[发明专利]一种确定航空器雷击附着点位置的方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的是航空器雷击效应仿真技术领域，尤其涉及的是一种确定航空器雷击附着点位置的仿真方法。

背景技术

大气中运行的航空器不可避免地会遭遇到雷电环境，较大概率的发生触发雷击现象。航空器遭受雷击时，轻则致使机载电子电器设备性能紊乱或降低、重则导致机毁人亡。雷电是一种危险现象，严重威胁着航空器的飞行安全，因此航空器设计过程中必须进行雷电防护设计。所以迫切需要对航空器的雷击特性进行分析研究，确定航空器的雷击分区，为航空器的雷电防护设计和评估提供依据。根据航空器雷电分区标准《SAE ARP-5414》可知，确定航空器雷击附着点位置是进行雷击分区的第一步和关键的一步。

目前，为了确定新研制航空器雷击附着点位置，主要是通过相似类比法、实验室试验法、以及真实飞机飞越雷击区域法。其中，相似类比法相对比较简单、容易实现；不足之处就是必须要有相似结构和类似材料的航空器雷电分区的经验。不论是采用缩比模型，还是采用全尺寸样机，实验室试验法都能够真实模拟雷击过程和雷击特性，直观地获取雷电附着点位置；不足之处就是该方法耗时耗财，测试人员与测试设备均有高压触电的危险。真实飞机飞越雷击区域法是早期的一种方法，可以直接获取雷击现象的素材；目前已很少采用该方法，该方法相比实验室试验法，更加耗时耗财，危险系数更大。

发明内容

为了克服现有方法的局限性，本发明的目的是提供一种确定航空器雷击附着点位置的仿真方法，用于实现在非试验条件下开展对航空器雷击附着点分区的仿真。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

提供一种确定航空器雷击附着点位置的方法，所述方法包含以下步骤：

步骤1、基于航空器缩比模型雷击附着点试验法，建立航空器雷击附着点的仿真模型，即，将按照实际航空器或航空器设计图纸建立的航空器模型，放置在模拟高压电极和无限大接地面之间，通过调整航空器模型的俯仰角和方位角，来调整航空器模型与高压电机之间的相对姿态，以模拟相对航空器模型不同方位的雷电先导；

步骤2、基于静电场理论，采用有限元（FEM）方法进行静电场求解，以获取航空器模型的表面及其周围区域的电场分布；

步骤3、根据航空器模型表面的电场强度大小，来确定航空器雷击附着点位置；即，航空器机身表面的电场强度越大，越容易被击穿，则航空器表面的电场强度最大处为雷击附着点位置。

步骤1中建立的航空器模型的表面与实际的航空器保持一致。

步骤1中还包含根据雷电先导类型，建立金属细棒或金属圆球作为所述高压电极的过程。

步骤1中还在以航空器模型为中心的上半球面和下半球面位置，分别等角度有间隔地选取方位角度点，用以确定航天器模型与高压电极的相对姿态。

步骤1中还包含在航空器模型的周围，建立一个长方体的空气边界作为仿真区域；并确定航空器模型正下方的空气边界面为所述接地面。

所述航天器模型与高压电极之间的放电间隙，大于航天器模型最大尺寸的1.5倍；并且，航天器模型与所述接地面之间的放电间隙，也大于航天器模型最大尺寸的1.5倍。

步骤1中进一步包含设置仿真模型的激励条件的过程，即，在高压电极加载3000kV的高电压，来模拟雷电通道的先导；并且，在接地面设置0V的电压。

步骤1中还进一步包含对仿真模型进行网格剖分的过程，即，采用四面体网格方式，对航空器模型的表面、高压电极以及航空器模型周围的空气区域采用细网格剖分，而对其他空气区域采用粗网格剖分。

本发明所述确定航空器雷击附着点位置的方法，可以带来以下的有益效果：本发明在实验室航空器缩比模型雷击附着点试验基础上，提出了一种确定航空器雷击附着点位置的仿真方法，能够在非试验条件下开展航空器雷击附着点分区研究，可以有效地解决雷电附着点分区问题，避免相似类比法和试验法存在的成本高、时间长、危险高等局限性，具有很大的优越性。

附图说明

图1是本发明中所述确定航空器雷击附着点位置的仿真模型中高压电极方位的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的一项较佳实施例。

本发明提供一种确定航空器雷击附着点位置的仿真方法，该仿真方法的原理如下：