雷电与静电防护试验技术

技术简介

       雷电是影响飞机飞行安全的重要因素之一，现代飞行器技术发展迅速，采用先进复合材料和微电子技术的飞机，对雷电和静电的影响更敏感，遭到其破坏后损失更大。国家对飞机雷电与静电防护试验技术的需求非常迫切。没有自己的方法、标准、试验体系和装置，就无法掌握雷电防护对飞机影响的相关数据，因此将制约我国独立自主研制的飞机的雷电安全性能。

       飞机飞机雷电与静电防护试验技术涵盖雷电防护试验技术研究，雷电防护的计算仿真和模拟雷电防护验证等方面的内容；而雷电波发生器的研制则涉及高压强流雷电波发生的关键技术研究，试验装置的研制、组建和飞机及其关键部件的雷电防护验证工作等。
       常规的试验是一个系统工程，应该包含试验的理论体系和工程过程，而试验的理论体系中应该含有试验的依据、目的、目标，以及事先设计的试验指导方案，试验前的预期结果等方面的文档或者条文等；而飞机雷电与静电防护试验技术，因为其应用对象的特殊性，决定了其与常规试验技术的又有更多的内容，主要表现在试验对象的不确定性，试验目标的非唯一性，试验结论的多样性等。因此作为试验技术的第一环节，需要做充足的准备。
       飞机雷电与静电防护试验的方法通常计算仿真方法和实验室验证方法。使用计算机软件，对飞机局部结构和部件进行雷电防护计算仿真，是实验室验证前的一种有效方法，其仿真计算结果可以为验证提供指导，提高试验效率。计算仿真方法是采用相关的雷击、电磁脉冲仿真软件，对飞机的雷击仿真进行分析，以及各类飞机飞越各种强电磁环境时的仿真分析和设计。
       由于飞机外形的不规则性及飞机机械结构与飞机电气电子系统的多样性与复杂性，电场与磁场的精确解非常困难，故仿真分析法得出的结果，往往需要通过实验室模拟雷电防护验证方法进行验证。
       实验室模拟雷电防护验证过程：应首先进行飞机雷电区域划分确定工作，该项工作是飞机雷电防护验证工作的重要基础，必须在顶层阶段完成。飞机雷电区域确定后，需确定飞机各系统，分系统或部件（包括飞机外挂物）在飞机上所处雷电环境和雷电关键性类别。雷电关键性类别确定后，并按所处雷电分区的雷电环境要求，采取适当的雷电防护措施，进行雷电防护性能的工程试验，包括雷电直接效应试验和雷电间接效应试验。雷电防护工程试验结束后，按相关标准要求，对飞机各系统、分系统或部件进行雷电防护性能的雷电直接效应鉴定试验或雷电间接效应鉴定验证。工程试验和鉴定试验完成后，进行全机的雷电防护验证。

技术指标

       飞行器雷电电磁效应包括雷电直接效应与雷电间接效应两类，在民航适航管理条例、SAEARP、EUROPEED、RTCADO160以及其他相关标准中均有详细的要求。

       该公司具有国际先进的雷电直接效应和雷电间接效应测试系统，可实现SAEARP5412/5414/5416、EUROPEED84/91/105等标准的直接效应试验要求，以及RTCADO160E/F/G、EUROPEED14E/F/G、SAEARP5416、EUROPEED105、SAEAE4L、SAEAE2、MIL-STD-464/1757、AC-20-136B/53B等标准的间接效应试验要求。

技术特点

       国际上能大规模系统开展飞机雷电防护试验研究的国家，主要是美国和法国。美国早在70年代就明确提出：“能为未来飞机设计提供储备的航空试验设备，应给予最高优先地位”。两国在七十年代就有能系统进行飞机雷电防护试验研究的大型飞机雷电防护实验室国际公认的相关雷电防护要求和试验标准，早期主要由美国和英国的科学家们完成。为获得大气真实的雷电相关数据，美国NASA曾制定并执行过派飞机飞入雷雨区采集雷电数据的研究项目。自六十年代中期以来，一直每两年举行一次主要内容为飞行器雷电防护设计、试验和研究及相关标准的讨论与完善的国际雷电与静电会议（ICOLSE），分别在美国和欧洲轮流举行。我国自1999年开始有单位参加该次会议。

       通过多年的努力，公司建立了我国飞机雷电防护验证技术理论体系，包括：飞机雷电防护验证方法的研究和飞机雷电计算仿真等理论分析，关键装置设备控制系统研制，技术的实现和成果的应用，这四项过程，对于我国自行研制飞机相关雷电防护设计的工作，给了强有力的技术支持。编写并完善了雷电验证技术规范：主编了国家军用标准GJB3567-1999《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》，并参与了多项相关国家和行业标准的编写工作。技术中的核心是雷电产生装置的研制，其中多项关键技术都凝聚了项目组的坚实的技术优势：包括雷电冲击电压技术、磁隔离开关阻断技术、高压强流异形组合波技术、多间隙节点高压击穿强流注入技术、高压强流多组合波场畸变放电球隙开关技术等，都被有效地解决，并在装置中得以实现。3.研制和组建了系列种雷电波发生器：包括雷电压波形发生器、雷电流直接效应波形发生器和雷电流间接效应波形发生器等，组建了我国唯一的飞机雷电防护实验室，获得了中国民航局民用飞机试验资质认证及总装备部军用实验室认证，同时被安徽省批准为安徽省飞机雷电防护实验室。通过项目的实施，弥补了国内飞机雷电防护验证技术研究的不足，开创了国内飞机雷电防护验证装置的先河，提高了我国在飞机雷电防护方面的核心竞争力，且正在承担我国大飞机战略的雷电防护验证工作。

技术水平

       国际先进

可应用领域和范围

       适用于飞行器、船舶、高铁，以及地面建筑物、车辆、通讯导航、雷达系统、计算机及其网络、邮电通讯的防护。

技术状态

       批量生产、成熟应用阶段

合作方式

       技术服务

投入需求

       10万元

转化周期

       １个月

预期效益

       该技术的实施填补了国内飞机雷电防护验证技术和装备的空白。此技术的完成和应用，在大规模系统开展飞机雷电防护验证研究方面，可为我国飞机的研制创造了更好的条件。飞机雷电与静电防护试验技术对我国航空工业可起到极大的支撑作用，提高飞机在大气雷电环境下飞行的安全性，保障国家的财产安全和人民的人身安全，具有重要的意义。

       分析雷电造成灾害的起因，对飞机雷电防护的要求主要集中在如下三个方面：飞机结构组件、飞机燃料系统和飞机电气电子系统。目前欧美等西方发达的飞机制造商及其委托的飞机雷电防护研究单位，在飞机复合材料与结构、新型飞机燃油系统和新型飞机电气电子系统上仍不断开展着各种相关雷电防护的研究工作。此外，在大量试验的基础上，还相应发展了计算机仿真研究技术，对于进一步研究飞机的雷电防护，可以缩短重大工程的雷电防护设计周期，减少或简化飞机雷电试验，节省大量的试验经费，对提高飞机的安全性具有重大的战略意义和社会效益。