CN112287572A - 复杂系统及其雷击直接效应防护优化与验证方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种复杂系统及其雷击直接效应防护优化与验证方法和装置。该复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法包括：确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构；根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。本公开即能与结构设计方案进行快速迭代优化，又能准确反应出真实雷击工况水平，得到对系统整体最优的解决方案；同时大大降低研发过程中的试验成本。
Description
技术领域
本公开涉及航空防雷击领域，特别涉及一种复杂系统及其雷击直接效应防护优化与验证方法和装置。
背景技术
随着近年来复合材料大量应用在飞机蒙皮和框架结构，使其飞机结构性能不断提升的同时导致雷电防护设计和验证工作变的困难，尤其像机翼燃油系统、短舱系统等大型复杂系统使用大量复合材料，雷电工作在开展时需要验证的结构特征、状态、结构性能等将变得极其多，这种情况下雷电工作的开展还按照金属飞机那种只依靠试验验证的手段将变的特别困难。雷电试验的破坏特性和结构特征在产品研发阶段的多样性将导致试验件的数量和试验的次数变得极其多，导致雷电防护设计和验证工作难度增大的同时，成本也变得十分高昂。
发明内容
发明人通过研究发现：目前针对飞机结构雷电直接效应防护的设计优化及验证手段主要为按SAE ARP5416标准进行典型结构件零件级试验及部件级试验：对于直接雷击区结构如复合材料蒙皮结构主要依靠典型结构件电弧引入试验得到雷击损伤后结果，对试件进行无损检测确定损伤范围，根据剩余强度要求对带损伤试件进行剩余强度考核，其中考核电流选取可参考SAE ARP5412标准，存在的突出问题是由于复材蒙皮属于薄壁结构，通过C扫等损伤测量手段很难测出复合材料损伤深度，而损伤深度对于复合材料剩余强度影响很大，无法确定结构准确的优化空间。
而对于雷击电流传导路径上的关键结构如内部铰链结构等的设计优化及验证手段主要是对结构件按分区要求进行电流传导试验，存在的突出问题是由于结构件在系统内部，并非直接雷击区，如果依然按SAE ARP5412标准选取电流幅值作为考核电流的话存在两种情况：1.只选取考核结构本身作为试验对象进行传导试验的话，传导电流全部通过考核结构会导致过度考核，设计结果偏保守。2.选取整体作为试验对象进行传导试验的话，全尺寸电流有造成结构破坏的风险，试验成本太大。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种复杂系统及其雷击直接效应防护优化与验证方法和装置，能与结构设计方案进行快速迭代优化，又能准确反应出真实雷击工况水平。
根据本公开的一个方面，提供一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，包括：
确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构；
根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；
对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
在本公开的一些实施例中，所述对简化的系统模型进行整体电流分布仿真包括：
结合复杂系统在飞机的位置确定雷电出点和入点，形成电流传导的回路。
在本公开的一些实施例中，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法还包括：
根据整体电流分布仿真结果进行雷电防护方案的整体预估和优化。
在本公开的一些实施例中，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法还包括：
根据整体电流分布仿真结果导出特征结构的电流分量；
根据特征结构的电流分量进行特征结构的损伤试验。
在本公开的一些实施例中，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法还包括：
将特征结构的雷电损伤仿真的量化结果和特征结构标准试验件的损伤试验结果进行比对，进行防护效果的准确性分析；
根据对防护效果的准确性分析结果，优化并确定特征结构雷电防护方案；
进行复杂系统雷电防护整体效果的验证试验。
在本公开的一些实施例中，复杂系统为包含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统。
在本公开的一些实施例中，复合材料为碳纤维增强复合材料。
在本公开的一些实施例中，所述获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果包括：
测量复合材料和金属网的各向异性电导率；
针对模型特征制定网格剖分原则；
设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器；
通过温度分布对雷电损伤进行量化。
在本公开的一些实施例中，所述测量复合材料和金属网的各向异性电导率包括：
将金属网等效成平板层，测量金属网长度方向和宽度方向电导率，采用数值计算方法计算金属网厚度方向的等效电导率；
测量复合材料纤维方向、垂直纤维方向和厚度方向的电导率。
根据本公开的另一方面，提供一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，包括：
路径和特征结构确定模块，用于确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构；
整体简化建模模块，用于根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；
精细化建模模块，用于对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
在本公开的一些实施例中，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置用于执行实现如上述任一实施例所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
根据本公开的另一方面，提供一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置执行实现如上述任一实施例所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
根据本公开的另一方面，提供一种复杂系统，包括如上述任一实施例所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置。
根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法。
本公开即能与结构设计方案进行快速迭代优化，又能准确反应出真实雷击工况水平，得到对系统整体最优的解决方案；同时大大降低研发过程中的试验成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法一些实施例的示意图。
图2为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法另一些实施例的示意图。
图3为本公开一些实施例中特征结构雷电直接效应仿真分析的流程示意图。
图4为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置一些实施例的示意图。
图5为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置另一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
发明人通过研究发现：相关技术由于研究对象结构复杂、尺寸大、结构特征多等因素，直接对整个对象进行精细建模计算或试验的难度和成本都很高，而且对于直接雷击区结构如复合材料蒙皮结构进行雷击防护设计及验证时，存在的突出问题是由于复材蒙皮属于薄壁结构，通过C扫等损伤测量手段很难测出复合材料损伤深度，而损伤深度对于复合材料剩余强度影响很大，因此仅依靠相关技术试验手段无法确定结构准确的优化空间。
对于雷击电流传导路径上的关键结构如内部铰链结构等的设计优化及验证存在的突出问题是由于结构件在系统内部，并非直接雷击区，如果按相关技术试验手段，如只选取考核结构本身作为试验对象进行传导试验的话，传导电流全部通过考核结构会导致过度考核，设计结果偏保守，如选取整体作为试验对象进行传导试验的话，全尺寸电流有造成整体结构破坏的风险，试验成本太大。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种复杂系统及其雷击直接效应防护优化与验证方法和装置。
下面通过具体实施例对本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法和装置进行说明。
图1为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置执行。雷电直接效应指因雷电通道直接附着于飞机和因雷电流的传导造成的飞机及设备的物理效应；雷电直接效应是多物理场问题，当雷击作用在飞行器上，结构在有电流通过的同时，往往伴随有电磁、受热、受力效应。
图1实施例的方法可以包括以下步骤：
步骤11，确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构，提取传导路径上需要考察的特征结构。
在本公开的一些实施例中，复杂系统可以为包含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统。
在本公开的一些实施例中，复合材料可以为CFRP(Carbon Fiber ReinforcedPolymer/Plastic，碳纤维增强复合材料)。
步骤12，根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真。
在本公开的一些实施例中，步骤12可以包括：
步骤121，根据传导路径和简化建模原则对系统整体模型进行简化建模，建立复杂对象整体雷电路径简化模型。
在本公开的一些实施例中，步骤121可以包括：根据雷电分区结合复杂系统在飞机的位置确定雷电出点和入点，形成电流传导的回路。
在本公开的一些实施例中，步骤121中确定雷电出点和入点的步骤可以包括：选取出入点形成的雷电分布可以考察到系统所有的区域；选取的出入点形成的雷电威胁最严酷。
步骤122，确定特征结构的雷电传导或引弧模型。
在本公开的一些实施例中，特征结构需要建立电流传导模型和电流引弧模型，其模型设置与试验一致，可参考选用试验标准。
在本公开的一些实施例中，雷电1区和雷电2区选取的特征结构需要建立雷电电流引弧模型，雷电3区和系统内部结构建立电流传导模型。其中，雷击1区：该区域的飞行器表面是最易受到雷击的(进口和出口)；雷击2区：该区域的飞行器表面是最易受到从区域1开始的雷击扫荡的；雷击3区：包括除区域1和2以外的所有飞行器表面，受到雷击的可能性较低。但是该区域仍然被两个雷击点(进和出)的电流穿过。
步骤123，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真。
在本公开的一些实施例中，步骤123的仿真结果可以作为整体雷电流传导路径进行优化设计的依据，同时得到非直接雷击区特征结构的电流分量作为考核电流的依据，分别用于下一步特征结构的雷电损伤试验和仿真分析。
步骤13，对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
在本公开的一些实施例中，步骤13可以包括：
步骤131，测量复合材料和金属网的各向异性电导率。
在仿真计算中，材料参数至关重要，材料参数是否合理将直接决定仿真求解的准确性。雷电直接效应问题求解的关键材料主要为材料的本征电导率、热传导系数和热容等。金属网及复合材料电导率需用测量的方法得到，其它材料参数可以经过专业实验室进行测量，或者引用权威测量实验室的数据，在仿真过程中结合实际进行校准。
在本公开的一些实施例中，步骤131可以包括步骤a和步骤b，其中：
步骤a，将金属网等效成平板层，测量金属网长度方向和宽度方向电导率，采用数值计算方法计算金属网厚度方向的等效电导率。
在本公开的一些实施例中，金属网在仿真计算时，结构精细复杂，有限元建模难度大，将金属网等效成平板层。由于金属网在生产中，工艺对其导电性影响很大，因此等效的金属网的本征电导率需实测得到。
金属网的结构特性导致其电导率在具有各项异性，因此在测量时需要测量金属网长度方向x、金属网长度方向y和金属网厚度方向z三个方向的电导率，即σxx，σyy，σzz，测试方法如下：
对于σxx，σyy的测量，样品的制作需考虑电流的均匀传播及测试误差。建议制作多个具有较大长宽比的矩形试件，分别进行测量。
在本公开的一些实施例中，步骤a可以包括：
步骤a1，对测量装置进行置零校准。；
步骤a2，通过夹具夹持试件的两端，在显示屏上读出其电阻值，并记录测量的电阻值。
步骤a3，通过下式(1)计算出相应的电阻率ρ，并求其平均值，并通过式(2)求得其电导率σ。其中ρ为电阻率，R为电阻，S为横截面积，L为试件长度，σ为电导率。
金属铜网厚度方向的电导率σzz的测试较困难，需要通过正负两个电极将电流注入材料内部，此时这三部分电阻在电路中串联。一般情况下，金属铜网的电导率在107S/m量级，其电阻率非常小，则测量电极的电阻对总电阻影响较大，测量出的电阻与金属铜网的真实电阻相差较大，由此计算出的电导率误差也将会较大。故金属铜网厚度方向的电导率σzz使用数值方法进行计算。将1A的电流均匀地从模型上表面流入，从下表面流出。通过仿真计算求出其终端电阻，将金属网单元等效相同厚度长宽一致的长方形单元。由公式(1)和公式(2)计算出z方向的等效电导率。
步骤b，测量复合材料纤维方向、垂直纤维方向和厚度方向的电导率。
在本公开的一些实施例中，将复合材料进行等效建模，将复合材料沿纤维方向设为x方向，垂直于纤维方向设为y方向，厚度方向设为z方向。由于复合材料具有各向异性，需测量xyz三个方向的电导率，加之材料的结构属性，步骤b的测试方法可以包括：
σxx，σyy的测试方法主要参考中国航天工业总公司航天工业标准，碳纤维及其复合材料电阻率测试方法(QJ 3074—98)。其测试原理为双探针法测试，测试方法基于欧姆定律。制作正方形(长方形亦可)样件，使用两个金属电极夹在复合材料两侧，用高精度的电阻测试仪器测试电阻。使用金属电极时应将CFRP材料两端进行打磨，使得碳纤维完全露出来，用导电胶将金属电极与其相连，并使用压力夹将电极夹住，保证电极与CFRP材料充分接触。
测试方案等效于串联电路，其测试电阻与金属电极和CFRP材料电阻之间的关系为：
R＝R1+R2+R3 (3)
其中R为兆欧表所测得的电阻，R1为左边金属电极的电阻，R2为CFRP试件的电阻，R3为右边金属电极的电阻。
故CFRP材料电阻为：
R2＝R-R1-R3 (4)
CFRP材料电阻率为：
因此CFRP材料电导率：
CFRP材料厚度方向的电导率σzz需通过正负两个电极将电流注入材料内部，此时这三部分电阻在电路中串联。其中R1为左边金属电极的电阻，R2为CFRP试件的电阻，R3为右边金属电极的电阻，R为兆欧表所测得的电阻，各电阻符合公式(3)的关系。在使用金属电极时应将CFRP材料上下表面进行打磨，使得碳纤维完全露出来，用导电胶将金属电极与其相连，并使用压力夹将电极夹住，保证电极与CFRP材料充分接触。金属电极尺寸应大于或等于CFRP试件的尺寸，保证电流在CFRP试件上传播均匀。
通过直流电阻仪测得电阻R，由公式(4)求得CFRP材料的电阻R2，通过公式(5)(6)分别求出电阻率ρz和电导率σzz。
无论测量什么方向的电导率，都需考虑测试误差，建议制作多个CFRP材料试件，分别进行测试，并记录测量的电阻值，计算出电阻率ρ，求平均后求出电导率σ。
步骤132，针对模型特征制定网格剖分原则。
在本公开的一些实施例中，步骤132可以包括：针对模型特征选择合适的剖分网格，对模型进行网格设计，制定网格剖分原则。
步骤133，设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器。
步骤134，通过温度分布对雷电损伤进行量化。
在本公开的一些实施例中，步骤134可以包括：计算出电流分布、温度分布、受力分布和电磁场分布等量化的物理量；由于复合材料薄壁结构损伤主要由瞬时高温导致，可通过温度分布对损伤进行量化。
在本公开的一些实施例中，步骤13之后，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法还可以包括：数值计算结果需结合解析结果和标准试验件试验结果比对进行准确性分析。
基于本公开上述实施例提供的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，通过整体简化模型进行雷电流路径仿真，采集局部电流进行电流传导考核，通过对局部结构的精细化仿真和试验分析验证雷电防护方案的可行性，在产品研发阶段可与设计结果进行快速反复迭代和精准优化设计，最终再对整个复杂系统进行整体雷电防护效果的试验验证。
本公开上述实施例的研究方法可大大增加复杂系统雷击直接效应防护设计的可靠性，同时最大限度降低了由于设计迭代导致反复试验的试验成本，一系列典型样件可以积累成模型库，在后续设计中发挥巨大作用。本公开上述实施例研究方法对类似的含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷击直接效应防护设计优化及验证工作有很强的指导借鉴意义。
图2为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置执行。图2实施例的方法可以包括以下步骤：
步骤201，确定复杂系统的整体雷电流传导路径；之后执行步骤202和步骤207。
在本公开的一些实施例中，复杂系统可以为包含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统。
在本公开的一些实施例中，复合材料可以为CFRP(Carbon Fiber ReinforcedPolymer/Plastic，碳纤维增强复合材料)。
步骤202，根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模。
步骤203，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；之后执行步骤204和步骤205。
步骤204，根据整体电流分布仿真结果进行雷电防护方案的整体预估和优化。
步骤205，根据整体电流分布仿真结果导出特征结构的电流分量；之后执行步骤206和步骤209。
步骤206，根据特征结构的电流分量进行特征结构的损伤试验；之后执行步骤210。
步骤207，提取传导路径上需要考察的特征结构。
步骤208，对提取出的特征结构进行精细化建模。
步骤209，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
步骤210，将特征结构的雷电损伤仿真的量化结果和特征结构标准试验件的损伤试验结果进行比对，进行防护效果的准确性分析。
步骤211，根据对防护效果的准确性分析结果，优化并确定特征结构雷电防护方案。
步骤212，进行复杂系统雷电防护整体效果的验证试验。
图3为本公开一些实施例中特征结构雷电直接效应仿真分析的流程示意图。图3实施例的特征结构雷电直接效应仿真分析方法可以包括以下步骤：
步骤301，确定仿真对象。即，确定传导路径上需要考察的特征结构。
步骤302，选用仿真工具。
步骤303，建立仿真模型。即，对提取出的特征结构进行精细化建模。之后，执行步骤304-步骤306。
步骤304，测量材料参数；之后执行步骤307。
在本公开的一些实施例中，步骤304可以包括：测量复合材料和金属网的各向异性电导率。
步骤305，模型网格设计；之后执行步骤307。
在本公开的一些实施例中，步骤305可以包括：针对模型特征选择合适的剖分网格，对模型进行网格设计，制定网格剖分原则。
步骤306，设定物理场及边界条件；之后执行步骤307。
步骤307，选择和设定求解方法。
在本公开的一些实施例中，步骤307可以包括：选择适合模型求解的瞬态求解器。
步骤308，分析计算结果的准确性。
步骤309，分析仿真结果；之后执行步骤313。
步骤310，进行数值结果和解析结果比对；之后执行步骤312。
步骤311，进行典型结构仿真与试验对比；之后执行步骤312，
在本公开的一些实施例中，步骤311可以包括：数值计算结果需结合解析结果和标准试验件试验结果比对进行准确性分析。
步骤312，评估仿真的可信度。
步骤313，通过物理场量化雷电损伤。
在本公开的一些实施例中，步骤313可以包括：计算出电流分布、温度分布、受力分布和电磁场分布等量化的物理量；由于复合材料薄壁结构损伤主要由瞬时高温导致，可通过温度分布对损伤进行量化。
步骤314，采信仿真结果。
本公开上述实施例在产品研发阶段可根据分区和结构特征确定整体雷电流传导路径和特征结构，根据传导路径和简化建模原则对系统整体模型进行简化建模，建立复杂对象整体雷电路径简化模型及特征结构的雷电传导或引弧模型。对简化的系统模型进行整体电流分布仿真，仿真结果可以作为整体雷电流传导路径进行优化设计的依据，同时得到非直接雷击区特征结构的电流分量作为考核电流的依据分别用于下一步特征结构的雷电损伤试验和仿真分析。
本公开上述实施例对提取出的特征结构进行精细化建模，针对复合材料蒙皮结构进行以下步骤得到可量化的损伤结果：1.实际测量复合材料和金属网的各向异性电导率；2.针对模型特征选择合适的剖分网格，对模型进行网格设计，制定网格剖分原则；3.设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器；4.计算出电流分布、温度分布、受力分布和电磁场分布等量化的物理量，由于复合材料薄壁结构损伤主要由瞬时高温导致，可通过温度分布对损伤进行量化；5.数值计算结果需结合解析结果和标准试验件试验结果比对进行准确性分析。
由此本公开上述实施例的研究方法可大大增加复杂系统雷击直接效应防护设计的可靠性，同时最大限度降低了由于设计迭代导致反复试验的试验成本，一系列典型样件可以积累成模型库，在后续设计中发挥巨大作用。本公开上述实施例研究方法对类似的含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷击直接效应防护设计优化及验证工作有很强的指导借鉴意义。
图4为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置一些实施例的示意图。如图4所示，本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置可以包括路径和特征结构确定模块41、整体简化建模模块42和精细化建模模块43，其中：
路径和特征结构确定模块41，用于确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构。
在本公开的一些实施例中，复杂系统可以为包含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统。
在本公开的一些实施例中，复合材料可以为CFRP。
整体简化建模模块42，用于根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真。
在本公开的一些实施例中，整体简化建模模块42可以用于根据传导路径和简化建模原则对系统整体模型进行简化建模，建立复杂对象整体雷电路径简化模型；确定特征结构的雷电传导或引弧模型；对简化的系统模型进行整体电流分布仿真。
精细化建模模块43，用于对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
在本公开的一些实施例中，精细化建模模块43可以用于对提取出的特征结构进行精细化建模；测量复合材料和金属网的各向异性电导率；针对模型特征制定网格剖分原则；设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器；设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器；设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器。
在本公开的一些实施例中，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置用于执行实现如上述任一实施例(例如图1-图3任一实施例)所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
图5为本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置另一些实施例的示意图。如图5所示，本公开复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置可以包括存储器51和处理器52，其中：
存储器51，用于存储指令。
处理器52，用于执行所述指令，使得所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置执行实现如上述任一实施例(例如图1-图3任一实施例)所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
基于本公开上述实施例提供的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，通过整体简化模型进行雷电流路径仿真，采集局部电流进行电流传导考核，通过对局部结构的精细化仿真和试验分析验证雷电防护方案的可行性，在产品研发阶段可与设计结果进行快速反复迭代和精准优化设计，最终再对整个复杂系统进行整体雷电防护效果的试验验证。
本公开上述实施例可大大增加复杂系统雷击直接效应防护设计的可靠性，同时最大限度降低了由于设计迭代导致反复试验的试验成本，一系列典型样件可以积累成模型库，在后续设计中发挥巨大作用。本公开上述实施例类似的含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷击直接效应防护设计优化及验证工作有很强的指导借鉴意义。
根据本公开的另一方面，提供一种复杂系统，包括如上述任一实施例(例如图4或图5实施例)所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置。
基于本公开上述实施例提供的复杂系统，可大大增加复杂系统雷击直接效应防护设计的可靠性，同时最大限度降低了由于设计迭代导致反复试验的试验成本，一系列典型样件可以积累成模型库，在后续设计中发挥巨大作用。本公开上述实施例类似的含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷击直接效应防护设计优化及验证工作有很强的指导借鉴意义。
根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图1-图3任一实施例)所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法。
基于本公开上述实施例提供的计算机可读存储介质，可大大增加复杂系统雷击直接效应防护设计的可靠性，同时最大限度降低了由于设计迭代导致反复试验的试验成本，一系列典型样件可以积累成模型库，在后续设计中发挥巨大作用。本公开上述实施例类似的含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷击直接效应防护设计优化及验证工作有很强的指导借鉴意义。
在上面所描述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (13)
1.一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，包括：
确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构；
根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；
对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
2.根据权利要求1所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，所述对简化的系统模型进行整体电流分布仿真包括：
结合复杂系统在飞机的位置确定雷电出点和入点，形成电流传导的回路。
3.根据权利要求1所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，还包括：
根据整体电流分布仿真结果进行雷电防护方案的整体预估和优化。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，还包括：
根据整体电流分布仿真结果导出特征结构的电流分量；
根据特征结构的电流分量进行特征结构的损伤试验。
5.根据权利要求4所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，还包括：
将特征结构的雷电损伤仿真的量化结果和特征结构标准试验件的损伤试验结果进行比对，进行防护效果的准确性分析；
根据对防护效果的准确性分析结果，优化并确定特征结构雷电防护方案；
进行复杂系统雷电防护整体效果的验证试验。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，
复杂系统为包含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统；
和/或，
复合材料为碳纤维增强复合材料。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，所述获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果包括：
测量复合材料和金属网的各向异性电导率；
针对模型特征制定网格剖分原则；
设定物理场及边界条件并选择适合模型求解的瞬态求解器；
通过温度分布对雷电损伤进行量化。
8.根据权利要求7所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法，其特征在于，所述测量复合材料和金属网的各向异性电导率包括：
将金属网等效成平板层，测量金属网长度方向和宽度方向电导率，采用数值计算方法计算金属网厚度方向的等效电导率；
测量复合材料纤维方向、垂直纤维方向和厚度方向的电导率。
9.一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，其特征在于，包括：
路径和特征结构确定模块，用于确定复杂系统的整体雷电流传导路径和特征结构；
整体简化建模模块，用于根据雷电流传导路径和简化建模原则对复杂系统整体模型进行简化建模，对简化的系统模型进行整体电流分布仿真；
精细化建模模块，用于对提取出的特征结构进行精细化建模，获取特征结构的雷电损伤仿真的量化结果。
10.根据权利要求9所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，其特征在于，所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置用于执行实现如权利要求1-8中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
11.一种复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置执行实现如权利要求1-8中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法的操作。
12.一种复杂系统，其特征在于，包括如权利要求9-11中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证装置。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的复杂系统雷击直接效应防护优化与验证方法。
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