雷擊仿真

CST為飛機提供了全面的閃電防護仿真解決方案。飛機在雷電防護仿真方面的流程如下：

雷擊仿真流程圖

雷擊防護仿真中可分為兩大步驟進行。

1、雷擊附著點仿真分析

飛機閃電保護設計的首要任務是劃定雷擊區(qū)域。劃分區(qū)域的目的是確立飛機表面各部位在閃電環(huán)境下的等級和通道的附著位置，以確認閃電電流可能通過的飛機結構。這有助于指導油箱和燃油系統、航電系統、雷達系統等的防雷布局設計。

在確定大型客機的氣動外形后，為了分析雷擊對飛機的影響程度，可以根據已有的飛機雷擊經驗以及飛機表面不同的雷電附著特性和傳導特性，將飛機劃分為三個區(qū)域：

區(qū)域1：初始雷擊放電附著可能性很大的飛機表面，稱為直接雷擊區(qū)域。

區(qū)域2：當氣流從區(qū)域1的初始附著點吹過來時，有很高的可能性會對飛機表面進行雷擊放電，這就被稱為掃雷區(qū)

區(qū)域3：指除了第一和第二區(qū)域以外的所有飛機表面。在這個區(qū)域，雷擊的可能性較低，但可能傳導強大的電流。

下圖所示為某客機的詳細雷擊分區(qū)圖。

雷擊分區(qū)圖

CST工作室套裝中的靜電求解器可以快速仿真分析雷擊附著點。通過對給定電勢下整個機身的靜電場分布進行仿真，可以判斷雷擊附著點，具體如下：

雷擊模型

附著點判斷

2、雷擊效應仿真

在進行飛機遭雷擊仿真時，CST具備快速建立完整機身仿真模型的能力，包括機身模型、電纜、電路以及雷擊信號和路徑等，如下圖所示。

雷擊效應模型

CST軟件內部集成了MIL-STD-464A標準（與國軍標GJB1389相似）的仿真功能，可模擬200kA峰值電流的雷擊表面電流。這種雷擊表面電流的主要能量集中在30MHz以下的頻段。CST軟件的時域算法支持直接使用標準雷擊信號進行仿真激勵，從而可以一次仿真得出各種瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)雷擊效應的結果。

在下面的圖片中，我們可以看到金屬機身和碳纖維機身在雷擊發(fā)生6微秒時的內部磁場分布的仿真結果對比。

電磁場分布

下圖所示為在不同時刻下，飛機蒙皮內外表面的電流分布。

電流分布

下圖所示為飛機內部不同電纜上感應到的瞬態(tài)電流。

電路圖

瞬態(tài)電流分布

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