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飞机空速管系统雷电效应研究

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地球大气中，平均每天约发生 800万次雷电。雷电电压可达亿伏以上量级，其中电流幅值高达 200 kA 以上的雷电约占雷电总数的 2 左右。巨大的雷电能量和巨大的雷电电磁脉冲使得飞行事故时有发生，有些是灾难性的。因此，现代飞机必须满足雷电**指标，飞机雷电防护研究具有举足轻重的地位。

飞机空速管是飞机极为重要的大气参数传感器，其提供的大气参数对于飞机全飞行至关重要。飞机多为空速管前置，多安装在机头雷达罩上，属于雷击高发区，据统计，现代飞机80％以上的雷击点在机头空速管或雷达罩上。雷达罩上装有防雷击部件，主要由金属纽扣式雷电分流条构成。为引导空速管雷电流，空速管根部与罩内的接地铜管连接。空速管系统遭受雷击时雷电流会在空速管、雷达罩以及接地铜管上产生巨大的电动力效应，会造成空速管系统结构变形甚至损坏，从而严重影响空速管的工作性能。空速管内安装有电加热除冰电路，当空速管遭受雷击时，雷电间接效应会使空速管系统产生过电压，从而产生难以预计的后果。因此对飞机空速管系统雷电效应及雷电防护的研究具有极重要的工程价值。国内外对空速管系统雷电效应方面的研究十分匮乏。目前对于空速管系统遭受雷击出现不同工况下受到的电动力计算以及感应电压分析，相关研究报道很少。雷电引起的空速管系统电磁场问题属于典型的非均匀电磁场问题，传统的解析方法很难求解。有限元方法是一种精度很高的数值计算方法，很适合求解此类不均匀电磁场问题。本文分析了空速管系统在雷电作用下的 3种不同工况，采用有限元方法计算得到不同工况下空速管系统受到电动力的矢量分布。雷电间接效应会使空速管系统产生很大的过电压。
传统的解析方法很难求解不均匀电磁场问题。有限元方法很适合求解空速管系统不均匀电磁场问题，而且计算精度很高。本文对某型号飞机空速管系统雷电直接效应和雷电间接效应及雷电防护进行了研究，首先分析了空速管系统在
雷电作用下的3种不同工况，采用有限元方法计算得到 3种工况下空速管系统受到电动力的矢量分布。由不同工况下空速管系统不同位置处受到的电动力矢量分布，可以得出以下结论：空速管系统遭受雷击出现工况 1时，其受到的电动力*大值远小于另外 2种工况，*大值出现在空速管与雷达罩连接处；空速管系统遭受雷击出现工况 2时，其受到的电动力*大值大于另外 2种工况，*大值出现在雷达罩内外表皮连接处；空速管系统遭受雷击出现工况 3时，其受到的电动力*大值出现在雷达罩上第 3、第 4个螺栓的中点表皮处；接地铜管应尽量避免弯曲，尤其避免小角度的弯曲。
(2)雷电间接效应会使空速管系统产生很大的过电压，直接影响飞机飞行**。文中对空速管系统中几种电加热除冰电路结构进行了分析，对空速管系统中接地系统的等效电感和感应电压进行了分析，并分析了雷电抑制器降低过电压的原理。
(3)利用工程环境对空速管系统进行了雷电模拟试验，试验结果验证了计算的准确性。研究结果表明空速管系统遭受雷击时受到的电动力和过电压等防护能力都能达到要求，从而为飞机空速管系统的结构与电气设计、性能分析以及优化设计等提供了理论参考，对飞机空速管系统雷电防护具有参考价值

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转载自苏州泰思特-中国EMC

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