Analiza zaburzeń piorunowych indukowanych w modelu wiązki kablowej statku powietrznego

W artykule dokonano analizy zaburzeń pochodzenia piorunowego, indukowanych w odcinku modelowej wiązki kablowej, ułożonej nad płaszczyzną metalową, w oparciu o przedstawione wyniki badań eksperymentalnych oraz komputerowych. Do przygotowania układu fizycznego użyto typowych lotniczych przewodów i oplotu ekranującego. Badania przeprowadzono dla wybranych wartości obciążenia linii oraz przy kilku sposobach uziemienia ekranu otaczającego wybrane przewody. W nieekranowanej linii tej samej wiązki wymuszano przepływ prądu udarowego. Zarejestrowano przebiegi czasowe napięć i prądów w określonych punktach systemu, będące efektem obecności zaburzenia piorunowego oraz sprzężeń pojemnościowych i indukcyjnych pomiędzy przewodami. Wyniki badań eksperymentalnych były podstawą do weryfikacji rezultatów symulacji komputerowej wykonanej w pakiecie oprogramowania CST Studio Suite 2017. Na bazie przygotowanej struktury trójwymiarowej badanego układu program umożliwił uzyskanie obwodowego modelu linii transmisyjnej, użytego w późniejszych obliczeniach w dziedzinie czasowej. Badania wykazały zależność konfiguracji obciążenia linii i sposobu jej ekranowania na kształt i wartość szczytową obserwowanych przepięć w układzie. Rezultaty obliczeń komputerowych charakteryzowały się dobrą zgodnością z wynikami eksperymentalnymi. Różnice wynikały między innymi ze stopnia dokładności odzwierciedlenia struktury 3D modelu fizycznego, sposobu zdefiniowania prądu wymuszającego oraz parametrów samej symulacji komputerowej.

The paper presents an analysis of lightning overvoltages induced in the section of cable harness, located above the conducive metal plane, based on the presented results of experimental and computer studies. For the preparation of the physical model, typical wires and braided shield for aviation industry were used. The tests were carried out for various harness configuration. First of all, both the values of the resistive loads on both ends of the wires and the method of grounding the screen surrounding the selected wires were changed. In the unshielded wire of the same bundle, the lightning current was forced using a single impulse generator MIG0618SS with high accuracy and repeatability of generated disturbances. The overvoltages were transferred to the other wires of the line by capacitive and inductive coupling. Voltage and current waveforms at specific points of the system were recorded using a digital oscilloscope. The results of experimental research were the basis for verification of the computer simulation computation made in the CST Studio Suite 2017 software package. On the basis of the prepared 3D structure of the studied system, the program made it possible to obtain an equivalent transmission line model, used for later calculations in the time domain. Studies showed a clear and also the expected relationship of load configuration and the shield grounding method of the cable bundle on the shape and peak value of transients observed in the system. The differences resulted among other, from the degree of 3D model accuracy and the method defining the forcing current and parameters of the simulation. It is planned to use the presented software in further work on the analysis of lightning induced signals in electrical and electronic systems.