飞行目标静电起电放电特征规律与安全性评估方法研究

A moving aircraft will accumulate large amount of electrostatic charges on airframe due to various charging mechanisms. This phenomenon will bring a great threat to the flight safety when the accumulation charges increase approaching a threshold. In order to research the effects that the electrostatic discharging to the safety of the avionics, the electrostatic discharging mechanisms of the aircraft was researched, the analytical formulas of the electrostatic potential including the electrification by the friction of the skin material, engine jet and attachment, and the level of the amount of the charges under different fight status and environments was acquired by the experiments. The ground electrostatic discharging simulation method of the isolated conductor was proposed, and the experiments were carried out to study the characteristic parameters that including the spectra distribution, peak values and the waveforms of the radiation signals from the discharging of the isolated conductors with different amount of electrostatic charges. According to the researches above, the space electrostatic security assessment and the evaluation method of the avionics are currently scarcity both at home and abroad. Therefore, in order to offer a means to electrostatic security assessment of the aircraft designing and the prototype producing, an electrostatic security assessment method was proposed.

飞行器在空中运动时会因多种起电机理在机体上累积大量的静电荷，当静电荷达到一定量级时，对飞行安全带来多方面的威胁。为研究静电放电对飞行器机载电子设备的安全性，在对飞行器的静电起电放电机理进行研究的基础上，推导蒙皮材料摩擦起电、发动机喷流起电、吸附带电的静电电位计算表达式，并进行试验验证，综合考虑影响因素建立飞行器静电带电方程，获得飞行器在不同飞行状态和飞行环境下的静电带电量级。针对孤立导体静电放电的模拟难题，提出地面孤立导体静电放电模拟方法，并通过试验研究不同静电带电量级下孤立导体静电放电的辐射场频谱分布、幅值以及波形特征的特征参数。以此为基础，针对目前国内外机载电子设备缺乏空间静电放电安全性评估和考核方法的现状，提出飞行器静电安全性评估方法，为飞行器总体设计和样机研制提供静电安全性评估手段。

飞行器在空中运动时会因多种起电机理在机体上累积大量的静电荷，当静电荷达到一定量级时，对飞行安全带来多方面的威胁。针对此问题，本项目系统研究了飞行目标静电起电放电规律，获得了飞行目标静电带电规律和静电放电特性，在此基础上开展了机载电子设备静电放电安全性评估研究，为飞行器总体设计和样机研制提供静电安全性评估手段。.项目的主要研究成果如下：.1）建立了飞行目标摩擦起电电流理论模型和摩擦起电地面模拟试验平台，完成了摩擦起电试验，获得了飞行目标摩擦起电试验规律；研究了燃烧室中各粒子浓度和带电量的变化规律，研制了飞行目标喷流起电测试系统，完成了喷流起电试验，验证了飞行目标喷流起电电流量级；研制了飞行目标吸附带电试验测试系统，完成了喷流起电试验，获得了飞行目标吸附带电规律。.2）建立了空间飞行器等离子体起电模型，确定了等离子温度、二次电子发射、光电子效应与飞行器带电电位之间的关系；建立了空间飞行器等离子体起电仿真模型，获得飞行器等离子充电规律；研制了典型材料等离子体起电试验装置，获得了典型材料等离子体起电试验规律。.3）提出了电晕放电阈值计算表达式，获得了飞机静电放电电流特性和辐射场分布规律；提出了基于“变容升压”原理的空中孤立导体静电放电模拟方法，获得了飞行器静电放电辐射场频谱分布、幅值以及波形特征等特征参数和特征规律。.4）开展了静电放电电磁脉冲诱发放电机理研究，利用自主研制的强场诱发静电放电系统搭建试验平台，开展了静电放电电磁脉冲作用下航天器等效电极结构、典型介质材料、太阳电池阵静电放电试验研究，获得了静电放电电磁脉冲和空间环境因素对静电放电的影响规律。.5）研究了静电放电理论及其模拟方法，提出了一种用于求解线性集总参数电路的数学方法——状态方程法，并设计了ESD模拟器电路，得到了ESD电流表达式；开展了典型设备静电放电试验测试研究，得到了典型设备静电放电损伤规律。