不同喷铝参数对复合材料雷击防护性能模拟

卢 翔,赵 淼,单泽众

（中国民航大学 航空工程学院，天津 300300）

雷击电流是一种瞬态电荷，通常在50~200 s的时间尺度上注入雷击附着点，会对飞机造成极大的威胁，据统计，飞机平均每飞行1000~3000 h会遭遇一次雷击，多雷雨地区几乎每年遭受一次雷击[1]。复合材料相比于传统的金属材料，具有良好的比刚度、比强度、疲劳性能及耐腐蚀等特点，但基体和纤维导电性能差，在雷电流直接作用下，更容易产生损伤[2]。基于MSG-3思想的闪电/高强度辐射场（lighting/high intensity radiated field，L/HIRF）防护分析逻辑，对雷击防护系统下复合材料的烧蚀损伤特征进行研究，可为国产民机的雷击防护设计提供一定的参考[3]。

雷电流对于复合材料的直接影响是一个涉及多物理场耦合的复杂过程，且雷电流峰值高、持续时间短、作用积分大[4]。Ogasawara等[5]通过假定复合材料厚度方向导电率随温度的线性变化，建立了复合材料雷击损伤仿真模型，结果表明，雷击产生的焦耳热显著影响雷击损伤；Hirano等[6]利用实验的方法研究不同峰值雷电流对CFRP的损伤，通过无损检测技术研究CFRP的损伤形式，结果表明：CFRP的雷击损伤形式主要有纤维断裂、基体消融及层间分层三种模型，且雷电流参数对其损伤形式有较大的影响；付尚琛等[7]利用实验的方法研究A波形雷电流对IM600/133碳纤维增强复合材料的损伤情况，仿真结果与实验结果表现相同的变化规律，但损伤面积误差达到了56%。

在复合材料雷击防护方面，Lepetit等[8]考虑防护系统涂料爆炸沸腾对复合材料损伤的影响，研究了雷击对测试材料板的机械损伤；……