[发明专利]一种低电导率复合材料飞行器的雷电效应仿真评估方法

说明书

一种低电导率复合材料飞行器的雷电效应仿真评估方法，包括：针对雷电效应仿真需求以及需要开展雷电分区仿真的飞行器，分析飞行器各部件结构尺寸和材料属性，以及后续需要开展的仿真对象；收集参与仿真的各部件材料参数；在对仿真对象分析的基础上，根据各部件材料参数构建飞行器电磁仿真模型；在飞行器电磁仿真模型外部施加静电场，进行一次飞行器雷电附着点仿真；改变静电场的方向，观察并记录多次仿真结果中飞行器表面的电荷分布，综合全部方向给出雷电附着点分析结果；根据雷电附着点分析结果获取雷电分区；根据雷电附着点和雷电分区，在飞行器电磁仿真模型上进行雷电效应仿真；结合雷电效应仿真需求，对雷电效应仿真结果进行分析。

技术领域

本发明涉及一种低电导率复合材料飞行器的雷电效应仿真评估方法，涉及该类飞行器在空中飞行时遭遇雷电时的雷电效应仿真评估，不涉及该类飞行器在地面停泊的工作状态，属于电磁环境效应技术领域。

背景技术

雷电对飞机、火箭等航空航天飞行器的危害分直接效应和间接效应。雷电直接效应是雷电直接击中飞行器，可导致外壳被击穿、熔融、结构变形发等。雷电间接效应是指雷电击中飞行器外壳时，雷电大电流放电过程中会产生强大的雷电电磁脉冲场，导致飞行器内电子设备受影响或损坏。

传统的飞行器外壳为金属，对应的雷电效应仿真主要关注于由大电流引起的电场分布改变以及地线耦合、场线耦合导致的电缆脉冲电流电压，仿真中可以参考行业标准中给出的雷电分区，电流计算方法相对简单。

目前，飞行器大量采用碳纤维复合材料，用以追求更轻的质量和更高的强度。然而，这些材料在设计时往往不考虑其电导率等电性能参数。实际测试发现碳纤维复合材料的电导率远低于传统的金属材料，且具有各项异性的电性能参数，这使得传统的雷电效应仿真评估方法不再适用。

飞行器在起飞和穿越云层期间，可能受到雷击。雷电是一种常见的自然现象，在放电过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的脉冲大电流，同时向空间辐射瞬态电磁场。当今的飞行器大量采用复合材料作为外壳，这种外壳材料的电导率比传统的金属材料低几个数量级，且呈现各项异性，在受到雷击后产生的效应与传统模型不同。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低电导率复合材料飞行器的雷电效应仿真评估方法，针对低电导率复合材料，通过理论计算和仿真给出等效电导率，构建雷电附着点预测模型，构建平行传输线雷电注入仿真模型，完成雷电效应仿真评估。

本发明的技术解决方案是：一种低电导率复合材料飞行器的雷电效应仿真评估方法，包括：

仿真对象分析：针对雷电效应仿真需求以及需要开展雷电分区仿真的飞行器，分析飞行器各部件结构尺寸和材料属性，以及后续需要开展的仿真对象；

复合材料参数：收集参与仿真的各部件材料参数；

构建飞行器模型：在对仿真对象分析的基础上，根据各部件材料参数构建飞行器电磁仿真模型；

飞行器雷电附着点分析：在飞行器电磁仿真模型外部施加静电场，进行一次飞行器雷电附着点仿真；改变静电场的方向，观察并记录多次仿真结果中飞行器表面的电荷分布，综合全部方向给出雷电附着点分析结果；

飞行器雷电分区分析：根据雷电附着点分析结果获取雷电分区；

雷电效应仿真：根据雷电附着点和雷电分区，在飞行器电磁仿真模型上进行雷电效应仿真；

雷电效应仿真结果评估：结合雷电效应仿真需求，对雷电效应仿真结果进行分析。

进一步地，进行飞行器雷电附着点仿真的方法包括：

根据飞行器的外形尺寸建立平行板放电结构，对飞行器施加等间隔静电场；