直升機(jī)防雷擊技術(shù)分析

0機(jī)體防雷擊技術(shù)的理論分析隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的需要，直升機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其活躍程度也越來(lái)越高。為了保證在復(fù)雜氣象條件下安全飛行,直升機(jī)防雷擊技術(shù)也不斷完善和提升。直升機(jī)局部防雷擊在技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn),而整機(jī)防雷擊技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍處在發(fā)展和提升階段。本文根據(jù)雷電在直升機(jī)上的附著特性和傳遞特性以及直升機(jī)相關(guān)部件在雷電試驗(yàn)室進(jìn)行雷擊試驗(yàn)的結(jié)果,從理論上進(jìn)行分析?，F(xiàn)代直升機(jī)大量采用復(fù)合材料,比使用金屬材料制成的直升機(jī)更易受雷擊損傷。另外,由于直升機(jī)經(jīng)常在儀表飛行的氣象條件中飛行,遭受雷擊的概率比在常規(guī)氣象條件下飛行要大得多。為了評(píng)定直升機(jī)對(duì)閃電的敏感性并使直升機(jī)在遭受雷擊時(shí)系統(tǒng)損壞減少到最低限度,根據(jù)雷電附著特性和傳遞特性,將直升機(jī)的雷擊附著區(qū)劃分為三個(gè)區(qū),對(duì)每個(gè)雷擊附著區(qū)的雷擊強(qiáng)度及受影響程度進(jìn)行詳細(xì)的分析,提出了相應(yīng)的防雷擊措施,為整機(jī)防雷擊及電搭接提供技術(shù)參考。1初始附著區(qū)和區(qū)域劃分按照雷電附著特性或傳遞特性將直升機(jī)外表面劃分三個(gè)雷電附著區(qū)。1)初始附著區(qū):初始雷擊放電附著在直升機(jī)突出部位的可能性很大,這部分表面劃分為初始附著區(qū)(區(qū)域1);2)掃掠沖擊區(qū):雷擊放電被氣流從區(qū)域1的初始附著點(diǎn)向后掃掠,掃掠通過(guò)可能性很大的直升機(jī)表面劃分為掃掠沖擊區(qū)(區(qū)域2);3)雷擊導(dǎo)電區(qū):除了區(qū)域l和區(qū)域2以外的所有直升機(jī)表面劃分為區(qū)域3。在區(qū)域3范圍,放電電弧直接附著的可能性很小,但它可能在初始雷電附著點(diǎn)或掃掠沖擊附著點(diǎn)之間傳導(dǎo)很大的雷電流。2在阿波羅攻擊固定區(qū)域的分析中直升機(jī)雷擊附著區(qū)分析見(jiàn)圖1。1陣風(fēng)初始附著區(qū)的特點(diǎn)根據(jù)雷電附著特性、傳遞特性以及直升機(jī)遭受雷擊的經(jīng)驗(yàn)可知,雷擊初始附著區(qū)都是在直升機(jī)的突出部位,像空速管、機(jī)頭、水平安定面的前緣、槳轂頂部、主槳尖、主槳前緣、外伸式天線、突出物、雷達(dá)罩、垂尾頂部等,均屬初始附著區(qū)。2受雷達(dá)探索的直升機(jī)當(dāng)直升機(jī)受雷電附著時(shí),直升機(jī)穿過(guò)雷電通道的運(yùn)動(dòng)造成了雷電通道向后掃掠,使直升機(jī)表面各個(gè)不同位置在不同時(shí)間受到了雷電通道附著。這些部位主要有機(jī)頭、正副駕駛艙及座艙蓋、風(fēng)擋玻璃、槳轂頂部、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、尾梁、水平安定面、垂尾及尾槳。3初始雷達(dá)點(diǎn)傳導(dǎo)在雷擊導(dǎo)電區(qū),放電電弧直接附著的可能性很小,但它可能在初始雷電附著點(diǎn)或掃掠沖擊附著點(diǎn)之間傳導(dǎo)很大的雷電流。這些部位主要有起落架、機(jī)身兩側(cè)和機(jī)腹。3結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)直升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該為雷電流提供低阻抗通路。對(duì)于容易受到雷擊放電損壞的系統(tǒng)如燃油系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)以及雷達(dá)罩、座艙蓋、風(fēng)擋、天線等部件,必須根據(jù)其所在區(qū)域采取不同的防護(hù)措施,以盡可能地減少雷電對(duì)直升機(jī)造成的損壞。1)燃油系統(tǒng)內(nèi)可能存在燃油蒸汽區(qū)域,因此其設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免受雷擊附著或強(qiáng)電場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生流光引起著火。燃油通氣口應(yīng)盡可能安置在區(qū)域3,要求燃油加油口蓋與金屬結(jié)構(gòu)之間有良好搭接。2)操縱系統(tǒng)如駕駛桿、總距、腳蹬、座椅、操縱手柄等,必須有與基本結(jié)構(gòu)連接的搭接,以防止直升機(jī)遭受雷擊時(shí)飛行員受到電擊。3)部件雷電防護(hù)要求:1雷達(dá)罩內(nèi)的控制線、電源線等應(yīng)有雷電保護(hù)措施,當(dāng)雷達(dá)罩受到雷擊時(shí),要求其控制線、電源線上的感應(yīng)電壓不超過(guò)500V,感應(yīng)電壓不會(huì)損壞控制線。2座艙蓋必須具有足夠的耐電強(qiáng)度,以保證座艙蓋遭受雷擊時(shí)不會(huì)被擊穿,產(chǎn)生裂紋或結(jié)構(gòu)畸變;座艙蓋上應(yīng)避免安裝穿透座艙蓋的金屬件,以防將雷擊高壓和大電流引進(jìn)座艙而傷害飛行員。3風(fēng)擋玻璃也必須具有足夠的耐電強(qiáng)度,以保證風(fēng)擋玻璃遭受雷擊時(shí)不會(huì)被擊穿,產(chǎn)生裂紋或溶蝕,風(fēng)擋玻璃上應(yīng)避免安裝穿透風(fēng)擋玻璃的金屬件,以防將雷擊高壓和大電流引進(jìn)直升機(jī)座艙而傷害飛行員。4)天線應(yīng)盡可能安裝在雷擊可能性較小的區(qū)域,以減少對(duì)天線的損壞。5)空速管的安裝應(yīng)能將雷電流傳遞到機(jī)身結(jié)構(gòu)中去而不損壞空速管。6)航行燈罩、防撞燈罩必須具有足夠的耐電強(qiáng)度,以防雷擊損壞。燈線應(yīng)進(jìn)行屏蔽,以防止雷電感應(yīng)電壓進(jìn)人電源系統(tǒng)。7)主槳和尾槳:非金屬和含有非金屬的主槳和尾槳應(yīng)有防雷擊措施,雷電流通過(guò)時(shí)不應(yīng)損壞槳葉。4地面模擬試驗(yàn)對(duì)直升機(jī)零部件在遭受雷擊后具體毀壞到什么程度,應(yīng)根據(jù)HB6129-87《直升機(jī)雷電防護(hù)要求及試驗(yàn)方法》進(jìn)行地面模擬雷擊試驗(yàn),為改進(jìn)設(shè)計(jì)及改進(jìn)防雷擊措施提供依據(jù)?？紤]到空間雷擊放電方位的不確定因素,應(yīng)選擇多個(gè)方向進(jìn)行放電沖擊。試驗(yàn)室的部件(受試件)試驗(yàn)測(cè)控框圖見(jiàn)圖2,試驗(yàn)原理參見(jiàn)圖3。4.1槳葉的熱重試驗(yàn)分金屬材料、金屬和非金屬材料以及所有的其它材料三類(lèi)。為了驗(yàn)證旋翼遭受自然雷擊后放電的能力,應(yīng)進(jìn)行縮比復(fù)合材料槳葉雷擊試驗(yàn)(弦向和展向都做)。這種試驗(yàn)應(yīng)在槳葉反復(fù)受潮后進(jìn)行,因?yàn)榫奂乃羝茉跇~內(nèi)部產(chǎn)生爆炸作用,這樣更能模擬出自然環(huán)境下遭受自然雷擊時(shí)的狀態(tài)。除此之外,還應(yīng)進(jìn)行全尺寸的試制槳葉的雷擊試驗(yàn).并要求被試槳葉盡可能與裝機(jī)使用的槳葉相同。值得注意的是,對(duì)于簡(jiǎn)化產(chǎn)品來(lái)說(shuō),零件的設(shè)計(jì)稍有改變,這就有可能產(chǎn)生兩種結(jié)果:一種是大大降低受雷擊放電電流作用的危險(xiǎn),另一種是增加受雷擊放電電流作用的危險(xiǎn)。4.2早期的熱創(chuàng)傷試驗(yàn)包括:加油口蓋、通油口、油量指示器、燃油通氣孔、放油管、油泵、油箱壁段以及這些部件上的導(dǎo)線和電纜。對(duì)于燃油系統(tǒng),應(yīng)用真實(shí)的零部件在試驗(yàn)室進(jìn)行雷擊試驗(yàn),而且油箱不裝燃油,以方便觀察在遭受雷擊時(shí)油箱內(nèi)部是否產(chǎn)生火花。在受試件附近,可以放置裝有化學(xué)計(jì)量的燃油混合物塑料袋,以幫助發(fā)現(xiàn)由于燃油起爆引起的火花。4.3后白、電阻率燈包括:航行燈(左紅)、航行燈(右綠)、航行燈(后白)、防撞燈(紅色)。對(duì)航行燈、防撞燈可采用與直升機(jī)實(shí)際長(zhǎng)度一致的電源線和屏蔽線,屏蔽線可接在與直升機(jī)等同阻抗的設(shè)備上,分別在工作和不工作狀態(tài)下進(jìn)行雷擊試驗(yàn)。4.4天線、眼底及與裝配件的裝配包括:短波天線、超短波天線、救生天線、保密機(jī)天線以及這些天線上的各型天線底座。應(yīng)用真實(shí)的天線在試驗(yàn)室進(jìn)行雷擊試驗(yàn),天線、底座和同軸電纜以及屏蔽線應(yīng)與裝機(jī)件的實(shí)際長(zhǎng)度一致。屏蔽線可接在與直升機(jī)等同阻抗的設(shè)備上。4.5高壓脈沖發(fā)生器試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)的部件或受試系統(tǒng)從規(guī)定的方向接近放電裝置。要求使用可以擊穿絕緣材料的長(zhǎng)弧放電高壓脈沖發(fā)生器,它產(chǎn)生的電流可以擊穿沒(méi)有屏蔽的電子線路及電子元器件,從而模擬自然雷擊放電是否進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部電路以及是否損壞內(nèi)部電路。5直升機(jī)操縱系統(tǒng)和部件的影響直升機(jī)基本結(jié)構(gòu)以及基本結(jié)構(gòu)與各系統(tǒng)、各部件之間應(yīng)進(jìn)行良好的搭接,形成低阻抗的導(dǎo)電通路,以保證雷電流通過(guò)時(shí)不會(huì)損壞直升機(jī)操縱系統(tǒng)和部件,不產(chǎn)生火花,不會(huì)在直升機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生500v的感應(yīng)電壓。1)傳遞雷電流用的主搭接線在雷電電弧不大可能附著的地方,其單根銅線的截面不得小于4mm2;在雷電流有可能附著的地方,其單根銅線的截面不得小于2mm2。2)搭接線與接頭應(yīng)采用螺接或壓接方式,不能采用焊接方式。5.1發(fā)動(dòng)機(jī)的搭接電阻用于防射頻干擾的搭接線一般不宜采用金屬編織線,而應(yīng)采用金屬片。1)安裝所有能產(chǎn)生電磁能或?qū)﹄姶艌?chǎng)敏感的電氣、電子設(shè)備時(shí),均應(yīng)使其外殼與直升機(jī)的基本結(jié)構(gòu)有低阻抗通路,其搭接電阻應(yīng)小于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(μΩ)。2)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)至少要有兩處搭接到直升機(jī)的基本結(jié)構(gòu)上,其搭接電阻應(yīng)不大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(μΩ)。發(fā)動(dòng)機(jī)的附件應(yīng)保持電氣連續(xù)性,以防產(chǎn)生射頻干擾。3)直升機(jī)蒙皮也要進(jìn)行防射頻干擾搭接,使蒙皮成為均勻的低阻抗通路,機(jī)身蒙皮的搭接電阻應(yīng)不大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(μΩ)。5.2接地電壓接地厚度1)電氣電子設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)搭接到基本結(jié)構(gòu)上進(jìn)行接地,其搭接電阻應(yīng)不大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(XΩ)。2)在人員可能接觸到的任意兩點(diǎn)之間,不能產(chǎn)生大于24V有效值的交流或直流電壓,以免人員觸電。5.3到基本結(jié)構(gòu)的搭接1)外部導(dǎo)體:直升機(jī)外部任一尺寸大于80mm的被絕緣的導(dǎo)體(天線除外),均應(yīng)搭接到基本結(jié)構(gòu)上,以防飛行中與氣流摩擦產(chǎn)生靜電積聚。副油箱、外掛物到基本結(jié)構(gòu)的搭接,電阻應(yīng)不大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(μΩ)。2)油箱:油箱和油箱內(nèi)的附件均應(yīng)搭接到基本結(jié)構(gòu)上,其搭接電阻應(yīng)不大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(μΩ)。每個(gè)油箱至少要有兩處搭接到基本結(jié)構(gòu)上。3)發(fā)動(dòng)機(jī):由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了防射頻干擾搭接,因此相應(yīng)也滿足了防