飞机复合材料结构对雷击附着点的影响

第1 4卷第 2期 2 0 1 3年 4月

解放军理工大学学报 (自然科学版 ) J o u na r l o f P L A Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y( Na t u r a l ci S e n c e E d i t i o n )

Vo 1 . 1 4 No . 2 Ap r . 2 0 1 3

飞机复合材料结构对雷击附着点的影响 高成, 宋双, 史振华, 杨强, 郭永超 (解放军理工大学电磁环境效应与电光工程国家级重点实验室,江苏南京 2 1 0 0 0 7 )

要:为了确定使用复合材料结构的飞机雷击特性,采用基于传输线矩阵法的数值仿真技术对飞机的雷击

附着特性展开研究。以波音 7 7 7飞机为例,依据 S A E— AR P 5 4 1 6和国内相关标准规定的雷击附着点试验方法,对其进行了全尺寸建模仿真,得到了复合材料在不同设置条件下飞机表面感应电场强度大小及雷击附着点分布的特点。仿真结果表明:当机身采用复合材料结构时,飞机表面的感应电场强度值降低,飞机遭雷击

的概率下降;复合材料的相对介电常数增高,对飞机表面感应电场的强度值影响很小;飞机表面复合材料的 电导率越高,飞机表面感应电场的强度值越大。 关键词:复合材料;雷击附着点;数值仿真中图分类号: T M1 5 5 文献标识码: A D o I: 1 0 . 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 0 0 9 - 3 4 4 3 . 2 0 1 2 . 0 3 . 0 6 0

I mp ac t o f c omp os i t e s t r u c t u r e o f ai r c r a f t on l i gh t ni n g a t t ac h men t p oi n t s

GA O Ch e n g, S ON G S h u a n g, S HI Zh e n h u a, Y A NG Qi a n g, GUO Y o n g c h a o ( Na t i o n a l Ke y La b o r a t o r y o n El e c t r o ma g n e t i c En v i r o n me n t E f f e c t s a n d El e c t r o - o p t i c a l En g i n e e r i n g,

PLA Un i v .o f S c

i .& Te c h ., Na n j i n g 2 1 0 0 0 7,Ch i n a )

A b s t r a c t: To d e t e r mi n e t h e l i g h t n i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f c o mp o s i t e s t r u c t u r e a i r c r a f t,t h e l i g h t n i n g a t t a c h—

me n t wa s s t u d i e d b y n u me r i c a l s i mu l a t i o n b a s e d o n t h e t r a n s mi s s i o n - l i n e mo d e l i n g( TLM ) m e t h o d .Ac— c o r d i ng t o t he e x pe r i me nt a l me t ho d o f l i ght ni n g a t t a c hme nt po i nt pr o po s e d i n SAE— ARP5 41 6 a n d r e l a t e d

d o me s t i c s t a n d a r d s,t h e s i mu l a t i o n o f f u l l— s i z e Bo e i n g 7 7 7 a i r c r a f t wa s c a r r i e d o u t . Th e i n d u c e d e l e c t r i c f i e l d o n t h e a i r c r a f t s u r f a c e a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f l i g h t n i n g a t t a c h me n t p o i n t we r e o b t a i n e d u n d e r d i f f e r e n t c o n di t i on s .Num e r i c a l r e s ul t s s h ow t ha t whe n t h e a i r c r a f t s ur f a c e i s c ompo s i t e s t r u c t ur e,t he i nd uc e d e l e c—

t r i c f i e l d i n t e n s i t y d e c r e a s e s a n d t h e p r o b a b i l i t y o f a i r c r a f t s t r u c k b y l i g h t n i n g d e c l i n e s .Th e p e r mi t t i v i t y o f

t h e c o mp o s i t e ma t e r i a l h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e i n d u c e d e l e c t r i c f i e l d o n t h e a i r c r a f t s u r f a c e . Hi g h e r c o n d u c— t i v i t y o f t h e c o mp os i t e mat e r i a l l e a d s t o l a r g e r i ndu c e d e l e c t r i c f i e l d . Ke y wor d s: c o mp os i t e ma t e r i a l s;l i g ht ni ng a t t a c hm e nt po i nt s;n um e r i c a l s i mul a t i o n

雷电是一种常见的自然现象,在放电过程中

年我国武汉航空公司一架飞机在降落时遭雷击, 5 1人遇难。

会产生上升时间极快、持续时间极短的脉冲大电

流,同时向空间辐射很强的瞬态电磁场,这种峰值 极高的电磁场和电流脉冲会对处于飞行中的飞机

复合材料是以一种材料为基体、另一种材料为 增强体组合而成的材料。基体材料分为金属和非金

电子设备造成极大危害,雷电的毁伤效应对飞行 器构成严重的威胁。虽然雷电造成飞机严重损坏 的几率很小,但有时后果是灾难性的。1 9 8 8年越

属两大类,金属基体材料常用的有铝、镁、铜、钛及其合金,非金属基体材料主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、 石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼

南一架客机在曼谷上空遭雷击, 7 6人遇难。2 0 0 0 收稿日期: 2 0 1 2— 0 3— 0 6 基金项目:国家自然科学基金资助项目 ( 5 1 2 7 7 1 8 2, 6 1 2 7 1 1 0 6 )

纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属

作者简介:高

成,教授,博士生导师,主要研究电磁兼容与电磁防护, g c 6 8 6 8@1 6 3 . c o n r

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