雷电防护用纽扣式分流条结构与布局研究

摘要

雷电电压可高达上亿伏，峰值电流可达到200kA，这给飞机的正常飞行带来一定的安全隐患，因此对飞机进行雷电防护是必不可少的。飞机雷达天线罩雷电防护是飞机雷电防护的重要组成部分，纽扣式雷电分流条是天线罩雷电防护的关键部件，这种分流条的透波效率高，但其雷电防护能力显著受制于其设计结构及在天线罩表面的分布。
　　本文基于GJB3567-1999《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》与SAEARP5416《飞行器雷电测试方法》中试验要求，分别进行纽扣式雷电分流条的击穿耐压试验及其雷电流、雷电压直接效应试验，获得不同设计参数下纽扣式雷电分流条的击穿电压及雷电压、雷电流损伤情况。结合上述标准中天线罩的雷电屏蔽试验工况，在有限元软件COMSOL中，针对某型号机载雷达天线罩建立了天线罩雷电屏蔽模型，从分流条长度、数量和天线与罩体距离三个方面，仿真分析了纽扣式雷电分流条布局对天线周围感应电场的影响趋势，获得了纽扣式分流条布局对天线罩雷电防护能力的影响规律，并通过试验验证了仿真结果的有效性。通过在有限元软件CST的微波工作室中建立天线罩雷电屏蔽模型，仿真研究雷电防护设计参数对某型机载天线罩透波性能的影响规律。本文主要结论如下:
　　(1)纽扣式雷电分流条击穿电压随其长度的增加呈现非线性上升趋势，金属纽扣间距越大增加速率越快，间距越小增加速率越慢。纽扣式雷电分流条长度和金属纽扣间距的增大，分流条击穿电压等级均逐渐提高，且雷电压及雷电流直接效应损伤加重。
　　(2)针对此型号天线罩，随着纽扣式雷电分流条长度和数量的增加，天线附近电场强度呈递减趋势，长度超过天线自身高度的约40％后，这种趋势变缓;数量达到分流条最大间隔经验公式所对应最小值后，这种趋势同样变缓;随天线与罩体距离的增大，天线周围场强会有小幅增强。
　　(3)该型号天线罩表面纽扣式雷电分流条长度在900mm以内，罩体保持高透波率。天线罩透波率随罩体表面分流条数量的增加呈现线性下降趋势，且高频天线对应的下降速率缓于低频天线下降速率。天线偏移角越接近0°或90°时，天线罩透波率相对较高，而天线偏移角在45°附近时，天线罩透波率相对较低，且高频天线偏移对天线罩透波率影响小于低频天线偏移。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 雷电对飞机的危害

1．1．2 天线罩雷电防护

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究的内容

第二章 雷电与飞机天线罩

2．1 雷电基本理论

2．1．1 雷电的形成过程

2．1．2 雷电的主要类型及其特征

2．2 截获雷和触发雷

2．3 飞机雷电分区

2．4 飞机天线罩雷电损伤机制

2．5 天线罩透波性

2．6 本章小结

第三章 纽扣式分流条电特性研究

3．1 分流条的分类

3．1．1 整体式分流条

3．1．2 纽扣式分流条

3．2 纽扣式分流条击穿特性研究

3．2．1 试验原理及设备

3．2．2 试验样品

3．2．3 试验方法

3．2．4 试验结果与分析

3．3 纽扣式分流条雷电压直接效应研究

3．3．1 试验原理及设备

3．3．2 试验样品

3．3．3 试验方法

3．3．4 试验波形

3．3．5 试验结果与分析

3．4 纽扣式分流条雷电流直接效应研究

3．4．1 试验原理及设备

3．4．2 试验样品

3．4．3 试验方法

3．4．4 试验波形

3．4．5 试验结果与分析

3．5 本章小结

第四章 纽扣式分流条布局对天线罩雷电防护能力影响研究

4．1 天线罩雷电防护机制

4．2 数值仿真

4．2．1 数值仿真模型的建立

4．2．2 电场控制方程

4．2．3 纽扣式分流条长度对天线罩雷电防护影响规律

4．2．4 纽扣式分流条数量对天线罩雷电防护影响规律

4．2．5 天线与罩体距离对天线罩雷电防护影响规律

4．3 试验验证

4．3．1 天线罩雷电压试验

4．3．2 天线罩雷电流试验

4．4 本章小结

第五章 纽扣式分流条对飞机天线罩透波特性影响规律研究

5．1 纽扣式分流条透波性能研究

5．2 纽扣式分流条对天线罩透波性能影响规律研究

5．2．1 数值仿真模型的建立

5．2．2 纽扣式分流条长度对罩体透波特性影响规律

5．2．3 纽扣式分流条数量对罩体透波特性影响规律

5．2．4 天线位置对罩体透波特性影响规律

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况