2.2建模仿真介绍
建模包括几何建模和电磁建模两个方面,由于CADFEKO建模能力有限,对于大型复杂几何体,可以利用一些专业的CAD建模软件来完成,然后再通过CADFEKO将模型导入。电磁建模是对雷电激励源、飞机机身材料的电磁参数、机内设备的线缆构造以及仿真频率和求解参数等进行定义。
采用FEKO进行CAE仿真计算时,首先需要对模型进行网格剖分,然而对于大型复杂的几何模型来说,所剖分的面元网格越多,其仿真结果就越精确,但带来的后果是计算量加大,计算时间延长,对计算机的CPU和内存要求也更为苛刻。因此,仿真时需要对网格进行合理剖分,这样才能达到较为理想的效果。
3 飞机雷电间接效应仿真研究
飞机雷电间接效应是指雷电流产生的强电磁场以及与飞机相互作用使机内产生强瞬态电磁环境,耦合到机内设备和线路当中形成高电压和大电流,导致设备功能紊乱甚至损坏,并对机内人员生命和财产安全造成严重威胁。
3.1飞机雷电试验介绍
在飞行器的雷电试验中,一般采用低电平电流注入机身和下面铺设大接地导体板的方法,并利用专业的测试仪器对电缆中瞬态过电压进行测试。试验中为了能够模拟真实环境中飞机遭受雷击的情况,这就需要对雷电流注入点和飞机的导体回路路径进行设置。目前,虽然相关的工程经验和理论分析比较成熟,但这些仍然不够,还需要CAE仿真手段来对雷电试验的设计进行优化。
3.2雷击飞机间接效应仿真方法
本文主要对上述试验进行CAE仿真,文中所用飞机模型只是初步建立的曲面模型,机身为良导体,内部为自由空间,飞机座舱盖和天线罩为介质材料,雷击入口和出口如图1所示。
图1 飞机在CADFEKO中的电磁模型
矩量法是频域算法,为了通过时域处理得到时域结果,CAE仿真需要对雷击飞机模型进行几百个频点的计算。而FEKO提供了包含单一频率、连续频率、线性空间离散点、对数空间离散点和一系列离散点等五种频率范围选项,并且其高级选项中包含了设置频率最大取样数和设置频率最小增量两种方式,这使得用户可以根据自己的实际需要来做出选择。本文选择连续频率范围一项,该项所有需要求解的结果都是在起始到结束频率范围内使用自适应抽样计算的。此对话框的高级选项中选择设置最大抽样数目,这样做可以有效限制求解数量并缩短运行时间。因为雷电主要频率范围在100Hz—50MHz,且能量主要集中在中低频,所以本文设置的频率为10KHz—10MHz,采样数为100。