航空故障电弧损伤效应及特征分析方法研究

发布时间：2021-06-29 04:03

　　随着多电全电飞机的不断发展,机上电气系统日益复杂,由于飞机老化以及高温、振动、盐雾潮湿等严酷环境,造成电缆绝缘破损所引发的故障电弧严重威胁着航空安全。到2011年,我国民航局在CCAR25部中明确规定“每个EWIS（电气线路互联系统）的设计和安装必须与其他EWIS和飞机系统具有足够的物理分离”,然而,在一些具体实践中某些线束无法达到要求的隔离距离,所以需要通过相关的原理性试验进行验证,用电弧损伤试验评估EWIS中故障电弧的危害。因此,有必要对故障电弧的损伤效应进行研究,对特殊情况的隔离间距进行指导,并通过研究故障电弧波形特征,总结故障电弧特征分析方法,进一步在源头上消除隐患,提高航空安全。本文基于故障电弧理论,对航空交流故障电弧的物理过程进行了仿真,通过半个周期内电弧温度的变化,初步分析电弧物理过程;基于磁流体动力学方程与电弧能量最大假设,利用COMSOL Multiphysics软件对不同隔离间距下的管路损伤进行了仿真,对比分析了电弧损伤试验结果,表明了电弧损伤模型的有效性,进而分析了不同参数对结构铝管损伤类型的影响规律。基于Mayer电弧动态模型理论,利用MATLAB-Simuli... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

伏安特性与电弧运动速度的关系曲线

中国民航大学硕士学位论文6冷却。由此可知，各类电弧当气体压力增加时能够相应提高其弧柱电位梯度。图2-2所示为电流1000A下弧柱受到压缩空气纵向吹弧情况下，弧柱电位梯度与气体压力的关系。图2-2弧柱电位梯度与气体压力关系曲线电弧相邻的接触面壁对其冷却的影响程度很大。当将电弧压缩到小的间隙或是尺寸较小的柱体中，电弧弧柱会得到极高的电位梯度。当缩短缝隙间距或管道尺寸，会将弧柱电位梯度提高数倍。在实际中，电弧可能在微秒时间内使温度上升到4000~50000K，在具体的工程问题中分析研究发生电弧时温度的变化与最大值具有重要的意义。放电时的能量源于间隙两端的电场，间隙中粒子在电场作用下不断加速，加速后的粒子在不断的发生撞击，使得粒子振荡加强，频繁摩擦撞击最终使得间隙间空气的温度迅速升高。在气体放电阶段，不同类型粒子对建立的温度提供不同大小的贡献，其中加速后的离子对温度升高贡献较小，加速的电子对温度贡献最大，粒子温度由动能方程式即式2.1求出[24]。23122kT=mv(2.1)式中，为玻尔兹曼常数；、分别为温度和质量；为速度。在低气压和高气压电弧之间最重要的区别是弧柱的温度。在高压的环境下产生的电弧，弧柱区各类粒子温差很小，差值仅为百分之几，可以略去。低电压弧柱区域的特点是电子温度大大超过重粒子（离子和中性气体）的温度。这是因为电子此时有很大的平均自由行程，并从电场接受很大的能量，而它们同类粒子弹性碰撞时所损失的能量很小[17]。如图2-3所示为气体压力的范围内，电子温度、离子温度和气体温度

中国民航大学硕士学位论文7的变化。图2-3弧柱的电子温度、离子温度、气体温度与的关系曲线2.1.2交流电弧的物理特性交流供电系统其本身决定了电弧两端的电流与电压要随时间不断改变，很难产生持续而稳定的电唬发生故障电弧时，电弧电流波形会偏离正常状态，出现明显畸变即处于过零点前故障电弧电流波形比正常状态下的电流波形下降更快，在过零点附近趋于平缓，此时就是故障电弧波形中出现“零休”的阶段，在此阶段通过间隙的电流几乎为零。如图2-4所示为交流电弧的动态特性曲线。图2-4交流电弧的动态特性曲线利用电弧电阻对交流电弧的动态特性即伏安特性进行解释，电弧电阻使用电弧电压与电弧电流表示。在发生交流故障电弧期间，间隙两端的电压与电流时刻发生变化，间隙处的碰撞粒子数的改变伴随着电阻的变化，期间电弧电阻的减小较为缓慢。当变化的电流达到峰值时，间隙两端的电压较小，电弧电阻此时以较慢的速度开始增加。当电流


本文编号：3255691