飞机复合材料表面导电层的雷击仿真研究_免费下载

第29卷第6期2011年12月

中国民航大学学报

JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINA

Vol.29No.6December2011

飞机复合材料表面导电层的雷击仿真研究

王志平1,于

鸽1,胡玉良2,李娜1

(1.中国民航大学理学院,天津300300;2.北京飞机维修工程有限公司,北京100621)

摘要: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0.20mm的铝导电层最适宜做飞机表面的雷击防护层。

关键词:复合材料;表面导电层;雷击电流;雷击附着点中图分类号:V257

文献标志码:A

文章编号:1674-5590(2011)06-0022-05

Studiesonlightningsimulationofsurfaceconductivelayerof

aircraftcompositematerial

WANGZhi-ping1,YUGe1,HUYu-liang2,LINa1

(1.CollegeofScience,CAUC,Tianjin300300,China;2.AmecoBeijing,Beijing100621,China)

Abstract:Compositematerialsinaircrafthavebeenwidelyapplied,comparedwithmetals,theelectricalconductivityof

compositematerialsispoor,sothesurfaceofcompositepartsstrikedbylightningmustbecoveredwithconductiveprotectivelayertoavoidtheirerosiondamageduringtransientlightningdischarge.Inthispaper,byusingthenumericalsimulationmethod,amathematicalmodelwasestablished,thedistributionsofelectricfieldandtemperatureofthesurfaceconductivelayerofcompositepassingthroughlightningtransientcurrentpulseswerecalculatedandthelightningprotectioncapabilityandreliabilityoftheconductivelayerwereevaluated.Theresultsshowthatthealuminumconductivelayerwiththicknessof0.20mmasanaircraftsurfacelayeristhemostsuitableforlightningprotection.

Keywords:compositematerials;surfaceconductivelayer;lightningcurrent;lightningspot

随着航空制造技术的不断发展,先进大型客机在结构中大量地使用了复合材料[1]。但这种材料的导电性较金属材料差,当雷电闪击复合材料构件时,构件很难在短时间内将积聚的电流导走,从而导致温度上升,温度过高会使复合材料产生深度分层或被严重烧蚀[2],整个复合材料体系的强度、刚度大幅度下降,造成结构破坏,危及正常使用,因此必须对复合材料构件进行雷击防护。由于受复合材料自身性能所限,表面导电性的提高还难以靠其自身的改善加以解决,因此设计了复合材料表面粘接导电层的方式解决复合材料的防雷击问题。

对于复合材料导电层的雷击防护能力及可靠性

收稿日期:2011-07-06;修回日期:2011-10-17

作者简介:王志平(1963—),男,辽宁朝阳人,教授,博士,研究方向为材料学.

的评价十分必要,大量进行模拟雷电试验会增加试验成本及研发周期,而且有些雷电条件也很难通过试验

来验证。随着数值模拟技术的不断发展,空客公司已将大部分模拟雷击试验由仿真方法来代替,试验成本降低了一半以上。因此,对设计的复合材料表面导电层进行建模仿真,从理论上对其雷击防护能力进行评估,为复合材料防雷击的设计工作提供理论数据的支持等均具有重要意义。

1雷击电磁场的理论计算方法

在解决雷电电磁场分析的问题中,偶极子法得到

基金项目:中国民航大学科研基金项目(2010kys05)

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