浅谈民机复材机身的闪电防护设计胡杰【摘要】复合材料具有较高的比强度和比刚度，已被广泛用于机身结构上。由于复材导电性能较差，闪电会击穿复材结构，引起结构烧蚀，使结构丧失传载能力。因此，需对位于机身外表面的复材结构提供有效的防护措施。本文主要讨论民机常用的闪电防护措施，简要对比了火焰喷涂铝和铜网的防护效果，可供民机设计工程师参考。【关键词】闪电防护;闪电分区;飞机设计：V214.19：A：2095-2457（2019）12-0025-001DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.010【Abstract】Compositematerialshavehigherstrengthandstiffness，theyarewidelyusedonaircraftfuselagetogainalighterweight.However，compositehasalowconductivityandmoresensitivetolightningdefects.Thus，lightningprotectionshouldbeconsidered.Inthisarticle，commonlightingprotectionsarediscussed，comparisonbetweenflamesprayingaluminumandcopperfoilfilmarestudied，whichcanbeaguidancetofuselagedesignengineers.【Keywords】Lightningprotection;Lightningzoning;Aircraftdesign飞机穿越不同极性空间时极易遭遇雷击。据统计，每架飞机每年要遭一次雷击。为了获得更轻的飞机和更好的续航能力，复合材料已大量使用在飞机结构上。复合材料导电性能差，其对雷击损伤也更为敏感。雷击过程中的高电流会使复材基体产生烧蚀和蒸发。当纤维失去基体支持，将丧失强度和刚度，结构性能下降，甚至失去承载能力。为保证飞机飞行安全，必须为复合材料结构提供有效的防护措施。运输类飞机适航标准CCAR-25是民用飞机设计的最低要求，民机结构的闪电防护设计应满足相应条款要求。1闪电分区根据闪电对飞机产生作用的方式不同，可将机体分为1区、2区和3区。a）1区：直接雷击附着区，最先接触雷击的飞机表面。主要包括机头雷达罩、翼梢小翼、翼尖等飞机尖端部位。防护设计时不仅要防止雷电电流附着在复材构件上，又要阻止电流在复材件内部传递。因此需提供雷电附着点和电流的传递通路。常采用雷电分流条（如雷达罩的金属辐条），或用金属网、表面喷涂铝等方式传递电流。b）2区：扫掠区。由于飞机相对雷电有相对运动，电弧会沿着飞机飞行相反方向冲刷飞机表面，雷击扫过的飞机表面为扫掠区。常采用导电性能好的材料覆盖该区域结构表面，传导性能和材料的铺覆厚度有关。如表面喷涂铝、金属网、金属箔等。c）3区：传导区。闪电电弧不会附着在该区域，但要传导附着点之间的闪电电流。1区和2区以外的飞机表面都是3区，如机翼表面、平尾表面等。不同分区遭受雷击环境的严酷程度不同，其中1区受雷击影响最严重，2区次之，应针对分区采用不同的防护措施以保证结构安全。2闪电防护措施复合材料结构的闪电防护手段有：a）火焰喷涂铝：用火焰将金属铝熔融、气化后，沉积到固化后复材零件表面。铝层厚度一般为0.1～0.2mm。b）铺金属网：将金属网（铜网、铝网）一次固化在复材零件表面。c）铺金属箔：将金属箔或金属薄片铺设在固化后的复材零件表面。金属箔可以不必完全覆盖零件表面，铺设在紧固件连接区域。结构设计时，采用何种防护措施，主要考虑防护要求和工艺。雷达罩通常采用金属辐条来传导雷击电流;碳纤机身蒙皮采用铜网，有些機型的翼身整流罩和小翼采用火焰喷涂铝。3防护效果对比火焰喷涂铝是利用气体燃烧火焰的高温将铝丝熔化，用压缩空气流将它喷射到工件表面上形成涂层。该工艺复杂，对环境要求高，而且空气中会有大量活泼铝颗粒，需有相应的防爆措施以保证作业安全。铜网，是从铜箔切割下来，与胶膜一起制成薄膜。不同于喷涂铝，铜网是直接铺贴在工件外表面，与工件一起进罐固化。较早的飞机上常使用火焰喷涂铝工艺，随着铜网胶膜制造技术革新，铜网的使用也越来越广泛。火焰喷涂铝和铜网的防护原理都是降低复材零件表面电阻，为电流提供传递通路，但较少有研究来对比两者的防护效果。本文简单估算一下铜网和喷涂铝的电阻。导体电阻可由下式算出：R=ρ*L/S，（ρ：电阻率，L导体长度，S导体截面积）。假设铝层和铜网铺覆范围是相同的，即覆盖长度L和宽度d相同。那么：其中截面积S=d*t某工艺规范规...