武器装备防雷标准体系及应用研究

武器装备防雷标准体系及应用研究

熊秀（西安爱邦雷电与电磁环境实验室）

李红军（空装驻西安地区第一军事代表室）

摘要：

从国际防雷标准体系的研究入手，梳理了国内武器装备防雷标准的技术来源，对比了不同体系标准在雷电关键参数、标准内容、实际应用等方面的差异，分析了存在的问题，并提出协调与选择应用的建议，可作为各类型装备开展雷电防护工作及后续标准规范制定的参考依据。

基金项目：陆军装备预先研究项目（30103100306）

本文发表在《装备环境工程》2021.8

雷电对空中、地面及水面的各类装备均会构成威胁，随着我国装备研制水平的不断提高，对雷电防护的重视程度越来越高。在装备防雷工作实践中，标准至关重要，但目前航空、地面、水面各类装备的防雷标准较多存在不完善、不协调甚至冲突的情况，严重制约了防雷工作的开展。鉴于国内防雷标准制定基本参照国外主流标准，文中首先对国外雷电标准体系进行了梳理和比较，进而对国内不同类型武器装备的防雷标准进行技术来源及存在问题的分析。最后结合国内外的探索经验，提出一些标准制订和应用的建议。

4 装备防雷标准应用及存在的问题

4.1 军用航空器防雷标准的应用

目前军用航空器使用的标准如图 3 所示。国际上航空器的防雷标准体系较为完善，在军用航空的防雷实践中，当没有可依据的国军标时，往往直接参考国际标 准，因此目前实际发挥作用最大的标准还是ARP5416及DO160。

4.2 地面武器装备

目前可用的标准除了 GJB 1389A 与 GJB 8848外，还有 2.3 小节所列的 GJB 5080、GJB 6784、GJB 7581、GJB 8007。这些标准由于其来源主要针对设施，重点在设计实现上，没有提供明确的雷电波形及试验考核方法，在进行验证时，只能参考 GJB 8848 中提供的方法，因此不利于在军用装备上的实施贯彻。

水面装备目前可依据的防雷标准则更少，目前主要依据 GJB 8848 进行试验，在防护设计中，参考民用建筑类的标准（比如 GB 50057 等）。

4.3 武器装备防雷标准体系存在的问题

当前武器装备防雷标准体系存在的问题包括以下几个方面。

1）标准体系不完善。从上文的讨论中可以看出，虽然航空器的防雷设计及验证已经大范围开展，但与国外相比，仍滞后不少。地面与水面装备的防雷标准欠缺更多，很多装备没有可直接依据的标准。

2）来源于SAE与IEC的标准不协调。系统级的2 个标准 GJB 1389 与 GJB 8848 中的雷电环境是按照航空器的标准来确定的，而其他防雷国军标基本参照IEC，基本的雷电波形及参数就不一样，其他的诸多差异在表2中已列出。

3）地面装备的军标没有明确的试验方法与指标。这些标准对于设计规定较为详细具体，但往往没有明确的试验方法和雷电参数，这与武器装备研制中以试验考核牵引设计的原则不符合，使得标准的可执行性不够。比如 GJB 8007[28]“4.4.6 质量要求”中规定：“车辆的雷电防护装置试验应参照 GJB 3567 进行全尺寸部件附着点试验、结构直接效应试验、电晕和流光的直接效应试验，参照 GB/T 18802.21—2004[29]进行电气入口端浪涌电流试验，参照 GJB 2093[30]进行屏蔽效能试验”。这样规定可视作考虑到了设计验证的问题，但也必然带来以下问题：按照 GJB 3567 进行直接效应试验导致设计时考虑的雷电波形参数与试验时的参数不一致；GB/T 18802.21—2004 是针对 SPD的试验考核方法，并不能覆盖设备及分系统的间接效应试验。

4）间接效应防护验证不协调的问题。航空器与地面装备标准的不协调在间接效应防护验证上体现得最为明显。航空装备的间接效应按照不同等级进行设备或系统的瞬态注入考核，而 IEC 标准中对间接效应的试验主要是针对 SPD 防护器件，而且由于民用SPD 一般为货架定型产品，通常是由生产厂商进行出厂试验，地面装备的防雷标准中没有明确规定系统或设备的防雷试验方法。

5 装备防雷标准应用及编制的建议

鉴于上述不同来源军用标准之间的不协调，在防雷工作实施及一些新的标准规范制定中，已经开始考虑标准的协调融合问题。最典型的需要融合的场景包括：

1）系统中包含不同类型的分系统。比如军用浮空器系统，空中部分的雷电环境跟航空器类似，而地面部分的设施和设备明显与空中不同。近期的实践中是将空中部分参照 ARP 5416 和 DO160 进行设计和试验，而地面部分更多地参考 GB 50057来设计，其直接效应试验验证参照空中部分，而间接效应验证主要体现在对SPD的试验上。SAE AE2 近期即将发布一项关于无人机系统地面设备的雷电试验标准[31]。该标准的思路是参照 DO160 设定 5 个试验等级，但试验波形融合了 DO160 中的试验波形与 IEC 电信防雷标准中的波形，确保试验波形尽可能体现实际场景可能出现的波形。这应该是一种值得参考的标准融合的思路。

2）一个标准同时兼顾不同类型的装备对象。典型实例是 GJB 8848《系统电磁环境效应试验方法》，该标准需要兼顾海陆空等多类型的装备，在规定了统一的雷电试验波形的基础上，对不同装备的试验方法分别进行规定：航空装备直接采用 GJB 3567，而地面装备则另外规定了试验方法。对于下一层级的设备/分系统级的试验，如果能在雷电波形与试验方法方面与 GJB 8848 保持一致，则更有利于标准的执行。

3）将地面设施与装备区分对待，地面设施与装备的防雷措施经常是密切相关的。对于军用设施，可以按照 IEC 标准体系进行防护设计及工程实施，但装备的防雷标准应着重明确研制要求和试验鉴定方法。

6 结论

随着装备雷电防护需求越来越多，防雷标准存在的问题会越来越突显，因此需要引起相关单位的重视。武器装备的防雷标准应进行梳理和协调，使用统一的雷电标准参数，同时考虑不同装备的特点，明确防护要求和考核验证方法，如此才能更有效地推动装备防雷能力的提升。

参考文献：

[1] RTCA/DO-160 G, Environmental conditions and test procedures for airborne equipment[S].

[2] SAE ARP5416A, Aircraft lightning test methods[S].

[3] MIL-STD-1757A, Lightning qualification test techniques for aerospace vehicles and hardware[S].

[4] MIL-STD-1795A, Lightning protection of aerospace vehicles and hardware[S].

[5] IEC 62305-1, Protection against lightning-Part 1: General principles[S].

[6] IEC 62305-2, Protection against lightning-Part 2: Risk management[S].

[7] IEC 62305-3, Protection against lightning-Part 3: Physical damage to structures and life hazard[S].

[8] IEC 62305-4, Protection against lightning-Part 4: Electrical and electronic systems within structures[S].

[9] IEC61400-24, Wind energy generation systems-Part 24: Lightning protection[S].

[10] SAE ARP5412B, Aircraft lightning environment and related test waveforms[S].

[11] MIL-STD-464C, Electromagnetic environmental effects requirements for systems[S].

[12] MIL-STD-461G, Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment [S].

[13] MIL-STD-188-124B, Grounding, bonding and shielding for common long haul/tactical communication systems including ground based communications electronics facilities and equipments[S].

[14]UFC 3-575-01, Lightning and static electricity protection systems[S].

[15] HB 6167.24—2004, 民用飞机机载设备环境条件和试验方法 第 24 部分: 雷电感应瞬态敏感度试验[S]. HB 6167.24—2004, Environmental conditions and test procedures for airborne equipment of civil airplane-Part 24: Lightning induced transient susceptibility test[S].

[16] HB 6167.25—2014, 民用飞机机载设备环境条件和试验方法 第 25 部分: 雷电直接效应试验[S]. HB6167.25—2014, Environmental conditions and test procedures for airborne equipment of civil airplane-Part 25: Lightning direct effects test[S].

[17] GB/T 21714.1, 雷电防护第1部分: 总则[S]. GB/T 21714.1, Protection against lightning-Part 1: General principles[S].

[18] GB/T 21714.2,雷电防护第2部分:风险管理[S]. GB/T 21714.2, Protection against lightning-Part 2: Risk management[S].

[19] GB/T 21714.3,雷电防护第3 部分:建筑物的物理损坏和生命危险[S]. GB/T 21714.3, Protection against lightning-Part 3: Physical damage to structures and life hazard[S].

[20] GB/T 21714.4,雷电防护第4部分:建筑物内电气和电子系统[S]. GB/T 21714.4, Protection against lightning-Part 4: Electrical and electronic systems within structures[S].

[21] GB 50057,建筑物防雷设计规范[S].GB 50057, Code for design protection of structures against lightning[S].

[22] GB 50343,建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].GB 50343,Technical code for protection of building electronic information system against lightning[S].

[23] GJB 8848,系统电磁环境效应试验方法[S].GJB 8848 Electromagnetic environmental effects test methods for systems[S].

[24] GJB 2639, 军用飞机雷电防护[S]. GJB 2639, Lightning protection of military aircraft[S].

[25] GJB 3567, 军用飞机雷电防护鉴定试验方法[S]. GJB 3567, Lightning protection qualification test tech-niques for military aircraft[S].

[26] GJB 1804, 运载火箭雷电防护[S]. GJB 1804, Launch vehicle lightning protection[S].

[27] GJB 6784, 军用地面电子设施防雷通用要求[S]. GJB 6784, Rules for the continental military electronic facilities against lightning[S].

[28] GJB 8007, 地地导弹武器系统雷电防护通用要求[S]. GJB 8007, General requirements for lightning protection of ground-to-ground missile weapon system[S].

[29] GB/T 18802.21, 低压电涌保护器 第 21 部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD) 性能要求和试验方法[S]. GB/T 18802.21, Low voltage surge protective devices-Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signaling networks—Performance requirements and testing methods[S].

[30] GJB 2093A, 军用方舱通用试验方法[S]. GJB 2093A, General test methods for military shelter[S].

[31] ERIK B. A proposed new lightning transient test standard for UAV ground station equipment[C]// ICOLSE2019. Wichita: [s. n.], 2019.

自然界中的雷电不可能消失

人类对技术进步的向往和冲动也不可能终止

技术进步带来的潜在威胁

只能靠技术的继续进步来解决