飛機(jī)的雷電防護(hù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中基本都采用了這個(gè)報(bào)告給出的波形我國(guó)目前采用的飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),主要有國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 2639-96軍用飛機(jī)雷電防護(hù)GJB 3567-99軍用飛機(jī)雷電防護(hù)鑒定試驗(yàn)方法和航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB 6129-87飛機(jī)雷電防護(hù)要求及試驗(yàn)方法等飛機(jī)雷電防護(hù)試驗(yàn)主要有雷電附著點(diǎn)試驗(yàn)雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)和雷電間接效應(yīng)試驗(yàn) 在雷電附著點(diǎn)試驗(yàn)中分別有zui高可達(dá)MV級(jí)的高電壓ACB和D波等波形如圖1所示以滿(mǎn)足飛機(jī)不同的雷電壓試驗(yàn)要求其中電壓A波要求上升率為1000kVs電壓B波上升時(shí)間約1.2s半峰時(shí)間約50s用于在試驗(yàn)樣品與電極間建立所要求的電場(chǎng)梯度電壓C波持續(xù)時(shí)間2s電壓上升率和幅值不作規(guī)定主要用于飛機(jī)或飛機(jī)模型的雷電區(qū)域劃分試驗(yàn)電壓D波的上升時(shí)間約50250s 在雷電流試驗(yàn)中分別有雷電流ABCD分量和EH波等不同參數(shù)的波形以滿(mǎn)足不同的雷電流試驗(yàn)要求其中A分量的電流峰值可達(dá)200kA作用時(shí)間500s（可調(diào)整為10350s波形）作用積分為2106A2s各分量主要用于能量沖擊試驗(yàn)即雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)要求可以不同的組合以連續(xù)的方式作用到試驗(yàn)樣品上圖2為雷電流A（500s）B（5ms）C（0.251s）D（500s）各分量的示意圖
E波和H波主要用于雷電電磁兼容LEMC即雷電間接效應(yīng)試驗(yàn)電流變化率可達(dá)105AsH波的波形見(jiàn)圖3但試驗(yàn)時(shí)H波需以波形串的方式作用到試驗(yàn)樣品上
5飛機(jī)雷電防護(hù)試驗(yàn)要求 51 工程試驗(yàn) 一架新飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)就需嚴(yán)格考慮雷電防護(hù)飛機(jī)的氣動(dòng)外形確定后即開(kāi)始飛機(jī)雷電區(qū)域劃分的確定這通常由雷電附著點(diǎn)試驗(yàn)來(lái)完成可采用雷電壓A波C波和D波等波形飛機(jī)的不同部位結(jié)構(gòu)或部件包括電氣電子系統(tǒng)等在進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)首先需確定自己所處飛機(jī)上的雷電防護(hù)區(qū)域不同的區(qū)域?qū)纂姺雷o(hù)的設(shè)計(jì)要求是不同的目前上通行的作法是將飛機(jī)表面劃分為36個(gè)區(qū)可采用不小于130的飛機(jī)縮比模型試驗(yàn)如A319飛機(jī)進(jìn)行了117的縮比模型雷電附著區(qū)域劃分試驗(yàn),模型飛機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)特征應(yīng)與原機(jī)一樣在確定了飛機(jī)的雷電區(qū)域劃分后飛機(jī)的各個(gè)局部即可根據(jù)自己在飛機(jī)上的不同位置進(jìn)行有針對(duì)性的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)計(jì)完成后再根據(jù)不同區(qū)域雷電試驗(yàn)的要求選擇雷電試驗(yàn)的電壓和電流波形同樣的部件和結(jié)構(gòu)當(dāng)處在飛機(jī)的不同雷電區(qū)域時(shí)其雷電防護(hù)設(shè)計(jì)的要求是不同的區(qū)域1的要求較高通常為機(jī)頭翼尖旋翼垂尾座艙外掛物等突出的部位這些部位還常安裝有電氣電子部件如空速管航行燈天線(xiàn)等在雷擊發(fā)生時(shí)所承受的雷電能量較大因此一般設(shè)計(jì)要求較高區(qū)域2為雷電等離子體弧的掃掠區(qū)所承受的雷電能量相對(duì)1區(qū)弱些區(qū)域3為傳導(dǎo)區(qū)一般不會(huì)直接遭到雷擊通常只考慮雷擊電流的傳導(dǎo)雷電防護(hù)要求相對(duì)較低例如碳纖維復(fù)合材料位于區(qū)域1時(shí)需進(jìn)行抗擊雷電高能量的設(shè)計(jì)如表面噴涂鋁等措施位于區(qū)域3時(shí)表面可不噴涂鋁或少量噴涂鋁位于電子儀器艙口蓋時(shí)則需進(jìn)行高導(dǎo)電磁能力的處理以提高電磁屏蔽能力雷電試驗(yàn)完成后需判斷其是否符合飛機(jī)的安全要求對(duì)于結(jié)構(gòu)件通常可用現(xiàn)場(chǎng)觀察的方法以及探傷和力學(xué)試驗(yàn)的方法來(lái)判斷對(duì)于燃油系統(tǒng)常用火花和燃爆試驗(yàn)的方法來(lái)判斷對(duì)于電氣電子部件可檢查其硬件是否有損壞軟件是否受干擾是否誤動(dòng)作等這個(gè)過(guò)程一般就稱(chēng)為工程試驗(yàn) 5.2 鑒定試驗(yàn) 飛機(jī)完成了雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和工程驗(yàn)證試驗(yàn)后為了取得適航認(rèn)證還需進(jìn)行雷電防護(hù)鑒定試驗(yàn)試驗(yàn)件應(yīng)是實(shí)際的并獲得適航認(rèn)可的裝機(jī)件或其一部分并確定試驗(yàn)件所處的雷電區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量和分布以及適用的試驗(yàn)波形和每點(diǎn)的試驗(yàn)次數(shù)目前我國(guó)已可開(kāi)展飛機(jī)的雷電防護(hù)試驗(yàn)包括鑒定試驗(yàn) 5.3整機(jī)試驗(yàn) 飛機(jī)在經(jīng)歷了縮比模型雷電附著區(qū)域劃分試驗(yàn)部件工程試驗(yàn)和部件鑒定試驗(yàn)后zui后進(jìn)行整機(jī)的雷電防護(hù)特性試驗(yàn)F14A340等飛機(jī)均開(kāi)展過(guò)整機(jī)試驗(yàn)因?yàn)楫?dāng)將符合雷電防護(hù)安全性要求的各飛機(jī)局部結(jié)構(gòu)或部件組裝成整機(jī)時(shí)由于局部結(jié)構(gòu)或部件相互間的影響如負(fù)載效應(yīng)電磁耦合等原因并不能保證整機(jī)也符合雷電防護(hù)安全性指標(biāo)要求只有通過(guò)整機(jī)的雷電防護(hù)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)處理并達(dá)到規(guī)定的要求后才能認(rèn)為飛機(jī)滿(mǎn)足雷電防護(hù)安全性指標(biāo)的要求 6 我國(guó)的飛機(jī)雷電防護(hù)試驗(yàn) 自1994年以來(lái)由于我國(guó)航空工業(yè)的快速發(fā)展開(kāi)始研制飛機(jī)雷電防護(hù)試驗(yàn)裝置先后開(kāi)展過(guò)運(yùn)七運(yùn)八殲八直十一等各類(lèi)飛機(jī)直升機(jī)的改型及其它新型號(hào)的雷電防護(hù)試驗(yàn)研究為我國(guó)飛機(jī)大量采用*的復(fù)合材料和*的電氣電子系統(tǒng)提供了大量重要的技術(shù)數(shù)據(jù)和圖片資料使國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的防雷性能得到極大提高如在Y7200A飛機(jī)上機(jī)頭雷達(dá)罩為雷擊1區(qū)進(jìn)行了雷電壓A波和D波的雷電附著點(diǎn)試驗(yàn)以及雷電流A分量和B分量的能量沖擊試驗(yàn)取得了非常有價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖4）圖5圖6為部分典型的雷電試驗(yàn)波形
7 結(jié) 語(yǔ) 飛機(jī)雷電防護(hù)試驗(yàn)是一項(xiàng)投入很大技術(shù)要求很高的試驗(yàn)?zāi)壳拔覈?guó)已初具試驗(yàn)條件但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有相當(dāng)差距由于投入很大飛機(jī)型號(hào)任務(wù)數(shù)量有限應(yīng)避免重復(fù)投入加強(qiáng)支持現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的完善和建設(shè)積極跟蹤新版飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)修改編制我國(guó)的飛機(jī)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究新的科研模式使我國(guó)飛機(jī)雷電防護(hù)適航取證與接軌。 |