[發明專利]一種基于閃電最短路徑空間幾何拓撲原理的雷電分區方法

有效

• 申請號: 201711184951.9
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108052702B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王萬富;陳奇平
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明公開了一種基于閃電最短路徑空間幾何拓撲原理的雷電分區方法，其包含：S1、將目標CAD模型劃分成網格模型；S2、讀取目標網格模型文件，并構建網絡節點的數據矩陣；S3、建立目標表面網格節點相切雷擊球體的中心點坐標數據矩陣，構建雷擊球體并計算雷擊附著點的拓撲特征；S4、根據步驟S3的結果判斷和計算飛機目標表面的雷擊接觸點的雷擊概率特性；S5、重復執行步驟S3~S4以計算并統計所有雷擊球體半徑下的同一雷擊接觸點的雷擊概率，得到飛機目標的雷擊附著點分布結果。其優點是：可以有效地為航空飛行器雷電防護設計與驗證試驗、適航符合性試驗提供參考依據。

技術領域

本發明涉及飛行器電磁環境效應技術領域，具體涉及一種基于閃電最短路徑空間幾何拓撲原理的雷電分區方法。

背景技術

雷電是最常見的自然現象之一，對于各類航空器，隨著電子設備和新型復合材料的大量采用，雷電會對其運行安全造成影響，甚至可能造成災難性的事故。以航空飛機為例，當飛機遭到雷擊時，機身頭錐和垂尾頂部常常成為雷電的進出口，此時機身結構成為雷電傳輸通道，瞬態大電流沿機身結構流過，機外和機內出現的瞬態電磁場通過機內設備互連線束耦合，在電子電氣設備接口出現瞬態高電壓和大電流，輕則造成機載電子電器設備性能紊亂或降低、重則機毀人亡。因此，在航空器設計時必須進行雷電防護設計。

雷電分區是雷電防護設計的第一步，能夠為航空器的雷電防護設計和風險評估提供重要依據。雷電分區的目的是為了確定可能出現的雷電通道附著點位置以及雷擊出入點之間雷電流流經的區域，確定航空器不同區域采用對應級別的雷電防護設計和措施，以減少雷擊現象對航空器的影響。

目前，雷電分區的主要方法包括相似類比法、試驗法和仿真法。相似類比法是指已有類似結構的航空器雷電分區經驗，且已通過了權威部門或適航機構的認證和鑒定，采用類似分析的方法對新設計或派生的改裝航空器進行雷電分區。但是此方法要求航空器每一部分與之前驗證過的航空器相似，如果需要分區的航空器與已鑒定過的航空器之間存在較大改變或機身表面電導率有所改變，則無法采用相似類比法進行雷電分區。目前公認的雷電分區試驗是飛機雷電附著點試驗，試驗主要依據為GJB 3567《軍用飛機雷電防護鑒定試驗方法》、航標HB6129《飛機雷電防護要求及試驗方法》、SAE ARP5414 《航空器雷電分區》、SAE ARP5416《航空器雷電效應試驗方法》等標準開展，在實驗室對飛機的全尺寸或者縮比模型進行高壓放電試驗，并記錄附著區域。溫浩等人于2006年發表的學術論文《飛機模型雷擊附著點試驗研究》中也提到了類似的方法，采用沖擊電壓發生器對飛機的縮比模型進行雷擊附著點試驗。飛機雷電附著點試驗雖然是目前較廣泛采用的雷電分區方法，但該試驗成本耗費大、試驗周期長，并對試驗人員有高壓觸電危險，存在諸多局限性。隨著計算機技術的迅速發展，雷電分區仿真方法已逐漸應用于航空器雷電效應防護設計工作中。

檢索了國內外在雷電分區仿真方面公開發布的知識產權和發表文獻，未檢索到本發明涉及的基于閃電最短路徑空間幾何拓撲原理的雷電分區方法，具體檢索結果如下：

1)發明專利檢索情況

(1)北京航空航天大學趙小瑩等人于2016.2.17獲得發明專利《一種生成飛行器初始雷擊附著點的方法》(專利申請號CN201310159421.4)的授權。該發明專利公開了一種生成飛行器初始雷擊附著點的方法，屬于飛行器雷電直接效應仿真技術領域。該發明首先選定模擬區域，計算每次放電通道向各個可能擊穿點發展的概率，通過輪盤轉法依概率確定可能擊穿點的一個為下一個擊穿點后，計算該可能發展的放電點的電勢，并據此調整模擬區域的邊界條件，重復計算直到滿足雷電通道擊中飛行器或下行先導發展至求解空間邊界為止。記錄每次放電過程中雷電擊中飛行器某一個部位的次數，得到該部位的雷擊概率。該方法采用基于電場的仿真方法，未涉及本發明基于空間幾何拓撲原理的仿真方法。