具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法与流程

本发明属于机体雷电防护，具体涉及具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法。

背景技术：

1、传统的铆接铝合金飞机结构具有优良的导电性，很少受到雷击的严重破坏，良好的金属外壳为系统和机组人员提供了极好的保护；但全金属飞机的时代正在结束，取而代之的是机体外壳越来越多地采用重量更轻、强度更好，但导电性变差的复合材料。复合碳纤维材料自身的电阻率值对释放静电荷是可以满足要求的，但其值不能达到传递雷电流需求；玻璃纤维材料导电率较差，不认为其具有导电性。目前国内直升机雷电防护设计受重视程度低，直升机领域亟需一套成熟且完整的设计方案及具体实施方法。

技术实现思路

1、本发明的目的：本发明为直升机机体结构布置了一张完整的雷电防护网，该雷电防护网能使各易受雷电附着和扫掠的蒙皮组成一个阻值符合要求的电的良导体，对复合材料蒙皮而言其表现形式为蒙皮金属化，即根据雷电分区铺设载流能力合适的铜网，且不同蒙皮之间可以实现电路导通；此外，从机体结构易受雷电附着的进口和出口之间应布置一条合适的雷电防护主通路，按照标准要求该通路电阻值应不超过50毫欧；本发明在提出一种具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法的同时，详细给出了不同情况下不同构型结构之间的电搭接处理方法、铜网的铺设原则以及导流条的铺设原则。本发明为直升机机体结构雷电防护设计提供了极大的参考意义。

2、本发明的技术方案：具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、根据标准sae 5414、全机电场建模仿真分析及全机雷击试验对直升机进行雷电分区；

4、步骤s2、分析直升机机体结构构型组成，针对不同的机体位置针对性设计导电通路；

5、步骤s3、根据雷电分区在复合材料蒙皮区铺设铜网；

6、步骤s4、在1区、2区覆盖的机头到机尾之间铺设导流铜条组成雷电主通路；

7、步骤s5、将1区、2区铺设铜网的各蒙皮进行电搭接处理，使各蒙皮在电路上能组成一个串联或并联的良导体。

8、进一步的，步骤s1中，分区包括：1a区：遭受初始附着和首次回击可能性很大，雷电通道长时间驻留可能性很小的区域；

9、1b区：遭受初始附着和首次回击可能性很大，雷电通道在直升机上的附着点长时间驻留可能性很大的区域；

10、1c区：遭受幅度减弱的首次回击可能性较大，雷电通道长时间驻留可能性很小的区域；

11、2a区：遭受初始附着和首次回击可能性很小，但遭受到后续回击可能性很大，雷电通道长时间驻留可能性很小的区域；

12、2b区：遭受初始附着和首次回击可能性很小，但遭受到后续回击可能性很大，雷电通道在直升机上的附着点长时间驻留可能性很大的区域；

13、3区：遭受任何电弧附着可能性很小，但在初始雷电附着点对或扫掠冲击附着点对之间传导很大雷电流的区域。

14、进一步的，步骤s2中，将前机身各复合材料蒙皮铺设铜网以实现蒙皮金属化，活动机头雷达罩铺设导流条，与机身前蒙皮之间通过搭铁线构成良好的导电通路；前机身左右侧蒙皮与中机身金属蒙皮构成良好的导电通路；中机身及过渡段、过渡段及尾梁、尾梁及斜梁之间，金属蒙皮与金属蒙皮之间构成良好的导电通路；动力舱罩在雷电区，无需做额外保护措施。

15、进一步的，步骤s3中，根据直升机进行雷电分区，在直升机机体结构上1区铺设142g/m^2铜网，2区铺设73g/m^2密度铜网；该型机根据蒙皮的具体涂层、铺层、厚度信息，借鉴以往型号试验数据，采用了73g/m^2密度铜网；机头雷达罩1在雷达透波区7内不铺铜网，在雷达罩非透波区9及其它前机身蒙皮内均铺设73g/m^2密度铜网。

16、进一步的，步骤s4中，雷电主通路设计包括：

17、步骤s41，选择导流条材料；

18、步骤s42，定义导流条横截面尺寸：雷电主通路上铜导流条横截面积选择10mm^2，纯铜t2材料电阻率为0.0172ωm，铜条尺寸定义为0.3mm×36mm；

19、步骤s43，机头雷达罩在雷达透波区铺设玻璃布，布置米字型分流条进行雷电分流，在雷达透波区导流条宽度应尽量窄，分流条截面尺寸定义为10mm*1mm；

20、步骤s44，在雷达罩透波区与雷达罩非透波区边界铺设环形导流铜条，在电连接雷达罩透波区区域内布置多根分流铜条，在雷达罩非透波区环形导流铜条截面尺寸36mm*0.3mm；

21、步骤s45，在环形导流铜条往机身前蒙皮方向上引出左/右两侧导流铜条，电流经左右两侧导流铜条通过金属金属件、搭铁线连接到机身前蒙皮ⅱ上的紧固件，经由机身前蒙皮ⅱ上导流条流向机身后左/右侧复材蒙皮上导流铜条；

22、步骤s46，机身后左/右侧复材蒙皮上导流铜条通过铝合金垫片+导电垫片与中机身铝合金蒙皮实现电搭接；打磨最外层玻璃布至机身后左/右侧复材蒙皮上导流铜条裸露；

23、步骤s47，中机身蒙皮、过渡段蒙皮、尾梁蒙皮均为铝面板蜂窝夹层结构，蒙皮对接处通过电搭接铆钉与金属框铆接实现电路导通。

24、进一步的，步骤s43中，分流条之间最大间隔根据公式确定：确定，其中，t为雷达罩厚度；k为雷达罩表面状态系数，雷达罩表面光洁，则k为1，否则，k大于1；136为经验系数；s为安全因子，与雷达罩壁厚有关。

25、进一步的，步骤s45中，导流条布置原则为：

26、a、导流铜条布置时应尽量短且直；

27、b、导流铜条在机身两侧对称布置；

28、c、复合材料内部铺设铜网及铜条，铜条外侧需铺设玻璃布，铜条对应位置需铺设结构胶膜；

29、d、导流条的布置位置与蒙皮下方的设备相关，若导流条离设备太远，导流条无法吸引电流以保护设备；若导流条离设备太近，感应电压太高会击穿蒙皮；

30、e、在同一蒙皮内，当由于导流铜条走向变化或者铜条宽幅限制，铜条需要搭接时，注意搭接区铜条重叠长度应等于铜条宽度；

31、f、在雷电主通路上，当由于蒙皮分块铜条需要搭接时，电流传递路径：复材蒙皮ⅰ中导流铜条→导电胶→铜垫片→导电胶→复材蒙皮ⅱ中导流铜条；铜带板与导流铜条接触区去除表面保护涂层至金属裸露；非雷电主通路上的位于1区、2区的蒙皮搭接时采用相同方法进行电搭接。

32、进一步的，导流条的布置位置参照以下公式布置：

33、

34、

35、进一步的，步骤s4中通路电阻值应不超过50毫欧。

36、本发明的有益效果：1)导电效率高：电流导通路径简单、直接、安全、有效，阻抗低；

37、2)应用范围广泛：在任何直升机的雷电防护设计均可使用该方法；

38、3)可靠性高：铜条布置位置合理、横截面积尺寸合理，铜网密度选择合理，雷电防护功能可靠。

技术特征：

1.具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，所述步骤s1中，分区包括：1a区：遭受初始附着和首次回击可能性很大，雷电通道长时间驻留可能性很小的区域；

3.如权利要求1所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s2中，将前机身各复合材料蒙皮铺设铜网以实现蒙皮金属化，活动机头雷达罩铺设导流条，与机身前蒙皮之间通过搭铁线构成良好的导电通路；前机身左右侧蒙皮与中机身金属蒙皮构成良好的导电通路；中机身及过渡段、过渡段及尾梁、尾梁及斜梁之间，金属蒙皮与金属蒙皮之间构成良好的导电通路；动力舱罩在雷电区，无需做额外保护措施。

4.如权利要求3所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s3中，根据直升机进行雷电分区，在直升机机体结构上1区铺设142g/m^2铜网，2区铺设73g/m^2密度铜网；该型机根据蒙皮的具体涂层、铺层、厚度信息，借鉴以往型号试验数据，采用了73g/m^2密度铜网；机头雷达罩在雷达透波区内不铺铜网，在雷达罩非透波区及其它前机身蒙皮内均铺设73g/m^2密度铜网。

5.如权利要求4所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s4中，雷电主通路设计包括：

6.如权利要求5所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s43中，分流条之间最大间隔根据公式确定：确定，其中，t为雷达罩厚度；k为雷达罩表面状态系数，雷达罩表面光洁，则k为1，否则，k大于1；136为经验系数；s为安全因子，与雷达罩壁厚有关。

7.如权利要求5所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s45中，导流条布置原则为：

8.如权利要求7所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，导流条的布置位置参照以下公式布置：

9.如权利要求1所述的具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法，其特征在于，步骤s4中通路电阻值不超过50毫欧。

技术总结
本发明属于机体雷电防护技术领域，具体涉及具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法；为直升机机体结构布置一张完整的雷电防护网，该雷电防护网能使各易受雷电附着和扫掠的蒙皮组成一个阻值符合要求的电的良导体，对复合材料蒙皮而言其表现形式为蒙皮金属化，即根据雷电分区铺设载流能力合适的铜网，且不同蒙皮之间可以实现电路导通；从机体结构易受雷电附着的进口和出口之间应布置一条合适的雷电防护主通路；本发明在提出一种具有主通路的直升机机体结构雷电防护网设计方法的同时，详细给出了不同情况下不同构型结构之间的电搭接处理方法、铜网的铺设原则以及导流条的铺设原则；为直升机机体结构雷电防护设计提供了极大的参考意义。

技术研发人员：代丽丽,邹蒙
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15