CN114162346A - 一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，用于通过地面试验的方式获取待测飞机表面不同位置处的沉积静电分布特性，包含步骤：S1：基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算和验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果；S2：基于缩比飞机计算机仿真模型，制作缩比飞机实体模型，并搭建地面试验环境；S3：基于地面试验环境，实施地面试验，获取地面试验结果；S4：基于经验证的缩比飞机计算机仿真结果，对比验证地面试验结果。本发明可在一定程度上替代飞机飞行试验，解决了飞机飞行试验费时费力费钱的弊端，为飞机的静电防护设计和安全性评估提供了有效验证手段。

Description

一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法

技术领域

本发明涉及电磁环境效应技术领域，具体涉及一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法。

背景技术

飞行器在穿越云层时，云层中各种带电微粒在飞行器表面的沉积、碰撞等引起的沉积静电效应，使导航、通讯等电子系统出现电磁干扰现象，导致飞行器导航、通讯系统在其工作频段内出现噪音干扰；严重时，会导致系统无法正常工作，甚至引发飞行器严重故障。目前，美国适航局(FAA)、欧洲适航局(EASA)以及中国民航局已经将民机沉积静电试飞列为适航取证常备试飞科目，中国航空规章的25部第25.899条中明确提出了静电防护设计的要求。符合适航静电防护设计要求的民机，沉积静电放电发生时，飞机表面任何位置不会产生对飞机的通信、导航系统造成不利影响的射频噪声。

当前针对飞机表面沉积静电分布特性的试验方法开展研究较少，尚未有标准的试验方法或规范。可查询的相关知识产权有实用新型专利《一种静电试验用静电放电发生器支架设备》(专利授权号：CN202022449506)，提出一种试验用支架设备，实现对样品不同位置、距离进行测试。实用新型专利《一种飞机300kV静电试验的低阻抗接地装置》(专利授权号：CN201621387358)，提出的接地装置与飞机端接触的夹具可保证与飞机可靠静电搭接，夹具具备快速加紧功能，可与机翼上异型零件搭接。

飞机表面沉积静电分布特性的获取可用于指导飞机静电防护设计，如静电放电刷的安装布局等，避免飞机飞行时由于静电放电等产生安全事故。最为直接的飞机静电分布特性获取方法为开展飞行试验，但是飞行试验需要耗费大量的时间、精力和金钱。因此，为了更为经济有效且方便快速的得到飞机表面的静电分布特性，需提出一种可以在地面进行模拟试验的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，可在一定程度上替代飞机飞行试验，通过缩比飞机地面模拟试验的方式获取并验证飞机表面沉积静电的分布特性，解决飞机飞行试验费时费力费钱的弊端，为飞机的静电防护设计和安全性评估提供有效验证手段。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，用于通过地面试验的方式获取待测飞机表面不同位置处的沉积静电分布特性，其特征在于，包含步骤：

S1：基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算和验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果；

S2：基于缩比飞机计算机仿真模型，制作缩比飞机实体模型，并搭建地面试验环境；

S3：基于地面试验环境，实施地面试验，获取地面试验结果；

S4：基于经验证的缩比飞机计算机仿真结果，对比验证地面试验结果。

进一步，步骤S1包含：

S11：全尺寸飞机计算机仿真：

基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立全尺寸飞机计算机仿真模型，并进行全尺寸飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成全尺寸飞机计算机仿真结果；

S12：缩比飞机计算机仿真：

基于全尺寸飞机计算机仿真模型，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成缩比飞机计算机仿真结果；

S13：对比验证缩比飞机计算机仿真结果：

将缩比飞机计算机仿真结果与全尺寸飞机计算机仿真结果进行对比验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果。

优选地，步骤S12中所述缩比飞机计算机仿真模型的长度不小于1米。

进一步，步骤S2包含：

S21：在静电暗室中布置地面试验系统并校准；

S22：制作缩比飞机实体模型：基于缩比飞机计算机仿真模型的外形，制作缩比飞机实体模型；

S23：搭建地面试验环境。

进一步，步骤S21包含：

S211：在静电暗室中布置地面试验系统：

所述地面试验系统用于在静电暗室中对测试目标注入模拟静电，并采集测试目标表面的静电位分布信息，包括：

静电发生分系统，与所述测试目标电连接，用于产生模拟静电并注入测试目标的荷电点；

静电检测分系统，与所述测试目标电连接，用于监测与测试目标电连接点的静电位信息；

非导体支撑装置，为非导体结构，设置在所述测试目标的底部绝缘支撑所述测试目标，用于使所述测试目标与静电暗室绝缘。

优选地，步骤S211中：

所述静电发生分系统包括：高压静电发生器、高压电缆和注入装置，高压静电发生器通过高压电缆电连接注入装置，注入装置与测试目标的荷电点电连接；所述高压静电发生器用于产生模拟静电，所述注入装置用于将所述模拟静电注入测试目标的荷电点；

所述静电检测分系统包括：静电监测设备和与静电监测设备电连接的静电分布传感器；其中，静电分布传感器用于设置在测试目标表面某点上，采集该点的静电位信息；静电监测设备用于监测和存储静电分布传感器采集到的静电位信息。

优选地，步骤S211之后还包含：

S212：校准地面试验系统，包含步骤：

S2121、选取简单体作为测试目标与地面试验系统置于同一静电暗室中，使简单体通过非导体支撑装置与静电暗室绝缘；

S2122、选取简单体的荷电点，将注入装置与简单体的荷电点电连接；

S2123、在简单体的表面选取两个位置作为校准用静电分布测试点，通过静电监测设备分别监测两个位置的静电分布特性并记录监测结果；

S2124、将两个位置的监测结果进行对比验证。

进一步，步骤S23包含：

S231：选取缩比飞机实体模型的荷电点和检测静电分布测试点；

S232：将缩比飞机实体模型作为测试目标与地面试验系统连接。

优选地，步骤S231中各静电分布测试点至少涵盖机头尖端、机翼尖端、机翼上表面、发动机尖端、尾翼尖端、机身中心和机腹中心，且每个位置至少设置两个静电分布测试点。

进一步，步骤S3包含：

S31：对缩比飞机实体模型持续充电，通过静电监测设备监测其中一个检测静电分布测试点的静电位信息并记录；

S32：将静电分布传感器调整至下一个检测静电分布测试点，重复S31，直至全部检测静电分布测试点均完成静电分布监测和记录后退出循环，获取地面试验结果。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，具有如下有益效果：

1.可在一定程度上替代飞机飞行试验，为飞机的静电防护设计和安全性评估提供有效验证手段，具有较好的经济性和实用性；

2.通过缩比飞机地面模拟试验的方式获取并验证飞机表面沉积静电的分布特性，解决飞机飞行试验费时费力费钱的弊端，具有测试过程简单、试验精度高和成本低等优点。

附图说明

图1为本发明的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法的流程图；

图2为本发明的采用标准球体进行地面试验前校准测试的示意图；

图3为本发明的地面试验的示意图；

图4为本发明的缩比飞机实体模型的检测静电分布测试点选取的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

结合附图1～4所示，本实施例提供一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，用于通过地面试验的方式获取待测飞机表面不同位置处的沉积静电分布特性，包含步骤：

步骤1：基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算和验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果；包含步骤：

步骤1.1：全尺寸飞机计算机仿真：

基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立全尺寸飞机计算机仿真模型，并进行全尺寸飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成全尺寸飞机计算机仿真结果；

步骤1.2：缩比飞机计算机仿真：

基于全尺寸飞机计算机仿真模型，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成缩比飞机计算机仿真结果；其中，缩比飞机计算机仿真模型的缩比比例根据待测飞机的实际物理尺寸确定，但缩比飞机计算机仿真模型的长度不小于1米(否则，后续地面试验时将会因为缩比飞机计算机仿真模型的尺寸过小无法安装静电分布传感器，进而无法开展地面试验)；

步骤1.3：对比验证缩比飞机计算机仿真结果：

将缩比飞机计算机仿真结果与全尺寸飞机计算机仿真结果进行对比验证，验证方法为：

步骤1.3.1：在缩比飞机计算机仿真模型的机头、机尾、机翼、机身、机腹等区域至少各选取一个位置点，获取各位置点的静电分布仿真数据；

步骤1.3.2：将缩比飞机计算机仿真模型各位置点的静电分布仿真数据与全尺寸飞机计算机仿真模型各对应位置点的静电分布仿真数据进行比较，如果误差在50％以内，则认为缩比飞机计算机仿真结果有效，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果；如果超出该误差范围，则返回步骤1.2，对缩比飞机计算机仿真模型进行修改，调整超出误差范围区域的局部几何结构，包括厚度、弧度、长度等，直至最终满足误差要求。

步骤2：基于缩比飞机计算机仿真模型，制作缩比飞机实体模型，并搭建地面试验环境；包含步骤：

步骤2.1：在静电暗室中布置地面试验系统并校准；包含步骤：

步骤2.1.1：在静电暗室中布置地面试验系统(附图2)：

地面试验系统用于在静电暗室中对测试目标注入模拟静电，并采集测试目标表面的静电位分布信息，包括：静电发生分系统、静电检测分系统和非导体支撑装置31；其中，

静电发生分系统包括：高压静电发生器11、高压电缆12和注入装置13，高压静电发生器11可以产生不同强度的模拟静电，高压静电发生器11通过高压电缆12电连接注入装置13，注入装置13与测试目标的荷电点电连接；静电发生分系统用于将高压静电发生器11产生的模拟静电通过高压电缆12传导至注入装置13，并通过注入装置13注入测试目标的荷电点；

静电检测分系统包括：静电监测设备21和与静电监测设备21电连接的静电分布传感器22；其中，静电分布传感器22用于设置在测试目标表面某点上，采集该点的静电位信息；静电监测设备21用于监测和存储静电分布传感器22采集到的静电位信息；

非导体支撑装置31为非导体结构，用于绝缘支撑测试目标，使测试目标与静电暗室绝缘；

测试目标与地面试验系统连接方法为：

F1、将测试目标与地面试验系统置于同一静电暗室中，测试目标置于非导体支撑装置31顶部，使测试目标与静电暗室绝缘；

F2、将注入装置13与测试目标的荷电点电连接，完成测试目标与静电发生分系统的电连接；

F3、将静电分布传感器22设置在测试目标表面的某点上，通过静电监测设备21检测该点的静电位信息；

步骤2.1.2：校准地面试验系统：

本实施例中选取标准球体A等简单体对地面试验系统进行试验前校准，以检验验证地面试验系统的有效性和精度；校准方法为：

K1、将标准球体A作为测试目标与地面试验系统置于同一静电暗室中，标准球体A置于非导体支撑装置31顶部，使标准球体A与静电暗室绝缘；

K2、选取标准球体A底部为荷电点，将注入装置13与标准球体A的荷电点电连接，完成标准球体A与静电发生分系统的电连接；

K3、在标准球体A的顶部和侧面各选取一个位置点作为校准用静电分布测试点，分别标注为校准位置a和校准位置b；将静电分布传感器22安装于校准位置a，设置高压静电发生器11的荷电电压为100kV，通过静电监测设备21监测校准位置a处的静电分布特性并记录；

K4、将校准位置a的静电分布传感器22移至校准位置b处，其它状态保持不变，监测校准位置b处的静电分布特性并记录；

K5、将所记录的校准位置a与校准位置b处的静电分布特性监测结果进行对比，如果误差在50％以内则验证通过；如果超出误差范围，则需要检查试验系统的连接以及传感器的布置状态，然后重新校准，验证试验系统的有效性和精度；

步骤2.2：制作缩比飞机实体模型B(附图4)：

基于缩比飞机计算机仿真模型的外形，制作缩比飞机实体模型B；缩比飞机实体模型B的外表面避免出现曲率过大的尖端，防止地面试验时该位置发生静电尖端放电现象，从而影响试验数据采集；

步骤2.3：搭建地面试验环境；包含步骤：

步骤2.3.1：选取缩比飞机实体模型B的荷电点和检测静电分布测试点：

将缩比飞机实体模型B机腹的中心位置设置为荷电点，该区域较为平坦，不会影响地面试验的有效性和精度；

参照步骤1中的经验证的缩比飞机计算机仿真结果中的静电电荷密度较强和较弱的区域，在缩比飞机实体模型B对应区域选取多个静电分布测试点，各静电分布测试点需涵盖机头尖端、机翼尖端，机翼上表面、发动机尖端、尾翼尖端、机身中心、机腹中心等至少7个测试位置，且每个位置至少设置2个静电分布测试点；本实施例中，选取了位置1～10共10个测试位置(附图4)；

步骤2.3.2：将缩比飞机实体模型B作为测试目标与地面试验系统连接(附图3)；包含步骤：

T1、将缩比飞机实体模型B作为测试目标与地面试验系统置于同一静电暗室中，缩比飞机实体模型B置于非导体支撑装置31顶部，使缩比飞机实体模型B与静电暗室绝缘；

T2、将注入装置13与缩比飞机实体模型B的荷电点电连接，完成缩比飞机实体模型B与静电发生分系统的电连接；

T3、将静电分布传感器22与任一静电分布测试点电连接，保证二者搭接良好。

步骤3：基于地面试验环境，实施地面试验，获取地面试验结果：

步骤3.1：设置高压静电发生器11的荷电电压为100kV，对缩比飞机实体模型B持续充电，通过静电监测设备21监测该静电分布测试点的静电位信息并记录，由于静电的不稳定性，同一静电分布测试点至少需要重复进行三次测试，三次测试结果取平均值计为该静电分布测试点的测试结果，从而确保测试结果的有效性；

步骤3.2：将静电分布传感器22依次调整至下一静电分布测试点，重复步骤3.1，直至完成全部静电分布测试点的测试，获取地面试验结果。

步骤4：基于经验证的缩比飞机计算机仿真结果，对比验证地面试验结果：

将步骤3中的地面试验结果与步骤1中的经验证的缩比飞机计算机仿真结果进行对比，当各相同位置的差值均在3dB以内时，即可认定该地面试验结果有效。

综上所述，本发明提供的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，可在一定程度上替代飞机飞行试验，为飞机的静电防护设计和安全性评估提供有效验证手段，具有较好的经济性和实用性；通过缩比飞机地面模拟试验的方式获取并验证飞机表面沉积静电的分布特性，解决了飞机飞行试验费时费力费钱的弊端，具有测试过程简单、试验精度高和成本低等优点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，用于通过地面试验的方式获取待测飞机表面不同位置处的沉积静电分布特性，其特征在于，包含步骤：

S1：基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算和验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果；

S2：基于缩比飞机计算机仿真模型，制作缩比飞机实体模型，并搭建地面试验环境；

S3：基于地面试验环境，实施地面试验，获取地面试验结果；

S4：基于经验证的缩比飞机计算机仿真结果，对比验证地面试验结果。

2.如权利要求1所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S1包含：

S11：全尺寸飞机计算机仿真：

基于待测飞机，在计算机仿真系统中建立全尺寸飞机计算机仿真模型，并进行全尺寸飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成全尺寸飞机计算机仿真结果；

S12：缩比飞机计算机仿真：

基于全尺寸飞机计算机仿真模型，在计算机仿真系统中建立缩比飞机计算机仿真模型，并进行缩比飞机表面沉积静电分布的计算机仿真计算，生成缩比飞机计算机仿真结果；

S13：对比验证缩比飞机计算机仿真结果：

将缩比飞机计算机仿真结果与全尺寸飞机计算机仿真结果进行对比验证，生成经验证的缩比飞机计算机仿真结果。

3.如权利要求2所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S12中所述缩比飞机计算机仿真模型的长度不小于1米。

4.如权利要求1所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S2包含：

S21：在静电暗室中布置地面试验系统并校准；

S22：制作缩比飞机实体模型：基于缩比飞机计算机仿真模型的外形，制作缩比飞机实体模型；

S23：搭建地面试验环境。

5.如权利要求4所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S21包含：

S211：在静电暗室中布置地面试验系统：

所述地面试验系统用于在静电暗室中对测试目标注入模拟静电，并采集测试目标表面的静电位分布信息，包括：

静电发生分系统，与所述测试目标电连接，用于产生模拟静电并注入测试目标的荷电点；

静电检测分系统，与所述测试目标电连接，用于监测与测试目标电连接点的静电位信息；

非导体支撑装置，为非导体结构，设置在所述测试目标的底部绝缘支撑所述测试目标，用于使所述测试目标与静电暗室绝缘。

6.如权利要求5所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S211中：

所述静电发生分系统包括：高压静电发生器、高压电缆和注入装置，高压静电发生器通过高压电缆电连接注入装置，注入装置与测试目标的荷电点电连接；所述高压静电发生器用于产生模拟静电，所述注入装置用于将所述模拟静电注入测试目标的荷电点；

所述静电检测分系统包括：静电监测设备和与静电监测设备电连接的静电分布传感器；其中，静电分布传感器用于设置在测试目标表面某点上，采集该点的静电位信息；静电监测设备用于监测和存储静电分布传感器采集到的静电位信息。

7.如权利要求5所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S211之后还包含：

S212：校准地面试验系统，包含步骤：

S2121、选取简单体作为测试目标与地面试验系统置于同一静电暗室中，使简单体通过非导体支撑装置与静电暗室绝缘；

S2122、选取简单体的荷电点，将注入装置与简单体的荷电点电连接；

S2123、在简单体的表面选取两个位置作为校准用静电分布测试点，通过静电监测设备分别监测两个位置的静电分布特性并记录监测结果；

S2124、将两个位置的监测结果进行对比验证。

8.如权利要求4所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S23包含：

S231：选取缩比飞机实体模型的荷电点和检测静电分布测试点；

S232：将缩比飞机实体模型作为测试目标与地面试验系统连接。

9.如权利要求8所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S231中各静电分布测试点至少涵盖机头尖端、机翼尖端、机翼上表面、发动机尖端、尾翼尖端、机身中心和机腹中心，且每个位置至少设置两个静电分布测试点。

10.如权利要求1所述的缩比飞机表面沉积静电分布地面验证方法，其特征在于，步骤S3包含：

S31：对缩比飞机实体模型持续充电，通过静电监测设备监测其中一个检测静电分布测试点的静电位信息并记录；

S32：将静电分布传感器调整至下一个检测静电分布测试点，重复S31，直至全部检测静电分布测试点均完成静电分布监测和记录后退出循环，获取地面试验结果。

Images