丛书15-算例21：A320飞机雷击瞬态电磁效应(RS)仿真

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1、CSTChina算例21：A320飞机雷击瞬态电磁效应（RS）仿真闪电是一种高电压和大电流的自然放电现象，在地球的大气层中，平均每天发生约800万次闪电。由雷击引起的飞行事故也时有发生。为了提高飞机的综合性能，现代大型客机越来越多地使用了先进复合材料、电子电气设备和系统，它们对外部电磁环境的敏感程度要高得多，因而遭到雷击时损失更大。目前我国正研制大型客机，为保证大型客机及机载设备的安全，必须对防雷击设计与试验进行研究。本算例通过CSTMS工作室™对A320飞机及其内部复杂结构在遭受雷击时各部分感应电压与电流的仿真，证明CSTMS工作室™在雷击这一特殊电磁环境下

2、的仿真可行性以及在防雷击设计中所能够发挥的重大作用。本算例使用的飞机模型如下图所示，该飞机长度约38米，翼展约34米，飞机外表面为1.5毫米厚的铝蒙皮涂覆材料。机身上的玻璃窗上贴有屏蔽金属网。机身内部包含驾驶舱、客舱及行李舱，客舱中有座椅，客舱和行李舱之间隔着甲板，甲板下方有机箱，机箱之间连接着不同类型的线缆。同时还包含各舱门、行李架等结构和机身之间的微小缝隙结构。考虑到绝大多数全波电磁场仿真算法的限制-最大尺寸与最小结构比值悬殊巨大-将导致算法的奇异，最终直接影响算法的收敛和精度，我们这里采用CSTMS工作室™特有的“精简模型”（CompactModel，简

3、称CM）库对1.5毫米厚的机身蒙皮材料、2毫米的窄缝、精细的同轴线缆以及含有通风孔的机箱进行“精简模型”置换。这样的CM能够大大地提高仿真速度和精度，是其他电磁算法无法比拟的，尤其是对于大尺寸系统级瞬态电磁效应的三维全波仿真，它可以说是目前所有已知仿真软件中的最佳选择。在下面的仿真中，我们可以体会得到。考虑到常见的情况，雷击信号路径为从飞机头部附近击入，从飞机尾部击出。采用国军标GJB1389或美军标MIL-STD-464A的标准雷击信号，瞬态峰值电流为200kA。本例中，我们仿真飞机在停机坪上遭受雷击时，机身内外表面电流的瞬态和频域分布、机舱内各点处瞬态和频

4、域电场及磁场分布以及机舱内部线缆上所感应的瞬态冲击电压和电流及其频谱。地面边界条件设置为电边界。CSTChinaLtd.

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12、传真：021-50802326CSTChinaPage2/8几何建模选择模板启动CST设计环境™后，请选择创建一个新的CSTMS工作室™项目

13、。建模：飞机、机箱、线缆您完全可以在CSTMS工作室™中直接建模飞机，本例中我们关注的是机体及所包含电缆在雷击下的情况，故不详细介绍飞机模型的创建过程，而是利用CSTMS工作室™强大的模型导入功能直接导入仿真模型。请激活模型导入模式（FileImportCSTSTUDIOfile））。CSTMS工作室™支持SAT，STL，STEP，IGES等通用格式，您可以根据需要灵活选择。导入模型后视图如下。右图示出其内部座椅等精细结构。下来需要对模型中那些对电磁兼容很重要但又结构尺寸细小部分进行“精简模型化”--即采用精简模型来置换这些结构。这一步是采用CSTMS工

14、作室™最为精华之处，采用了精简模型，可以使下面的仿真既快又准。以机舱门上的一条缝隙为例说明如何进行置换。缝隙宽度和缝隙深度均为2毫米。采用以下设置完成窄缝建模。CSTChinaLtd.

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22、传真：021-50802326CSTChinaPage3/8采用同样的方法步骤

23、，对所有机舱门、紧急逃生门、起落架等部位设置缝隙，设置完成后的视图如下（其中红色线条为缝隙）。接下来，我们对飞机驾驶舱玻璃以及两侧窗户的玻璃设置屏蔽金属网，常用金属网规格及其精简模型参数设置如下表所示：Widthofsquare(mm)Depthofholes(mm)Coverage240格/英寸0.0560.0010.280100格/英寸0.2050.0010.64820格/英寸1.2230.0010.927本例中，我们使用100格/英寸的金属网，该屏蔽金属网的网格非常小，网格边长仅有0.205mm，而厚度更是极薄，只有0.001mm，而且要考虑到这是建立在

24、接近40m长的飞机上，然而，使用CST