设备闪电间接效应试验指标研究

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1、设备闪电间接效应试验指标研究摘要：随着复合材料、全权限发动机控制技术、集成模块化航电等先进技术的大量应用，民用飞机对闪电间接效应防护的耍求也越来越高。闪电间接效应防护的关键是闪电防护需求的确定和闪电防护指标的制定。该文从适航指标到需求确定，乃至闪电间接效应防护指标预估进行了研究，用于飞机设计初期在缺乏试验数据和分析条件下的闪电间接效应防护设计开展。虽然此方法获得的结果不能完全与实际状态一致，但简单有效,仍不失一个好方法。关键词：闪电间接效应试验电平防护指标中图分类号：V267文献标识码：A文章编号：1674-098X

2、(2013)05(c)-0008-02民用飞机在飞行过程中遭遇闪电的事件时有报到。据有关资料介绍，每架客机平均每年大约遭遇4〜5次不同程度雷击现象。根据作用机制和产生的后果，闪电效应可分为两类：闪电直接效应和闪电间接效应。闪电间接效应是指当飞机遭到闪电后，外部闪电通过电磁耦合在设备接口上的产生的感应电流和电压,当其超过设备的敏感电平时就可能造成设备损坏或功能受扰，其至于危及飞机的持续安全飞行和着陆。闪电间接效应防护设计的基础Z—是设备闪电防护指标的确定。指标制定的准确与否决定了飞机设计后期更少的设计更改和更好的经济性

3、。1设计需求闪电间接效应防护设计需求來自于适航条款和客户的需求。需求的止确、完整与否是机载电子、电气设备防护指标准确确定的前提；不同安全性等级功能的系统/设备所对应防护设计要求不同，指标也不同。基于适航耍求，飞机闪电防护需求如下：a）飞机应被保护免受SAEARP5412A[1]所述闪电环境而引起灾难性影响；b）机载关键、重要系统、设备应符合FAR25.1316[2]要求，免受闪电间接效应影响。上述需求分解到系统/设备，分析FAR25.1316Amendment25-134[3]可知，OEM应通过合理的系统、线缆设计和

4、安装确保关键（LevelA）系统中的关键功能在飞机遭遇闪电期间和之后不受到任何不利影响，重要/主要的功能可以受到不利影响，但应在闪电环境过后能够及时的自动恢复；重要/主要（LevelB/LevelC）系统的重要/主要功能可以受到不利影响，但应在闪电环境过后及时恢复；D、E级功能无适航要求。结合AC20-136B[4],适航需求分解到设备：A级设备瞬态设计电平（ETDL）应比实际瞬态电平（ATL）大一倍，即至少6dB安全余量；B、C级设备的ETDL应不小于ATL。2扌旨标制定根据D0-160GC5],设备闪电间接效应防

5、护指标包含两类3个试验，每个试验要求山1位字母和数字组成。其中，字母代表波形组类型，数字代表防护电平等级，实例见图1。两类试验分别为:插针试验，属于损伤容限试验，用于检验设备耐受闪电环境而不发生永久损坏的能力；单击、多击和多脉冲试验，属于功能受扰试验，用于检验设备耐受闪电环境而不发生功能受扰的能力;闪电具有频率低、幅值大、持续时间短特点，耦合性质为磁场耦合，耦合方式分两类：结构IR阻抗耦合和开口耦合，由设备安装区域结构特性（材料类型、结构开口/缝隙的大小和位置），及互联电缆敷设路径的电磁防护特性决定。不同的耦合方式和

6、线缆屏蔽特性，感应在设备和互联线缆上的闪电波形类别不同，对设备功能干扰形式也不同（如表1）。开口耦合适用于机身外部或内部具有较大电磁开口区域，或虽安装在电磁保护区但存在线缆与电磁开放区设备相接的设备。阻抗耦合适用于CFC区域或未良好搭接金属结构区域的设备，此时导线将暴露在以波形5A或波形4为代表的再分布闪电电流（长波电流）下。试验类别确定是防护指标确定的第一步，第二步是确定试验等级，每一等级适用的电磁环境状态见表2O实际指标制定时，除考虑表2所列因索外还需考虑设备安全性等级。A级设备应具有6dB安全余量；B、C级设备

7、由于无安全余量要求，指标可在A级设备基础上降一等级；D、E级设备无适航要求只冇经济性要求，可根据波音、空客习惯只作插针试验，且试验等级比B、C要求再低一等级,用于确保设备不会因为闪电而频繁损坏。插针试验电平与电缆束试验电平可不同，单击/多击和多脉冲组试验电平也可不一致。由于插针试验信号直接注入线芯，未考虑导线屏蔽作用,为提高安全性建议A级设备线缆束试验等级比插针试验高一等级。3波形及试验方法的适用性不同波形适用于不同试验方法，只有正确的选择试验方法才可确保试验的有效性，试验波形与试验方法的对应关系见表3o电简单设备可

8、采用绝缘耐压试验或高电压（Hi-pot）试验代替插针注入试验。电简单设备必须是无源设备，没有EMI滤波器、瞬态抑制器，或其它通过机壳地与飞机结构相连的类似电路元件，如：作动器、线性可变差分互感器（LVDTs）、速度传感器等。绝缘耐压试验电平应至少为规定的闪电试验电平的峰值。当待测针脚有偏置电压时，绝缘耐压试验电平应是闪电试验电平叠加偏置电压。电