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地面雷电试验

地面系统所处环境与飞机不同,相对于雷电通道而言SUT是固定不动的。因此,雷击区域的划分不像飞机那样有诸多类型。可将地面平台雷击区域划分为两个:1B区和3区。按照这一分区,在1B区主要关注雷电电弧接触引起的直接效应和大电流流过引起的间接效应,而在3区则主要关注雷电间接效应。针对地面系统的具体雷电试验项目及其适用性如下表所列:

试验项目试验对象
雷电直接效应试验储存状态下的军械和有直接雷击防护要求的系统局部结构
直接雷击引起的间接效应试验暴露状态下的军械
脉冲电磁场效应试验暴露在雷电通道附近的系统分系统
雷电传导耦合注入试验


适用范围

本部分对应GJB8848-2016中方法402“地面系统雷电试验方法”。该方法适用于具有雷电防护要求的地面系统和军械,验证其是否满足雷电直接效应和雷电间接效应防护要求。具有雷电防护要求的舰船局部结构及舰载设备和分系统、空间系统的地面设备可参照执行。地面系统中,武器装备特别是电起爆装置(EID)最易受到直接雷击的影响,因而是雷电直接效应的主要关注对象之一,其余如燃油系统等受雷电直接效应的影响不如航空多见,但也可参照之。

雷电试验具有毁伤危险,应根据SUT雷电防护状态对试验等级进行评估并以大纲的形式明确。在开展军械系统雷电试验时,所有易燃、易爆材料应从SUT中移除;专门开展敏感性试验的初级起爆装置和起爆火工品除外。

直接效应试验

地面系统雷电直接效应试验的测试区域包括B区和3区,主要是1B区。地面系统的1B区通常位于SUT的突出位置、边缘部分等。

一般情况下带有避雷设施的地面目标,可不考虑雷电的直接效应;但对于某些有特殊防直击雷击要求的军械,根据GJB1389A-2005的规定仍然要开展直接效应的试验验证。此外,由于地面设施的最高点及顶面边缘比较明确,在直接效应试验中,可将它们作为附着点进行大电流物理损毁试验,而不必进行高电压附着试验来发现容易遭受雷击的区域以及雷电的初始附着点。因此,对于地面系统雷电的直接效应试验仅安排了大电流的注入试验。

直接雷击引起的间接效应试验

雷击发生时,大电流流经装备表面,可能通过耦合或者感应在装备内部的电子电气设备连接端口产生较大的浪涌信号,导致设备功能异常或者误动作,甚至损毁。试验系统主要包括脉冲电流发生器、回路导体系统、注入电流监测探头、耦合电流监测探头、电压监测探头以及光纤传输系统(包括光发射机、光纤、光接收机)等。

脉冲电流发生器包括三个部分,分别模拟满足雷电间接效应波形要求的分量A、分量D以及多重冲击波形。注入电流监测探头有2个,结合光纤传输系统分别用来监测雷电流A、D两个分量,测量系统指标应满足各分量脉冲的测量要求。耦合电流监测探头和电压监测探头结合光纤传输系统主要用来测量军械中电起爆装置的感应电流电压,其指标应满足实际情况需要。

需要说明的是,在地面系统直接雷击引起的间接效应试验方法中,试验步骤将冲击电流幅度由高到低分为至少3个等级,且最高幅度不超过50kA。这里将注入电流幅度分成至少个等级的目的主要有两个:一是判断能否将系统响应线性外推至威胁量级;二是避免过大电流引起的不必要危害。另外,GJB1389A-2005中关于雷电间接效应中的多重脉冲组波形(H波组合)在这里不做考虑,因为H波主要针对高空设备,对地面系统不做要求。

脉冲电磁场效应试验

系统遭受直接雷击引起的间接效应往往比邻近雷击产生的间接效应严重,因此在ARP5412中,没有给出邻近雷击的电磁场环境,或者说飞机不需要进行邻近雷击产生的间接效应试验。对于地面系统,遭受直接雷击引起的间接效应概率远小于邻近雷击产生的间接效应概率,因此需要额外关注邻近雷击产生的间接效应。另外,有的地面系统只要求经受一个邻近雷击以后满足其工作性能要求,而并不要求经受住直接雷击。对于邻近雷击产生的水平磁场环境,可以建立云地闪的垂直线电荷模型,根据安培定律求得磁场强度。当邻近雷击非常近时,电场峰值可以达到3×10V/m

地面系统脉冲磁场效应试验时,受试设备距两电流环等距,安装在一个非导电平台上。两环之间的轴向距离为D/2,适当选取电流环的直径,给受试设备和两环之间留出足够的空隙。两电流环以串联方式连接,圆环中心的轴向磁场峰值可以按式H=1.43/D进行估算,单位A/m,其中/为圆环中的电流峰值。