复合材料飞机的雷电直接效应防护

浅谈民机复材机身的闪电防护设计随着民机工业的快速发展，越来越多的民用飞机开始采用复合材料机身。

与传统金属材料相比，复合材料机身具有更高的强度、更好的耐久性和较轻的重量。

但是，复材机身也存在一些挑战，其中最重要的问题是闪电防护。

本文将深入研究民机复材机身的闪电防护设计。

1. 闪电概述闪电袭击是一种自然灾害，其产生的高电压和高电流容易损坏任何材料。

在飞机上，由于其高空飞行和狭窄的进出气道，飞机是非常容易被闪电击中的。

根据统计数据，1000小时的飞行中，平均每架民用飞机都会遭受一次闪电袭击。

闪电袭击的影响非常严重。

如果被闪电直接击中，飞机的机身将出现裂纹和烧焦，影响飞机的操作和安全。

如果闪电袭击引起了电磁干扰，那么飞机上的电器设备也可能出现故障，从而影响飞机的安全性。

因此，民机厂商必须采取适当的措施，确保民机的闪电保护系统能够有效地保护飞机免受闪电袭击的影响。

传统的金属机身可以有效地进行闪电防护。

由于金属材料的导电性能非常好，它可以帮助分散电流并将其导向地面，从而保护飞机内部的电子设备。

然而，复合材料机身的绝缘性能较好，导电性能较差，无法像金属机身一样有效地分散电流。

因此，在复杂的复合材料机身上进行闪电防护是一个更具挑战性的任务。

目前，有两种主要的方法可以用来保护复合材料机身免受闪电袭击的影响：导电涂层和复合材料闪电防护。

导电涂层是一种可以增加复合材料机身导电性的涂层。

涂层通常由碳纤维、三元碳化硅或金属等材料制成，可以有效地帮助分散电流并将其导向地面。

在涂层下面，通常还会放置一层电极，以进一步提高导电性能。

虽然导电涂层可以有效地保护复合材料机身免受闪电袭击的影响，但涂层可能会增加机身的质量，从而降低飞机的综合效能。

复合材料闪电防护是一种新兴的技术，可以利用复合材料的导电特性来分散电流。

防护层由碳纤维和金属纤维混合而成，可以分散经过机身的电流，降低飞机内部电子设备受到闪电袭击的风险。

复合材料闪电防护的优点是可以保持机身的轻量化，同时减少防护层的数量和厚度。

飞机雷电直接效应防护试验标准与试验项目
一、介绍
飞机雷电直接效应（LPD）防护是在飞机设计过程中非常重要的一环，它能够给飞机
构型与构件提供关键的保护层，防止雷电直接效应对飞机构型及其组件造成的损伤。

为了
确保飞机LPD防护层的有效性，国际机场协会提出了《飞机雷电直接效应防护试验标准》，其中包含了具体的试验项目，以便确保飞机雷电直接效应防护层的有效性。

1、试验样品
本标准要求试验样品必须符合飞机各先进性能特性的设计标准，在结构和材料上都必
须和最终产品一致。

2、试验项目
（1）电弧灼烧试验：本试验用于测量电弧火花、热释电、跳火花和通过故障电路时
的回路中的绝缘材料的损伤程度；
（2）电弧火焰延伸测试：本试验用于测试电弧火花是否能够延伸到类似绞缆的复杂
配置形状中；
（3）电磁波效应测试：本试验可用于评估电磁波对介电材料以及涉及截面和构造的
安全性能，以确保电磁波不会传播到复杂的绞缆中；
（4）电磁脉冲试验：本试验主要是为了测量电磁脉冲对电子设备的损伤程度；
（5）传导效应测试：本试验主要是为了测量传导阻碍物件，例如电线缆、屏蔽罩、
接插件对电磁波传播效果的影响。

三、结论
通过依据国际机场协会提出的《飞机雷电直接效应防护试验标准》，可以明确地知道
飞机结构以及雷电直接效应防护层所需要满足的试验项目。

通过这些试验项目的测试，可
以更好的保护飞机的安全和结构的稳定性，对飞机的运行起到积极的作用。

浅谈民机复材机身的闪电防护设计1. 引言1.1 民机与复合材料的广泛应用民用航空飞机是航空工业的主要产品之一，而复合材料在民机制造中的应用已经变得日益广泛。

复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此在民机机身中的应用越来越受到重视。

相比于传统的金属材料，复合材料可以更好地满足飞机轻量化、节能化、绿色化的要求，因此被广泛用于飞机的机身、翼面等结构部件中。

随着技术的不断发展，复合材料在民用航空领域的应用将会越来越广泛，成为飞机结构制造的重要组成部分。

民机与复合材料的广泛应用，为飞机的轻量化、安全性、节能性等方面带来了显著的改进，为航空工业的发展注入了新的活力。

1.2 闪电对飞机安全的重要性闪电对飞机的影响是飞行安全中一个极为重要的因素。

飞机在空中飞行时，可能会遭遇闪电击中，这会对飞机的结构和系统造成严重的损坏，甚至可能导致飞机失事。

闪电击中飞机会产生高温、高压和强烈电磁场，对飞机的外壳、油箱、电子设备等造成破坏，可能引发火灾、系统故障或失控等严重后果。

有效的闪电防护设计对于保障飞机和乘客的安全至关重要。

目前，随着民机复合材料机身的广泛应用，尤其是碳纤维等复合材料的使用，飞机的防雷能力面临新的挑战。

传统的金属材料能够提供一定程度的闪电防护，但复合材料的导电性较差，因此更容易受到闪电的影响。

为了应对这一挑战，不断开发和完善闪电防护技术，确保飞机在雷电天气中的飞行安全，成为民机复材机身设计中的重要问题。

2. 正文2.1 复合材料机身的特点及优势复合材料是由不同性质的材料通过一定方式组合而成的新型材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀等特点。

在民机设计中，复合材料机身的应用越来越广泛。

相比于传统金属材料，复合材料机身不仅重量更轻，还具有更好的疲劳强度和抗腐蚀性能，延长了飞机的使用寿命。

复合材料还可以更灵活地设计飞机的外形，提高飞机的空气动力性能，降低飞机的燃油消耗。

复合材料机身在民机制造中的应用已经成为一种趋势。

复合材料是 ２ ０世纪 ６ Ｏ 年代中期崛起 的一种新
型材料 ， 是 由两 种 或 两 种 以上 不 同 物 质 以不 同方 式 组 合 而成 ¨ 。复合 材 料 因 成 型方 法 更 经 济 ， 被 广泛 应 用 于 飞 机 面板 材 料 Ｊ ， 其 用 量 最 多 可 占飞机 整 体 的一 半左 右 ＿ ３ Ｊ 。复合 材 料具 有 比强度 大 、 比模 量 高 、
抗疲劳性 能好 、 耐腐蚀 、 可设计性 强等诸多优 异特
性， 将 其 用 于 飞 机 结 构 上 可 较 常 规 金 属 结 构 减 重
２ ５％ ～３ ０％ ｊ
。
２ 飞机复合材料的雷击防护措施
复合 材料 的绝缘 性 能 优 越 ， 其 电性 能 介 于 纤 维 和树 脂 之 间 ， 基本 不导 电 。 因此 ， 飞 机复 合 材 料需 要 采 用辅 助 的措施 进 行 防雷 ， 主要 通 过 在 其 表 面 增 加 导 电功 能层 ， 将 其 表 面 静 电荷 或 电流 及 时 排 放 的方
ｌ Ｆ 曲硇 ＿ １ ３ ．
２ ０ １ ３年 第 ６期
玻 璃 钢 ／ 复 合 材 料
能的影 响［ Ｊ ］ ． 玻璃钢／ 复合材料 ， ２ ０ ０ ９ ， （ ６ ） ： ２ ５ － ２ ７ ．
４ ３
板表面时 ， 由于其 导 电导热性 能 差 ， 雷击 作 用 点位 置 （ 即雷击 附 着 点 ） 及其 附 近小 区域 内， 电 流 密 度 最
该 方法 可在 复合 材料 基体 上采 用 转移 法 进行 火
焰 喷涂来 制备 铝涂 层 防护层 ， 即转 移 膜法 ， 也 可 以
采用 等离 子 电镀 法 来 制 备 铝 涂层 ， 涂 层 最 佳 厚 度 为

ｏ ｆ Ｆ Ｒ Ｐ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｖ ｅ ｍａ ｊ ｏ ｒ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｒ Ｐ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ／ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ／ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ
ｉ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ．Ｈ ｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ，ＦＲＰ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ ｓ ｕ ｆ ｆ ｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｔ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ — ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｗｈ ｅ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｋ ｅ ｂ ｙ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｎ ｉ ｎ ｇ ．Ｓ ｏ ，ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｋ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｌ Ｓ Ｐ）

飞机复合材料用防雷击胶膜的应用研究目前，我国航空业处于蓬勃发展的阶段，各类型飞机数量逐年增长，所以为了提升飞机性能，客机大多应用复合材料，这些材料容易受到雷击因素的影响，因此，加强飞机复合材料防雷击胶膜的应用具有重要意义。

本文论述了飞机复合材料用防雷击胶膜的应用。

标签：飞机;复合材料;防雷击胶膜一、飞机雷擊损伤的类型1、直接损伤。

飞机一般遭到雷击所造成的直接损伤有金属表面变色、熔化和灼烧、复合材料表面会出现脱层、灼烧，导致飞机的外观受到一定的影响。

2、间接损伤。

间接损伤是指对电网终端、电网和电子电器设备造成的损伤，出现这些损伤的原因是电流过大影响到磁场，磁场发生变化就导致电气系统瞬间电压发生变化，从而损害了飞机上的电子显示系统，但新型飞机的防护措施都比较完善，尤其是针对飞机油箱系统，目的是为了防止雷击产生的火花将油箱引爆。

此外，在飞机起飞前，所有的乘客都需要将电子设备关闭，以防止雷击误伤到机体内的乘客。

二、新型防雷击复合胶膜原理及性能随着材料技术及工艺的发展，出现了一种新型的防雷击复合胶膜，与传统复合材料雷击防护材料不同，该新型防雷击材料将表面胶膜和导电金属网结合为一体，使用中将其铺设在有防雷击要求的复合材料结构外表面，通过导电金属网将雷击电流传递到机体放电部位即可达到雷击防护的效果。

新型防雷击胶膜由表面胶膜和导电层（金属网）组成。

表面胶膜为单位面积重量为0.03 psf或面密度更大的粘合剂或填充胶膜;而导电层则为单位面积重量0.015～0.04 psf的铜、铝质金属网、金属箔或金属网筛，图l为其组成示意。

在该新型防雷击胶膜中，导电层代替了常规防雷击材料中的火焰喷铝和金属网，导电层主要包括金属箔、机织金属网筛和金属网三类。

金属网箔由整块金属箔经过打孔和拉伸之后得到，而机织金属网筛则通过金属丝编织而成，金属网是经过撕裂和拉伸工序得到的，其形状和网孔的参数是由所用的特定工具决定。

新型防雷击胶膜铺贴工艺较传统防雷击材料简单，铺贴时将带有脱模衬层的新型防雷击复合胶膜放在模具上，在贴模面一侧将边缘衬纸撕开，将复合胶膜粘到模具上，慢慢撕开衬纸，控制其着粘的部分与模具充分贴合即可。

飞机复合材料结构机体雷电屏蔽设计作者：张曾霞来源：《科学与财富》2018年第24期摘要：复合材料结构性能是各向异性的，相较金属材料，其有效电导率要小得多，且电磁性能和对电磁危害的敏感度方面差异也很大。

复合材料封闭体的屏蔽效能通常与封闭体形状和内部复杂程度等相关。

因此，对金属结构的飞机雷电防护设计原则重新进行考核，以建立复合材料结构飞机的设计方法。

关键词：雷电防护；电磁防护；模拟试验引言现代飞机大量采用复合材料制造飞机蒙皮类机体结构。

复合材料相较金属材料导电性能差且各向异性，其制成大型飞机蒙皮后，将大大降低蒙皮隔离外部电磁场的电磁屏蔽效能和传导电荷的能力。

雷电是飞机所遭遇的最严重的电磁危害。

雷电不仅会干扰飞机电子设备的正常使用，还会击伤复合材料零件，引发严重的灾难事故。

复合材料机翼整体油箱的雷电放电防护设计是飞机机体结构电磁屏蔽防护设计的重要部分。

1结构雷电防护设计1.1 雷电防护设计要求雷电损伤危及飞机安全，非金属结构件的设计应使雷击后果减至最小，因此要采取有效措施把复合材料与雷电电流隔离开，既防止雷电电流附着在复合材料构件上，又要阻止雷电电流在复合材料内传输，同时使复合材料结构件有低阻抗传导雷电电流的通路。

1.2 雷电防护措施1.2.1 防雷击设计分析机翼整体油箱位于中机身下部，受机腹整流罩和机身的保护其处于非直接雷击区。

碳纤维复合材料具有弱的导电性，因此复合材料整体油箱具有相对较大的电阻值，但又具有一定的电连续性，当外翼的闪电电流传至中央翼盒与外翼的接合处时，仅有弱小的电流流经中央翼盒整体油箱，绝大部分电流直接传导至机身金属结构。

为确保整体油箱的安全性和可靠性，可采取电流传导设计和隔离设计相结合的方式。

1.2.2 雷击防护方案（一）考虑整体油箱处于扫掠雷击2A区，相关结构雷击防护的主要措施：1）外翼必须与机身直接进行电搭接（通过金属零部件相连接）；2）在复合材料件表面铺敷金属材料形成良好的电通路来传导雷击电流，并对特殊区域采取隔离。

0引言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[1][2]。

雷电试验的破坏特性和结构特征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[3]。

目前国内外针对这种情况，做了大量有关复合材料仿真方面的研究，越来越多的飞机防雷工作将试验与仿真结合，相互迭代，已经将很多仿真结果直接应用于飞机的雷电直接效应防护符合性验证。

本文结合国内外主流思想，形成完整的试验和仿真结合的雷电防护验证方案。

可以极大减小验证周期、降低研发和验证成本。

1复杂结构仿真与试验的迭代验证关系参考欧美研究机构已经在波音、空客的新研复合材料飞机上应用的仿真与试验迭代工作方法，总结复杂对象雷电防护方案设计及验证思路[4][5]，如图1所示。

由于复杂对象结构复杂、尺寸大、结构特征多等因数，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，因此，通常的思路是由简入繁，通过整体简化模型进行雷电流路径仿真，采集局部电流，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，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。

本文研究思路中仿真的优势体现为：①辅助分解防雷指标及工作规划；②提供局部结构的考核电流；③局部结构防雷方案的迭代优化分析；④积累特征数据，有利后续设计更改。

2仿真工作内容及流程雷电防护工作中，仿真结果要被采信需要严格执行图2流程，完成流程中的相关内容。

仿真结果被采信，需要做的工作内容如下：①确定复杂系统的雷电路径简化模型和特征结构作为仿真对象；②选用针对防雷结构分析的有限元多物理场耦合分析数值软件；③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；④雷电仿真关键材料参数的测量，如复合材料和雷电金属网的各向异性电导率等；⑤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；———————————————————————作者简介:赵天（1986-），男，辽宁本溪人，硕士，毕业于英国巴斯大学，中级工程师，研究方向为动力装置短舱雷电与电磁防护技术。

采用 。 １绪论 自然 界中的大气雷 电是一种破坏力 很强的 自然现象 ，平均 ３ － ３ 带 金属镀层 的碳纤维 复合材料 。碳纤维复合材料 的纤 每天发 生约 ８ ０ ０ 万次 闪电，它不仅给人 类的生产 、生 活带来 了 维线束和纤维布料可 以通 过镍 电镀和 电沉积 的方法增加蒙皮 的 许 多 灾 难 ，而 且 严 重 地 威 胁 着 大 气 中各 种 飞 行 器 的 飞 行 安 全 。 导 电性 。但是镀金属层碳 纤维复合材料蒙皮 的闪电防护效果不 有动力 飞机 出现不久就 出现 了飞机被 闪电击中的现象 ，有时会 如金属编织物和延展 的金属箔 ，本身及其下面一两层会受 到损
摘 要 ： 主要介 绍 了闪电对 复合 材料结构 的直接 效应的原理和相关表现形 式，列举 了国内外 常见 的几种 闪电直接 影响 防护 措 施 ，在 此基础上结合通 用飞机复合材料舵 面结构特性 ，制 定适合复合材料舵 面的最优 闪电防护方案 。通过 实例 验证 了闪电防 护方案的有效性 和工艺灶 。明确 了在 闪电防护 方案 实施过 程 中需要 注意的几点事项 。 关 键词 ： 复 合 材 料 ；闪 电 防护 ；直接 效 应 中图分类号 ： ｖ２ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ５ ５ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ）０ ８ ． ０ １ ０ ５ ． ０ ｌ
害 。镀 金属层 Ｃ Ｆ Ｃ最 常用于特 别要 求防腐蚀 的情况 ，因为 其 所镀的金属 （ 镍 ）与 Ｃ Ｆ Ｃ材料 的组合 防腐 性能很好 。 ３ ． ４ 喷涂铝 。喷涂铝 的方法有 两种 ： 火焰喷涂和等离子 喷 涂 。两种方法 喷涂的涂层防雷 电效果相近 。为 了增加 喷涂铝层 与复合材料表面 喷涂铝对 喷涂的质量要求 比较高 ，一是会影 响 零件 的重量 ，再 者会 影响零件的表面质量 ，同时喷涂铝与 复合 材料零件 的结合 能力不强 ，需要喷封孔剂等辅助手段来提 高结 合 能力 。 ４通用飞机复合材料舵 面的闪电防护设计与应用 根据 以上对 复合材料闪 电影响与防护设计 的分析 ，通 用飞 机 复合材料 舵面处于 闪 电直接影 响的 附着 区和扫掠 区。因此 ， 在通用 飞机 复合材料 舵面的闪 电防护设计 中，选用在 复合材料 舵面外表面铺敷 铝金属编织网 ，在满足 闪电直接 效应 防护 的同 应 发 生 在 雷 击 点 处 或 雷击 点 附 近 ， 主 要 由于 雷 击 电流 引起 。通 时起到 了闪 电间接效应防护效果 。另外 ，也提高 了方 案实施的 用 飞机复合材料舵面 的闪电防护本 质上就是在 闪电的直接影 响 工 艺性 。 下，舵面 的功能性 不受影 响。这就 需要采取一 定的防护措 施 ， 在选择 上述 方案时 ，要选用合适 的搭铁线将 复合材料 结构 减 少闪 电对舵面 的损伤 。 件之 间、复合材料部件与机体基本之 间的电路 导通 。在用于承 ３ 碳纤维复合材料结构 的闪电防护研究 受 雷击 电流 进行搭铁线设计时要遵循 以下原则 ：（ １ ）使用截面 根据 Ｃ Ｃ Ａ Ｒ２ ３ 部第 ２ ３ ． ８ ６ ７ 条 （ Ｃ）款对 雷 电的防护提 出的 面积足够大 的导线 以承受雷击 电流 的作用积分 。（ ２ ）搭接 线越 要 求 ，任何 的飞机 的闪 电防护设计 须遵循一 下设计 原则 ： （ １ ） 短越 好 。（ ３ ）避 免超过 ４ ５度 的折弯，或其 他任何 能使 电流 方 防护措施需考虑提高 导电性，这样大部分雷 电流就会流入起保 向反转 的情 况 发生 。（ ４ ）避免 所有 的急转 弯。（ ５ ）如 果使 用 护 作用 的层 中，而不是在 Ｃ Ｆ Ｃ层 中传导 。（ ２ ）防护措 施需考 了２段或更 多的平行 导体 带，把他们要分开到足够大 （ 通 常在 虑 电弧根部分散 ，对外表面 处理，使其具有 电不均匀性 ，它会 ３ ０ ｃ ｍ 或更大 ）来减小 电磁力效应 。 使 电弧根部分散为很 多支 路而 不是集中在一点 ，这样雷 电流在 Ｙ１ ２ Ｆ型机 属于 典型 的通 用支线 飞机，它 的左、右升 降舵 进 入蒙皮的时候就 附着在 一个 较大区域的很多点上 ，而不是在 和方 向舵均 属于碳纤维复合材料结构 。该型机在 闪电防护设计 个 点上。 时 ，在 整个 复合 材料舵 面 蒙皮外表 面上 铺敷 厚度 ０ ． １ ｍｍ 的多 目前航 空 行业 内有 以下几 种碳 纤维 复合材 料 雷 电防护措 孔铝金属 网箔，铝网箔允许分块搭接 ，复合材料舵面 主体 结构 施。 件成 型时，在多孔铝金属 网箔和最外一层碳 纤维层之 间铺 放一 ３ ． １ 金属编织 网。由纯金属丝编织 而成 ，金属丝典型 的直 层玻璃纤维 防止 电偶 腐蚀 ，同时起到绝缘作用 。每个 外表 面的 径是０ ． ０ ５－ － ， ０ ． １ ｍｍ。 铝 是 一 种 非 常 好 的 金 属 ， 相 比 其 它 金 属 ， 零件之 间通过铜 金属片进行 电搭接 ，然后复合材料舵面 与机体 它 的重 量很 轻 ，电阻率 也很 小 。可 以通 过最初 的固化过 程 同 再进行 电搭接 ，将 强 电流导 出。这种方案 电磁屏 蔽性好 ，能在 Ｃ Ｆ Ｃ层压 结构 的外 层粘接 在一 起，这样 金属 编织 网与碳 纤维 防护雷 电的在 右侧升降舵结构的直接效应 ，同时 也能防护舵机 直接接触 。 金属编织物 即提 高 了导 电性又可 以使 电弧根 部分散， 口盖下 的舵机可 能受 到的雷 电间接效应 。 防护效 果非常好 。但是 ，金属编织物 带来的重量增加是每平方 Ｙ１ ２ Ｆ型机 的复合材 料舵面 闪 电防护 设计方案 已经成 功通 米０ ． ５ 磅 ，重量 附加值 高。 过 闪电直接影 响试验验证 ，该防护设计方法 安全可靠 ，重量附 ３ ． ２ 延 展金属 网箔 。 由单层的金属箔经 打孔 拉伸制成 ，可 件值合理 。 提供开孔及 与金属织物相似 的性质 。延展 的金属箔 ，通常 的厚 ５结论 度是０ ． ０ ５ － － ， ０ ． １ ｍｍ，它 的导 电特 性和 保护 效应 都与金 属织 物相 随着复合材料 设计技术的不断进步 ，复合材料在 飞行器上 似 。延展 的金属 网箔必须与碳纤维层压 结构一起处理 。铝箔和 的用量 日益增多 ，相 关的闪 电防护设计规范会越来越具体 化和 铜箔提供 了最有 效的雷 电防护 ，因为它们 同时还 能提供一些 电 标准化 ，必然会反过 来推 动整个航空复合材料设计技术 的飞速 磁屏蔽 ，所 以是典型使用 的材料 。延展金 属箔带来的重量 问题 发展 。 较大 ，但是 由于延展金属箔与金属 紧固件 ，或硬质金属表面 的 参考文献 接 触 良好 ，其 电磁屏 蔽性要好于金属织 网。出于这种原因，当 ［ １ 】 朱上 上，潘 云鹤 ，罗仕鉴 ． 基 于知 识 的产 品创 新设 计技术 需要 同时防护雷 电的直接效应和 间接效应 时，延 展金属箔会被 研 究 【 Ｊ 】 ． 中国机械 工程，２ ０ ０ ２（ ４ ） ： ０ １ ７ ． 造成 灾难性的后果 。随着先进 复合材料 的发展 ，复合材料在飞 机结构 上应 用的 比例越来越重 ，甚 至有 些飞机基本上成为全复 合材 料飞机 （ ９ ０ ％ 以上 ） 。因此 ，如 何进行 复合 材料 结构件 的 雷 电防护 已成为现代飞机设计 中一 个必需解决的重要课题 。 ２ 闪电对 飞机 复合材料舵面直接影 响 闪电影 响对通用飞机复合材料 的影 响分为直接影响和间接 影 响。闪电的直接影响为 闪电对 飞机击 中点的物理损坏 ，包括 金 属蒙皮上被灼烧 出的孔洞 、非金属结构的击穿或破裂 、使可 移动 的合叶和齿轮粘在一起或变粗 糙等等这些能够造成物理损 坏 的影 响 ；闪电的间接影 响是 指由于闪 电导致 电气设备 的损坏 或 故障 。就通用飞机 的复 合材 料舵面来说 ，一般为碳纤维复合 材料结 构，闪 电对其 的影 响主要是 直接 影响，其表现形式包括 树脂 的高温分解和 由冲击波 效应引起的结构分层断裂 。这些效

全碳纤维复合材料飞机雷电防护设计摘要随着飞机设计的发展，复合材料广泛应用于飞机设计。

飞机的防雷击设计是现代飞机设计的一个重要组成部分，尤其是全碳纤维复合材料飞机。

由于属于半导体性质的碳纤维复合材料的抗雷击损伤能力比全金属铝合金结构差，所以必须有可靠的防雷击系统才能保证飞机的使用安全。

关键词碳纤维；复合材料；雷电防护0引言飞机的防雷击设计包括全机防雷击系统和部件级防雷击系统两部分。

而防雷击设计的首要环节是进行雷电区域的正确划分，从而根据不同的雷电区域采取不同的防护措施。

本文主要提供一种全碳纤维复合材料飞机的全机防雷击系统设计，部件级防雷击系统的设计本文不做分析。

1 飞机雷击环境定义1.1飞机的雷击环境直接雷击——指开始接触到飞机表面的雷击。

扫掠雷击——指一旦飞机接触到直接雷击后，雷击持续放电的接触点不断出现顺气流方向沿飞机表面跳跃移动。

1.2飞机的雷电效应雷电直接效应是由雷电电弧的附着及伴随着雷电流的高压冲击波和磁力所造成的燃烧、熔蚀、爆炸和结构畸形。

雷电间接效应是指在电子、电气设备和布线中雷电引起的过电压和过电流造成的设备损坏或干扰。

3 飞机雷电区域划分3.1区域划分按照不同的雷电附着特性或传递特性可把飞机表面划分成三个区域：区域1：初始电击附着其上面（进口或出口）可能性很大的飞机表面。

亦称初始附着区域。

区域2：电击放电被气流从区域1的初始附着点吹过来在其上面扫掠的可能性很大的飞机表面，亦称扫掠冲击区域。

区域3：除了区域1和区域2以外的所有飞机表面为区域3。

在区域3，放电电弧直接附着的可能性很小，但它可能在某对初始雷电附着点或扫掠冲击附着之间传导很大的雷电流。

按照放电长时间悬停在飞机表面的可能性大小，区域1又进一步分为A区、B区和C区，区域2划分为A区和B区。

A区是电弧在它上面长时间悬停可能性较小的区域。

B区是电弧在它上面长时间悬停可能性较大的区域。

3.2区域的确定飞机雷击区域的划分按照SAE ARP5414A-2005进行，采用推荐的或标准的经典规则确定。

浅谈民机复材机身的闪电防护设计民机（民用飞机）的机身对于机组人员和旅客的安全非常重要。

复合材料成为了现代民机的主要材料之一，因为它们比传统的金属材料更轻、强度更高、耐腐蚀、耐疲劳等特点。

然而，复合材料也有一些缺点，其中之一就是易于导电和导热，这使得复合材料的机身需要更加关注防雷和静电。

因此，在设计复合材料机身时，必须考虑闪电防护，防止闪电引起机身的损坏和危险。

首先，一个好的设计是重要的。

飞机的机身应该设计得足够强壮，以能够承受闪电打击。

飞机的结构应该使用一些硬质金属和复合材料，以增强结构，并在必要的地方安装增强件。

此外，应该将电气系统和飞机中的其他系统绝缘和隔离在地面上，以防止闪电引起的电流进入这些系统并引起短路或电击等问题。

另外，飞机的表面应该涂上具有导电性能的材料，以分散来自雷击的电荷。

这些涂料可以包括铜、银、金、尼龙和碳纤维等物质。

这些导电性涂料可以迅速释放电荷，以保护机身不受到损害，并使其更容易地分散电流。

在设计公平头时，应确保其具有与机身相同的导电性质。

此外，机舱和舱内的金属部分也应该涂上导电涂料，以确保电流可以传递到地面。

另外，飞机的闪电防护系统应该尽可能简单，以减少失效的可能性。

闪电防护系统应该由多个独立的保护层组成，以确保如果系统的任何一层失效，其他层也可以继续为机身提供保护。

飞行中的飞机应该能够检测到雷击和防护系统的状态，并在必要时向机组人员发出警告。

此外，飞机应该安装保险丝和断路器等安全装置，以防止闪电引起的电流过度流入飞机的电气系统。

如果一个电子系统已经受到闪电冲击或受到其他损坏，那么它应该被隔离和修理，以防止将问题传递给其他系统。

总之，闪电防护是民机复合材料机身设计的关键要素之一。

在设计和制造复合材料机身时，必须考虑到防止闪电引起机身损坏和危险的措施。

设计人员和制造商必须采取多项措施，以确保积极的保护系统能够为机身提供长期、可靠的保护，使机组人员和乘客的安全得到充分保障。

浅谈民机复材机身的闪电防护设计随着科技的不断发展，民用航空领域的技术也在不断创新。

在飞机设计和制造方面，复合材料已经成为了越来越受欢迎的选择。

复合材料拥有良好的强度和轻量化特性，能够减少飞机的重量并提高飞行效率。

与此民用飞机的闪电防护问题也越来越受到关注。

本文将重点讨论民机复合材料机身的闪电防护设计。

1. 复合材料机身的闪电防护需求在机身设计中，闪电防护是一个关键的安全问题。

当飞机在飞行过程中遭遇雷暴或静电放电时，如果机身没有合适的闪电防护设计，就会造成机身表面放电，导致机身结构受损、电子设备故障等问题。

这些问题都会对飞行安全造成严重的影响。

复合材料机身的闪电防护设计显得尤为重要。

传统的金属机身通过金属外壳可以有效防护机身内部免受闪电的影响，但是对于复合材料机身来说，由于其绝缘性能和导电性能较差，传统的闪电防护方案并不适用。

我们需要寻找新的解决方案来确保复合材料机身的闪电防护安全。

在复合材料机身的闪电防护设计中，我们可以采用几种常见的方案：(1) 防护涂层设计：为了提高复合材料机身的导电性能，并增加机身表面对闪电的耐受能力，可以在机身表面涂覆一层导电涂层。

这种导电涂层通常是由碳纤维或金属片组成的，能够有效地将闪电能量分散并排放到周围环境中，从而减小机身受损的可能性。

(2) 金属网格设计：另一种常见的闪电防护设计方案是在复合材料机身表面嵌入金属网格。

这种金属网格可以有效地将闪电能量分散，并将其导向机身外部，使得机身内部免受损害。

(1) 材料选择：在设计复合材料机身的闪电防护方案时，需要选择合适的导电材料和绝缘材料。

导电材料要确保具有良好的导电性能，并且能够有效地将闪电能量导向机身外部；绝缘材料要确保能够保护导电材料不受外界环境的影响，同时具有良好的抗冲击和耐磨性能。

(2) 结构设计：在设计机身结构时，需要合理地布局导电涂层、金属网格或者闪电防护覆盖层，并确保能够有效地覆盖整个机身表面。

还需要考虑如何将这些闪电防护部件与其他结构件进行有效连接，确保整体的导电性能。

浅谈民机复材机身的闪电防护设计
民机复合材料机身在现代航空工业中已经得到广泛应用，其优点包括重量轻、耐久性高、抗腐蚀性强等。

然而，在遇到闪电等外部电磁干扰时，复合材料机身的安全性和可靠性仍然是一个重要的挑战，需要进行有效的闪电防护设计。

在民机复合材料机身的设计中，闪电防护主要包括以下两个方面：一是尽量减小闪电击中机身的可能性；二是在可能被击中时，尽量减小损伤程度和维护机身的完整性。

为了尽量减小闪电击中机身的可能性，设计师需要采取以下措施：
1. 采用金属导电网格。

在复合材料机身外表面覆盖一层金属导电网格，可以将机身外表面埋入到地面的等电位，使得机身处于同一电势，减小了被闪电击中的可能性。

2. 在各种进气口和缝隙处设置金属导流板。

进气口和缝隙通常是飞机在飞行过程中收集电荷的主要位置，因此在这些位置设置金属导流板，可以将电荷引向机身外表，进而减小了机身被闪电击中的可能性。

1. 引入避雷设计。

在复合材料机身大量使用的部位，如机翼、尾翼、发动机罩等，在外表面涂上导电性涂层或者灌注导电性泡沫，形成一种“避雷带”，可以将闪电电流排出机身外表面，保护机身内部部件免受损伤。

2. 增加机身内部支持框架。

在复合材料机身内部设置金属支持框架，能够将闪电电流更好地分散和吸收，减小机身被击中后的损伤程度。

综合而言，设计师需要考虑并参考多种方案，才能最大程度保护民机复合材料机身免受闪电伤害。

闪电防护设计不仅仅影响机身安全可靠性，同时也需要满足工艺性、经济性等要求，为了实现良好的设计效果，需要结合多种技术手段，不断进行实验验证和优化设计，不断提高防护性能，保障民机的安全运行。

民用飞机雷电试验中的材料防护技术研究与应用策略1.引言随着民用航空业的迅速发展，民用飞机的安全性成为了一个关键的议题。

雷击是飞机所面临的一个重要威胁，因此，对于民用飞机的雷电试验和材料防护技术的研究和应用具有重要的意义。

本文将探讨民用飞机雷电试验中的材料防护技术以及相应的应用策略。

2.飞机雷电试验的重要性民用飞机在飞行过程中可能会遭遇雷击，雷电击中飞机会对飞机的结构和系统产生严重破坏，威胁乘客和机组成员的安全。

因此，飞机的雷电试验是确保飞机安全性的关键环节。

飞机雷电试验旨在模拟雷击过程，评估飞机能否经受雷电攻击并继续安全飞行。

3.材料防护技术的研究与发展材料防护技术是保护飞机免受雷击损坏的关键。

目前，研究人员主要集中在以下几个方面：3.1 金属材料的防护金属结构是飞机主要的构造材料，因此其防护尤为重要。

研究人员通过改变材料的组合、表面处理等方式来提高金属结构的防护能力。

常用的方法包括附加导电层、提高导电性能等。

3.2 复合材料的防护复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛，但与金属材料相比，复合材料的雷电防护面临更多的挑战。

研究人员通过改进复合材料的导电性能、设计阻抗匹配等手段来提高复合材料的雷电防护能力。

3.3 涂料和涂层的防护涂料和涂层是另一种重要的材料防护方式。

通过添加导电粉末、改变涂层的导电性等方式，可以显著提高涂层的雷电防护能力，并降低雷电击中的损害程度。

4.材料防护技术的应用策略除了研究材料防护技术，制定合理的应用策略也至关重要。

以下是几种可行的应用策略：4.1 监测和预警系统建立雷电监测和预警系统，及时掌握雷电活动情况，以便采取针对性措施降低雷击损坏的可能。

4.2 定期检测和维护对飞机材料的防护层进行定期检测和维护，确保其防护性能正常，以减少雷电袭击的风险。

4.3 设计优化在飞机设计阶段，考虑材料防护技术的应用，通过优化设计，提高飞机整体防护能力。

4.4 培训和教育加强飞行人员和维护人员的培训和教育，提高他们对于雷电防护的认识和应对能力。

如何设计复合材料飞机闪电防护，还真是一门学问在飞行过程中，飞机遭受雷击的事件在国内外时有发生。

飞机遭雷击后，闪电产生强大的电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧，严重影响飞行安全。

随着先进复合材料在飞机上的广泛运用，以及电子电气系统集成度及重要性的不断提高，航空界对闪电防护的重视程度逐渐加深，相关科学研究的范围和复杂程度也不断加大，特别是全复合材料飞机的闪电防护。

因此，确保通用飞机具备良好有效的闪电防护设计，已成为保证飞机可靠性和安全性的一项必不可少的工作。

国内外研究现状与发展趋势国外研究趋势和现状早期的飞机采用木制外壳和金属操纵线缆，机体结构无法作为闪电电流的通路，飞机被闪电击中时，其结构和操纵线缆通常会发生起火或解体，飞行员可能被流经金属脚蹬或操纵杆的电流击伤。

有时，燃油油箱被击中后，甚至有可能起火爆炸，造成灾难性的事故。

二战以后，金属飞机成为主流，因为金属机体具有良好的导电性，使得因闪电而导致的灾难性事故大幅减少。

但近年来，低导通性复合材料结构的使用，又对闪电防护提出了新的要求。

2000 年前后，SAE 先后发布了一系列飞机HIRF 和闪电防护的指导性文件，规范了航空业内电磁兼容/ 闪电防护设计，通用飞机的相关设计工作变得有规可循。

图1 为飞机雷电防护金属丝网。

对国外成熟的飞机设计团队而言，金属飞机的闪电防护设计理论和方法已经不具备太大的挑战性。

随着技术的进步和材料的发展，国外各通用飞机制造商推出了多款成功适航取证的全复合材料或大部分采用复合材料结构的飞机机型。

这些飞机主要采用在机体外层设置金属防护层，在机体内部构建金属搭接网络的方式，来实现电磁环境效应和闪电防护。

同时，国外还有一些专门从事飞机闪电防护的公司和机构（见表1），参与了较多型号全复合材料通用飞机的闪电防护工作，在复合材料通用飞机防雷击方面的试验数据和技术积累已较为丰富，能提供飞机闪电防护知识培训、信息咨询、设计分析、仿真试验等较为完备的闪电防护技术服务项目，并可协助完成飞机闪电防护相关的适航取证工作。

S2 高强度 玻璃纤维布
• 假设上下蒙皮，厚度为t，相对刚度和相对重量暂定为 1.0；蜂窝结构厚度为2t时，相对刚度为7.4，而相对重 量仅增加3%；蜂窝厚度若为4t时，相对重量仅增加了 6% ，而相对刚度变为39.0。
• S2玻璃纤维抗拉强度与铝合金相当。
AD系列复合材料飞机
1984 年 5 月，由美国艾达索公司出资与南航联合 研制AD-100，南航与美方共同完成该机的设计工作。
• 在直升机上，多用于主桨和尾桨的后缘。
世界上最大的直升机-米26
采用复合材料蜂窝结构做主桨和尾桨的后部
飞机闪电类型：
直升机遭遇雷击事故举例
2010年5月11日，米26 TC/B7803（国家林业局雇用青岛直升机航空有限 公司）紧急降落在本溪市南芬区思山岭大冰沟村际公路旁玉米土豆旱地中。5 号尾桨叶和6号主桨叶是雷击的出入口，雷击的直接损伤是尾桨后缘与玻璃钢 管梁，在剪切力和离心力作用下脱离，它对飞机的二次损伤是使尾斜撑动力不 平衡，出现约1米长的物理撕裂。尾舱内甚高频收发机、CVR/FDR及无线电 高度表收发机的安装座全部震落。飞机不能继续飞行，坠落大冰沟，如图。
闪电构成的二次损失
尾斜梁变形，蒙皮上有长达1米的物理撕裂裂纹
卸下的已被雷击失去蜂窝后缘的5号尾桨叶片
尾桨根部撕扯余下的铝蜂窝结构
尾桨根部破坏的玻璃钢结构
尾梁复板残存的铝钳焊蜂窝。蜂窝壁上有d=0.4mm 的通气孔，间距10mm。部分烧熔的胶从孔中排出成堆 积状。
6号旋翼后段件26与翼尖罩连接处有放电痕迹，金属有烧蚀现象，闪电电弧从 翼肋跳跃至旋翼大梁-
• 采用低成本室温固化湿法阴模成型工艺。除不同 机身采用不同模具外，翼面模具共用一套。单块 式半硬壳结构，三种不同型别的飞机机翼机身连 接用同一套夹具，连接处有19个连接点，但互换 良好，生产维护使用都极其简单。

航天材料雷电直击防护方法研究进展作者：狄玮岚张秋爽刘凯何征何相勇来源：《科技资讯》2023年第22期摘要：航天系統一直受到雷电的威胁，其中雷电直接效应损伤是主要模式，对飞行器安全有着重大影响。

分析航天系统常用的金属与复合材料等在雷电作用下机械破坏、热损伤、火花效应和电磁损伤等主要效应的基础上，分别研究了金属与复合材料的直接效应损伤机理，特别是有关附着方式、材料导电与导热特性等因素的关系，比较了目前金属结构搭接增强、表面弧根分散、多重结构防护、火焰喷涂铝层、敷设铜网及其复合膜、导电薄膜/基体等主要防护方式的优缺点，展望了直击雷损伤防护的发展方向。

雷电直接效应损伤模式与防护方法的相关研究对航天结构设计有重要的意义。

关键词：航天材料复合材料雷电防护损伤中图分类号：V250 文献标识码：AResearch Progress on the Direct Lightning Stroke Protection Method for Aerospace MaterialsDI Weilan ZHANG QiuShuang LIU Kai HE Zheng HE Xiangyong（1.Xian Airborne Electromagnetic Technology Co.， Ltd.，Xi’an， Shaanxi Province，710077 China;2.Beijing Overall Design Department of Mechanical and ElectricalEngineering ， Beijing， 100039 China）Abstract： Aerospace systems have always been threatened by lightning， and the damage of direct lightning effects is the main mode， which has a significant impact on the safety of spacecrafts. Based on the analysis of the mechanical damage， thermal damage， spark effect， electromagnetic damage and other main effects of metal and composite materials used commonly in aerospace systemsunder the action of lighting， this paper studies the damage mechanism of the direct effects of metal and composite materials， especially the relationship of the attachment method， the electrical conductivity and thermal conductivity of materials and other factors， compares the advantages and disadvantages of the current main protection methods such as metal structure bonding reinforcement， surface arc root dispersion， multiple structure protection， flame spraying aluminum coating， the laying of copper meshes and their composite film and conductivefilm/matrices， and prospects the development direction of direct lightning stroke damage protection. Relevant research on the damage mode and protection method of direct lighting effects has important significance to the design of aerospace structure.Key Words： Aerospace materials; Composite materials; Lightning protection; Damage雷电是一种自然界常见的大气放电现象，能在瞬时产生巨大的能量，容易造成生命财产、社会活动等方面的巨大破坏和影响。