基于电子雪崩时间的射频雷达信号HERF安全距离设计方法

本发明涉及电磁学和等离子体放电领域，特别是涉及一种基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法。

背景技术：

1、在电磁辐射对燃油危害(herf)问题中，对于燃油系统缝隙耦合模型，直流或准静态低频击穿机理较为简单，击穿判断依据不存在因为激励信号极性变化太快存在的累积击穿效应，所以只需要考虑激励信号的幅值是否达到击穿阈值即可。但随着频率的升高，射频放电的激励信号的极性变换对击穿特性产生根本性的影响，击穿过程存在的雪崩击穿效应。在正弦信号的激励下，气体不会直接击穿，而是逐渐累积直至某一时刻产生质变，发生雪崩击穿，而且雪崩击穿所需累积时间随着激励信号的频率和幅值的增加而减小。而现阶段很少有针对射频雷达信号作用与缝隙结构产生雪崩效应击穿放电的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，将飞机加油口的复杂几何结构进行简化，并通过时间对比判断herf安全距离。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，包括：

3、根据燃油系统加油口结构，构建出圆柱形均匀直线击穿气体放电模型；

4、给定危害油箱系统的辐射源为最常见的雷达信号，统计雷达信号扫描的方向扫描带宽及旋转速度；

5、根据油箱口结构和其与雷达的距离，计算雷达旋转一圈辐射到油箱口结构的有效辐射时间；

6、利用圆柱形均匀直线击穿气体放电模型进行仿真得到给定外部条件下，射频放电雪崩击穿时间；

7、通过有效辐射时间是否大于电子雪崩效应击穿时间，判断油箱口结构与雷达辐射源的距离是否满足电子雪崩击穿的安全距离要求，得到最佳临界安全距离。

8、所述圆柱形均匀直线击穿气体放电模型中，最内侧是半径为a的实心金属圆柱体，作为供电电极；在圆柱电极外侧是内径为a、外径为a+tp的绝缘圆环柱，用于模拟飞机加油枪表面的绝缘层；该绝缘圆环柱外侧为内径为a+tp、外径为a+tp+2d的气体圆环柱，用于模拟飞机加油枪加油口之间的缝隙；气体圆环柱外侧为内径a+tp+2d，外径a+2tp+2d的绝缘圆环柱，模拟飞机加油口表面绝缘层；最外侧为半径为a+2tp+2d的圆柱侧薄面(理想无厚度)，材料为金属，作为接地电极；即由内至外分别为：半径a圆柱金属供电电极、厚度tp的内绝缘层、厚度2d的气体介质层、厚度tp的外绝缘层、(理想无厚度的)金属接地电极。

9、所述雷达信号辐射时满足空气传播1km处电场强度为e0，信号波形为受占空比为k的方波调制得到的单频点f的正弦信号；

10、雷达信号扫描的方向扫描带宽为θ1，单位为弧度rad，旋转速度为vrad。

11、进一步地，所述计算雷达旋转一圈辐射到油箱口结构的有效辐射时间包括：

12、设油箱口结构为圆柱形，直径为d，油箱口结构距离雷达距离为l，则油箱口有效辐射角度为

13、雷达旋转一圈辐射到油箱口结构的有效辐射时间为

14、进一步地，所述利用圆柱形均匀直线击穿气体放电模型进行仿真得到给定外部条件下，射频放电雪崩击穿时间包括；

15、给定外部条件，包括固定的温度、压强、激励频率为f；

16、计算雷达信号辐射在燃油系统加油口结构处等效的电压幅值为

17、在圆柱形均匀直线击穿气体放电模型的金属供电电极和接地电极之间施加幅值为v0，模拟射频放电，并测试雪崩击穿时间记为tc。

18、进一步地，所述通过有效辐射时间te是否大于电子雪崩效应击穿时间tc，判断出油箱口结构与雷达辐射源的距离是否满足电子雪崩击穿的安全距离要求，得到最佳临界安全距离，包括：

19、有效辐射时间te与电子雪崩效应击穿时间tc相等时，根据计算得到的油箱口结构距离雷达距离为l即为该状态下的临界安全距离；

20、在不同的频率下进行仿真与计算，得到多个临界安全距离值，取其中的最大值即为最佳临界安全距离值，大于此安全距离则不会产生燃油危害现象。

21、本发明的有益效果是：本发明将飞机燃油系统加油口的复杂几何结构进行简化，便于仿真计算及等效电路构建，并通过电子雪崩时间判断射频雷达信号herf安全距离，是一种高效的herf安全距离判断方式。

技术特征：

1.基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：所述圆柱形均匀直线击穿气体放电模型中，最内侧是半径为a的实心金属圆柱体，作为供电电极；在圆柱电极外侧是内径为a、外径为a+tp的绝缘圆环柱，用于模拟飞机加油枪表面的绝缘层；该绝缘圆环柱外侧为内径为a+tp、外径为a+tp+2d的气体圆环柱，用于模拟飞机加油枪加油口之间的缝隙；气体圆环柱外侧为内径a+tp+2d，外径a+2tp+2d的绝缘圆环柱，模拟飞机加油口表面绝缘层；最外侧为半径为a+2tp+2d的圆柱侧薄面，材料为金属，作为接地电极；即由内至外分别为：半径a圆柱金属供电电极、厚度tp的内绝缘层、厚度2d的气体介质层、厚度tp的外绝缘层、金属接地电极。

3.根据权利要求1所述的基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：所述计算雷达旋转一圈辐射到油箱口结构的有效辐射时间包括：

5.根据权利要求1所述的基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：所述利用圆柱形均匀直线击穿气体放电模型进行仿真得到给定外部条件下，射频放电雪崩击穿时间包括；

6.根据权利要求1所述的基于电子雪崩时间的射频雷达信号herf安全距离设计方法，其特征在于：所述通过有效辐射时间te是否大于电子雪崩效应击穿时间tc，判断出油箱口结构与雷达辐射源的距离是否满足电子雪崩击穿的安全距离要求，得到最佳临界安全距离，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于电子雪崩时间的射频雷达信号HERF安全距离设计方法，包括：根据燃油系统加油口结构，构建出圆柱形均匀直线击穿气体放电模型；给定危害油箱系统的辐射源为最常见的雷达信号，统计雷达信号扫描的方向扫描带宽及旋转速度；根据油箱口结构和其与雷达的距离，计算雷达旋转一圈辐射到油箱口结构的有效辐射时间；仿真得到给定外部条件下，射频放电雪崩击穿时间；通过有效辐射时间是否大于电子雪崩效应击穿时间，判断油箱口结构与雷达辐射源的距离是否满足电子雪崩击穿的安全距离要求，得到最佳临界安全距离。本发明将飞机加油口的复杂几何结构进行简化，并通过时间对比判断HERF安全距离。

技术研发人员：戴飞,郭子诵,胡瑞韬
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11