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航空电子设备防雷设计的图形化用户界面介绍

2018年02月05日 11:43 次阅读

介绍了一种防雷设计技术,这种技术可以将瞬时雷击测试过程中元件经受的瞬时信号转换为元件的数据手册上标明的参考瞬时信号。这样就能方便地选择到适合应用的元器件,避免设计过程中的反复试验过程。

另外,还介绍了用于确定耐受瞬时信号所要求的最小导线宽度的一种技术。本文将介绍一种免费的图形化用户界面(GUI),可用于完成参考文献[1]中提到的所有计算并输出结果。然后我们可以将这些结果与数据手册进行比较,从中选出合适的元器件,最终快速设计出极具鲁棒性的防雷保护电路。

为了制造出更轻的飞行器,以便消耗更少的燃料,飞行器制造商已经开始使用碳合成材料代替铝材来制造机身。这种改变的副作用是增加了机身上受到的雷击对飞行器上使用的电子设备(航空电子设备)的间接影响程度。更严重的瞬时雷击信号要求航空电子设备的接口具有更高鲁棒性的瞬态保护功能。更强大的保护功能通常要求使用更大的元器件。但飞行器制造商和航空电子设备供应商希望保持现有设备的外形尺寸不变。因此必须仔细设计附加的防雷电路,以便能够使用最小物理尺寸的元件。

防雷电路中使用的元件的数据手册提供了基于参考瞬时信号的额定值。这些瞬时信号与暴露在飞行器环境中的电路遭遇的雷击瞬时信号是不同的。因此典型的设计方法是凭经验选择元件。另外一种技巧是使用印刷电路板(PCB)上能够安装的最大元件。电路中采用的导线宽度过去通常取决于通用IPC(以前称为印刷电路板协会,现在简称IPC)指南。

然而,这些指南是为连续电流开发的,因此导线宽度会比耐受瞬时电流的要求宽很多。在经过初步设计后,需要搭建和测试原型。然后对测试结果进行分析,确定电路中使用的器件和导线宽度是否合适。这种“反复试验”过程会拖延进度,增加对资源的使用。而使用本文讨论的图形用户界面(GUI)可以防止这些拖延。

参考文献[2]的第22章包含有联邦航空管理局(FAA)要求的用于间接雷击测试的雷击测试瞬时信号。图1所示的波形4(WF4)是针对金属飞行器的瞬时测试信号。

航空电子设备防雷设计的图形化用户界面

图1:参考文献[2]的第22章提到的波形4.

图2所示的波形5A(WF5A)则是用于合成材料飞行器。与此波形有关的参数是开路电压(VOC)和短路电流(ISC)。这些值可以用来校准用于测试的瞬时信号发生器的源阻抗。

航空电子设备防雷设计的图形化用户界面

图2:参考文献[2]的第22章提到的WF5A.

为了确定航空电子设备的测试等级,瞬时雷击信号必须施加到机身上或进行仿真。参考文献[3]描述了在由文献[4]确定的不同位置(区)施加到机身或进行仿真的瞬时信号。这种测试或仿真将产生与每个区相关的电压值。对于彼此连接的航空电子设备来说,需要计算连接电缆通过的各个区的电压总和,然后翻倍产生每个信号线的测试值。

用文献[3]中的工艺施加到机身上以确定航空电子设备测试等级的瞬时雷击电流与WF4具有相同的上升时间和脉冲宽度。合成材料机身会使这种瞬时信号严重失真,而金属机身产生的失真是可以忽略不计的。因此,WF5A在持续时间上要长于WF4.此外,合成材料机身会将来自瞬时雷击信号的能量更多地传递给航空电子设备。为了在测试过程中仿真这一现象,WF5A也具有1Ω的源阻抗,而WF4的源阻抗为5Ω。

机身产生的失真是由合成材料机身的扩散和结构化压降(电流x电阻)耦合引起的。图3是简化了的这些耦合的可视化描述。

航空电子彼此相连,比如无线电和天线。

航空电子设备防雷设计的图形化用户界面

图3:雷击对航空电子设备的间接影响图。在这个例子中,雷击信号从机尾接入,从机头逸出。文献[3]中的测试等级确定过程会改变整个机身上的接入逸出点。蓝色元件是扩散与结构化压降耦合的简化模型。这个模型是文献[5]中的模型的修改版。

在描述结构化压降与扩散耦合时,可以将机身看作一个雷击电流流经的电阻。通过信号线彼此连接的航空电子设备与这个电阻是并联的关系。连接航空电子设备的电缆可以用电感和电容表示。流经电阻的电流代表结构化压降耦合,而电抗分量代表扩散耦合。两种耦合的组合将进一步使波形变长。由于WF5A具有更长的持续时间和更低的源阻抗,因此在相同等级下会有更多的能量传递到航空电子设备。

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民族品牌的骄傲!金立M6携手神州十一号遨游太空改...

距离无人机送快递还有多远?世界范围尚属于起步阶段

今年的“双十一”,各大电商销售额再创新高,也给快递业带来前所未有的压力。我国快递业务量从2014年首...

发表于 2016-11-23 10:23 138次阅读
距离无人机送快递还有多远?世界范围尚属于起步阶段

小编带你看图识物:2017号歼20和空军歼20有...

歼20战机在珠海航展上一展风采,而在歼20战机的生产厂中航工业成飞的试飞场上,编号2017的歼20时...

发表于 2016-11-23 10:00 475次阅读
小编带你看图识物:2017号歼20和空军歼20有...

高交会无人科技产品观众热度持续不减 无人机无人车...

第十八届高交会已经接近尾声,但是市民观展的热情丝毫未减,几乎所有展馆都人潮攒动,但人气最高的除了互动...

发表于 2016-11-21 15:43 120次阅读
高交会无人科技产品观众热度持续不减 无人机无人车...

无人机航拍摄影图片:带你赏花、赏溪、赏美景

贵阳花溪山环水绕,水清山绿。花溪河畔,数座小山参差其间或突兀孤立,或蜿蜒绵延。清代时有当地缙绅依山建...

发表于 2016-11-21 15:37 127次阅读
无人机航拍摄影图片:带你赏花、赏溪、赏美景

美国国防部公布一款舰载垂直起降无人机方案

近日,美国国防高级研究计划(DARPA)公布了一款舰载垂直起降无人机方案。这款无人机采用“垂直起降+...

发表于 2016-11-21 15:32 173次阅读
美国国防部公布一款舰载垂直起降无人机方案

神州十一号返回降落伞折叠全程解密:如何做到96根...

18日下午,神舟十一号飞船返回舱搭载着两名航天员翩翩降落,一顶红白相间的巨型降落伞拖曳着它,格外引人...

发表于 2016-11-21 15:20 1052次阅读
神州十一号返回降落伞折叠全程解密:如何做到96根...

俄“总统配置”专机飞越瑞士遭军机拦截 地方称只要...

一架搭载俄罗斯新闻记者和政府官员的伊尔-96-300总统专机18日在途经瑞士领空时,遭到3架瑞士战机...

发表于 2016-11-21 15:03 80次阅读
俄“总统配置”专机飞越瑞士遭军机拦截 地方称只要...

航驾会对无人机实行“三不管” 超过限制范围需持证...

然而,在接受报名时,不少读者对无人机的认识仅仅停留在飞行上,飞无人机要“驾照”,无人机飞行会伤人,使...

发表于 2016-11-21 10:39 330次阅读
航驾会对无人机实行“三不管” 超过限制范围需持证...

神州十一号返回时间 神州十一号着陆时间地点视频直...

北京时间10月17日7时49分,执行与天宫二号交会对接任务的神舟十一号载人飞船,在酒泉卫星发射中心发...

发表于 2016-11-19 23:26 7201次阅读
神州十一号返回时间 神州十一号着陆时间地点视频直...

神州十一号18日午时顺利返回 揭秘神州十一号飞船...

昨天(11月17日)中午12点41分,神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功实施分离,航天员景海鹏、...

发表于 2016-11-19 20:33 1151次阅读
神州十一号18日午时顺利返回 揭秘神州十一号飞船...

神州十一号已成功返回!欢迎回家!

在完成了一个月的太空生活后,神舟十一号两名航天员景海鹏、陈东在今天下午返回阔别一个多月的地球。神舟十...

发表于 2016-11-18 17:50 243次阅读
神州十一号已成功返回!欢迎回家!

神州十一号昨日与天宫二号分离 择日将踏上返回之旅

11月17日电(李国利杨欣)17日12时41分,神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功实施分离,航天...

发表于 2016-11-18 10:01 232次阅读
神州十一号昨日与天宫二号分离 择日将踏上返回之旅

神舟十一号最新消息:择日将遣返回家 已完成最后综...

我国神舟十一号载人飞船将于近日结束30多天的“太空之旅”,两位航天员在天宫二号空间实验室中的任务也已...

发表于 2016-11-17 18:20 289次阅读
神舟十一号最新消息:择日将遣返回家 已完成最后综...

韩国开展无人机货运测试 加速无人机商业化步伐

据韩媒报道,韩国国土交通部16日下午在江原道宁越郡开展无人机货运测试,这标志着韩国将积极参加由亚马逊...

发表于 2016-11-17 18:13 111次阅读
韩国开展无人机货运测试 加速无人机商业化步伐

SpaceX申请发射4425颗通讯卫星 超过自人...

技术企业家埃隆·马斯克(Elon Musk)创办的宇宙航空公司SpaceX有一个梦想,那就是通过卫星...

发表于 2016-11-17 17:07 163次阅读
SpaceX申请发射4425颗通讯卫星 超过自人...

菜鸟也能实现梦想在蓝天 用意念即可开飞机

用意念开飞机,之前在科幻电影中才会出现的场景,如今真的成为现实了。Honeywell航天航空技术研究...

发表于 2016-11-16 16:22 102次阅读
菜鸟也能实现梦想在蓝天 用意念即可开飞机

网传歼10最新改进型10C已展开测试 不久将批量...

据台湾“中央社”11月15日报道,大陆网络上近日又出现歼-10战机的最新改进型歼-10C,网传已在解...

发表于 2016-11-16 15:40 109次阅读
网传歼10最新改进型10C已展开测试 不久将批量...

一年两次换新!大疆推出两款旗舰无人机 面向高端影...

11月16日,大疆在洛杉矶正式发布“悟” Inspire 2和精灵Phantom 4 Pro两款无人...

发表于 2016-11-16 11:03 312次阅读
一年两次换新!大疆推出两款旗舰无人机 面向高端影...

首批陆军航空女兵实现“单飞” 培训时间比常规大幅...

本报讯 记者孙兴维、通讯员李云鹏报道:近日,陆军某陆航旅传来喜讯:陆军航空兵首批武装女直升机飞行员经...

发表于 2016-11-16 09:59 78次阅读
首批陆军航空女兵实现“单飞” 培训时间比常规大幅...

长征火箭提供面向商业市场空间发射服务 现在卫星也...

据台湾《旺报》11月15日报道,随着大陆火箭发射技术的成熟,商用卫星也迎来爆发式增长。长征火箭公司提...

发表于 2016-11-16 09:51 107次阅读
长征火箭提供面向商业市场空间发射服务 现在卫星也...