Methoden der Netzwerkmodellierung von Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte auf Grundlage numerischer Simulation in Zeit- und Frequenzbereich

摘要

Der Blitzschutz von Systemen mit elektrischer und elektronischer Ausrustung ist gepragt von prinzipiell gut verstandenen und etablierten Schutzkonzepten [HWZ05]. In bestimmten Hochtechnologiebereichen, und hier ist speziell die Luftfahrtindustrie anzufuhren, ist der Blitzschutz jedoch in den letzten Jahren wieder verstarkt in den Fokus von Entwicklung und Forschung geruckt. Dies ist massgeblich mit der Einfuhrung von Kohlefaserverbundstoffen verknupft, welche vormals metallische Komponenten ersetzen. Mit dieser Ersetzung gehen mechanische und wartungstechnische Vorteile einher, aus elektrotechnischer Sicht folgen aus der Verwendung von Kohlefaserverbundstoffen aber verschlechterte Eigenschaften der Elektromagnetischen Vertraglichkeit und des Blitzschutzes aufgrund verringerter elektrischer Leitfahigkeit. Innerhalb des Blitzschutzes wird zwischen direkten und indirekten Blitzeffekten unterschieden. Direkte Blitzeffekte beziehen sich auf direkte Wirkungen des Blitzstromes auf ein zu schutzendes System und beinhalten thermische und mechanische Wirkungen [HWZ05]. Um kohlefaserbasierte Komponenten an blitzstromgefahrdeten Positionen zu schutzen, werden daher haufig metallische Schichten, etwa in Form von Kupfernetzen, in das Kohlefasermaterial einlaminiert. Dieser Schutz vor direkten Blitzeffekten wird im Folgenden nicht weiter betrachtet. Indirekte Blitzeffekte beziehen sich auf feldgebundene Wirkungen. Modelliert wird hier ublicherweise ein Blitzstrom als Storquelle, der entweder uber das zu schutzende System fliesst oder einen elektromagnetischen Puls auslost, und eine an einer Storsenke definierte Storspannung. Blitzstrome und dadurch induzierte Storspannungen sind uber elektromagnetische Feldwirkungen verknupft und ihre Verhaltnisse definieren Transferfunktionen indirekter Blitzeffekte, deren numerische Bestimmung im Folgenden beschrieben wird. Dazu geeignete Vorgehensweisen sind prinzipiell bekannt [ADG08], doch treten in der Praxis oftmals numerische Schwierigkeiten auf, die durch die vergleichsweise lange Dauer und dem damit verbundenen niederfrequenten Spektrum der Blitzanregung begrundet sind.