高速飞行时，飞机(如飞机、火箭等)的表面。)会与空气中的灰尘、冰晶、雨滴等颗粒碰撞沉积静电，会使飞机表面的静电势高达100~300 kV[-]。当沉积的静电电位超过击穿阈值时，会发生电晕放电，对电子设备造成损坏。此外，放电电磁脉冲在射频范围内，会干扰飞机的通信导航系统，严重影响飞机的运行安全。

飞机的工作环境一般为高空大气环境，与地面大气环境不同。高空大气环境的特点是低压低温[]。低气压环境会对电晕起始电压、放电电流波形、上升沿时间和放电频率等电晕放电特性产生显著影响。

由于影响电晕放电特性的因素多，不确定性大，很难通过仿真来研究放电特性。然而，在高海拔环境中开展相关研究是困难的、昂贵的和长期的。近年来，国内外学者利用人工气候室，以高压电气设备[-]和高压输电线路[-]为主要研究对象，研究了针板、棒板和线板等电极结构模型在高原低压环境下的电晕放电特性，给出了电晕放电的起晕电压、平均放电量、放电面积等电晕放电特性。随着气压的变化，模拟放电电流[-]通过模拟计算得到。但目前人工气候室模拟海拔> 10公里的高空大气环境难度较大，相关研究较少。文献[5]指出，海拔10~20公里范围内的高海拔环境对应的大气压力约为27~4 kPa，远小于一个标准大气压。因此，有必要进一步研究高空低压环境下的电晕放电特性。基于上述问题，本文搭建了高空低气压DC电晕放电模拟试验系统，在该系统中进行了低气压环境下针板电晕放电试验，并结合气体放电理论研究了气压变化对电晕起始电压、放电特里谢脉冲波形、脉冲重复频率等特性的影响。

为了研究低压环境下的电晕放电特性，本文搭建了高空低压环境下的电晕放电模拟试验系统，其中R0为限流电阻，以100ω为试验电阻，100ω为试验电阻。

试装置主要由三部分组成，即密闭气罐、电晕放电装置和检测电路。

1)密闭气罐直径0.6 m，高度0.6 m，有机玻璃窗口可用于观察电晕放电试验现象。低压环境由泵速为30的机械泵和泵速为1 200的溅射离子泵实现。罐中的气体压力可以实时监控。

2)电晕放电装置采用铝制针板电极结构，板径10 cm，针板间距可在0 ~ 30 mm范围内调节..

3)静电高压源可输出正负极性高压，输出范围0~100 kV。静电高压源的输出电压由动态电位测试仪监测和校准，放电时域波形由示波器采集。

测试环境温度为-16℃，相对湿度为26%。在其他环境因素不变的基础上，只考虑气压对电晕放电特性的影响。罐内气压分别抽至30、20、10、5、1 kPa，静电高压源输出电压以0.1 kV的步长逐渐调整，直至发生电晕放电。用动态电位仪、示波器和电流表采集电晕起始电压、放电电流波形和电流脉冲重复频率等测试数据。在每个气压下，收集30组放电测试数据。为了防止每次放电测试影响下一次放电的测试环境，两次放电测试之间的间隔为5分钟。

判断起晕电压[-]的方法有很多，如传统的目测法，即在黑暗环境下，逐渐调整电压，观察针尖是否有稳定的起晕点。如果发生，则认为针板已经开始电晕放电，这个电压是目测得到的电晕开始电压。但是这种方法的测试结果受到观测距离、角度和观测者自身差异的影响，因此逐渐被淘汰。目前广泛应用的有电流脉冲法、电流系数法和I-U曲线拟合法[-]。本文采用方便实用的I-U曲线拟合方法来判断针板电晕放电的起晕电压。

I-U曲线拟合法是由S. A .塞博于1982年提出的，即在I-U曲线转折点前后作切线，交点横坐标为电晕起始电压\ ({{ u} _ {0} \)。以30 kPa电晕放电为例，用I-U曲线拟合方法判断电晕起始电压。

基于该方法，对采集到的数据进行整理，得到不同气压下电晕放电的起晕电压。

正负电晕放电的起晕电压随着气压的降而线性降。



影响方程的因素主要有:电晕区边界到针尖的距离(X)，光子吸收系数(μ)和有效电离系数(α-η)。在相同电场强度下，有效电离系数随着气压的降而增大，当电压达到电晕起始电压时，电晕区边界到针尖的距离(X)增大。结果表明，初晕随气压的降而减小。

对采集的测试数据进行整理，得到不同气压下的正电晕放电特里谢脉冲波形。

放电特里谢脉冲波形是脉冲形状。放电开始时，电流呈指数上升，达到峰值后逐渐下降，并保持在低值。

本文选取上升沿、峰值电流和脉冲持续时间三个特征参数来研究气压对特里谢脉冲波形的影响。对采集的测试数据进行整理，得到不同气压下电流脉冲的特征参数。

随着气压的降，脉冲上升时间和电流峰值增加，而脉冲持续时间基本不变，约为600 ns。

一般认为电晕电流脉冲的上升沿是从电子坍缩到气体击穿的时间[-]。当气压降时，空气中气体分子的密度会降，电子与气体分子的碰撞概率会降，从而降电子坍缩的形成概率，增加气体击穿所需的时间。但空气分子密度的降会增加电子的平均自由程，电子在长距离运动后可以获得更高的动能，从而增加碰撞电离系数，减少气体击穿所需的时间。比较两种情况，当前者占优势时，总碰撞电离系数将降，形成放电所需的时间将增加，电晕放电特里谢脉冲的上升沿时间将增加。

由于放电Trichel脉冲主要由电子的定向运动形成，随着气压的降，有效电离系数\(\α-\η\)增大，电离区电场强度增大，使得阳极附近电子平均自由程增大，与阳极表面碰撞产生的电子数增多，导致放电Trichel脉冲峰值随气压的降而增大。

特里谢研究电晕放电时发现，放电特里谢脉冲呈现周期性，其中负电晕放电电流脉冲重复频率可达104 Hz，正电晕放电电流脉冲重复频率可达106 Hz[]。

通过整理测试数据获得的不同气压下的特里谢脉冲重复频率。

随着放电电压的增加，不同气压下特里谢脉冲的重复频率呈上升趋势。当放电电压不变时，特里谢脉冲的重复频率随着气压的降而增加。

施加高电压后，在电场作用下，电子碰撞电离产生电子坍缩，高速向阳极运动，而阴极附近的正离子增强阴极表面的电场强度，与阴极表面碰撞，提供后续放电所需的初始电子，维持放电的形成。当电子通过电晕区时，电子容易附着在气体分子上形成负离子，电场强度减弱。当电场减弱到不能再形成电子坍缩时，放电就会中断。负离子消散后，会产生新的电子坍缩，重复碰撞电离过程，产生新的Trichel脉冲[]。

放电周期主要与脉冲持续时间和负离子消散时间有关，其中后者是主要因素。负离子的消散时间与负离子的迁移率和迁移距离有关。负离子的迁移率是[]

负离子迁移率与气压成反比。因此，当气压降时，负离子迁移率将增加，负离子消散的时间将缩短。此外，电晕起始场强随着气压的降而降，负离子迁移距离短时可以满足新电子坍缩的产生条件，这也缩短了负离子的消散时间。因此，放电特里谢脉冲的重复频率随着气压的降而增加。

不同海拔高度气压的变化会对电晕放电特性产生显著影响。下一步，我们将扩大气压的研究范围，选取更多的气压值，结合相应的温度值，研究不同气压和温度下电晕放电电流脉冲的特性。

本文建立了高空低压电晕放电模拟试验系统。在此基础上，进行了低压环境下针板电晕放电试验。结合气体放电理论，从微粒运动的角度对试验结果进行了分析，结论如下:


1)有效电离系数的增大是电晕放电起晕电压随气压降而线性降的主要原因，低气压环境下更容易发生电晕放电。

2)放电特里谢脉冲的幅度和上升时间受气压的影响。随着气压的降，特里谢脉冲的幅度和上升时间增加，而放电电流脉冲的持续时间基本不变，约为600 ns。

3)负离子迁移率的增加和迁移距离的减小是特里谢脉冲重复率随气压降而增加的主要原因。放电电压对特里谢脉冲的重复频率有很大影响。在恒定气压条件下，特里谢脉冲的重复频率随着放电电压的增加而增加。