CST的MWS和MS這些全波算法適合于飛行器雷擊仿真嗎？

來源：edatop 更新時(shí)間：2024-07-06 閱讀：

眾所周知，雷擊信號(hào)屬于低頻信號(hào)，其最高頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也是公里量級(jí)的，而飛行器最大幾十米的尺度相對(duì)于雷擊信號(hào)來看絕對(duì)是電小尺寸的。那么雷擊通路里的飛行器就好比一個(gè)集總參數(shù)電路中的電阻一樣，這樣的問題是不能用傳輸線型的電報(bào)方程來求解的，否則就會(huì)出現(xiàn)形如分布參數(shù)電路中的場(chǎng)量波動(dòng)情形，而這與實(shí)際物理現(xiàn)象是相悖的。
參考CST的A330雷擊仿真算例，此時(shí)由于飛機(jī)的電尺度很小，應(yīng)忽略位移電流，這樣麥克斯韋方程組就變成了只有一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)的準(zhǔn)靜形式（拋物線型PDE）而不應(yīng)是全波形式（雙曲型PDE）。全波形式的求解考慮了不存在的位移電流項(xiàng)，勢(shì)必會(huì)在迭代求解的時(shí)候引入誤差；同時(shí)其形成的波動(dòng)效應(yīng)也會(huì)帶來不符合物理實(shí)際的結(jié)果。如下圖。仿真得到的飛機(jī)表面電流具有明顯波動(dòng)的形式，即擊入點(diǎn)處電流最大，逐步傳播到擊出點(diǎn)。而這種圖景就好比其右側(cè)的集總參數(shù)等效電路中當(dāng)接通電路的時(shí)候居然看到電流從電阻的一端流到另一端去，這很顯然是不符合物理實(shí)質(zhì)的。
大家可以討論一下對(duì)于飛行器雷擊仿真還能用CST進(jìn)行嗎？

雷擊信號(hào)的產(chǎn)生的電流的上升沿是多少呢？我看CST提供雷擊的例子中的雷擊信號(hào)是峰值是20kA,上升沿1.5e-006s，decay time 8.85e-005s，頻段達(dá)到百兆赫茲，飛機(jī)尺寸幾米甚至十幾米，算是電大

哦，這個(gè)問題一定要澄清，可參考下面GJB1389A對(duì)雷擊信號(hào)的定義，雷電的能量主要集中在低頻部分，約90％以上的雷電能量分布在頻率為10kHz以下。所以其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于飛行器尺寸。

我倒沒有注意CST用了這么陡峭波前的信號(hào)作為雷擊電流，這也難怪，如此一來才能為引入位移電流提供一下支持，但很遺憾這不是雷擊電流。
具體些的雷擊浪涌波形可參考GB17626

約90％以上的雷電能量分布在頻率為10kHz以下

這個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)里面說的么？我怎么記得是30MHz以下，莫非我記錯(cuò)了/

你在哪兒看到的雷擊信號(hào)頻率達(dá)到MHz級(jí)別的？頂多上百KHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也是公里級(jí)的。

似乎時(shí)域算法仿真雷擊都存在這種問題，下圖為EastFDTD軟件模擬的飛機(jī)雷擊表面電流分布圖，具有明顯的波動(dòng)效應(yīng)。對(duì)于一架長(zhǎng)度只有十四五米的F-5A虎II輕型戰(zhàn)斗機(jī)來說，雷電流應(yīng)該瞬間通貫整個(gè)機(jī)身而不會(huì)出現(xiàn)圖示的情形啊。