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米乐m6官网:飞机闪电防护设计中雷电抑制器的应用

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日期2022-11-27 02:30:32 来源:乐米体育首页 作者:米6米乐体育app 人气:21

  针对飞机闪电防护要求,本文介绍了雷电抑制器的种类及其在飞机 领域的应用与选用方法。

  飞机各种空难中气象灾难约占总灾难 50 %,雷电灾难 约占飞机气象灾难的 60 %,且近年来有上升趋势。雷电灾难 中直接效应约占 70 %,间接效应约占 30 %,明显的间接效 应约占 20 %。复合材料在飞机结构中的大量使用,以及大规 模集成电路、超大规模集成电路和互补金属氧化物半导体技 术及计算机技术在航空电子系统中的广泛应用,致使雷电在 飞机内的瞬变感应更加复杂,电子设备对雷电瞬变感应也更 为敏感。

  飞机在遭遇雷击时,雷电会对飞机产生不利甚至巨烈破 坏的效应。因表现形式的不同,分为直接效应和间接效应。间接效应为雷电在电子和电气设备中产生的过电压和过电流 造成损坏或干扰。选用雷电抑制器是飞机雷电间接效应防护 中的重要措施之一,它的作用是将由飞机导线引入的高危的 雷电流或雷电感应电流泄放掉,抑制它们进入电子设备内部, 从而保护飞机线路及设备免受雷电之害。

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  雷电抑制器是一种过电压保护限制器,具有瞬态抑制电 压功能,可以对电路的设备进行保护,防止因雷击产生的高 电压大电流或在机身内部线路上因开口缝隙或结构 IR 阻性 电压耦合产生的感应电流而造成损坏。雷电抑制器通常与被 保护电气设备并联,当过电压瞬间高于某个数值时,雷电抑 制器阻抗迅速下降,导通大电流,限制其两端之间的电压不 超过规定值,保护电气设备;当电压低于雷电抑制器工作电 压值时,雷电抑制器呈高阻状态,近乎开路,不会影响电气 设备工作。

  雷电抑制器的硬响应特性是:当线路电压超过雷电抑制 器的击穿电压时,雷电抑制器的绝缘阻抗立刻急剧下降,放电能力变强,与此同时被保护设备两端的电压差亦相应增高。电压差一旦超过被保护设备的承受能力,雷电抑制器就起不 到限制电压的作用。为防止雷电抑制器绝缘劣化造成线路短 路,一般在雷电抑制器前面配备过流保护空气开关或保险丝, 其额定电流应小于雷电抑制器的最大短路允许强度,并且将 雷电抑制器紧靠被保护设备安装。

  雷电抑制器为雷电流提供旁路,避免雷电引起的过电压 和过电流造成的设备损坏或干扰。按抑制释放雷电流的类别 而分为大电流和小电流两种,按采用器件的多寡分为元器件 和复合型两种。

  大电流雷电抑制器:防护机外设备如防撞灯等引入飞机 内部线路的雷电电流,其工作原理为高电压大电流旁路。大 电流雷电抑制器耐受雷电感应电流能力强,通常加装在机外 电子电气设备以及重要汇流条上的回路上。

  小电流抑制器也称元器件雷电抑制器:防护机身内部线 路上因感应电压耦合产生的感应电流,其作用机理是抑制过 电压,并泄放感应电流。小电流抑制器泄放雷电能力不如大 电流雷电抑制器,但在雷电瞬态敏感度等级要求不严苛的设 备处,其性价比较高。主要有气体放电管、压敏电阻和瞬态 电 压 抑 制 管 TVS(Transient Voltage Suppressor), 通 常加装在重要电子电气设备上。民用飞机中通常选用 TVS 管防护机内重要设备线路接口,其特性曲线 所示。

  复合型雷电抑制器:含雷电抑制器元器件(如:TVS) 和滤波电路,因设备或系统所在的位置与使用要求的不同, 可以简单,亦可以复杂。其常用于相对要求高的线路、设备 或系统。

  滤波电路;由电容、电感、电阻及其他电子器件构成的 以滤除无用或有害的频率电流,以保障线路、设备或系统正 常工作的电路。

  滤波电路因线路、设备或系统要求的不同,可以简单, 亦可以很复杂。其可因滤波的范围不同而分为:低通滤波电 路、高通滤波电路、带通滤波电路和带阻滤波电路。

  通常,复合型雷电抑制器可分为信号雷电抑制器、电源 雷电抑制器、天线馈线雷电抑制器等。

  飞机雷电间接效应通常以两种形式出现,一为雷电通过 导体将雷电电流直接引入飞机如天线、空速管加温线、外部 灯具导线等,对飞机及其线路产生危害;二为沿机体扫掠和 流动的雷电电流在飞机线路中产生有害的感应电压,主要包 括磁感应电压、结构阻性电压、容性感应电压。

  天线、螺旋桨、空速管、外部灯具等大都安装在飞机外 部。如果没有稳妥的保护,雷电就可能将其击毁,将雷电电 流自天线信号线、螺旋桨加温导线、空速管加温导线或灯具 灯丝导线等引入飞机内部线路。如果线路阻止雷电流的扩散, 或者雷电电流所占的通路里载流能力有限,那么,雷电电流 对飞机的破坏程度会更深。

  机外设备的导线将雷电电流引入机体内部的防护方法, 一是按机外设备直接效应防护设计要求严格进行直接效应防 护设计,把好雷电附着或扫掠冲击不致毁坏设备这一关。同 时,为防万一,在设备导线的端接处接入大电流雷电抑制器, 能有效地释放进入的雷电流。针对机载天线因受到瞬时雷电 冲击而在信号传输线上产生的巨大感应电流,也可选择天线 馈线

  感应电压雷电流附着和扫掠时,会产生强磁场和瞬态电场,一部 分磁通量通过电磁开口(如:风挡、窗口、口盖缝隙、复合 材料蒙皮及整流罩)穿透到飞机内部,在机内设备互联线束 上感应出瞬态高电压和大电流,而瞬态电场通过电磁开口会 感应出位移电流,在设备电路上产生容性感应电压。

  雷电流流经机身时,机身的结构电阻所产生的阻性电压, 对于铝材良导体结构,结构 IR 电压值很小;而对于碳纤维复 合材料结构,结构 IR 电压值很大,尤其是复合材料结构,结 构电阻可达 10mΩ 量级,200kA 的雷电流将产生上千伏的电 压,该电压可能出现在设备与安装结构、设备与设备之间。

  针对此类感应电压,可选择合适的雷电抑制器并联接入 设备端口处,雷电抑制器串接保险丝接地,如图 2 所示。纳 s 级的雷电波在对地泄放时产生的地电压反击和雷电波侵入 的作用时间可能被延长至毫 s 级甚至更长。在选择雷电抑制 器和保险丝时,应根据雷电抑制器的最大允许熔丝电流、线 路的进线容许短路电流和设备的负荷综合考虑。

  选用方法根据被保护线路的额定电压以及可能遭受的雷电瞬态敏 感度等级(见表 1)选择适合的雷电抑制器。

  本文为研发人员提供了民用飞机机载电子电气设备雷电 防护设计过程中雷电抑制器的应用方法,并根据雷电抑制器 产品给出的电气参数选择具体型号,为今后雷电抑制器在民 用飞机机载电子电系系统雷电防护设计过程中的应用提供一 定的借鉴作用。

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