ICS 49.020 V 06
HB 8613-2021
飞机雷电环境试验波形
Lightning environment and test waveforms of aircraft
2021-04-19 发布 2021-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1. 1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：合肥航太电物理技术研究所、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：段泽民、司晓亮、李志宝、仇善良、张力、张松、吕海霞。
飞机雷电环境试验波形
1 范围
本标准规定了模拟飞机雷电环境的试验波形。
本标准适用于飞机雷电直接效应和间接效应的防护设计、分析和试验。导弹、火箭、浮空器等飞行器可参照执行。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GJB 3567-1999 军用飞机雷电防护鉴定试验方法
HB 6129-1987 飞机雷电防护要求及试验方法
HB 6167.24-2014 民用飞机机载设备环境条件和试验方法第 24 部分：雷电感应瞬态敏感度试验
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
作用积分 action integral
当波形表示电流时，其作用积分是电流传递能量的能力的量度，为电流量 i(t)的平方在持续时间 T
上的积分，单位为 A2s。[GJB 3567-1999，定义 3.5.6]
3.2
附着点 attachment point
雷电通道与飞机表面的接触点。[HB6129-1987，定义 1.9]
3.3
击穿 breakdown
固体、液体、气体介质或组合介质，在高电压作用下，介质介电强度丧失的现象称之为击穿。
[GJB 3567-1999，定义 3.7]
3.4
直接效应 direct effects
当雷电电弧附着时伴随产生的高温、高压冲击波和电磁力对飞机所造成的燃烧、熔蚀、爆炸、结构
畸变和强度降低等效应。[GJB 3567-1999，定义 3. 1]
3.5
驻留时间 dwell time
雷电通道附着在飞机一点上的持续时间。
3.6
闪络 flashover
当击穿过程发生在气体与液体或固体的交界面上时称为闪络。(HB6129-1987，定义 1.8)
3.7
间接效应 indirect effects
当雷电放电时伴随产生的强电磁脉冲感应引起的过电压或过电流(包括雷电流通过结构时的结构阻
性耦合)对飞机电气电子设备所造成的干扰或损坏。(GJB 3567-1999，定义 3.2)
3.8
雷电通道 lightning channel
雷电流沿击穿的电离通道流过的路径。
3.9
上升时间 rise time
电流或电压由其峰值的 10%上升到 90%的时间。
4 标准雷电环境试验波形
4.1 概述
本标准定义了用于直接效应分析和试验的外部雷电环境的波形，用于间接效应分析和试验的外部雷电环境以及用于间接效应分析和试验的内部雷电环境的波形等。
4.2 直接效应分析和试验的外部雷电环境波形
用于直接效应分析和试验的外部雷电环境包括电压波形 A、B、C、D 和电流分量 A、AH、B、C、 C*、D。
4.2.1 电压波形 A
直接效应电压波形 A 为上升率(1000±500)kV/μs 的波形，其幅值持续增加直到空气间隙击穿终止，并导致试验件发生闪络或者击穿，同时其幅值迅速跌落至零。
典型直接效应电压波形 A 见图 1 所示。
±
时间
图 1 直接效应电压波形 A
4.2.2 电压波形 B
直接效应电压波形 B 是单极性指数波，其在(1.2±0.24)μs上升到峰值，并在(50±10)μs衰减到半峰值。
典型直接效应电压波形 B 见图 2 所示。
图 2 直接效应电压波形 B
4.2.3 电压波形 C
直接效应电压波形 C 是截断电压波形。规定试验件与试验电极之间的间隙击穿应发生在(2±1)μs，对击穿时的电压幅值和击穿前的电压上升率不作要求。
典型直接效应电压波形 C 见图 3 所示。
电压
击穿
时间
2μs
图 3 直接效应电压波形 C
4.2.4 电压波形 D
直接效应电压波形 D 是慢波前的电压波形，上升时间为 50μs～250μs，衰减到峰值 50%的时间不应超过 2000μs。
典型直接效应电压波形 D 见图 4 所示。
4.2.5 电流分量 A
直接效应电流分量 A 可模拟成图 5 所示的衰减振荡波形或图 6 所示的单向波形。该波形的峰值电流为(200±20)kA，在 500μs 内的作用积分为(2.0×106 ±4×105)A2s，上升时间不大于 50μs，电流衰减到峰值 1%的时间不大于 500μs。
图 4 直接效应电压波形 D
图 5 以衰减正弦波模拟的直接效应电流分量 A
图 6 以单极性波形模拟的直接效应电流分量 A
4.2.6 电流分量 AH
直接效应电流分量 AH 可模拟成见图 7 所示的衰减振荡波形或见图 8 所示的单向波形。该波形的峰值电流为(150±15)kA，在 500μs 内的作用积分为(0.8×106 ±1.6×105)A2s，上升时间不大于 37.5μs，电流衰减到峰值 1%的时间不大于 500μs。
图 7 以衰减正弦波模拟的直接效应电流分量 AH
4.2.7 电流分量 B
直接效应电流分量 B 应模拟成单极性波形，即矩形波、指数波或线性衰减波。该波形平均电流幅值为(2±0.4)kA，持续时间为(5±0.5)ms，传递电荷量为(10±1)C。
以矩形波模拟的直接效应电流分量 B 见图 9 所示。
以指数波模拟的直接效应电流分量 B 见图 10 所示。
图 8 以单极性波形模拟的直接效应电流分量 AH
图 9 以矩形波模拟的直接效应电流分量 B
图 10 以指数波模拟的直接效应电流分量 B
4.2.8 电流分量 C
直接效应电流分量 C 应模拟成单极性波形，即矩形波、指数波或线性衰减波。该波形的电流幅值为 200A～800A，持续时间为 0.25s～1s，传递电荷量为(200±40)C。
以矩形波模拟的直接效应电流分量 C 见图 11 所示。
b) 电流幅值为 400A
c) 电流幅值为 200A
图 11 以矩形波模拟的直接效应电流分量 C
4.2.9 电流分量 C*
直接效应电流分量 C*代表电流分量 C 的部分电流。其平均电流幅值应不小于 400A，持续时间等于驻留时间减去 5ms 的时间，通常试验选择 C* 的库伦量为(18±3.6)C。
图 12 为电流分量 C* 的一个应用示例。
图 12 电流分量 C* 的应用
4.2.10 电流分量 D
直接效应电流分量 D 可模拟成图 13 所示的衰减振荡波形或图 14 所示的单极性波形。该波形峰值电流为(100±10)kA，上升时间不大于 25μs，在 500μs 内的作用积分为(0.25×106 ±5×104)A2s，衰减到峰值 1%的持续时间不大于 500μs。
图 13 以衰减正弦波模拟的直接效应电流分量 D
图 14 以指数波模拟的直接效应电流分量 D
4.3 间接效应分析和试验的外部雷电环境波形
4.3.1 电流分量 A
应用于间接效应分析和试验的电流分量 A 的波形由公式(1)表示：
i (t)= I0 (e_αt _ e_βt )(1- e_ γt)2……………………………………(1)
式中：
I0 = 218810 A
α = 11354 s-1
β = 647265 s-1
γ = 5423540 s-1
间接效应电流分量 A 的幅值频率由公式(2)表示：
I = I
该分量应模拟成单极性波形，其波形应在 3μs 内上升到峰值的 90%，并在(6.4±1.28)μs达到峰值，半峰值时间为(69±20.7)μs，在 500μs 内的作用积分为 2.0×106A2s。
间接效应电流分量 A 的时域波形见图 15 所示。
间接效应电流分量 A 的幅频特性见图 16 所示。
a) 间接效应电流分量 A 的时域波形(0～200μs)
b) 间接效应电流分量 A 的时域波形(0～10μs)图 15 间接效应电流分量 A 的时域波形
图 16 间接效应电流分量 A 的幅频特性4.3.2 电流分量 AH
应用于间接效应分析和试验的电流分量 AH 的波形由公式(1)表示：式中：
I0 = 164903 A
α = 16065 s-1
β = 8588885 s-1
γ = 7253750 s-1
间接效应电流分量 AH 的频率幅值由公式(2)表示。电流分量 AH 的时域波形见图 17 所示。
电流分量 AH 的幅频特性见图 18 所示。
100
75
50
时间(μs)
a) 间接效应电流分量 AH 的时域波形(0～200μs)图 17 间接效应电流分量 AH 的时域波形
b) 间接效应电流分量 AH 的时域波形(0～10μs)图 17 间接效应电流分量 AH 的时域波形(续)
图 18 间接效应电流分量 AH 的幅频特性4.3.3 电流分量 H
应用于间接效应分析和试验的电流分量 H 的波形由公式(1)表示：
式中：
I0 = 10572 A
α = 187191s-1
β = 19105100 s-1
γ = 153306000 s-1
间接效应电流分量 H 频率幅值由公式(2)表示。
间接效应电流分量 H 的时域波形见图 19 所示。
间接效应电流分量 H 的幅频特性见图 20 所示。
a) 电流分量 H 的时域波形(0～10μs)
b) 电流分量 H 的时域波形(0～0.5μs)图 19 电流分量 H 的时域波形
图 20 电流分量 H 的幅频特性4.3.4 电流分量 D
应用于间接效应分析的电流分量 D 的波形由公式(1)表示，式中： I0 = 109405 A
α = 22708 s-1
β = 1294530 s-1
γ = 10847100 s-1
间接效应电流分量 D 的频率幅值由公式(2)表示。
该电流分量应模拟成单极性波形，其波形在 1.5μs 内上升到峰值的 90%，并在(3. 18±0.636)μs达到峰值，半峰值时间为(34.5±10.35)μs。
间接效应电流分量 D 的时域波形见图 21 所示。
间接效应电流分量 D 的幅频特性见图 22 所示。
a) 间接效应电流分量 D 的时域波形(0～100μs)
b) 间接效应电流分量 D 的时域波形(0～5μs)
图 21 间接效应电流分量 D 的时域波形
图 22 间接效应电流分量 D 的幅频特性
4.3.5 多重冲击波形
多重冲击波形定义为 1 个电流分量 D 之后跟随 13 个随机间隔的后续冲击波形。后续冲击波形称作雷电流分量 D/2，其波形参数定义除 I0 = 54703A、峰值电流为分量 D 的 1/2 外，其余参数与分量 D 相同。多重冲击波形见图 23，规定两次后续冲击间的时间间隔为 10ms～200ms，13 次后续冲击的总时间不超过 1.5 s。
图 23 外部雷电环境的多重冲击波形
4.3.6 多重脉冲组波形
多重脉冲组波形由电流分量 H 波形组成，见图 24 所示。该波形由 3 组脉冲组组成，脉冲组之间的时间间隔为 30ms～300ms。各脉冲组由 20 个重复的电流分量 H 组成，每个电流分量 H 之间的时间间隔为 50μs～1000μs。
图 24 多重脉冲波形组
4.4 用于分析的外部雷电环境电流分量 B 和 C
4.4.1 电流分量 B
只用于分析的电流分量 B 的波形由公式(1)表示，式中：
I0 = 11300 A
α = 700 s-1
β = 2000 s-1
γ = 22000 s-1
电流分量 B 的频率幅值由公式(2)表示。电流分量 B 的时域波形见图 25 所示。
电流分量 B 的幅频特性见图 26 所示。
a) 电流分量 B 的时域波形(0～5ms)
b) 电流分量 B 的时域波形(0～1ms)
图 25 分析用电流分量 B 的时域波形
图 26 分析用电流分量 B 的幅频特性
4.4.2 电流分量 C
用于分析的电流分量 C 的波形应模拟成矩形波，该矩形波的幅值为 400A，持续时间为 0.5s，见
图 27 所示。
图 27 分析用电流分量 C
4.5 飞机雷电试验的外部雷电环境波形和分量
标准外部雷电环境波形和分量应用于飞机雷电试验见表 1 所示。其中适用于直接效应试验评估的波形包括：电压波形 A、B、C、D 和电流分量 A、AH、B、C、C*和 D。适用于间接效应试验评估的波形
包括：电流分量 A、D、H。
表 1 飞机雷电试验的外部雷电环境
4.6 间接效应分析和试验的内部雷电环境波形
4.6.1 6 个单次冲击瞬态波形
本标准定义的单次冲击瞬态波形基于雷电流分量 A，包括波形 1、波形 2、波形 3、波形 4、波形 5A 和波形 5B。
波形 1 和波形 2 分别与间接效应电流分量 A 的波形及其微分形式相同。波形 1 峰值时间为(6.4±1.28)μs，半峰值时间为(69±13.8)μs。波形 2 峰值时间为 0.34μs，波形第一次衰减到零的时间为(6.4±1.28)μs。
波形 1 和波形 2 分别见图 28 和图 29 所示。
图 28 内部雷电环境波形 1(电流波形)
T1
图 29 内部雷电环境波形 2(电压波形)
波形 3 是衰减振荡的电压和电流波，振荡频率在 1 MHz～50 MHz 之间，规定其第 8 个半波的幅值应不小于第 2 个半波幅值的 25%，但不大于第 2 个半波幅值的 75%，波形见图 30 所示。
图 30 内部雷电环境波形 3(电压/电流波形)
波形 4 的波形与电流分量 A 相同，峰值时间为(6.4±1.28)μs，半峰值时间为(69±13.8)μs，波形见
图 31 所示。
图 31 内部雷电环境波形 4(电压波形)
波形 5A 峰值时间为(40±8)μs，半峰值时间为(120±24)μs，波形见图 32 所示。波形 5B 峰值时间为(50±10)μs，半峰值时间(500±100)μs，波形见图 33 所示。
图 32 内部雷电环境波形 5A(电流波形)
图 33 内部雷电环境波形 5B (电流波形)
4.6.2 多重冲击瞬态波形
本标准定义的多重冲击瞬态波形基于多重冲击波形(4.3.5)，由 1 个对电流分量 D 的瞬态响应和后续 13 个对电流分量 D/2 的瞬态响应组成。对电流分量 D 和 D/2 的瞬态响应与对分量 A 的瞬态响应波形相同，但幅值降低，幅值关系见表 2 所示。
表 2 对电流分量 D 和 D/2 瞬态响应幅值对应于对电流分量 A 瞬态响应幅值的比例
4.6.3 多重脉冲瞬态组波形
本标准定义的多重脉冲瞬态组波形基于多重脉冲组波形(4.3.6)，由对应于多重脉冲组波形的瞬态响应脉冲群组成，脉冲时间间隔与多重脉冲组波形一致。
对应电流分量 H 的单瞬态波形包括波形 3H 和波形 6H。
波形 3H 的波形与波形 3 相同，振荡频率为 1MHz～10MHz。用于设备和系统试验， 波形 3H 电压典型幅值为波形 3 的 3/5，波形 3H 电流典型幅值为波形 3 的 1/20。
波形 6H 的波形定义与分量 H 波形相同，为电流波形，波形见图 34 所示。用于设备和系统试验，波形 6H 典型幅值为波形 1 的 1/20。
图 34 内部雷电环境波形 6H (电流波形)
4.6.4 典型瞬态波形幅值
飞机内部间接效应瞬态电压波形的幅值通常为 50V～3200V，电流波形的幅值通常为 20A～5000A，用于机载设备、单根电缆和电缆束试验的幅值，详见 HB 6167.24-2014。
