[发明专利]一种复合材料飞机接地回流网络网内压降分析方法

说明书

本发明涉及一种复合材料飞机接地回流网络网内压降分析方法，包括：对复合材料飞机接地回流网络进行结构建模；依据频率对接地回流网络结构进行网格剖分并建立部分元等效电路模型；对部分元电路参数进行计算，得到接地点间的直流电阻及等效阻抗值；依据B787飞机部分汇流条上部分配电单元在正常巡航工况下的负载参数，在给定相应激励及负载分布情况下，计算负载等效接地回路中的电流；根据等效接地回路电流值及接地点间阻抗值计算接地回路产生的电压降。本发明有益效果：保证精确度同时提高仿真效率；对一般结构的接地回流网络接地回路产生的网内压降进行有效计算，有利于进行复合材料飞机接地回流网络结构设计的合理性评估且具有普遍适用性。

技术领域

本发明涉及三维建模及数值电磁仿真分析领域，特别涉及一种基于PEEC的复合材料飞机接地回流网络网内压降分析的数值仿真方法。

背景技术

复合材料飞机结构技术作为以实现高结构效率等综合性能为目标的高新技术，对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用，已成为影响飞机发展的关键技术之一，复合材料占比成为衡量飞机先进性的重要指标。复合材料在机体结构上的应用可以显著降低结构零件重量，节省油耗和飞行成本，但远差于金属的导电性能使得复合材料机身难以完成雷电防护、系统连接和接地等电气任务。因此，复合材料结构的飞机应为电气系统设置独立的接地回流走线，比如碳纤维复合材料(Carbon Fiber ReinforcedPlastic，CFRP)机体就需要为电流流通提供接地回流网络。

相较于传统金属机身结构的飞机，复合材料飞机接地回流网络在组成结构、端接方式、载流分布等方面面临着新的问题，构件间的接触阻抗成为影响接地回流网络电气性能的重要因素。飞机电力系统接地网设计过程中，接地回流网络网内压降是最关键的参数之一。设计时既要考虑接地网的结构强度和重量，又要确保在接触阻抗的影响下，接地回流网络有一个合理的电压降，以满足与之相连的电子电气设备的工作运转需要。另外，当电气设备发生对地短路故障时，大故障电流将在接地网上产生较大的电压降，导致机载设备无法正常工作。因此有必要对接地回流网络网内压降进行分析计算，为电气系统保护电路的设计和后期的故障管理提供理论依据。

目前针对媒质体的电磁计算的主流方法有时域有限差分法、矩量法、有限元法和部分元等效电路法等。受限于分析低频响应的计算时间问题，时域有限差分法在进行飞机接地网建模及优化过程中体现出频域计算的局限性。矩量法可以克服低频击穿效应，但在仿真精度上受限，不能满足飞机接地回流网络高保真度建模的要求，无法对一些大型飞机结构的小部件进行等效建模。有限元法基于麦克斯韦方程的微分形式，并使用变分技术求解麦克斯韦方程组；但对硬件要求高，高频时计算速度过慢，仅适用于小尺寸模型的计算。因此，需要一种兼顾低频仿真需求与仿真精度的方法实现飞机接地回流网络的高保真建模。

PEEC方法基于电场积分方程，通过引入部分元件的概念建立电气连接，得出对应等效电路模型中的集总电路元，如电阻、电感、电容、受控源等，将电磁问题转换为电路问题，通过求解离散三维网格的麦克斯韦方程，得出电路元素值。电路分析可以同时在频域和时域进行，且兼顾电磁和电路两方面，电磁和电路的新技术都可以很好地被用以改进PEEC算法，在电磁-电路联合仿真方面具有天然的优势。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于PEEC的复合材料飞机接地回流网络网内压降分析方法，在保证仿真计算精度的同时兼顾仿真效率，能有效解决复合材料飞机接地回流网络网内压降计算问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种复合材料飞机接地回流网络网内压降分析方法，该方法包括以下步骤：

A、建立复合材料飞机接地回流网络结构模型：包括机体主导电结构和辅助导电结构。以接地回流网络结构典型构件为基本构成元素，金属导轨作为机体主导电结构纵横方向的结构件，金属铝条作为安装在机身内部的辅助导电结构，建立复合材料飞机接地回流网络结构模型；

B、定义材料属性：给步骤A中建立的接地回流网络结构模型赋予几何尺寸及电磁参数；