飞机雷电防护设计与鉴定试验

飞机设计第29卷

飞机设计

AIRCRAFT DESIGN Vol.29No.5

Oct 2009第29卷第5期2009年10月

文章编号：1673-4599（2009）05-0054-06

飞机雷电防护设计与鉴定试验

摘

要：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。

关键词：损伤机理；防护设计；鉴定试验中图分类号：V221

文献标识码：A

Design of Lightning Protection and Certification Test for Aircraft

WANG Tian-shun 1，LEI Hong 1，LI Feng 2，XIE Xiang-jun 2

(1.Shenyang Aircraft Design &Research Institute ，Shenyang 110035，China )(2.PLA Military Representative Office in Shenyang Aircraft Industries （group ）Co Ltd.，

Shenyang 110034，China )

Abstract:Formidable lightning current is produced after the aircraft suffers lightning.It imperils volatile safety badly.The harm from lightning is analyzed in this paper ，and it is demonstrated that low impedance pass should be provided in structure design of aircraft for lightning current.Suitable measures for lightning protection of aircraft must be adopted according to oneself importance to the place and parts that are sensitive to discharge of lightning strike ，so that the damage to aircraft can be reduced by lightning strike.

Eventually demonstration test means that assure reliability of measure for lightning protection is presented

Key words:damage mechanism ；protection design ；evaluation test 收稿日期：2009-03-10；修订日期：2009-09-16

王天顺1，雷

虹1，李

锋2，解向军2

（1.沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳

110035）

（2.中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室，辽宁沈阳110034）

飞机在飞行中遭受雷击事件，在国内外时有

发生。雷击往往给飞机造成重大损失，尤其严重的是击穿飞机的油箱而引起爆炸。飞机遭雷击后，雷电产生强大的电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧，这些现象都严重威胁飞机的

安全。1978年12月，美国一架C-130运输机在执行任务时，进入雷暴区后不久，燃油箱就遭到雷击，引起爆炸造成机毁人亡。《国际航空》1996年第9期报道了一架B-2轰炸机在一次训练飞行中，在3000m 空中被雷电击中，造成机翼表面损坏。

第5期王天顺等：飞机雷电防护设计与鉴定试验

1997年5月14日，我国某航空公司B757飞机执行上海至厦门航班任务时，进入福州管制区后，当飞机从两块积雨云之间穿过时，遭遇冰雹和雷击，飞机雷达罩、驾驶舱风挡及左发动机整流罩包皮等多处受损[1]。

雷电对飞机产生直接影响表现为燃烧、熔蚀、爆炸和结构变形等，雷电对飞机的放电还会引起电气和电子设备的损坏。在电源、信号和控制电路中的雷电浪涌是由磁感应、容性耦合、雷电脉冲在结构件和接地线电阻上产生压降等3种成分组合而成。

飞机的雷电防护在飞机设计中占有相当重要的地位，现代飞机结构中采用非金属材料日渐增多，同时又越来越趋向于采用电传操纵和自主导航设备，因此，飞机的防雷击问题越来越受到航空界的普遍关注。

1雷电的损伤机理

1.1物理效应

在雷击前阶段，飞机周围高电场的引发是来自飞机尖端部位的电子流，如果电子流经过有易燃油气混合物存在的燃油口，就有可能发生点燃现象，若火苗窜入油箱，就会导致猛烈的燃油爆炸。在雷电的高峰值电流阶段，会在几微秒内传送大量能量，将导致物质材料汽化，并能造成结构性破坏。雷电电流流经飞机时，会在搭接不良的结构交接部位出现打火现象。附着到整体油箱外壳上的雷电也会在油箱上烧出孔洞，或者使表面发热以致点燃存在的易燃气体。在雷击的恒定电流阶段，会给飞机结构带来严重的燃烧和腐蚀性破坏。如果在雷电电弧存在的整个时间内，雷电通道停止在飞机的某一点上，会导致在飞机的蒙皮上形成直径几厘米的孔洞。

1.2电磁效应

电磁效应指的是由电流或电压使机载设备遭受破坏或失常，即使这些电流或电压可能是由于雷电电弧直接附着到一个外部的电气装置上引起的，例如翼尖的一个导航灯。如果雷电将其防护玻璃损坏或烧穿其金属罩并接触到灯泡的灯丝，则电流将进入导线，从灯泡流至电源汇流条。这种瞬时电流将导线烧毁或汽化，或者击穿绝缘物，破坏其他电气设备。即使雷电不直接接触导线，也会在飞机的周围建立起变化的电磁场。电磁场能够透过金属蒙皮，或者直接穿透诸如接缝、孔洞或其它非金属部位。由于场随时间变化，因此会在飞机内部的电路中感应出瞬时电压和电流。当雷电电流流经飞机构架上的高阻抗部位时，也会产生大的电压和电流。

雷电可以在电起爆装置及其发火线路等附件上感应出相当大的电流，单极屏蔽线虽然能够通过采用屏蔽和滤波的方法，把单极发火系统设计成在规定辐射环境中能保持安全和可靠使用，但是安全开关仍然易于因雷电电磁脉冲或其他形式的电磁干扰感应的大电流而发生电压击穿。对于与电起爆装置并联的单极发火系统来说，虽然浪涌电流可以绕过安全开关，但是，由于电起爆装置的发火系统之间能够形成回路，因此雷电电磁脉冲在该环路中感应的浪涌电流照样能对其造成破坏。若电起爆装置的发火线路处于辐射场中，能起接收天线的作用。当电路的任一部分存在接地点时，则会提供共模电流的通路使电荷释放。如果该通道的阻抗很高，就会积累更高的电压，足以在电起爆装置中引起电压击穿而导致非正常起爆。由于雷电产生的辐射是脉冲的，因此可能存在极高的瞬时电压。对于双脚线电起爆装置来说，如果两导线因弯曲而造成的不对称，那么这种辐射场将对电路构成更大的威胁[2]。

2防雷击设计

2.1结构

飞机结构的设计应该为雷电流提供低阻抗的通路，对雷击放电敏感的飞机系统和部件，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危害，雷电防护措施的可靠性应通过分析或试验来验证。整个飞机框架之间，以及蒙皮与飞机基本结构之间，必须有稳定的低阻抗搭接通路，以使强大的雷电电流安全通过而无过热，在任何间隙处都不会产生电火花。在雷电电流流动的两个端点上，必须有良好的电气连接，如翼尖到翼尖，水平安定面到机身最前面的金属部件之间的整体电阻值都应小于50 mΩ。传递雷电流所用的搭接线，在雷电弧不可能附着并有足够数量的搭接线来传递雷电流的情况下，单根铜线的截面应不小于4mm2。对于雷电弧可能附着的搭接线，铜线的截面应不小于20 mm2。如采用铝线，其截面的冲击载流能力应与铜线相当。搭接线与其接头应采用压接，不允许用焊接方式连接。

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