GJB8848雷電傳導(dǎo)耦合注入試驗(yàn)淺析

劉凱 郝娜娜 趙偉龍

摘 要：目前國內(nèi)沒有針對艦船的雷電試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，國外可借鑒的標(biāo)準(zhǔn)有MIL-STD-461G、MIL-STD-464C、NATO AECTP-250：2009以及RTCA-DO/160 section 22，國內(nèi)可參考的有GJB1389A-2005《系統(tǒng)電磁兼容要求》及GJB8848-2016《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)方法》。本文介紹了GJB 8848中方法402地面系統(tǒng)雷電試驗(yàn)方法，主要對方法402中的雷電傳導(dǎo)耦合注入試驗(yàn)方法進(jìn)行了解析，有助于推動技術(shù)人員對艦船設(shè)備進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和開展試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：GJB8848-2016;GJB1389A-2005;艦船雷電

中圖分類號：V216.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0182-02

1 概述

MIL-STD-461G中新增的CS117主要采用耦合注入方法進(jìn)行電纜束雷電敏感度試驗(yàn);MIL-STD-464C系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)中給出了脈沖電磁場變化率的要求以及雷電試驗(yàn)波形要求，并未給出具體的試驗(yàn)方法;AECTP-250給出了艦船和地面軍械系統(tǒng)的雷電傳導(dǎo)耦合注入等級，并未給出具體的實(shí)施方法。解放軍總裝備部2005年頒布的GJB1389A僅規(guī)定了包含雷電的14項(xiàng)試驗(yàn)要求，而隨著GJB8848-2016的頒布，GJB1389A的所有試驗(yàn)項(xiàng)目均具備了實(shí)施考核的方法，且在GJB1389A的基礎(chǔ)上新增了MIL-STD-464C中的高功率微波試驗(yàn)方法并提升了頻譜兼容性的要求。為了滿足軍用設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境下能夠正常工作，可以將GJB8848中22個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目可以分為以下五大類，（1）自兼容要求;（2）電磁環(huán)境干擾要求;（3）適應(yīng)自然環(huán)境要求;（4）毀傷環(huán)境要求;（5）持續(xù)實(shí)戰(zhàn)能力要求。

GJB8848中給出了具體試驗(yàn)方法與實(shí)施細(xì)則，具有較強(qiáng)的可操作性。本文主要探討方法402中的雷電傳導(dǎo)耦合注入試驗(yàn)原理、試驗(yàn)波形及試驗(yàn)要求。

2 試驗(yàn)原理及波形

2.1 試驗(yàn)原理

雷電未直接接觸艦載設(shè)備的電氣線路，仍然會對其線路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和浪涌電流，將感應(yīng)電壓和電流對系統(tǒng)造成的擾動或損壞定義為雷電間接效應(yīng)，這些效應(yīng)的起因與流入艦身中的雷電流相關(guān)的電磁場和結(jié)構(gòu)電壓的升高有關(guān)。盡管設(shè)備的金屬殼體提供了高的電磁屏蔽，但有些電磁場仍可以穿透孔縫在艦載設(shè)備線路上產(chǎn)生瞬態(tài)浪涌電壓，結(jié)構(gòu)材料和接頭的電阻使得兩個(gè)設(shè)備間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)電壓差。試驗(yàn)?zāi)M感應(yīng)電壓、電流在回路上引起設(shè)備的響應(yīng)。

2.2 試驗(yàn)波形

雷擊發(fā)生時(shí)，在艦載設(shè)備連接電纜和結(jié)構(gòu)部件之間存在的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和浪涌電流，該電壓是電纜的端點(diǎn)間的結(jié)構(gòu)電壓和結(jié)構(gòu)材料中分散的電場產(chǎn)生的電壓之和。短脈沖（SP）波形即存在于電阻性部件中的雷電沖擊電流分量A（見圖1）導(dǎo)數(shù)相似的雙指數(shù)電壓波形（見圖2），該波形主要存在于高阻抗的線纜上;另一種情況是在雷電流流經(jīng)機(jī)體結(jié)構(gòu)時(shí)在互聯(lián)設(shè)備接地基準(zhǔn)點(diǎn)之間產(chǎn)生的較慢的雙指數(shù)波形，該波形是雷電沖擊電流分量A相應(yīng)的另一種電壓波形，即中等寬度脈沖（IP）（見圖3），主要存在于利用艦載機(jī)身作為回路的高阻機(jī)體結(jié)構(gòu)之間。

連接兩端結(jié)構(gòu)部件的低阻性電纜的電流包含一種再分配機(jī)制，產(chǎn)生的電流存在于相對結(jié)構(gòu)部件具有高電感的電纜中。如鋁等良導(dǎo)體制成的結(jié)構(gòu)體間，電流長時(shí)間存在但幅值不高。對于內(nèi)部含有如碳纖維復(fù)合材料（CFC）制成的高阻性電感回路，其電流將是一個(gè)加長的雙指數(shù)波且幅值較高。這兩種波形分別為40μs/120μs以及50μs/500μs雙指數(shù)電流波形，定義為長脈沖（LP）（見圖4）。長脈沖40/120us波形適用于鋁等材質(zhì)的結(jié)構(gòu)，50/500us的長脈沖適用于屏蔽性能較差的復(fù)材結(jié)構(gòu)。

3 試驗(yàn)要求

雷電傳導(dǎo)耦合注入試驗(yàn)僅適用于系統(tǒng)級設(shè)備的互連電纜束，脈沖信號源連接在艦載設(shè)備和接地平板之間，電纜束距離接地平板不小于50mm，互連電纜束不短于3.3米，不長于15m。電源線可單獨(dú)試驗(yàn)，長度不大于1m。艦載設(shè)備在每種工作狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中陪試件應(yīng)具備相應(yīng)等級的防護(hù)能力。具體試驗(yàn)布置圖見圖5。

GJB8848中規(guī)定了三種類型四個(gè)試驗(yàn)波形，具體試驗(yàn)等級要求見表1。目前國內(nèi)艦船防雷的研究剛剛起步，針對艦船的防雷等級尚不能提出確切的試驗(yàn)要求。目前主要參照AECTP-250，該標(biāo)準(zhǔn)中對設(shè)備及其互聯(lián)電纜束所處的電磁環(huán)境進(jìn)行了5個(gè)層級的定性劃分，其中A類設(shè)備和其布線安裝在受保護(hù)的電磁環(huán)境中，如金屬材料中的一個(gè)完全封閉的環(huán)境。B類設(shè)備和其電纜敷設(shè)在部分暴露的電磁環(huán)境中，例如絕緣金屬結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)罩。C類設(shè)備和其電纜連著相同材料結(jié)構(gòu)的一部分，并安裝在暴露的電磁環(huán)境中，大部分的結(jié)構(gòu)是由不良導(dǎo)體或CFC（復(fù)合材料）構(gòu)成的。D類設(shè)備和電纜連接到材料結(jié)構(gòu)的不同部分，并安裝在一個(gè)暴露的電磁環(huán)境中，大部分的結(jié)構(gòu)都是由性能不佳的材料或CFC構(gòu)成的。E類設(shè)備不受雷電干擾的影響。

4 結(jié)語

隨著近些年我國船舶工業(yè)的迅速崛起，艦船對于維護(hù)國家海域安全的重要性越來越高，海上作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性與嚴(yán)酷性對艦載設(shè)備的安全性要求不斷提高，但在安全方面的雷電防護(hù)技術(shù)我們與歐美國家還有很大差距，GJB8848的頒布是我國首個(gè)對艦船提出雷電試驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)，且給出了具體試驗(yàn)方法，為我國艦船防雷奠定了基礎(chǔ)，因而需要我們在此基礎(chǔ)上不斷地實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、提升標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)在測試技術(shù)上的研究為艦船的安全防護(hù)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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