复合材料飞机的雷电直接效应防护

复合材料飞机的雷电直接效应防护

复合材料广泛应用于飞机的设计。为了便于防护设计，复合材料可分为导电复合材料和非导电复合材料。最常见的导电复合材料是碳纤维增强复合材料（CFC）。非导电复合材料包括玻璃纤维和芳纶纤维增强塑料，非导电复合材料包括芳纶纤维和玻璃纤维，非填充树脂，如聚碳酸酯和丙烯酸树脂有时也属此类。用于风挡的玻璃，也是非导电的。

1.雷达罩和天线整流罩的防护

这些结构必须保持电磁场透明以保证无线电和雷达的正常工作。因此，多数情况下，如果电透明区域大到足以使雷电通道产生击穿，只有分流条可用来进行雷电防护。

有两种分流条，连续式和间断式。

连续式分流条：连续的金属条，固定于表皮外部，截住闪电并将电流导到邻近的金属结构。

间断式分流条：连续式分流条容易降低雷达罩和整流罩的射频传输有效性，为了减小影响，可采用间断式分流条，也称钮扣条。它包含一系列薄的导电片，用阻性材料互相连接。间断式分流条提供许多小的气隙，在遭受雷电场时会被电离，从而使分离的导电片变成连续的，将闪电导离被防护表面。

2.其他位置复合材料的防护

如果不需要射频透明性，或者使用的是导电结构材料，则可在外部复合材料表面上使用导电覆盖层，以防止电场穿透和击穿，并传导雷电流。防护材料包括电弧或火焰喷镀金属、金属丝织物、金属网箔片、镀铝玻璃纤维、镀镍芳纶纤维和金属涂层。这些中的一部分也可用来防护CFC材料。

2.1电弧或火焰喷镀金属

通过将金属熔化喷镀到受防护表面（或制造零件的模子里）的固体金属涂层可以提供有效的雷电防护。被防护蒙皮材料可以是玻璃纤维或芳纶环氧复合材料，最常用的喷镀金属是铝。

2.2金属丝织物

用小直径铝丝或铜丝编织的金属织物可以对非导电表面提供有效防护。编织网的雷电防护能力来自于金属丝的导电能力，间隔出现的孔和脊增强了局部电场，在附着点附近涂层的很多点同时产生绝缘击穿，将雷电弧分到很多导电细丝中，每根细丝上的电流都不大，使雷电能量分散到大片区域，从而降低伤害。

2.3整体金属箔

早期用箔片作为防护手段仅限于使用无孔的整体箔片，就像家用厨房中用的那样。金属箔可以黏结在非导电表面上提供一个导电层，但这种箔片不能光滑的覆盖在复合曲线表面，必须切断、叠接以防止起皱，这样在传导雷电流时可能在叠接处产生电弧和分层。整体箔片有光滑和不可渗透的表面，这使它们难于接合在复合材料表面。未与复合材料接合的区域使箔片形成分层，集结引起腐蚀的水汽。由于这些困难，相对于其它防护方法，整体金属箔使用较少。

2.4金属网箔片

金属网箔片是通过一个碾压过程制成的，碾压时将一固体金属箔延展并打孔。多孔箔看起来像薄薄的编织金属丝网，然而它是整块金属制成，因此比金属丝编织网有更好的导电性。和编织金属丝网及喷镀金属一样对所有雷电分区都具有良好的防护能力。

2.5镀铝玻璃纤维

玻璃纤维可以用铝涂层包裹并编织成有良好导电能力的织物。这种材料的好处是玻璃纤维叠层的外层可以用铝皮纤维层代替，单根纤维可以承载大量电流，因为铝和玻璃之间有良好的热耦合，玻璃提供了一个热吸收体，使铝皮可以承受相当于其本身承受能力两倍的电流。

2.6导电涂层

增加导电颗粒（如碳、铜或铝颗粒）到涂层中可以使表面有一定的导电能力从而提供一定的雷电防护能力。不过，由于导电颗粒相互之间只有随机的联系，这种防护是微弱的，与金属丝网、箔片或喷镀层相比，导电涂层的导电性能要差的多。

2.7金属化的碳

金属化的碳纤维包括镀镍和镀铜纤维，这种材料有时被用来进行电磁屏蔽，而不是雷电防护，尤其是用在驾驶舱和设备舱内的内部复合材料上。

2.8混织金属丝

这种方法通过添加编织金属丝构成对CFC叠层的防护，金属细丝编织在CFC 叠层的外层，这些金属丝不会降低CFC材料的机械特性。混织金属丝的防护有效性来源于叠层表面间隔出现的金属丝可以将电弧根部的电流扩散开，倍增雷电附着点，增加的附着点在传递雷电流时会产生金属丝气化，这种气化沿表面处理层爆裂，产生新的电弧根部。试验表明混织金属丝可大大降低雷击造成的损害。