SIMULATION OF LIGHTNING STRIKE INDUCED CURRENTS AT MISSILERY SAMPLES TESTING
Abstract
The lightning strike (LS) to launch vehicle (LV) is accompanied by direct impact on the airframe and electromagnetic (EM) fields occurring inside the airframe. The EM fields influence the extended power lines (PL) and induce currents and voltages in them. In this case, pyrotechnic circuits of LV might be actuated and thus damage critically the operation of airborne equipment and the vehicle itself. Their offnominal ignition may lead to a catastrophe. The amplitude-time parameters of induced EM fields reach hundreds of kV/m and kA/m for electric and magnetic fields respectively. Constructing a simulation facility that is capable to produce EM fields with similar properties and size comparative to that of the LV becomes a tough technical challenge. The purpose of the research was to substantiate an acceptable, practically feasible method of full-scale modeling of induced currents. The research objectives were to evaluate the possibility of generating an electromagnetic field of specified parameters, to estimate the currents and voltages induced by lightning discharges in the PH cable lines, and to design a circuit solution for the installation under development. The electromagnetic processes occurring in cable lines when exposed to lightning discharge currents were calculated based on solutions to Maxwell's equations. The cable lines were modeled by equivalent substitution schemes. In this regard, it is considered reasonable to use a combined method of evaluation of LV tolerance to the impact of EM fields caused by lightning strikes; the method is meant to combine both calculation and experimental techniques. At the first stage, the expected response of extended power lines to EM fields is calculated, and the second stage implies loading the power line consumers with estimated current (voltage) pulses provided by high voltage test bench for lightning strike simulation. The use of this approach makes it possible to significantly simplify the requirements for test equipment for generating electromagnetic fields, which will ultimately ensure the safe use of pyrotechnic devices on board a launch vehicle in conditions of lightning activity.
References
1. Обработка и анализ случаев поражения самолетов гражданской авиации разрядами атмосфер-
ного электричества. Отчет о НИР № ГР80059418, Инв. № Б887910. – Рига: ГосНИИ ЭР AT ГА,
1980. – 88 c.
2. Uman M.A. Natural and artificially-initiated lightning and lightning test standards // Proceedings of the
IEEE. – 1988. – Vol. 76, No. 12. – P. 1548-1565. – DOI: 10.1109/5.16349.
3. Phillpoyy J. Lightning strike // Flight International. – 1972. – No. 3316. – P. 114-156.
4. Plumer J.A., Perry B.L. An Analysis of Lightning strikes in Airline Operation in the USA and Europe
// Conference on Lightning and static Electricity, England, April 14-17, 1975. – P. 502-513.
5. Aufbauer Н. Atmosphärische Entladungen auf Luftfahrzeuge // Electrofechn und Maschinenbau.
– 1978. – No. 9. – P. 417-421.
6. Scully Robert. Lightning Protection for the Orion Space Vehicle NASA: Johnson Space Centre. Houston,
Texas. – 77058-3696. – (Professional English). – Text: direct, 10 p.
7. Bachelier E., Issac F., Quenum W., Enjablert V., Mohedano L. Lightning Protection of SOYUZ and
VEGA launching pads // 2012 International Conference on Lightning Protection (ICLP), Vienna, Austria.
– 6 p.
8. Молния ударила в ракету «Союз» при старте с Плесецка. 27 мая 2019. – URL:
https://tass.ru/proissestviya/6475178 (дата обращения 18.01.2021).
9. КТ-160D. Квалификационные требования РФ. Условия эксплуатации и окружающей среды для
бортового авиационного оборудования. Требования, нормы и методы испытаний. – М.: Гос-
стандарт РФ, 2004.
10. SAE ARP 5412: 2013. Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms. SAE Aerospace.
USA, 2013. – P. 1-56.
11. SAE ARP 5416: 2013. Aircraft Lightning Test Methods. SAE Aerospace. USA, 2013. – P. 1-145.
12. IEC 62305-1: 2010 «Protection against lightning. Part 1: General principles». Geneva, IEC Publ.,
2010.
13. Яковлев А.А., Серов М.Ю., Сахабудинов Р.В., Голосий А.С. Моделирование электрических ха-
рактеристик разрядного контура высоковольтного стенда молниевого разряда // Известия
ЮФУ. Технические науки. – 2024. – № 3 (239). – C. 252-265.
14. Яковлев А.А., Сахабудинов Р.В., Голосий А.С. Стендовое обеспечение испытаний изделий ра-
кетно-космической техники искусственным молниевым разрядом и настройка параметров обо-
рудования // Тр. «НПЦАП». Системы и приборы управления. – 2024. – № 2 (68). – С. 46-59.
15. Бурлуцкий С.Г., Голосий А.С., Ковалев А.П., Сахабудинов Р.В. Оценивание характеристик токо-
вых генераторов имитации молниевых разрядов // Тр. ВКА им. А.Ф.Можайского. – 2022.
– Вып. 682. – С. 171-182.
16. Шишков Д.В., Яковлев А.А., Сахабудинов Р.В., Голосий А.С. Расчет параметров токовых им-
пульсов в разрядных контурах высоковольтного стенда молниевого разряда // Сб. материалов
научно-технической конференции «Моделирование параметров атмосферы при применении
систем вооружения». – Королев: ФГБУ «4 ЦНИИ» Минобороны России, 2022. – С. 47-51.
17. Серов М.Ю., Яковлев А.А., Сахабудинов Р.В., Голосий А.С. Параметрический анализ результатов
расчета испытательных импульсов в эквивалентных контурах ГИТ-А, ГИТ-D, ГИТ-ВС // Сб.
докладов ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А.Гагарина», 23-25 ноября 2022.
– С. 222-226.
18. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики: монография. В 3 т. Т. 2. Кн. 2: Теория элек-
трофизических эффектов и задач. – Харьков: Точка, 2010. – 407 с.
19. Базелян Э.М., Горин Б.Н., Левитов В.И. Физические и инженерные основы молниезащиты. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1978. – 223 с.
20. Система испытания импульсным напряжением ГИН-800кВ/80кДж. ТУ-ЦАЕИ-010217ГИН.
– ООО «НПП «Электромаш». – Новочеркасск, 2019.
21. Овчинникова Н.А., Сахабудинов Р.В., Голосий А.С. Создание стендов моделирования прямого и
непрямого воздействия молниевого разряда на элементы ракетно-космической техники // Сб.
докладов Пятой Международной научной конференции «Аэрокосмическое приборостроение и
эксплуатационные технологии», 4-20 апреля 2024. – СПб.: ГУАП, 2024. – С. 111-115.
22. Патент на изобретение №2834247. Высоковольтный стенд молниевого разряда и способ испы-
таний на воздействие молний / Голосий А.С., Самаркин А.Л., Сахабудинов Р.В., Торицын И.В.,
Яковлев А.А. Приоритет изобретения 10 июля 2024 г.
