对电流项的求解设置上,FEKO提供了全部电流、在指定标签上的电流、线元电流以及三角面元电流4种求解设置,本文仅计算三角面元上的电流。待电流项在CADFEKO中求解完成后,需要在POSTFEKO界面中加入雷电流波形A分量,设定电流峰值为1A,采样数目为1000,然后对上述设置进行傅里叶逆变换,最终得到时域结果。
电磁场对线缆的耦合仿真主要在CADFEKO中的电缆选项中完成。FEKO通过设置电缆截面来定义电缆类型,主要包括对单芯线、排线、双绞线以及同轴电缆的设置。而对电缆路径的设置主要是通过输入一系列三维坐标点来定义。CADFEKO的电缆示意图中可以添加电阻、电容和电感等多种常用元件,求解设置可以加入电压探针和电流探针来测量电路电压和电流。线缆的布局一般需要对线缆路径、线缆束类型、电缆类型、接头以及探针进行设定,FEKO对以上线缆布局可以自定义设置,最大程度地满足不同用户的线缆仿真需求。
本文设计了一个简化的雷电电磁场对机舱内线缆耦合的仿真示例来说明FEKO的线缆仿真,机舱为长方体,材质为理想导体,机舱内部和窗户均为自由空间,线缆为同轴电缆并位于舱内上方,且两端分别通过50欧姆的负载与舱顶连接,如图2所示。
图2 机舱及内部线缆仿真示意图
4 CAE仿真结果与分析
图3 雷电流A分量波形
图4 机身表面雷电流分布
图5 线缆感应电流
图3为测试所需雷电流波形。图4给出了雷电流在机身表面的分布情况,其中A图为0.3微秒时刻的机身表面雷电流强度分布图,B图为6.4微秒的电流强度分布图,从两图中可以发现飞机座舱盖附近和雷击出口处的电流强度要明显大于机身其他部位,而B图中机身表面电流强度要远大于A图,这分别与雷击入口设置和雷电流波形特点有关。C图和D图分别给出了6.4微秒机身表面雷电流强度和方向的两种视图,C图中雷电流强度和方向大致呈现轴对称状,这是由雷击入口位于轴线所决定。