[发明专利]一种雷电电磁环境的仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，获取在CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型，以该模型为基础设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，基于设置的求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模得到电路仿真模型，基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真。

技术领域

本发明涉及电磁仿真技术领域，更具体的说，涉及一种雷电电磁环境的仿真方法及系统。

背景技术

近年来，随着我国科学技术和航天科技的飞速发展，火箭、卫星等飞行器大量投入使用。飞行器在飞行过程中，会受到各种空间辐射环境的影响。比如，在飞行器飞离地球大气层的过程中会受到雷电等电磁脉冲的影响，在环地球轨道上可能会遇到地球辐射带、银河宇宙射线、太阳宇宙射线等空间高能粒子的辐射，甚至可能受到核爆电磁脉冲等的影响。这些电磁脉冲辐射环境会引起航天器控制系统材料、设备和电子元器件的性能退化、功能失效，引起航天器在轨故障，缩短航天器的寿命，严重时导致空间任务失败。所以针对飞行器在电磁脉冲辐射环境中的安全飞行分析非常重要，是开展控制系统抗电磁脉冲加固设计的基础和依据，是关系到飞行器安全飞行保障、以及生命、财产和国防安全的重要问题。

雷电是一种自然界中常见的放电现象，对飞行器的影响很大。当雷电击中飞行器，比如飞机时，会在飞机外部产生变化的电磁场，而这些电磁场通过各种耦合原理(电阻耦合，电场耦合和磁场耦合)使飞机内部的线缆系统产生感应电压/电流，例如雷电电流在飞机外部产生的电磁场通过孔径渗入飞机，从而在飞机内部产生变化的电磁场，同时在飞机内的电路中产生瞬时电流/电压。瞬态感应电流/电压可能会使机载电子电气设备损坏或出现故障，例如：断路器脱扣，计算机故障，电子设备部分的物理性损坏等。因此，雷电电磁环境不利于安全的飞行。

为保证飞机的安全飞行，在设计飞机时，需要对雷电电磁环境对飞机的影响进行预测。目前，雷电电磁环境研究有两种方法：数值分析和实物试验。数值分析的主要优点是能预测分析飞机线缆对雷电电流的近似响应，但是需要借助于有限元等计算方法，计算过程繁琐，计算结果不够直观，无法为业内人士提供直观清晰的操作方法。实物试验的优点是能够得到准确可信的试验结果，但是需要消耗大量的资源(人力、财力和物力)。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，以通过使用CST平台进行雷电电磁环境分析，无需太多复杂的工作即可实现直观生动的电磁环境的仿真。

一种雷电电磁环境的仿真方法，包括：

获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。