闪电反应:飞机闪电易损性快速评估

由Ansys Advantage Staff提供

巴西一家航空公司的数据显示，一架短途支线飞机每飞行1万小时，至少会遭受一次雷击。

对于那些害怕坐飞机的人来说，这可能太多了。但事实是，尽管乘客可能会看到一道闪光或听到一声巨响，但飞机很有可能会安全抵达目的地。幸运的是，自1988年以来，还没有发生过由闪电引起的灾难性飞机事故。¹

这并不是说运输类飞机在某种程度上不受雷击的影响，也不是说良好的记录仅仅是运气的结果。航空当局要求制造商在飞机的每个部件和系统中都设计防雷装置，然后证明他们遵守了规章制度。为了评估飞机对雷击的脆弱性，航空工程师必须了解飞机所处的特定雷击环境。传统上，这依赖于进行物理闪电测试，这是一个昂贵且通常繁琐的过程。

民用和军用飞机的制造商Ansys EMA3D电缆使用集成的MHARNESS求解器，以提高他们对飞机系统闪电响应的理解，并验证将完整的飞机模拟与完整的物理闪电瞬态分析(LTA)测试进行比较的数值方法。

一种新的认证方法

当闪电击中飞机时，会产生直接或间接的影响。直接影响包括对结构和部件的物理损坏;当闪电将瞬变电流引入电子电缆时，就会产生间接效应，导致电力激增，从而破坏或物理损坏飞行关键电子系统。尽管绝大多数事故只会导致很容易修复的小问题，但商用飞机制造商、监管机构或飞行公众都不愿意让雷击发生。这就是为什么世界各地的航空当局制定了严格的防雷标准。

作为证明飞机对闪电反应能力的一部分，制造商通常会提交物理闪电测试的结果，这些测试是在停机坪上通过产生类似闪电的能量并将其注入测试飞行器中进行的。这一过程既昂贵又复杂，需要特殊的设备、额外的人员，通常还需要足够的时间重新配置飞机，将产生闪电的探测器放置在正确的位置。总的来说，如果对同一架飞机进行其他认证测试，测试飞机可能会停飞长达一个月，日程会陷入僵局。更重要的是，物理闪电测试可能会损坏飞机，导致额外的维修延误。

仿真避免了这些类型的瓶颈，但是对于每一次仿真工作，必须确定并证明模型准确再现实验结果的能力。

作为原型运输机开发的一部分，飞机制造商使用Ansys EMA3D电缆集成MHARNESS(电缆线束电磁求解器)来模拟闪电对航空电子设备的间接影响。然后，他们将结果与传统的全飞机LTA测试进行了比较。这些技术测量由于电压和电流的突然变化而在系统中发生的临时振荡，并用于物理测试，以建立设备瞬态设计电平(etdl)和飞机实际瞬态电平(ATLs) -系统和设备必须承受的功能和安全的振幅和波形。仿真和整车测试结果非常吻合，验证了使用计算电磁学(CEM)仿真软件以类似于传统整车LTA分析的方式确定飞机atl的方法。

无与伦比的细节和准确性

为了分析闪电是如何与电子设备结合的——换句话说，闪电是如何进入从驾驶舱穿过机身的电缆和电线的——制造商首先必须根据实际的飞机设计重新创建一个模型。Ansys EMA3D Cable with MHARNESS提供了一个工作流程，允许工程师在线束中建模电缆包装，以及在整个飞机中每根电缆和电线的实际布线和空间定位。没有其他仿真软件能够像EMA3D Cable一样，以同样的细节和精度复制测试车辆的配置。

其他步骤包括: