某型雷达天线罩雷电防护技术的研究

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1、中国航空学会2007年学术年会材料专题49某型雷达天线罩雷电防护技术的研究11213蔡良元温磊冯便便崔溢段泽民12北京航空材料研究院北京100095中国第一飞机设计研究院西安7100893合肥电物理技术有限责任公司合肥230088摘要飞机的雷达天线罩对雷击比较敏感，容易遭受雷击，雷击对飞行安全造成了极大的隐患，因此飞机的雷达天线罩必须采取有效的雷电防护措施，保护天线罩和罩内天线等设备安全。本文介绍了某型雷达天线罩的雷电防护措施、试验和结果，说明了天线罩雷电防护设计基本原则、雷电分流条的布置和选择原则。关键词雷达天线罩雷

2、电防护分流条1前言雷电是大气环境中的一种自然现象，一般由起始高电流脉冲、持续电流和高电流反复脉冲组成。在地球大气中，平均每天约发生800万次雷电。雷电电压可达亿伏以上量级，其中电流幅值高达200kA以上的雷电约占雷电总数的2%左右，即全球每天约有16万次雷电流幅值达200kA以上的雷电发生，5雷电等离子体通道可长达数千米以上，雷电流的变化率可达10A/μs量级。巨大的雷电能量和巨大的雷电电磁脉冲使得飞行事故时有发生，有些是灾难性的。美国军方七十年代10年间的雷击事故统计表明，10年间平均每年有一架飞机遭雷击而坠毁，各种

3、等级事故每年则不下百起。统计表明，一架固定航线的飞机，平均每年要遭到一次雷击。一架军用飞机，在其寿命周期内，平均要遭到两次雷击。迄今为止，已有很多架飞机遭受雷击，并且造成了机毁人亡事故，这些雷击事故严重影响着航空航天的安全。由于复合材料的导电率低于金属材料，特别是具备透波性能的雷达天线罩，是一种绝缘材料结构，遭受雷击时比其他结构更容易破坏，同时，未受保护的透波复合材料结构对机载电子、电气系统电磁屏蔽没有保护能力，因强烈的闪电流使雷达罩内的天线发生损伤，并进入设备内导致系统出现故障，因此必须采取有效的措施，解决雷达天线罩

4、的雷电防护问题，保护天线罩和天线罩内的电气设备。本文叙述了某型雷达天线罩的雷电防护系统的设计，雷电防护系统的安装，雷电防护试验过程和试验结果。2天线罩雷电防护系统设计该型雷达天线罩位于飞机的机头，为玻璃钢Nomex蜂窝夹芯结构，为双曲形面，周边结构为金属包边。电性能基本要求为：平均功率传输系数≥85％，最小功率传输系数≥75％。2.1天线罩雷电分区根据GJB3567《军用飞机雷电方法鉴定试验方法》和HB6129《飞机雷电防护要求及试验方法》[1][2]要求，飞机雷电附着区域如图1所示，故确定该型雷达天线罩雷电环境为1区

5、。1中国航空学会2007年学术年会材料专题49图1飞机雷电附着区域示意图2.2天线罩雷电防护设计原则位于1区的天线罩雷电防护设计原则如下：（1）天线罩位于雷电1区，这样连接雷击进入点与离开点之间的天线罩表面导电通道应具有多次传输200±20kA峰值电流和在1～2s内传输500C电荷量的能力。（2）雷电防护系统应能可靠地运作，能有效地保护天线罩及罩内的电气设备，雷击落在防护系统上，而不是落在天线罩上。（3）采用雷电防护系统必须兼顾电性能设计要求，雷电防护系统防护系统对电磁波的阻挡和反射要小，不能引起超越指标要求的天线罩电

6、性能降低。（4）雷电防护结构与飞机的雷击导电通道应有良好的电连接，稳定可靠。（5）选用的防护系统及其采用的工艺方法都不应该破坏天线罩的结构性能。（6）雷电防护系统能牢固地固定在天线罩结构上，防止由于飞行过程中雨冲击及雷击电磁力的冲击而脱落。（7）天线罩雷电防护系统必须考虑可维修性，维护方便。（8）采用分流条防护系统时应考虑分流条尽量布置在天线电场的弱能量区域。根据外形大小确定分流条的间距、数量和危险着雷区、着雷点。在保证有良好的雷电防护性能条件下，分流[3]条应尽量少而短。在布置时要考虑与罩内设备相对位置要合理，在罩表

7、面安装要合理。（9）考虑防护系统的经济性和成本。根据以上设计原则，该型雷达天线罩采用了分流条系统进行雷电防护，试验验证采取该种防护2中国航空学会2007年学术年会材料专题49系统是有效的。2.3雷电分流条的布置天线罩非导电材料制成，对雷电附着就更加敏感，兼顾电性能设计要求和外形，根据计算和经验分析，按照天线罩顺气流方向放置分流条，便于闪电扫击再次附着在分流条上，通过分流条与边框连接，以便电流传入结构，分流条的间距300mm～600mm。该型雷达天线罩外形为航向对称分布，因此对称布置为4根分流条，如图1所示。图2天线罩雷

8、电分流条布置2.4天线罩雷电分流条的选择目前在机头雷达天线罩使用的分流条一般有三种，见表1。表1机头雷电天线罩常用分流条及其比较分流条种类安装方法优点缺点连接紧固，造价低廉相对较重螺接、胶接、铆接或纯金属分流条导通性良好对电性能影响较大复合连接维护费用低，可修理复杂形状表面安装较为困难受形状影响较小相对较重，价格昂贵纽扣分流条结构