复合材料雷击防护电热耦合模型

为了研究复合材料雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,基于雷击过程中的能量守恒关系,建立复合材料层合板雷击防护的电-热耦合数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立铝涂层防护的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板雷击烧蚀损伤有限元模型,并对雷击烧蚀损伤进行分析,和实验结果对比验证仿真的有效性,得出复合材料层合板在不同峰值雷电流、不同组合波形和不同铝涂层厚度雷电流作用下的烧蚀损伤规律。结果表明:铝涂层厚度相同时,峰值电流从50 kA增大到100 kA时,复合材料层合板损伤面积约增大1.5倍;10/350波形50 kA峰值雷电流作用下,基准件的损伤面积约为0.05 mm厚度铝涂层防护系统下复合材料损伤面积的4倍。     

飞机复合材料表面导电层的雷击仿真研究

复合材料在飞机上的应用越来越广泛,与金属相比复合材料导电性较差,因此处于雷击区域的复合材料部件表面要设计导电防护层以承受雷击时的瞬间放电,避免复合材料部件的烧蚀损伤。本研究利用数值仿真的方法建立了数学模型,计算了复合材料表面导电层通过雷击电流脉冲后的电场和温度场分布,并对该导电层的雷击防护能力及可靠性进行了评价。模拟结果表明,厚度为0.20 mm的铝导电层最适宜做飞机表面的雷击防护层。     

飞机雷电防护设计与鉴定试验

飞机遭受雷击后产生强大的雷电流,它严重的威胁飞行的安全.本文分析了雷电造成的危害,并论述了飞机结构设计应为雷电流提供低阻抗的通路.对雷击放电敏感的部位和部件,必须根据自身的重要性采取适当的雷电防护措施,以尽可能减少雷电对飞机的损害.最后介绍了为确保雷电防护措施的可靠性而进行的验证试验方法.     

民用飞机短舱复合材料结构雷电直接效应试验验证方法及漆层厚度影响研究

随着飞机设计的发展,复合材料广泛应用于民用飞机短舱结构。由于碳纤维复合材料结构的导电性以及抗雷电损伤能力比铝合金结构差,复合材料短舱结构雷电防护能力已成为影响飞机飞行安全的一项关键问题。依据相关适航条款和相应的国际标准,阐述了民用飞机短舱复合材料雷电防护试验验证方法,并依据验证方法对漆层厚度的损伤影响进行了试验研究。短舱常规蒙皮构型的复合材料试验件,在不同漆层厚度下的雷电防护试验结果表明,漆层较薄时,漆层对短舱复合材料的雷电直接效应防护能力无明显的影响;当漆层厚度达到一定厚度时,较厚的漆层将显著降低短舱复合材料的雷电直接效应防护能力,最严重时将造成复合材料蒙皮的击穿,损伤蒙皮内部系统设备,从而危害飞行安全。试验结果与理论的机理分析具有良好的一致性,对民用飞机短舱复合材料结构的雷电防护设计提供了指导方向和参考意义。     

含铜网复合材料雷电流直接效应实验研究

为了研究铜网防护层对复合材料的雷击防护效果,采用两种不同雷电流波形,对不同尺寸含铜网(0.25 mm厚)与无铜网防护复合材料试件进行模拟雷电流冲击实验,通过目视损伤观察、光学显微镜放大、超声损伤扫描,对比分析复合材料的雷击损伤程度及特征。结果表明:雷电流波形1,峰值电流分别为50 k A和80 k A时,Type1(150 mm×100 mm)型试件无铜网防护下复合材料的雷击损伤面积和深度分别为1785 mm~2,0.63 mm和3041 mm~2,0.96 mm,而含铜网防护试件基本无损伤;雷电流波形2,峰值电流为40 k A时,Type 2(250 mm×45 mm)型试件无铜网防护下的雷击损伤面积和深度分别为2156.75 mm~2,0.36 mm,而含铜网防护试件损伤面积小于100 mm~2,里层还未损伤;0.25 mm铜网能够承受的最大雷电流强度存在一个门槛值,该门槛值可用作用积分来表示,雷击防护效果与试件尺寸无关,仅与作用积分有关,其对应作用积分门槛值约为85218 A~2·s。     

不同喷铝参数对复合材料雷击防护性能模拟

为了研究复合材料不同的雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,对雷击损伤过程和烧蚀机理进行分析,建立复合材料层合板雷击防护的能量平衡数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立复合材料基准件、全喷铝和局部喷铝防护系统的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板电-热耦合有限元模型,和实验结果对比验证模型的有效性,对雷击烧蚀损伤特征进行分析,并引入雷击烧蚀损伤指数DI,得出三种不同模型在不同铝涂层厚度、不同峰值雷电流作用下的烧蚀损伤规律,并对两种不同的局部喷铝防护系统下复合材料的损伤特征进行对比分析。结果表明:雷击防护系统下复合材料的烧蚀损伤面积和铝涂层厚度关系进行函数拟合,两者均满足幂函数关系。     

飞机雷电防护

雷电是一种危险现象,但是到目前为止还没有一种技术能够防止飞机遭受雷击。本文分析了雷电造成的危害,并论述了飞机结构设计应该为雷电流提供低阻抗的通路。对于对雷击放电敏感的部位和部件,必须根据其自身的重要性采取适当的雷电防护措施,以尽可能减少雷电对飞机的损害。最后介绍了为确保雷电防护措施的可靠性而进行的验证试验方法。     

复合材料延性雷电防护金属网仿真与试验研究

延性雷电防护金属网是防护飞机复合材料雷电直接效应的重要方法,本文采用了数值仿真方法对雷电防护金属铝网和金属铜网在雷电流作用下的损伤进行了分析。并在实验室用模拟的联动的雷电流分量A、B、C*对金属铝网和金属铜网进行雷电损伤试验研究。结果表明,数值仿真与试验结果具有较好的一致性,95 gm2的金属铝网和200 gm2金属铜网能对复合材料提供很好的防护。同时,本文通过对雷电损伤机理分析,总结金属网试验损伤比仿真分析偏大的主要原因是雷电流分量B、C*除了电阻热效应外,还有等离子体热效应。     

雷电感应对机上电子设备的危害和保护策略

感应雷击产生的电磁脉冲对飞机上电子设备的危害极大,通过对雷击产生原因的分析与探讨,深入研究感应雷击产生的电磁脉冲对机载电子设备的影响与危害,提出具有针对性的雷电防护的解决方案,消除雷电对机栽电子系统的影响,从而实现了雷电的综合防护。     

飞机结构雷电防护试验符合性验证

简要阐述了飞机结构雷电防护验证试验的种类、主要试验参数和试验规范,并具体介绍了复合材料平尾、整体油箱口盖、复合材料翼梢小翼和复合材料方向舵等飞机典型结构件的雷电防护试验方案设计     

碳纤维复合材料雷击损伤的瞬态红外热成像检测

通过雷电模拟,对复合材料层合板试样进行雷击损伤试验。基于热扩散原理,针对不同的雷击试验件,采用波形为长脉冲形式的瞬态热激励方式对雷击损伤进行红外热成像检测,并对不同时刻的检测结果进行分析、比较,对缺陷轮廓进行界定,对结果进行定量测量。检测结果表明,无论是否对碳纤维复合材料表面进行防护,瞬态红外热成像方法均能够有效检测出雷击后的内部分层损伤,可对损伤的严重程度进行有效区分,能够对缺陷尺寸、面积进行准确测量。     

飞机结构雷电防护试验

简要阐述飞机结构雷电防护验证试验的种类、主要试验参数、试验方法和试验规范。介绍了飞机典型结构件一复合材料平尾、整体油箱非受力维修口盖、整体油箱通气口盖和复合材料翼梢小翼的雷电防护试验方案设计。     

复合材料雷击损伤超声成像检测

复合材料因其减重和卓越的综合性能和制造工艺优势,已经在飞机领域得到广泛应用,特别是在新型飞机设计研发中,复合材料装机用量已成为飞机先进性的重要标志和提升市场竞争力的技术筹码.例如,波音787飞机复合材料用量达到结构重量的50％[1].但一旦复合材料内部出现损伤时,可能会影响其力学性能和结构安全性.因此,一直以来,有不少的业内专家和学者在研究损伤对复合材料性能的影响[1-6].在众多的复合材料损伤中,雷击损伤是业内高度关注的一种损伤形式.     

某型飞机复合材料后机身闪电防护设计及应用研究

飞机的防雷击设计是现代飞机设计的一个重要组成部分,由于复合材料的抗雷击损伤能力比铝合金差,所以必须有可靠的防雷击系统才能保证飞机的飞行安全。以复合材料后机身作为研究对象,详细探讨了闪电防护的方案设计和应用研究及其适航符合性说明。     

飞机结构雷电防护设计

简要介绍飞机表面雷电分区的原则和方法，飞机结构雷电防护设计的原则、要求、措施、标准和金属整体油箱、机头雷达罩和复合材料平尾等典型零部件雷电防护设计要点。     

基于数值仿真的飞机雷电流传导通路评估方法

飞行器的雷电防护设计和验证是保障飞行员及飞机安全的必要措施,尤其是随着雷电防护能力较差的复合材料广泛应用。复合材料对雷电流的传导能力远弱于金属,需要为雷电流传导提供额外的通路。本文从国内相关研究极少提及的飞机内部结构电磁建模出发,提出一套飞机内部结构的电磁建模及精度控制方法;构建 F22 飞机左机翼到右机翼的内部金属结构作为雷电流传导通路,基于通用电磁仿真软件进行飞机雷电间接效应仿真;对复合材料蒙皮、金属网蒙皮、金属网蒙皮加内部金属结构三种情况下飞机内部的电磁场及线缆耦合仿真结果进行对比。结果表明:合理的雷电流传导通路设计能够使飞机内部线缆感应的电流强度减半,起到良好的雷电防护效果;该评估方法适用于固定翼飞机的雷电流传导通路设计,能够作为飞机机载设备雷电间接效应试验指标分配的参考依据,便于定位飞机雷电间接效应防护的薄弱环节。     

飞机雷电直接效应综述

飞机的雷电直接效应对飞行安全构成危害,在飞机设计时必须充分考虑这些危害。对比了金属飞机和复合材料在雷电直接效应上的差异,分析了雷电直接效应对各种复合材料的影响,并对燃油系统、电力系统和推进系统等关键部位的雷电危害机理及危害程度进行了全面分析,可为飞机雷电防护设计及试验提供参考。     

复合材料层合板雷击烧蚀损伤模拟

 为解决复合材料层合板的雷击烧蚀问题,通过复合材料层合板雷电流烧蚀的热-电-结构耦合分析,建立复合材料层合板烧蚀的三维有限元模型。利用删除单元法模拟复合材料层合板在不同脉冲波形雷电流作用下的冲击响应,进行复合材料层合板雷击损伤机理和损伤模式分析,得出了复合材料层合板在不同脉冲波形和峰值雷电流作用下的瞬态热传递和热烧蚀规律。分析了不同雷电流参数对烧蚀结果的影响。结果表明峰值电流、放电量和比能对复合材料层合板的烧蚀尺寸和内部损伤产生很大的影响。     

简讯

先进复合材料用导电材料和工艺技术研究课题通过鉴定　　日前 ,由中国航空工业制造工程研究所承担的“先进复合材料用导电材料和工艺技术”课题通过了中国航空工业第一集团公司组织的技术鉴定。该课题研究的镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂和模具喷铝固化转移技术是解决飞机复合材料结构电磁兼容和雷电防护的有效途径之一。其中镀镍碳纤维、ＱＹ8911导电树脂复合材料既可满足飞机复合材料结构电磁兼容和Ｄ +Ｂ +Ｃ雷击防护的要求 ,又可作为功能材料参与结构承载 ,实现结构 /电磁兼容功能一体化(屏蔽效果 >2ＧｄＢ) ;模具喷铝固化转移工艺技术…     

碳纤维复合材料电导率改性与抗雷击性能

传统碳纤维复合材料(CFRP)中的树脂基体电阻率大,在强电流下会产生大量阻性热从而造成损伤,增强其电导率能够有效提高CFRP的雷击防护性能。在树脂基体中添加银粉颗粒进行电导率改性,通过有限元仿真分析银粉含量对雷击防护性能影响,确定CFRP基体中的最佳银粉含量为38%。沿厚度方向电导率的改性效果最佳,提高了217.3倍。使用不同峰值的D波形雷电流对改性CFRP层压板进行模拟雷击实验,并对未改性以及表面铺设铜网的层压板进行相同能级的对照实验,通过目视损伤观察和透视超声扫描比较损伤特征和损伤面积,评估基体改性CFRP的抗雷击性能。结果表明:基体改性可以阻碍表面铺层被击穿,降低纤维断裂翘曲以及分层损伤;峰值电流20 kA、40 kA和60 kA下,铜网防护能使雷击透视损伤面积分别下降100%、86.61%和37.46%,基体改性整体防护能使雷击透视损伤面积分别下降84.02%、81.03%和40.91%。