高空低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAslrOnaulicaSinicaDec252015V01．36No．123930．3937ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．cnhkxb@buaa．eduCR高空低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验刘浩1，刘尚合1’*，曹鹤飞1’2，胡小锋1，樊高辉1，张悦11．军械工程学院静电与电磁防护研究所，石家庄0500032．石家庄铁道大学电气与电子工程学院，石家庄050003摘要：为研究高空低气压下飞行器表面电晕放电电磁脉冲辐射特性，以

2、尖端导体电晕放电为研究对象，进行了低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验，给出了辐射电场幅值与气压的关系表达式，并基于气体放电和电磁场理论总结了电晕放电电磁脉冲辐射特性随电压极性、气压以及测试距离的变化规律。结果表明：电晕放电电磁脉冲辐射电场时域波形呈衰减振荡形式，持续时间约为600ns，首脉冲方向随电压极性的不同而不同，且辐射电场分量主要集中在与放电针相同的极化方向；辐射电场频谱主要分布在500MHz以内，在35MHz和170MHz处出现稳定的波峰；在气压为4～30kPa范围内，随着气压的降低，放电电磁脉冲辐射电场增强；随着测

3、试距离的增加．电晕放电电磁脉冲辐射电场逐渐衰减。该研究结论可为低气压下飞行器电晕放电电磁脉冲辐射特性研究提供有益参考。关键词：低气压；电晕放电；电磁脉冲辐射；飞行器；时域；频谱中图分类号：V19；TMl53文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)12—3930—08飞行器在高速飞行时，和空气中的尘埃、冰晶、雨滴等发生碰撞，会在其表面沉积大量静电荷，导致飞行器表面电位高达100～300kV[1。3]。当电位差达到击穿阈值时，会发生电晕放电，放电产生的电磁脉冲会干扰飞行器的通信和导航系统，严重威胁飞行器的安全运行。4’j

4、。电晕放电[6]是发生在极不均匀电场下的自持放电，是一种常见的气体放电现象，放电引起导体内电流发生变化，使其向空间辐射电磁脉冲。在高压输电线路和高压电器设备上，电晕放电现象普遍存在，且问题日益严重[7。9]，因此国内外学者对电晕放电电磁脉冲辐射特性进行了大量研究，基于偶极子模型r1”12]和天线振子模型[13]等建立了电晕放电电磁脉冲辐射场时空分布函数，并通过开展相关实验，研究电晕放电电磁脉冲辐射特性E7。17

5、。但上述研究主要是针对常压及低于5km的高原低海拔下的放电辐射特性，而对海拔在i0～20km范围内的高空低气压下的电晕放

6、电电磁脉冲辐射特性研究较少。飞行器运行环境多为高空环境，海拔高度的变化会对飞行器周围空间环境影响显著，文献[18]中海拔20km处，气压可低至4kPa，远低于一个标准大气压。低气压环境对电晕放电阈值、放电脉冲电流峰值和上升沿等特性均有显著影响[19。23。，因此，有必要进一步对低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性开展相关研究，本文设计并搭建了低气压环境电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验系统，以此为基础进行了相关实验，并基于气体放电和电磁场等理论收稿日期：2015-01—09；退修El期：2015-01—24；录用13期：2015-05—

7、04；网络出版时间：2015—05-0610：04网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／delai

8、／¨1929．V201505061004003html基金项目：国家自然科学基金(61172035)；中国博士后科学基金(2014T71006)*通讯作者．Tel：0311．87992011E-mail：liushh@caecn；

9、角格武}L{uH，LiuSH．CaoHF，etal．Simulationexperimentforelectromagneticpulseradiationofcoronadischargeund

10、erhigh—altitudelowpressure!如ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(12)：3930—3937朝浩，朗尚合，曹鹤飞．等高空低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验!J]航空学报，2015，36(12)：3930—3937刘浩等：高空低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验分析了电压极性、气压和测试距离等因素对电晕件下的电晕放电电磁脉冲辐射特性。放电电磁脉冲辐射特性的影响。2测试结果与分析1实验2．1电晕放电电流和辐射电场1．1实验系统设计实验系统主要由电晕

11、放电装置、测试装置和真空装置组成，实验系统设计原理如图1所示。其中，真空罐为石英玻璃材质，低气压环境由真空泵实现，可在10～～105Pa之间连续可调；电晕放电装置采用针一板结构，针尖曲率为0．361T11TI，针板间距为10mm，直流高压源为本单位