飞行器雷电效应多物理场仿真研究-Comsol

飞行器雷电效应多物理场仿真研究飞行器雷电效应多物理场仿真研究段雁超1,熊秀1,范晓宇11西安爱邦雷电与电磁环境实验室Abstract飞行器遭受雷击时会产生多物理效应，包括电磁感应效应、热效应和电磁力效应等。建立三维电磁、电磁-热耦合、电磁-热-力耦合等多种典型模型进行仿真分析，通过对电势、电流、温度、电磁场和力等物理量的分析，研究飞机附着点、雷电防护布局、雷电流分布、金属网/复合材料熔蚀、机舱内电磁场分布、油箱缝隙打火、结构受力等问题。仿真结果在不同程度上可以为飞行器的雷电防护提供重要参考和设计依据。本文以COMSOLMultiphysics多物理场耦合软件为仿真分析工具，建立多种典型问题模型进行计算并对结果分析，说明雷电及其相关问题可以通过仿真分析进行评估和解决。Reference[1]赵玉龙，刘光斌，余志勇．飞行器雷击附着点数值仿真研究[J]．微波学报，2012，28(4)：39-42．ZHAOYulong,LIUGuangbin,YUZhiyong.Researchonlightningattachmentpointssimulationforaircraft.JournalofMicrowaves[J].2012,28(4):39-42(inChinese).[2]高成，宋双等，郭永超等．飞机雷击附着区域的划分仿真研究[J]．电波科学学报2012，27(6)：1238-1243．GAOCheng,SONGShuang,GUOYongchao,etal.Studyofnumericalsimulationofaircraftattachmentpointsandlightningzoning[J].ChineseJournalofRadioScience,2012,27(6):1238-1243(inChinese).[3]刘光斌，滕向如，余志勇等．基于雷电流注入的圆柱表面电流分布仿真研究[J]．高电压技术，2015，41(1)：94-99．LIUGuangbin,TENGXiangru,YUZhiyong,etal.Simulationresearchonsurfacecurrentdistributionofcircularcylinderbasedonlightningcurrentinjection[J].HighVoltageEngineering,2015,41(1):94-99(inChinese)．[4]OgasawaraT,HiranoY,YoshimuraA,etal.Coupledthermal-electricalanalysisforcarbonfiber/epoxycompositesexposedtosimulatedlightingcurrent[J].CompositesPartA:AppliedScienceandmanufacturing,2010,41(8):973-981.[5]FeraboliP,MillerM.Damageresistanceandtoleranceofcarbon/epoxycompositecouponssubjectedtosimulatedlightingstrike[J].CompositesPartA:AppliedScienceandManufacturing,2009,40(6-7):954-967.[6]Abdelal,G.,Murphy,A..Nonlinearnumericalmodelingoflightningstrikeeffectoncompositepanelswithtemperaturedependentmaterialproperties[J].CompositeStructures,2014,109(1):268-278.[7]张彬，陈晓宁等．飞机复合材料热电耦合仿真分析研究[J]．玻璃钢/复合材料，2015(1)：33-37．ZHANGBin,CHENXiaoning,etal.Thermal-electricalsimulationanalysisofaircraftcomposite[J].FRP/CM,2015(1):33-37(inChinese).[8]王志平，于鸽，胡玉良等．飞机复合材料表面导电层的复合材料仿真研究[J]．中国民航大学学报，2011，29(6)：22-26．WANGZhiping,YUGe,HUYuliang,etal.Studiesonlightningsimulationofsurfaceconductivelayerofaircraftcompositematerial[J].JournalofCivilAviationUniversityofChina,2011,29(6):22-26(inChinese).[9]丁宁，赵彬，刘志强．复合材料层合板雷击烧蚀损伤模拟[J]．航空学报，2013，34(2)：301-308．DINGNing,ZHAOBin,LIUZhiqiang,etal.Simulationofablationdamageofcompositelaminatessubjectedtolightningstrike[J].ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2013,34(2):301-308(inChinese).[10]赵忠义，唐召胜，黄海龙．飞机舱内雷电电磁环境仿真研究[J]．电波科学学报，2015，30(2)：391-395．ZHAOZhongyi,TANGShaosheng,HUANGHailong.Simulationresearchonlightningelectromagneticenvironmentofaircraftcabin[J].ChineseJournalofRadioScience,2015,30(2):391-395(inChinese).FiguresusedintheabstractFigure1Figure1:飞机雷电附着点仿真结果Figure2Figure2:雷电环境下机头雷达罩的电势分布Figure3Figure3:雷击金属铝板的电流分布Figure4Figure4:雷击金属方舱的电磁场分布