雷电磁场的模拟及暂态循迹仿真分析

基于电磁振荡以及高压尖端放电原理,利用特斯拉线圈模拟自然界中的雷电及其磁场。利用TES-593三维电磁测量仪对所产生的雷电磁场进行测量,探究了放电频率f、放电脉宽I与雷电磁场的关系。通过原创的“暂态循迹仿真分析法”对不同高度下的磁场分布情况进行测量和仿真,进一步探究雷电磁场分布与雷电距地面高度的关系。     

雷电流测量专用柔性无磁芯大型Rogowski线圈

为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题,提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案,研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈,去除磁芯和外加积分器,通过增加线圈匝数获得高电感,以实现测量结果的自积分,降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性,采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿,提高了测量波形的准确度,增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。     

雷电流测量专用柔性无磁芯大型Rogowski线圈

 为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题,提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案,研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈,去除磁芯和外加积分器,通过增加线圈匝数获得高电感,以实现测量结果的自积分,降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性,采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿,提高了测量波形的准确度,增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。     

球状闪电与等离子体的约束

 一、雷电与球状闪电人们知道在雷阵雨天气经常会出现雷电,这是由于云层间或云地间的电荷瞬间放电造成的。雷电往往给人们恐怖威严之感,一方面它会给自然界和人类环境造成一定的破坏,有时会毁坏建筑、引起火灾甚至造成人员伤亡,自古以来人们就渴望对它的本质进行认识,如今现代科技“防雷”已成为应用于许多领域的重要技术;另一方面雷电促进了降雨和植物生长,对有机物的合成及生命的起源起着特殊的作用,它也促进了人类对电现象本质的认识。雷雨云是所有云层中最厚的,其云层厚度可达10公里,由于云层内部重力浮力和空气对流的作用,云中大量带有正负电荷的微粒分离,在云中形成若干个正负电荷中心。     

寻呼通信基站的防雷设计与工程实施

本文论述了寻呼通信基站的防直击雷与寻呼通信设备的防雷电过压脉冲侵入的综合防雷方案的设计与防护工程的具体实施方法．     

飞机及分系统雷电效应标准及测试浅析

对国内外关军用及民用飞机平台、分系统及设备雷电标准进行分析,针对雷电直接效应和雷电间接效应的所有测试项目,详述每个测试项目的适用区域、波形要求、测试配置等。结合现有国内雷电设计验证标准及测试存在的不足,提出提升测试设备与试验验证技术匹配性、扩展军用标准测试领域、统一同军种同一平台要求等建议。通过对军用机载平台、设备及分系统关于雷电设计验证标准及测试的分析,为相关产品设计师及试验人员提供设计指标参考,明确产品关于雷电防护的设计要求及验证要求,做到有的放矢,提高设计费效比。     

雷电的形成威力及预防

雷电灾害严重危及生命和财产的安全。因此，了解雷电成因，既有助于认识雷电的危害性，又可加强人类对雷电的防护。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350μs波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

3维电介质击穿模型在雷电防护系统评估试验中的应用

采用荷电圆盘雷云解析模型作激励源,利用电介质击穿模型进行了地闪先导放电高分辨力3维数值模拟,得到了50 m分辨力的地闪放电图样与先导近地500 m时的地面电场分布（峰值-164.9 kV·m-1）,结果与实际观测值相符。模拟中通过高维样条插值实现了计算空间与评估区域的分辨力转换（50 m到1 m）,构建评估模型,可以进行雷电防护系统的数值评估试验。用该方案对一种雷电防护系统概念模型进行了试验,结果显示：系统10 m高、-1.5 MV激励的条件下,5 m高处的雷击概率以系统为中心随距离增加而增大,系统投影区域雷击概率为0;由于先导激励地面电场的非对称性,保护区范围各向分布极不均匀。通过此方案可以得到系统作用下精细的雷击概率分布,适用于雷电防护系统效能评估。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明：受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向; 主要能量耦合通道为弹体; 不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350 s波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75 kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为：辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

雷电电磁场峰值的概率分布

获得雷电电磁场的随机特性,是研究雷电电磁场对电子系统有害耦合效应评估的基础。基于雷电流的统计特性,在具有一般性的概率框架下讨论雷电电磁场,导出电磁场峰值的概率分布函数及密度函数,采用多重积分法计算出不同位置处电场强度和磁场强度峰值的概率分布图和累积概率分布图,计算结果与蒙特卡洛模拟结果吻合。     

雷电电磁场峰值的概率分布

获得雷电电磁场的随机特性,是研究雷电电磁场对电子系统有害耦合效应评估的基础。基于雷电流的统计特性,在具有一般性的概率框架下讨论雷电电磁场,导出电磁场峰值的概率分布函数及密度函数,采用多重积分法计算出不同位置处电场强度和磁场强度峰值的概率分布图和累积概率分布图,计算结果与蒙特卡洛模拟结果吻合。     

一次对地转移电荷极性两次反转的人工引发雷电特征及反转机制分析

利用闪电甚高频干涉仪动态成像结果,并结合通道底部电流、电场和光学观测资料对一次罕见的、对地转移电荷极性反转两次的双极性人工引发雷电放电特征进行了详细研究,首次观测到直接导致极性反转的云内击穿放电过程,探讨了对地转移电荷极性两次反转的物理机理.结果发现,此次闪电无回击过程、初始连续电流阶段对地转移电荷极性经历了负-正-负的两次反转,转移电荷量分别约–40.0 C,+13.3 C和–1.0 C.负极性初始连续电流衰减过程中,一支击穿空气的负先导起始于已电离的正先导分支通道上并形成悬浮通道,水平发展28.816 ms后,接地主通道上发生负极性击穿连接到了悬浮通道末端正电荷聚集处或双向发展的悬浮通道的正极性端,随后对地转移电荷极性快速反转为正.负先导熄灭后,对地转移电荷极性缓慢反转为负.击穿空气的负先导连接到接地主通道和持续发展的正先导是此次双极性闪电对地转移电荷极性发生两次反转的重要原因.而负先导的起始,与正先导多分支同时发展引起的先导通道和环境电势分布差异密切相关.     

3维电介质击穿模型在雷电防护系统评估试验中的应用

 采用荷电圆盘雷云解析模型作激励源,利用电介质击穿模型进行了地闪先导放电高分辨力3维数值模拟,得到了50 m分辨力的地闪放电图样与先导近地500 m时的地面电场分布（峰值-164.9 kV·m_-1）,结果与实际观测值相符。模拟中通过高维样条插值实现了计算空间与评估区域的分辨力转换（50 m到1 m）,构建评估模型,可以进行雷电防护系统的数值评估试验。用该方案对一种雷电防护系统概念模型进行了试验,结果显示：系统10 m高、-1.5 MV激励的条件下,5 m高处的雷击概率以系统为中心随距离增加而增大,系统投影区域雷击概率为0;由于先导激励地面电场的非对称性,保护区范围各向分布极不均匀。通过此方案可以得到系统作用下精细的雷击概率分布,适用于雷电防护系统效能评估。     

基于先导发展模型的舰艇避雷防护评估仿真

基于先导发展模型实现了海域上地闪先导2维数值放电模拟,完成了海域上地闪先导放电通道过程的图样采集。通过建立二维舰船模型,并根据相关标准对舰船模型进行避雷针的数量、高度、位置设定,对此模型进行雷电先导放电数值试验。经大量试验统计分析,舰船采用单根避雷针设计方案时,避雷针的高度较高,使得接闪概率明显增大,但在避雷针周围取得了较理想的防护效果;与单根设计方案相比,双根避雷针设计使得舰船整体结构高度降低,总的接闪次数有所减少,防护效果更佳。该评估方法可与长间隙放电试验和雷电观测互为补充,进一步完善了水面舰艇避雷系统防护评估检验技术,为舰艇的雷电防护提供理论基础。     

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

核电磁脉冲（NEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）和高功率微波（HPM）等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应,利用GTEM室产生的核电磁脉冲,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明,单片机系统在强电磁脉冲作用下,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验,讨论了单片机系统的各种效应产生的原因。     

雷电在东西方文化中的差异

 狂风呼啸,云海翻腾。刹那间,电闪雷鸣,暴雨滂沱……雷电,自然界中最惊心动魄,威力巨大的瞬间释放的能源之一,自它远古诞生之日起,就对地球表面大气的形成和氧气的制造,乃至地球上生命的起源及人类的进化都起到了难以估量的作用。一、雷电在东方演绎成历史悠久意义深远的“龙”文化龙,是东方文化的标志,是中华民族的图腾。图腾是集崇拜、敬畏、恐惧和想象于一身的虚拟画像。那么,龙是怎样产生的?它最早的文字记载源于何处?远古时期,人们常常受到雷电袭击,但不明其理,进而产生雷龙的端倪。如《投荒杂录》中就有,一群百姓遇上大雷电,雷鸣电闪中,天上出现一头“豕首鳞身”的怪物,形状奇特,向人们扑来,人们慌忙举刀自卫。     

雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应

 从传输线模型出发,通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型,采用时域有限差分法计算得出雷电回击电流的近场分布,将场值代入离散的传输线方程后,计算了架空电力线终端的感应过电压。通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析,发现由于其它导体的存在,多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%;并且对于垂直导体结构,最小感应电压产生在距离地面最近的导体上;而对于水平导体结构,最小感应电压产生在中间导体上。     

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

 核电磁脉冲（NEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）和高功率微波（HPM）等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应,利用GTEM室产生的核电磁脉冲,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明,单片机系统在强电磁脉冲作用下,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验,讨论了单片机系统的各种效应产生的原因。     

信息设备的三大“高空杀手”

 自从人类进入信息时代以来,人类的生存环境也具有浓厚的电磁环境内涵。各种信息技术设备,都存在一个受外界高强度电磁场辐射袭击的问题。雷电、太阳风暴、核电磁脉冲是信息设备的“高空杀手”,它们会干扰信息设备的程序,削弱其性能,甚至使其处于瘫痪状态和烧毁状态。这个问题在上世纪80年代已引起西方发达国家的普遍重视,迅速开展了研究、解决信息技术设备的电磁防护工作。我国近几年对此问题也有足够的认识和重视,对此的研究也进入了高层次。一、雷电雷电是自然界中最强的一种脉冲放电现象,包括雷鸣和电闪。