机载雷达天线罩雷电防护设计研究

摘 要：飞机雷达天线罩容易遭受雷击从而造成天线罩及罩内雷达天线损坏，因此雷达天线罩必须采取有效的雷电防护措施。本文介绍了某型飞机雷达天线罩的雷电防护措施、雷电防护系统的设计原则和设计过程，并进行了雷电防护试验，试验结果表明采取有效的雷电防护措施可以保护雷达天线罩和罩内天线设备ฑ。

关键词：雷电防护；天线罩；分流条；雷电试验

0.引言

雷电是自然界常见的空气放电现象，据统计雷击飞机的概率在每1000飞行小时1次到每20000飞行小时1次之间[1]。机载雷达罩为非金属复合材料，雷击会对雷达罩造成不同程度♂的损伤[2]。为了机载雷达在飞行过程中的安全性和使用性，必须加强雷达罩的抗雷击能力。对于飞机上雷达天线罩为保证内部设备正常工作，还必须保持较高的电磁透波率。

1.飞机雷达天线罩雷电防护

对容易受到雷击放电损坏的飞机系统和部件必须根据自身以及所在区域的要求采取适当的雷电防护措施，减少雷电对飞机的损害。根据雷电附着的概率、附着点位置随时间变化的概率及雷电流的传导特性，通常将飞机表面雷电防护特性划分了：1A区、1B区、2A区、2B区和3区。

机载雷达天线罩一般都是由非金属材料复合构成，对非金属复合材料主要通过表面火焰喷涂铝、表面粘接铝箔或金属网、加装雷电分流条来进行抗雷击防护[3]。由于雷达罩有较高的透波要求，以上两种方法以牺牲雷达罩的透波性能来提高其抗雷击性能显然得不偿失。针对某型机雷达罩的要求较高的透波性能，比较适合采用安装雷电分流条进行防雷击设计。

1.1雷电分流条布置设计

在某型机雷达天线罩位于1A区，这样连接雷击进入点与离开点之间的天线罩表面导电通道应具有多次传输200±20kA峰值电流和在1～2s内传输500C电荷量的能力。当天线罩遭遇雷电时，确保雷击落在防护系统上，而不是落在天线罩上。

一般结构表面任意一点的雷击电压必须小于击穿雷达罩蒙皮所需要的最大击穿电压。分流条最大间距和最小间距如下♥[4]：

最大间距（cm）≤表面击穿电压（kV）/表面雷击电压（kV/cm）

最小间距（cm）≥（感应电压（kV）/-击穿电压（kV））/表面雷击电ฃ压（kV/cm）

通常两分流条之间距离为300～600mm。材料的击穿电压高，距离就大，反之则小。分流条相互之间的最大间距根据经验公式[5]：

Dmax=136T1/2/KS

Dmax――分流条最大间距；

T――雷达罩壁厚；

K――飞狐系数，当罩体表面光洁度好时取1，否则取大于1的值；

S――与雷达罩壁厚有关的安全系数，在雷达罩体表面有抗静电涂层时S取1.1。

根据以上设计原则，该型雷达天线罩外形为航向对称分布，综合考虑对称布置6根分流条，天线罩左右两边采用2根356mm的分流条，其余4根分流条选择425mm长，分流条之间最大距离390mm。

雷电分流条宽度是影响天线罩性能的主要因素，装配分流条后对雷达天线罩进行电性能测试，其平均功率传输系数为89.2%，最小功率传输系数为75.02%，满足了天线罩的电性能指标要求。满足1A区雷电流要求铝分流条的导流截面积为24mm2以上，考虑电性能因素，要求分流条的宽度不改变，另外兼顾强度因素和安全裕度，故设计将雷电分流条为3×8mm的铝条，安装好分流条后进行雷电防护试验。

2 雷电防护试验

雷电防护措施的可靠性应通过所规定的雷电模拟试验验证，对处于雷电1A区天线罩，按GJB3567-1999标准要求需要做全尺寸部件附着点试验、电晕和流光的直接效应两个试验。雷电压试验波形为A电压波和D电压波，雷电流试验采用了A电流分量和B电流分量构成的复合分量。

根据试验标准要求对雷达天线罩的四个区域不同方向进行了 ッ80余次的雷电压试验。试验结果表明天线罩由6根雷电分流条布局合理可行，能够满足雷电附着要求。

满足1A区雷电流要求铝分流条的导流截面积为24mm2以上，采用铜分流条的导流截面积为20mm2以上。将雷电分流条选定为3×8mm的铝条，安装好分流条后进行雷电流试验。试验结果表明装配3×8mm铝分流条的雷电防护系统符合标准要求。

3 结束语

（1）采用3×8mm的6根铝制分条，间距为300～600mm布局，通过胶螺接工艺安装的雷电防护系统能够满足该型雷达天线罩的雷电安全要求和电性能要求；

（2）综合考虑电性能指标、气动外形、重量和工艺施工要求选择雷电分流条的宽度和厚度，采用截面积为24 mm2的铝制分流条能够满足雷电1A区雷电安全要求，节省了天线罩制造成本。