曹剑坤　陈中

【摘 要】系留气球作为一种地面系留的飞行器，在空中工作时易遭受雷击，必须对其进行雷电防护设计。目前，针对系留气球的雷电防护标准尚未发布。本文参照机载设备的防雷标准，对系留气球球上设备的雷电间接效应防护进行了梳理和分析，包括了试验方法、试验波形选取和实例分析。该方案可对系留气球球上设备的雷电间接效应试验有一定指导意义。

【关键词】系留气球;雷电;间接效应;试验方法

中图分类号： V273;V321.227 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）10-0048-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.018

Experimental Method for Lightning Indirect Effect of Balloon-borne Equipment with Captive Balloon

CAO Jian-kun CHEN Zhong

（The 38th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Anhui  Hefei  230088， China）

【Abstract】The captive balloon as a ground tethered aircraft is vulnerable to lightning strikes when working in the air. So it must be designed for lightning protection. However， the lightning protection standards for captive balloons have not been released at present. Referring to the lightning protection standard of airborne equipment， this paper analyzes the lightning indirect effect protection of the balloon-borne equipment with captive balloon， including the experimental method， experimental waveform selection and case analysis. This program provide guiding significance for the lightning indirect effect experiment of the balloon-borne equipment with captive balloon.

【Key words】Captive balloon; Lightning; Indirect effect; Experimental method

0 概述

系留气球是一种无动力气球飞行器。系留气球通过系留缆绳与地面设备连接，球体内充满氦气，依靠自身浮力悬停在空中。球上可搭载任务载荷，为其提供较大的对地视界范围。球上设备的供电是通过系留缆绳从地面获取的。系留气球通常位于离地一定高度的空中工作，其遭受雷击的概率较大，系留缆绳在供电和系留的同时也提供了雷电流泄放通道。

系留气球的雷电防护主要包括了直接效应的防护和间接效应的防护[1-2]。本文主要針对系留气球球载设备的间接效应试验方法进行分析。

1 试验方法

由于目前尚未出台关于系留气球的防雷标准，系留气球球载设备的雷电流间接效应一般可参考RTCA/DO-160G机载设备环境条件中的防护等级要求[3-6]。系留气球球载设备的间接效应试验主要包括插针注入试验和线缆束试验，插针注入试验和线缆束试验的电平等级由低至高分为1至5级。

根据系留气球防护等级的不同，系留气球：

（1）插针注入试验中，球载关键设备的电平等级要求较高，直接效应雷电流路径附近设备的电平等级要求其次，其它设备的电平等级要求较低;

（2）电缆束回击试验中，直接效应雷电流路径附近电缆的电平等级要求较高，其它电缆的电平等级要求较低;

（3）具体的电平等级选取还需要根据整个系统的雷电防护等级来确定。

1.1 插针试验波形

插针试验波形组的类别分为孔缝耦合、孔缝和电阻耦合两种。在正常间接效应试验的电平等级下，系留气球的球上设备均处于浮地状态。插针试验波形组选取孔缝耦合波形类别，包括了2组试验波形：

（1）第一组试验波形为VOC/ISC=波形3/波形3，其中VOC和ISC分别为图1或图2上校准点得到的开路电压值和短路电流值，电压或电流波形3如图3所示。波形3为正弦阻尼波或余弦阻尼波。

（2）第二组试验波形为VOC/ISC=波形4/波形1，其中电压波形4如图4所示，电流波形1如图5所示。两者的波形和指标参数相同。

1.2 电缆束试验波形

电缆束试验由单次回击试验、多重回击试验和多重脉冲组试验组成。电缆束试验波形组的类别根据孔缝耦合、孔缝和电阻耦合以及屏蔽、非屏蔽进行排列组合之后分为4类。电缆束单次回击试验可与多重回击试验合并进行。多重回击试验的第一个瞬态信号试验电平用单次回击试验电平代替。

为了球上设备具备良好的电磁兼容，系留气球的球上设备通常采用屏蔽电缆。在正常间接效应试验的电平等级下，系留气球的球上设备均处于浮地状态。电缆束试验波形组选取屏蔽、孔缝耦合波形类别，包括了2组试验波形：

（1）第一组试验波形为VL/IT=波形2/波形1，其中VL表示电压限制电平，IT表示电流试验电平。电压波形2如图5所示，电流波形1如图6所示。

（2）第二组试验波形为VT/IL=波形3/波形3，其中VT表示电压试验电平，IL表示电流限制电平。电压波形3如图3所示，电流波形3如图3所示。

VT和IT为图7所示信号发生器校准环开路时的电压波形和短路时的电流波形。上述2组试验波形包含了单次回击试验、多重回击试验的波形。对于多重脉冲组试验采用第二组试验波形即波形3，如图3所示。

1.3 电平等级选取

插针注入试验电平等级所对应的开路电压值和短路电流值见表1。

插针注入试验对设备的防雷性能要求较为严格，对于球载关键设备一般按照电平等级4级进行试验，对于球载其他设备可按照其位置和重要性进行电平等级的选取。

电缆束单次回击试验电平等级所对应的试验电平和限值电平见表2，电缆束多重回击试验电平等级所对应的试验电平和限值电平见表3，电缆束多重脉冲组试验电平等级所对应的试验电平和限值电平见表4。

线缆束试验与插针注入试验相比，对设备防雷性能测试的严酷程度较低，对于球载关键设备一般按照电平等级5级进行试验，对于球载其他设备可按照其位置和重要性进行电平等级的选取。

2 试验实例

主氣囊阀门作为系留气球的球载关键设备，用于在应急情况下释放主气囊内气体。在球载设备间接效应的试验中，主气囊阀门的电平等级要求较高。本文以主气囊阀门的间接效应试验为实例，插针试验的电平等级选取4级，线缆束试验的电平等级选取5级。插针试验的设备布置图如图6所示。线缆束试验的设备布置图如图7所示。插针试验的波形列表如表5所示。线缆束试验的波形列表如表6所示。主气囊阀门在经过上述试验后，阀门可正常开启和关闭。试验表明主气囊阀门作为球载关键设备可以在雷电流间接效应后正常工作，可靠性较高。

3 总结

本文对系留气球球载设备雷电间接效应的实验方法进行了分析，包括了设备的试验电平等级选取方法和实验波形的选取。最后通过对球载关键设备——主气囊阀门的试验实例，对本文的试验方法进行了验证。

【参考文献】

[1]姚红.球载电子设备雷电防护与试验研究.合肥工业大学，硕士，2013.

[2]刘涛，张红卫，司晓亮，仇善良，李志宝，段泽民.某系留气球的雷电电磁仿真.37（5），2015：35-40.

[3]赵涛宁，刘顺坤.飞机雷电间接效应试验方法.上海计量测试，S1，2018：6-10.

[4]赵岩.航空电子产品高频信号接口间接雷电防护设计.电子世界，2018：162-163.

[5]王万富;陈奇平;武亚君.飞机雷电间接效应试验中的仿真技术探索.微波学报，S3，2012：312-314.

[6]鄢辉萍.民用直升机闪电间接效应适航验证方法研究.直升机技术，1，2014：39-42.