飛機、導彈、火箭、返回式飛船等飛行器在起飛和降落過程中不可避免的會遭遇雷電環(huán)境,任何一個電子系統(tǒng)或者單元受到干擾,都會造成嚴重的飛行事故。由于雷電電壓高(上億伏特)、電流大(200kA以上)等特點,無法在實驗室中直接進行模擬測試,根據(jù)雷電的特性和測試目的不同,將雷電效應(yīng)試驗分為雷電直接效應(yīng)試驗和雷電間接效應(yīng)試驗兩部分,
雷電直接效應(yīng)試驗用來模擬飛行器在遭受到雷電的直接作用時,在雷電輔助點附近所產(chǎn)生的燃燒、溶蝕、炸裂、結(jié)構(gòu)畸變和強度降低等效應(yīng),一般將雷電直接效應(yīng)分為高電壓(附著點)試驗和大電流(注入)物理損毀試驗。
高電壓附著點分區(qū)試驗系統(tǒng)可模擬測試飛機等設(shè)備在遭受雷擊時,在飛機表面不同區(qū)域可能被雷電襲擊的概率,找到容易被雷電襲擊的附著點。大電流物理損毀試驗系統(tǒng)用來模擬飛機在遭受雷擊時,其附著點遭受大電流時產(chǎn)生的高溫、強電動力對飛機結(jié)構(gòu)等部分的破壞效應(yīng)。
標準
MIL-STD-464C Electromagnetic Environmental Effects Requirements for Systems
SAE ARP5412 Aircraft Lightning Environment And Related Test Waveforms
RTCA/DO-160F/G Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment Section 23
Lightning Direct Effects
HB6129-1987 民用飛機雷電防護要求及試驗方法
GJB 3567-1999 軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法
高電壓試驗系統(tǒng)——雷電附著點分區(qū)實驗
1.概述
本套系統(tǒng)由三部分組成,包括高電壓發(fā)生器、波形調(diào)整單元和控制測量系統(tǒng),通過調(diào)整不同的波形調(diào)整單元即可實現(xiàn)電壓波形的A、B、C、D四種波形,輸出波形可滿足MIL-STD-464C、GJB1389A以及DO160 S23等標準關(guān)于直接雷電的高電壓試驗,也可用于其他同類雷電及耐壓試驗研究
2.特點
戶內(nèi)型采用開放式主回路設(shè)計,H型塔式機構(gòu),從而實現(xiàn)了整體超小型(圖1)
采用鐵殼油浸式本體設(shè)計,內(nèi)置多級Max放電回路,可實現(xiàn)車載移動安裝(戶外)
基于觸摸屏控制的全自動智能控制系統(tǒng),圖形化顯示設(shè)備運行狀態(tài),操作簡單、方便
配置進行分區(qū)試驗的勻電場電極及附著點測試電極、接地板等
采用Marx發(fā)生器,實現(xiàn)并聯(lián)充電串聯(lián)放電
球隙自動跟蹤電壓在全充電電壓范圍內(nèi)自動調(diào)整球隙距離,可調(diào)精度0.1mm
自動安全保護程序,聲光報警
3.波形參數(shù)的定義
根據(jù)MIL-STD-464C及SAE ARP5412等標準規(guī)定,測試波形主要有A、B、C、D四個電壓波形,如下圖所示。
主要技術(shù)參數(shù)與特點
LVG3000技術(shù)參數(shù): |
輸出波形 | A波形 | B波形 | C波形 | D波形 |
波前時間 | 1000(+500)kV/μs | 1.2μs±20% | 2μs±20% | 50-250μs |
衰減時間 | -- | 50±20% | -- | 大于2000 |
峰值效率 | 80%以上 | 90%以上 | 80%以上 | 60%以上 |
級電壓 | 200kV |
級數(shù) | 15級 |
電壓等級 | 3000kV |
放電開關(guān) | 銅球,三間隙點火 |
開關(guān)形式 | 直線驅(qū)動0~100mm可調(diào),精度0.1mm |
波形形成方式 | 采用多級Marx發(fā)生器結(jié)構(gòu) |
使用電源 | AC220V 100A |
充電電壓 | 20~200kV |
充電極性 | 正/負 |
電壓測量 | 若阻尼分壓器 |
飛機雷電高電壓附著點分區(qū)試驗示意圖
可用于車載的高壓雷電模擬器
室內(nèi)安裝的高壓試驗裝置(參考)
可完成試驗內(nèi)容:初始先導附著試驗、縮比模型的雷電分區(qū)試驗、掃掠通道附著試驗、全尺寸部件附著點試驗、電暈和流光的直接效應(yīng)試驗。
大電流物理損毀試驗系統(tǒng)
儀器說明
DLC200系列雷電直接效應(yīng)試驗系統(tǒng)(大電流)主要用于實現(xiàn)直接雷電試驗的大電流物理破壞試驗,本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,整套系統(tǒng)由4個分量的單獨發(fā)生器,4合一耦合去耦單元, 以及1套測控系統(tǒng)共由6輛屏蔽方倉組成,可通過吊裝由車輛直接運輸?shù)綔y試現(xiàn)場進行測試,也可固定在實驗室進行試驗,波形包括ABCD四個分量,可實現(xiàn)單個分量輸出,也可組合在一起實現(xiàn)多個分量連續(xù)輸出。
滿足標準
MIL-STD-464C
RTCA-DO 160G Section22
SAE ARP5412
SAE ARP5416
GJB 1389A
GJB 8848
GJB 3567
IEC 61643-11
GB/18802.1
特點
4套發(fā)生器可任意組合實現(xiàn)連續(xù)波形輸出
充電電壓可任意設(shè)置,實現(xiàn)A、Ah、B、C、C*、D6種波形輸出
可選配輸出8/20、10/350等民標波形模塊
豐富的保護功能,充電異常保護,連接口檢測等
電磁自鎖安全門開關(guān)保護,自動安全接地,保護人身安全
測試項目介紹
本套系統(tǒng)即可GJB1389A及GJB8848等標準,同時也滿足DO160、ARP 5412及GJB3567等飛機雷電直接效應(yīng)試驗,即滿足用于測試軍用裝備的雷電環(huán)境可靠性試驗,同時也滿足飛機雷電直接效應(yīng)的大電流物理損毀試驗。輸出波形如下圖所示
飛機雷電直接效應(yīng)標準規(guī)定的連續(xù)波形
控制系統(tǒng)通用參數(shù) |
顯示屏 | 15英寸彩色觸摸屏+工控機 |
工作電源范圍 | AC 220 V 50 / 60 Hz 32A/發(fā)電機 |
控制通訊方式 | 工業(yè)光纖組網(wǎng)控制CC-Link |
測量通訊方式 | 工業(yè)光纖以太網(wǎng)控制 |
放電間隔時間 | 20-999s,可設(shè)置 |
輸出極性 | 正、負 |
儀器工作狀態(tài)指示 | 觸摸屏,警燈,警鈴 |
儀器接地連接方式 | 使用銅排+軟連接接地線 |
尺寸 | 4米測控車(可選擇含車輛) |
儀器重量 | 約3噸 |
溫度范圍 | -20~+50℃ |
濕度范圍 | ≤90% |
海拔高度 | 不超過1500m |
單個發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局
在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面每個發(fā)生器可獨立運行,系統(tǒng)可采用市電供電及發(fā)電機供電兩種方案,并可配置發(fā)電機倉,可于戶外無電源環(huán)境下進行測試,發(fā)生器本體部分與發(fā)電機倉、高壓直流電源倉分別獨立,可有效減小高壓放電產(chǎn)生的電磁干擾對電源部分的損壞
輸出電極高壓端通過絕緣球及引弧絲連接至飛機需要測試的測試點,而低壓端使用同軸連接方式與飛機外部的回流網(wǎng)連接,這樣可起到減小放電回路電感量的目的。理論計算38米客機機體放電回路電感量最大約4uH左右
測量控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)采用分體式組網(wǎng)控制,包含4套單波分體控制系統(tǒng),和一套聯(lián)動波形總控系統(tǒng),可實現(xiàn)對4套發(fā)生器(A、B、C、D波形)進行單獨的控制和一體化集中控制,只需要在參數(shù)設(shè)置頁面簡單設(shè)置幾個波形的參數(shù),點擊運行按鈕即可實現(xiàn)對全部四套發(fā)生器進行全自動運行,波形自動顯示并計算參數(shù),輸出試驗報告,整套試驗流程實現(xiàn)一鍵完成測試,一個人即可完成所有試驗操作。
采用光纖以太網(wǎng)進行組網(wǎng),保證各控制系統(tǒng)的相對電氣獨立,同時保證控制系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性,大大提高控制系統(tǒng)在高電磁環(huán)境中的抗干擾能力。