CN108839820A - 车载式雷电直接效应的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了车载式雷电直接效应的试验装置，包括测控单元、耦合单元、输出终端以及多个发生器单元，多个发生器单元通过同轴式高压电缆连接至耦合单元，耦合单元与输出终端连接，测控单元通过工业现场总线分别与发生器单元和耦合单元连接，发生器单元具有隔断式集装箱方舱结构，包括发电机舱、直流电源箱以及发生器本体仓，发电机舱内设有可以用于野外发电的发电机，耦合单元具有无隔断式方舱结构，测控单元具有屏蔽式舱结构，本发明可以通过吊装由车辆直接运输到测试现场进行测试，也可固定在实验室进行试验；且具有较低的回路电感量。

Description

车载式雷电直接效应的试验装置

技术领域

本发明涉及雷电直接效应技术领域，尤其涉及车载式雷电直接效应的试验装置。

背景技术

雷电对飞机的直接效应除包含有包含着大电流引发的磁场力及焦耳热效应外，还包含雷电高压冲击波的冲击力效应。美国机动工程师协会SAE、美国军用标准MILSTD和欧洲民航组织EUROCAE对飞机 及其部件的雷电直接效应的试验波形和试验方法做了详细规定。大飞机等航空器不同区域采用雷电直接效应用电流A分量、B分量、C分量和 D分量的组合进行测试，但现有的测试装置一般固定在实验室内，无法进行户外测试，而且测试过程中的回路电感量相对较高，影响测试效果。

发明内容

本发明的目的在于提供车载式雷电直接效应的试验装置，可以通过吊装由车辆直接运输到测试现场进行测试，也可固定在实验室进行试验；且具有较低的回路电感量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：车载式雷电直接效应的试验装置，包括测控单元、耦合单元、输出终端以及多个发生器单元，多个所述发生器单元通过同轴式高压电缆连接至耦合单元，所述耦合单元与输出终端连接，所述测控单元通过工业现场总线分别与发生器单元和耦合单元连接，所述发生器单元为4个，分别为A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器，所述耦合单元包括以并联方式排列的第一去耦装置、第二去耦装置、第三去耦装置以及第四去耦装置，所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器均具有隔断式集装箱方舱结构，该隔断式集装箱方舱结构包括发电机舱、直流电源箱以及发生器本体仓，所述A分量发生器的发生器本体舱内设有第一分量发生器本体，该第一分量发生器本体通过CRL放电回路与第一去耦装置相连，所述B分量发生器的发生器本体舱内设有第二分量发生器本体，该第二分量发生器本体通过CRL放电回路与第二去耦装置相连，所述C分量发生器的发生器本体舱内设有第三分量发生器本体，该第三分量发生器本体通过IGBT恒流放电回路与第三去耦装置相连，所述D分量发生器的发生器本体舱内设有第四分量发生器本体，该第四分量发生器本体通过CRL放电回路与第四去耦装置相连；所述耦合单元具有无隔断式方舱结构，所述测控单元具有屏蔽式舱结构。

作为进一步的优化，所述发电机舱内设有可以用于野外发电的发电机。

作为进一步的优化，所述第一去耦装置和第四去耦装置均为隔离开关，所述第二去耦装置为二级去耦网络，所述第三去耦装置为三级组合式去耦网络。

作为进一步的优化，所述二级去耦网络包括一级去耦和二级去耦，所述一级去耦由电感和电容组成，所述二级去耦由二极管和负载电阻组成；所述三级组合式去耦网络包括一级去耦、二级去耦以及差模去耦，所述差模去耦由电感和电容组成。

作为进一步的优化，所述测控单元包括控制系统及测量系统，所述控制系统包括分别与所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器相连的4台独立控制器、以及用于集中控制所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器的总控制器，所述总控制器上设有用于调节波形输出时间的延时控制装置。

作为进一步的优化，所述输出终端包括支架，所述支架上设有高压输出头和低压端，所述低压端设有与飞机外形结构相似的回流网，所述回流网距离飞机外表层的距离为30-50cm，所述高压输出头上设有绝缘球和用于连接飞机测试点的引弧丝。

作为进一步的优化，所述绝缘球的直径为5cm。

作为进一步的优化，所述引弧丝为细铜丝。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

1.本发明采用模块化结构设计，整套装置由4个分量的单独发生器、4合一耦合去耦单元、以及测控单元组成，一共由6个可移动的方仓组成，发生器单元内部集成发电机，可通过吊装由车辆直接运输到测试现场进行测试，也可固定在实验室进行试验；

2.在飞机外部根据飞机尺寸制作回流层，回流层与飞机机体之间距离约30-50cm，注入时以同轴回流方式与发生器输出端连接，可有效降低回路电感量。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明隔断式集装箱方舱结构的示意图。

图3为本发明第二去耦装置的示意图。

图4为本发明第三去耦装置的示意图。

图5为本发明输出终端的示意图。

图中，1.发电机舱；2.直流电源箱；3.发生器本体仓；4.发电机；5.支架；6.高压输出头；7.低压端；8.绝缘球；9.回流网。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，车载式雷电直接效应的试验装置，包括测控单元、耦合单元、输出终端以及多个发生器单元，多个发生器单元通过同轴式高压电缆连接至耦合单元，耦合单元与输出终端连接，测控单元通过工业现场总线分别与发生器单元和耦合单元连接，发生器单元为4个，分别为A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器，耦合单元包括以并联方式排列的第一去耦装置、第二去耦装置、第三去耦装置以及第四去耦装置，A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器均具有隔断式集装箱方舱结构，如图2所示，该隔断式集装箱方舱结构包括发电机舱1、直流电源箱2以及发生器本体仓3，发电机舱1内设有可以用于野外发电的发电机4；A分量发生器的发生器本体舱内设有第一分量发生器本体，该第一分量发生器本体通过CRL放电回路与第一去耦装置相连，B分量发生器的发生器本体舱内设有第二分量发生器本体，该第二分量发生器本体通过CRL放电回路与第二去耦装置相连，C分量发生器的发生器本体舱内设有第三分量发生器本体，该第三分量发生器本体通过IGBT恒流放电回路与第三去耦装置相连，D分量发生器的发生器本体舱内设有第四分量发生器本体，该第四分量发生器本体通过CRL放电回路与第四去耦装置相连；耦合单元具有无隔断式方舱结构，测控单元具有屏蔽式舱结构。

本发明既可以满足实验室进行雷电直接效应大电流试验测试，同时可满足在户外大型装备不方便进入试验室时的机动测试，整套系统采用六辆方仓式车载模块组装在一起使用，现场安装方便，方仓整体采用防雨防潮设计，可在户外恶略环境下使用，使用时只需要将各模块之间互联线缆连接即可，整个连接过程可控制在1个小时内完成。

其中，A分量发生器、B分量发生器以及D分量发生器均采用CRL放电回路，减少了Crowbar开关，故障点减少，系统稳定性大大提高，Crowbar方案一般有两种，一种为机械间隙式，可靠性极差；另一种是非间隙电子开关式，此方案由于是电子开关会受地信号干扰误触发，可能会造成电子开关不可逆的损坏，而电子开关价格极高，一套需要几十万至上百万成本，在户外测试时受接地不良或回路连接错误等都会造成此问题，综合考虑使用电容器储能直接放电方案，成本略高，但系统可靠性将大大提高。

测控单元包括控制系统及测量系统，控制系统包括分别与A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器相连的4台独立控制器、以及用于集中控制A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器的总控制器，总控制器上设有用于调节波形输出时间的延时控制装置。

4台独立控制器可以分别对A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器进行单独的控制，总控制器可以对4套发生器进行自动控制，只需要在参数设置页面简单设置几个波形的参数，点击运行按钮即可实现对全部四套发生器进行全自动运行，包括所有发生器的触发球位置、充电等动作全部自动完成，四套发生器的放电顺序通过SPC6实现时序顺序控制，波形自动显示并计算参数，输出试验报告，整套试验流程实现一键完成测试，一个人即可完成所有试验操作。

第一去耦装置和第四去耦装置均为隔离开关，第二去耦装置为二级去耦网络，第三去耦装置为三级组合式去耦网络，如图3至图4所示，二级去耦网络包括一级去耦和二级去耦，一级去耦由电感和电容组成，二级去耦由二极管和负载电阻组成；三级组合式去耦网络包括一级去耦、二级去耦以及差模去耦，差模去耦由电感和电容组成。

如图5所示，输出终端包括支架5，支架5上设有高压输出头6和低压端7，低压端7设有与飞机外形结构相似的回流网9，回流网9距离飞机外表层的距离为30-50cm，高压输出头6上设有绝缘球8和用于连接飞机测试点的引弧丝，绝缘球的直径为5cm，引弧丝为细铜丝。

在飞机外部根据飞机尺寸制作回流层，汇流层与飞机机体之间距离约30-50cm，发生器输出端通过支架将高压输出头连接至需要大电流注入的试验检测点，输出电极上安装直径5cm的绝缘球，使放电电极距离放电点距离大于5cm，另外可通过引弧丝将电极与测试点连接，可起到在放电初始阶段使电极与测试点直径形成放电通道，需要注意的是引弧丝一般使用0.1mm直径的细铜丝，当电流通过引弧丝时，在电流通道形成时引弧丝受高温气化形成等离子体通道，使后续电流电弧顺利泄放；整机进行雷电试验，最大的问题在于飞机体积大，发生器电压高，这在回路连接过程中会产生较大的电感量，整体电感量=发生器本体电感量+连接导线电感量+去耦单元电感量+被测产品回路电感量，理论回路允许最大电感量8uH，波形最佳电感量6uH，通过以上设计方案，通过分析，整体电感量=1+1.5+1+3.6=7μH，，可满足现场试验要求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.车载式雷电直接效应的试验装置，包括测控单元、耦合单元、输出终端以及多个发生器单元，多个所述发生器单元通过同轴式高压电缆连接至耦合单元，所述耦合单元与输出终端连接，所述测控单元通过工业现场总线分别与发生器单元和耦合单元连接，所述发生器单元为4个，分别为A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器，所述耦合单元包括以并联方式排列的第一去耦装置、第二去耦装置、第三去耦装置以及第四去耦装置，其特征在于，所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器均具有隔断式集装箱方舱结构，该隔断式集装箱方舱结构包括发电机舱、直流电源箱以及发生器本体仓，所述A分量发生器的发生器本体舱内设有第一分量发生器本体，该第一分量发生器本体通过CRL放电回路与第一去耦装置相连，所述B分量发生器的发生器本体舱内设有第二分量发生器本体，该第二分量发生器本体通过CRL放电回路与第二去耦装置相连，所述C分量发生器的发生器本体舱内设有第三分量发生器本体，该第三分量发生器本体通过IGBT恒流放电回路与第三去耦装置相连，所述D分量发生器的发生器本体舱内设有第四分量发生器本体，该第四分量发生器本体通过CRL放电回路与第四去耦装置相连；所述耦合单元具有无隔断式方舱结构，所述测控单元具有屏蔽式舱结构。

2.根据权利要求1所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述发电机舱内设有可以用于野外发电的发电机。

3.根据权利要求1所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述第一去耦装置和第四去耦装置均为隔离开关，所述第二去耦装置为二级去耦网络，所述第三去耦装置为三级组合式去耦网络。

4.根据权利要求3所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述二级去耦网络包括一级去耦和二级去耦，所述一级去耦由电感和电容组成，所述二级去耦由二极管和负载电阻组成；所述三级组合式去耦网络包括一级去耦、二级去耦以及差模去耦，所述差模去耦由电感和电容组成。

5.根据权利要求1所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述测控单元包括控制系统及测量系统，所述控制系统包括分别与所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器相连的4台独立控制器、以及用于集中控制所述A分量发生器、B分量发生器、C分量发生器以及D分量发生器的总控制器，所述总控制器上设有用于调节波形输出时间的延时控制装置。

6.根据权利要求1所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述输出终端包括支架，所述支架上设有高压输出头和低压端，所述低压端设有与飞机外形结构相似的回流网，所述回流网距离飞机外表层的距离为30-50cm，所述高压输出头上设有绝缘球和用于连接飞机测试点的引弧丝。

7.根据权利要求6所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述绝缘球的直径为5cm。

8.根据权利要求7所述的车载式雷电直接效应的试验装置，其特征在于，所述引弧丝为细铜丝。