CN114236300A - 一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机动式地面雷达装备雷电安全技术领域，公开了一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，包括以下步骤：步骤S1，获取雷达装备参数和避雷器参数；步骤S2，基于雷达装备参数制作雷达装备缩比模型；基于避雷器参数制作避雷器缩比模型；步骤S3，将雷达装备缩比模型和避雷器缩比模型按照阵地实际状态布置安装于试验区域；步骤S4，雷电发生器通过棒电极向雷达装备缩比模型上方释放高压强流，模拟雷电放电过程；步骤S5，通过高速摄像机捕捉记录雷达装备缩比模型表面雷电电弧附着位置；相较于单纯的理论模拟，本发明能够准确的探究机动式地面雷达装备阵地防雷措施的有效性，并进一步确认其雷电防护区域划分的合理性。
Description
技术领域
本发明涉及机动式地面雷达装备雷电安全技术领域，更具体地说，它涉及一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法。
背景技术
雷电是在自然界经常发生的一种放电现象，全球平均每天发生800万次。因其强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应而能够在瞬间产生巨大的破坏作用，给人民生命财产安全构成严重威胁。现代防雷技术的基本原理就是提供一条使雷电对大地泄放的合理低阻抗路径，控制雷电能量的泄放与转换，而机动式地面雷达装备通常在野外长时间工作，会不可避免地暴露于雷电环境中，直接或间接雷击极易对其产生严重的后果。其常规的防雷措施为安装避雷装置，但避雷装置能否有效接闪雷电先导，目前基本通过滚球法或折线法进行理论计算，同时对于地面雷达系统内部的电气电子设备亦通过滚球法进行理论区域划分，国内外均未制定相关标准进行试验验证。同时机动式地面雷达装备其作战环境处于多变状态，不同区域雷暴环境各不相同，因此针对机动式地面雷达装备遭遇直接雷击环境时其避雷装置的有效性研究具有特殊的意义和重要的应用价值。机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验是为了评估机动式地面雷达装备在遇临直接雷击时能否起到有效的保护作用。国内尚未开展此类试验，没有相应的工程积累，所以机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法的提出具有必要性。
发明内容
本发明提供一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，解决相关技术中如何探究机动式地面雷达装备阵地防雷措施的有效性，确认其雷电防护区域划分的合理性的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取雷达装备参数和避雷器参数；
雷达装备参数至少包括雷达装备的形状参数、质量参数、重力参数；
避雷器参数至少包括避雷器的形状参数、质量参数、重力参数；
步骤S2，基于雷达装备参数制作雷达装备缩比模型；
基于避雷器参数制作避雷器缩比模型；
步骤S3，将雷达装备缩比模型和避雷器缩比模型按照阵地实际状态布置安装于试验区域；
步骤S4，雷电发生器通过棒电极向雷达装备缩比模型上方释放高压强流，模拟雷电放电过程；需要调整雷电发生器产生的雷电流参数，直到雷电流波形达到试验要求；
步骤S5，通过高速摄像机捕捉记录雷达装备缩比模型表面雷电电弧附着位置。
调整雷电发生器产生的雷电流参数是通过测控装置进行，测控装置还连接用于测量雷电发生器产生的雷电流的参数的弱阻尼分压器。
所述雷达装备缩比模型内部还设有天线缩比模型；天线缩比模型的制作方法包括：
基于输入的雷达装备的天线的形状信息生成三角形模型，三角形模型是通过RWG基函数处理获得的多个三角形单元的组合体；
记录生成的三角形单元的点坐标和配置信息；
基于三角形模型制作天线缩比模型；将天线模型置于雷达装备缩比模型的内部，并在天线缩比模型的三角形模型各点设置用于检测电压或电流的天线检测传感器；
天线检测传感器连接数据存储器，数据存储器设置于雷达装备缩比模型内部，待试验完成之后再读取数据。基于天线检测传感器检测的数据计算雷达装备的天线在试验条件下向天线的馈线输出的电流。
进一步地，步骤S4中模拟多个参数的雷电流，多个雷电流的电流峰值分别为120kA、100kA、10kA、7kA、5kA、3kA。
雷电发生器包括一级发生器、二级发生器和三级发生器，其中一级发生器、二级发生器和三级发生器均采用马克思发生器，其中一级发生器输出的电压峰值为0.74MV；
二级发生器输出的电压峰值大于或等于0.074MV，且小于0.29MV；
三级发生器输出的电压峰值大于或等于0.014MV，且小于0.074MV；
一级发生器的输出端连接第一脉冲矫正器，二级发生器的输出端连接第二脉冲矫正器，三级发生器的输出端连接第三脉冲矫正器，第一脉冲矫正器通过第一开关单元连接棒电极，第二脉冲矫正器通过第二开关单元连接棒电极，第三脉冲矫正器通过第三开关单元连接棒电极；
其中第一开关单元用于在超过第一开关电压的条件下导通电路，第二开关单元用于在超过第二开关电压的条件下导通电路，第三开关单元用于在超过第三开关电压的条件下导通电路；
第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元均连接到开关控制单元，开关控制单元能够调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的值；开关控制单元调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的策略是：
需要连接一级发生器时，调整第一开关电压小于一级发生器的输出电压，并且大于二级发生器输出的电压峰值；调整第二开关电压和第三开关电压大于一级发生器的最大输出电压；
需要连接二级发生器时，调整第二开关电压小于二级发生器的输出电压，并且大于三级发生器输出的电压峰值；调整第一开关电压和第三开关电压大于二级发生器的最大输出电压；
需要连接三级发生器时，调整第三开关电压小于三级发生器的输出电压；调整第一开关电压和第二开关电压大于三级发生器的最大输出电压。
进一步地，第一脉冲矫正器、第二脉冲矫正器和第三脉冲矫正器采用单级电容器，其用于承受高脉冲电压，能够缩短一级发生器、二级发生器和三级发生器输出的脉冲上升时间。
本发明的有益效果在于：
相较于单纯的理论模拟，本发明能够准确的探究机动式地面雷达装备阵地防雷措施的有效性，并进一步确认其雷电防护区域划分的合理性。
附图说明
图1是本发明的机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法的流程图；
图2是本发明的试验区域的布置示意图；
图3是本发明的雷电发生器的模块示意图。
图中：雷达装备缩比模型1，避雷器缩比模型2，雷电发生器3，棒电极4，测控装置5，弱阻尼分压器6，高速摄像机7，一级发生器311，第一脉冲矫正器312，第一开关单元313，二级发生器321，第二脉冲矫正器322，第二开关单元323，三级发生器331，第三脉冲矫正器332，第三开关单元333。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
实施例一
如图1、图2所示，一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取雷达装备参数和避雷器参数；
雷达装备参数至少包括雷达装备的形状参数、质量参数、重力参数等。
避雷器参数至少包括避雷器的形状参数、质量参数、重力参数等。
步骤S2，基于雷达装备参数制作雷达装备缩比模型1；
基于避雷器参数制作避雷器缩比模型2；
步骤S3，将雷达装备缩比模型1和避雷器缩比模型2按照阵地实际状态布置安装于试验区域；
步骤S4，雷电发生器3通过棒电极4向雷达装备缩比模型1上方释放高压强流，模拟雷电放电过程；
在这一过程中可能需要调整雷电发生器3产生的雷电流参数，直到雷电流波形达到试验要求。
调整雷电发生器3产生的雷电流参数是通过测控装置5进行，测控装置5还连接用于测量雷电发生器3产生的雷电流的参数的弱阻尼分压器6；
步骤S5，通过高速摄像机7捕捉记录雷达装备缩比模型1表面雷电电弧附着位置；最终评估其阵地防雷措施的有效性，确认其雷电防护区域划分的合理性。
在本发明的一个实施例中，雷达装备缩比模型1内部还设有天线缩比模型，天线缩比模型的制作方法包括：
基于输入的雷达装备的天线的形状信息生成三角形模型，三角形模型是通过RWG基函数处理获得的多个三角形单元的组合体；
记录生成的三角形单元的点坐标和配置信息；
基于三角形模型制作天线缩比模型；将天线模型置于雷达装备缩比模型1的内部，并在天线缩比模型的三角形模型各点设置用于检测电压或电流的天线检测传感器；
天线检测传感器连接数据存储器，数据存储器设置于雷达装备缩比模型1内部，待试验完成之后再读取数据；
基于天线检测传感器检测的数据计算雷达装备的天线在试验条件下向天线的馈线输出的电流，以此判断能否抵抗雷电间接效应的影响；
在上述步骤中，根据试验对象和试验条件的不同，可选的测量的雷电流的电流峰值为120kA、100kA、10kA、7kA、5kA、3kA；雷电流波形可以参考缩比A波；
雷电发生器3采用马克思发生器，但是由于马克思发生器的技术限制，其输出范围为40~100%；如果满足最大电流峰值120kA，则其所能满足的最小电流峰值为49kA（最大电流峰值的40%），无法满足上述的试验的需求；
另一方面马克思发生器由于连接了许多电容器束级而具有高电感，因此脉冲上升时间较长，无法满足雷电流波形上升沿在1.2μs的需求；为了解决上述的技术问题，如图3所示，本发明的上述实施例中的雷电发生器3包括一级发生器311、二级发生器321和三级发生器331，其中一级发生器311、二级发生器321和三级发生器331均采用马克思发生器，其中一级发生器311输出的电压峰值为0.74MV；
一级发生器311的输出范围为40%至100%；一级发生器311输出电压为0.74MV（100%）时，可产生的雷电流的电流峰值为120kA；一级发生器311输出电压为0.29MV（40%）时，可产生的雷电流的电流峰值为49kA。
二级发生器321输出的电压峰值大于或等于0.074MV，且小于0.29MV；
二级发生器321输出的电压峰值为0.28MV时，其输出范围内可产生的雷电流的电流峰值最大约为48kA；
二级发生器321输出的电压峰值为0.074MV时，其输出范围内可产生的雷电流的电流峰值最小约为4.9kA；
三级发生器331输出的电压峰值大于或等于0.014MV，且小于0.074MV；
三级发生器331输出的电压峰值为0.014MV时，其输出范围内可产生的雷电流的电流峰值最大约为4.9kA，最小约为2kA；
一级发生器311、二级发生器321和三级发生器331相互配合能够实现上述步骤中120kA、100kA、10kA、7kA、5kA、3kA的电流峰值的需求；
一级发生器311的输出端连接第一脉冲矫正器312，二级发生器321的输出端连接第二脉冲矫正器322，三级发生器331的输出端连接第三脉冲矫正器332，第一脉冲矫正器312通过第一开关单元313连接棒电极4，第二脉冲矫正器322通过第二开关单元323连接棒电极4，第三脉冲矫正器332通过第三开关单元333连接棒电极4；
其中第一开关单元313用于在超过第一开关电压的条件下导通电路，第二开关单元323用于在超过第二开关电压的条件下导通电路，第三开关单元333用于在超过第三开关电压的条件下导通电路；
第一开关单元313、第二开关单元323、第三开关单元333均连接到开关控制单元，开关控制单元能够调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的值；
开关控制单元调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的策略是：
需要连接一级发生器311时，调整第一开关电压小于一级发生器311的输出电压，并且大于二级发生器321输出的电压峰值；调整第二开关电压和第三开关电压大于一级发生器311的最大输出电压；
需要连接二级发生器321时，调整第二开关电压小于二级发生器321的输出电压，并且大于三级发生器331输出的电压峰值；调整第一开关电压和第三开关电压大于二级发生器321的最大输出电压；
需要连接三级发生器331时，调整第三开关电压小于三级发生器331的输出电压；调整第一开关电压和第二开关电压大于三级发生器331的最大输出电压；
在本发明的上述实施例中，第一脉冲矫正器312、第二脉冲矫正器322和第三脉冲矫正器332可以采用单级电容器，其用于承受高脉冲电压，能够缩短一级发生器311、二级发生器321和三级发生器331输出的脉冲上升时间；
在本发明的上述实施例中，第一开关单元313、第二开关单元323、第三开关单元333可以采用通过调整绝缘气体压力或者开关的间隙来调整闭合电压的开关。
上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。
Claims (9)
1.一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，获取雷达装备参数和避雷器参数；
雷达装备参数至少包括雷达装备的形状参数、质量参数、重力参数；
避雷器参数至少包括避雷器的形状参数、质量参数、重力参数；
步骤S2，基于雷达装备参数制作雷达装备缩比模型；
基于避雷器参数制作避雷器缩比模型；
步骤S3，将雷达装备缩比模型和避雷器缩比模型按照阵地实际状态布置安装于试验区域；
步骤S4，雷电发生器通过棒电极向雷达装备缩比模型上方释放高压强流，模拟雷电放电过程；
步骤S5，通过高速摄像机捕捉记录雷达装备缩比模型表面雷电电弧附着位置；所述步骤S4中需要调整雷电发生器产生的雷电流参数，直到雷电流波形达到试验要求；
调整雷电发生器产生的雷电流参数是通过测控装置进行，测控装置还连接用于测量雷电发生器产生的雷电流的参数的弱阻尼分压器。
2.根据权利要求1所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，所述雷达装备缩比模型内部还设有天线缩比模型。
3.根据权利要求2所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，所述天线缩比模型的制作方法包括：
基于输入的雷达装备的天线的形状信息生成三角形模型，三角形模型是通过RWG基函数处理获得的多个三角形单元的组合体；
记录生成的三角形单元的点坐标和配置信息；
基于三角形模型制作天线缩比模型；将天线模型置于雷达装备缩比模型的内部，并在天线缩比模型的三角形模型各点设置用于检测电压或电流的天线检测传感器；
天线检测传感器连接数据存储器，数据存储器设置于雷达装备缩比模型内部，待试验完成之后再读取数据。
4.根据权利要求3所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，基于天线检测传感器检测的数据计算雷达装备的天线在试验条件下向天线的馈线输出的电流。
5.根据权利要求1所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，步骤S4中模拟多个参数的雷电流，多个雷电流的电流峰值分别为120kA、100kA、10kA、7kA、5kA、3kA。
6.根据权利要求1所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，雷电发生器包括一级发生器、二级发生器和三级发生器，其中一级发生器、二级发生器和三级发生器均采用马克思发生器，其中一级发生器输出的电压峰值为0.74MV；
二级发生器输出的电压峰值大于或等于0.074MV，且小于0.29MV；
三级发生器输出的电压峰值大于或等于0.014MV，且小于0.074MV；
一级发生器、二级发生器和三级发生器分别通过第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元连接棒电极。
7.根据权利要求6所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，所述一级发生器的输出端连接第一脉冲矫正器，二级发生器的输出端连接第二脉冲矫正器，三级发生器的输出端连接第三脉冲矫正器，第一脉冲矫正器通过第一开关单元连接棒电极，第二脉冲矫正器通过第二开关单元连接棒电极，第三脉冲矫正器通过第三开关单元连接棒电极；
其中第一开关单元用于在超过第一开关电压的条件下导通电路，第二开关单元用于在超过第二开关电压的条件下导通电路，第三开关单元用于在超过第三开关电压的条件下导通电路；
第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元均连接到开关控制单元，开关控制单元能够调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的值。
8.根据权利要求7所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，所述开关控制单元调整第一开关电压、第二开关电压和第三开关电压的策略是：
需要连接一级发生器时，调整第一开关电压小于一级发生器的输出电压，并且大于二级发生器输出的电压峰值；调整第二开关电压和第三开关电压大于一级发生器的最大输出电压；
需要连接二级发生器时，调整第二开关电压小于二级发生器的输出电压，并且大于三级发生器输出的电压峰值；调整第一开关电压和第三开关电压大于二级发生器的最大输出电压；
需要连接三级发生器时，调整第三开关电压小于三级发生器的输出电压；调整第一开关电压和第二开关电压大于三级发生器的最大输出电压。
9.根据权利要求7所述的一种机动式地面雷达装备缩比模型雷电附着特性试验方法，其特征在于，第一脉冲矫正器、第二脉冲矫正器和第三脉冲矫正器采用单级电容器，其用于承受高脉冲电压，能够缩短一级发生器、二级发生器和三级发生器输出的脉冲上升时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220325 |