直升機電子設備艙瞬態雷電感應磁場特性研究

敬琳

【摘要】飛機產生雷電效應主要受到兩方面因素的影響，分別為雷電電磁效應特性以及耦合規律。因此，通過采取仿真技術，對于直升機電子設備艙內雷電感應磁場的分布特性進行深入的分析，對于各項參數進行相應的調整，從而以確保仿真實驗的精確度，從而為直升機電子設備艙雷電間接效應防護設計提供可行的參考建議。

【關鍵詞】直升機；電子設備艙；瞬態；雷電感應磁場特性

一、前言

當直升機在飛行過程中，遭遇雷擊是一種非常普遍的現象，如果現象嚴重甚至可能會引發非常嚴重的災難性后果。如果飛機遭遇雷擊，雷擊所產生的電流以及磁場將會瞬間進行傳導，將會導致飛機內部的電子設備等受到嚴重的影響，從而產生一定的電流和電壓。如果電流或者電壓達到了某個級別后，將會使得電子設備正常的、穩定的工作無法受到相應的保障，從而帶來嚴重的破壞作用。這種作用效果被稱作為是雷電耦合的間接作用，即雷電產生的間接效應，這將會導致飛機無法安全的、穩定的運行。因此，為了能夠有效降低雷電間接效應所帶來的傷害，使得飛機飛行的安全性和穩定性得到充分的保障，國內外專家學者進行了深入的探索與研究。在本文中將會針對直升機雷電間接效應的問題進行深入的研究，采用仿真的方法對直升機電子設備艙中雷電感應磁場的具體分布情況進行分析。

二、直升機電子設備艙雷電電磁仿真實驗研究

（一）仿真軟件選擇分析

在對直升機電子設備艙雷電電磁仿真進行實驗時，主要以某種型號直升機的電子設備艙盒段作為研究對象，該電子設備艙主要由鋁合金所制成，并且其中摻雜著一定的鋼材。在該設備的頂端鋪設了燃油管路，底部為主體空間。為了研究該電子設備艙的瞬態電磁耦合情況，主要采取的方法為仿真法，軟件為EMA3D，該軟件的主要功能為通過對各種具有獨特特性的飛機機構的雷電電磁感應效應進行模擬，能夠達到一定的準確性，并且在行業內具有較高的認可度。

（二）仿真設置

現階段，我國大部分的直升機為了能夠有效降低飛機自身的重量，大部分會選擇復合材料。所以，在構建仿真模型時，該模型組要由內部的底板、外部的蒙皮、肋以及艙梁所構成。這些部件均屬于鋁合金材料。然后，將雷電流的脈沖波作用在直升機的外部部件上，雷電脈沖將會由外部逐漸蔓延至內部部件中。在該仿真實驗中，雖然模型得到了一定的簡化，但是其精度還是能夠得到相應的保證的。同時，雷電通道主要包括進入和退出兩個通道，通過分別在這兩個通道處分別注入以及引導相應的雷電流，這種方式可以保證在電子設備艙蒙皮上的傳導保持相應的均衡性。在建模的過程中，為了能夠顯著提升雷電感應磁場的便利性特征，從而將坐標軸設在設備艙的底板及其交線處。

（三）雷電流的波形分析

當雷電流進入到通道的時候，此時將往里面注入雷電流，所注入的雷電流所呈現出來的波形必須要滿足飛機防雷的有關標準，必須要保證該波形的標準性和規范性。一情況下，標準的波形主要有兩種，這兩種的雷電分量分別為A和H。A主要用于表示云地首次遭受到雷電的襲擊，H則表明其屬于云內部的雷擊。如果雷電的波形是標準德，那么其應該是具有前沿是陡峭、后沿則相對而言即顯得比較平緩。雷電流的頻譜分布也非常寬，但是一般情況下其屬于10MHZ的范圍內。H電流的波動幅度較小，但是在剛開始階段，該電流具有較高的上升率。因此，與A電流相比較而言，H電流將會在機載的電纜上產生更高幅度的振蕩電壓波。

通過相關的研究表明，在磁耦合機制中，直升機雷電耦合是其中的組成內容，并且占據著至關重要的地位。

（四）蒙皮結構建模

對于直升機電子設備艙蒙皮結構部分，其具有厚度較小的特征。在這種情形下，無法直接適用于FDTD的方法，精確度無法得到有效的保障。因此，為了提高計算精度，可以采用EMA3D的方法進行計算。

三、瞬態雷電感應磁場分布特性分析

由于鋁合金材料的特性在于其具有非常高的電導率。同時，由于蒙皮的厚度僅僅為0.5mm。所以，從理論上而言，雷電感應由外部擴散到內部將會存在著一定的難度。但是，實際情況卻存在著較大的差別，效果也并非如此理想。由于蒙皮的接頭以及涂層將會導致蒙皮的導電性顯著提升。同時，目前，大多數飛機開始采用碳釬維的復合材料來替代蒙皮，因此，其導電性將會大大降低。以上這些因素將會導致蒙皮的電阻明顯提升，從而將會產生更強的電磁感應，從而將會電流出現重新分布的效應，從而將會產生更強的雷電電磁耦合效應。

隨著直升機整個電子設備艙電阻的相應增加，從而導致雷電感應磁場進入到內部的時間縮短，并企電流將會重新進行分布。同時，由于在開始階段，雷電流的脈沖頻率處于較高的水平，電流分配將會受到電磁感應分布的制約性影響，機身蒙皮將會對雷電流起到一定的阻擋性作用。但是，在后期階段，隨著雷電頻率開始出現下降趨勢，雷電流將會開始進入到機艙內部，從而雷電流將會開始出現一定的重新分布。由于機身結構與電感分布兩者之間有著密切的聯系，機身材料將會直接決定電阻的大小。如果電阻率較高，電阻分布將會直接決定電流以及磁場的分布。