民用飛機(jī)活動(dòng)翼面閃電防護(hù)設(shè)計(jì)方法

1、民用飛機(jī)活動(dòng)翼面閃電防護(hù)設(shè)計(jì)方法黃海峰【摘要】針對(duì)目前民用飛機(jī)活動(dòng)翼面復(fù)合材料及關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)開展趨勢(shì)，研究在復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行閃電防護(hù)設(shè)計(jì)方法及途徑，以滿足相應(yīng)的適航性?！娟P(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；活動(dòng)翼面；復(fù)合材料；閃電防護(hù)；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中圖分類號(hào)：V224文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457202121-0023-002DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.21.010【Abstract】ThisarticleresearchtheLightingprotectionintheairplanecompositecontrolsurfaceandre

2、latedkineticmechanismtosatisfytheneedofairworthiness，accordingtothedevelopmenttrendofairplanecompositecontrolsurfaceandrelatedkineticmechanism.【Keywords】CivilAircraft；ControlSurface；Composite；Lightingprotection；Kineticmechanism0引言雷電作為自然環(huán)境中的常見現(xiàn)場(chǎng)，在地球上時(shí)刻在發(fā)生。商用客機(jī)的航線密集程度急劇增長(zhǎng)，飛行的商用飛機(jī)遭受雷擊的可能性非常高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每100

3、0架次飛行就可能遭受1次不同程度的雷擊。遭受雷擊后的飛機(jī)如果沒有可靠的閃電防護(hù)措施，就可能造成過大的損傷、飛行功能的喪失，最終可能導(dǎo)致機(jī)毀人亡的慘劇。英國(guó)?飛行國(guó)際?2021年4月9日?qǐng)?bào)道：保加利亞首都索非亞的工程師正在修理一架漢莎航空公司的波音737-300客機(jī)，該機(jī)在起飛前往法蘭克福后遇雷擊，升降舵受到損傷，并帶有一般操縱系統(tǒng)纜線的破壞。飛機(jī)遭受雷擊時(shí)，雷擊的高電壓會(huì)擊穿絕緣材料或局部結(jié)構(gòu)，雷擊時(shí)的大電流會(huì)使導(dǎo)電不連續(xù)的部位起火。材料被燒蝕造成結(jié)構(gòu)的性能大幅下降，甚至失效。對(duì)于結(jié)構(gòu)整體油箱區(qū)，會(huì)引起油箱著火。由于閃電直接效應(yīng)對(duì)飛機(jī)的影響最直接，并且對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)可能造成的損傷最明顯，因此對(duì)閃電

4、直接效應(yīng)進(jìn)行防護(hù)就成了機(jī)體結(jié)構(gòu)閃電防護(hù)重點(diǎn)。雷擊對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的直接效應(yīng)損傷有以下四種情況：1雷擊的高電壓，造成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)被擊穿。2雷擊的電弧和持續(xù)電流使復(fù)合材料的基體結(jié)構(gòu)燒蝕和蒸發(fā)掉，復(fù)材纖維失去基體的支持，其強(qiáng)度和剛度都大大下降，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失去承載能力。3雷擊電弧和持續(xù)大電流加熱，使封閉內(nèi)腔的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的腔內(nèi)壓力迅速增加，腔體膨脹，最終造成結(jié)構(gòu)破壞。4雷擊時(shí)的沖擊的波和磁場(chǎng)力引起結(jié)構(gòu)破壞。1適航條款規(guī)章民用飛機(jī)復(fù)合材料使用比例呈現(xiàn)越來越高的趨勢(shì)，譬如在活動(dòng)翼面部件即飛機(jī)控制面副翼、擾流板、方向舵、升降舵及增升裝置襟翼、縫翼等部件上使用越來越廣泛，上述部件一般位于飛機(jī)的尖端凸起部位易遭

5、受閃電損傷。針對(duì)于此適航當(dāng)局對(duì)閃電防護(hù)提出特殊要求在某型飛機(jī)閃電直接效應(yīng)防護(hù)專項(xiàng)審定根底如下：25.581閃電防護(hù)a飛機(jī)必須具有防止閃電引起的災(zāi)難性后果的保護(hù)措施。b對(duì)于金屬組件，以下措施之一可說明符合本條a的要求：1該組件適宜地搭接到飛機(jī)機(jī)體上；2該組件設(shè)計(jì)成不致因閃擊而危及飛機(jī)。c對(duì)于非金屬組件，以下措施之一可說明符合本條a的要求：1該組件的設(shè)計(jì)使閃擊的后果減至最??；2具有可接受的分流措施，將產(chǎn)生的電流分流而不致危及飛機(jī)。25.954燃油系統(tǒng)的閃電防護(hù)燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布局，必須防止由于以下原因而點(diǎn)燃系統(tǒng)內(nèi)的燃油蒸氣：a雷擊附著概率高的區(qū)域直接被閃擊；b掃掠雷擊可能性高的區(qū)域被掃掠雷擊；c燃

6、油通氣口處的電暈放電和流光。符合性方法機(jī)體結(jié)構(gòu)、整體油箱結(jié)構(gòu)的閃電直接效應(yīng)防護(hù)的符合性方法見表2。a581a條款執(zhí)行MOC1/7；b581b581c條款執(zhí)行MOC1/4/7；c954a954b條款執(zhí)行MOC1；d954c條款執(zhí)行MOC1/4。2活動(dòng)翼面部件設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)閃電防護(hù)的影響活動(dòng)翼面中一般未布置油箱，因此主要考慮與與飛機(jī)機(jī)體的電導(dǎo)通以及復(fù)合材料本身的閃電防護(hù)。活動(dòng)翼面復(fù)合材料應(yīng)用對(duì)閃電防護(hù)的影響1廣泛使用在蒙皮、梁、肋等框架結(jié)構(gòu)上使用復(fù)合材料；2復(fù)材結(jié)構(gòu)連接緊固件與復(fù)合材料基材導(dǎo)電性差異；3活動(dòng)翼面復(fù)材部件繁多，部件之間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。活動(dòng)翼面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)閃電防護(hù)的影響1螺栓連接為間隙配合，一

7、般涂有潤(rùn)滑脂及密封劑；2鉸鏈?zhǔn)褂幂S承，軸承一般使用潤(rùn)滑脂或PE特氟隆涂層，不導(dǎo)電；3運(yùn)動(dòng)部位運(yùn)動(dòng)行程較長(zhǎng)如縫翼滑軌及襟翼滑輪架導(dǎo)軌。因此主要考慮上述特點(diǎn)針對(duì)性的對(duì)活動(dòng)翼面部件進(jìn)行閃電防護(hù)設(shè)計(jì)。3活動(dòng)翼面部件閃電防護(hù)設(shè)計(jì)方法3.1相對(duì)靜止連接閃電防護(hù)設(shè)計(jì)活動(dòng)翼面部件固定部件金屬/金屬一般使用緊固件導(dǎo)通，金屬/復(fù)材一般對(duì)復(fù)材進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)、如復(fù)材外表面鋪貼膠膜內(nèi)含金屬網(wǎng)歌、外表噴涂鋁，緊固件采用埋頭墊圈及埋頭緊固件連接增大電導(dǎo)通面積見圖1。大跨距復(fù)材之間也可以采用電搭接帶板的形式形成通路。3.2運(yùn)動(dòng)部件連接閃電防護(hù)設(shè)計(jì)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)部位閃電傳導(dǎo)設(shè)計(jì)1每件運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)至少布置2處電搭接點(diǎn)，作為破損平安考慮。2

8、電搭接線兩端端子安裝平面應(yīng)平行或小角度，端子處連接應(yīng)盡量防止竄動(dòng)。3搭接線應(yīng)防止與轉(zhuǎn)動(dòng)平面形成跨接，應(yīng)布置在運(yùn)動(dòng)平面一側(cè)。且長(zhǎng)度應(yīng)選擇適宜，防止搭接線收到過渡拉伸或鉤掛附近突出結(jié)構(gòu)，一般比最小長(zhǎng)度長(zhǎng)約25-40mm為宜。直線/圓弧線等運(yùn)動(dòng)部件閃電傳導(dǎo)設(shè)計(jì)縫翼部件滑軌沿圓弧線在機(jī)翼套筒中進(jìn)行收縮，以完成縫翼的收放。襟翼部件通過下部滑輪架在導(dǎo)軌上前進(jìn)后退實(shí)現(xiàn)襟翼的翻開及偏轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)部件之間一般通過布置搭接線，通過兩端端子連接兩端運(yùn)動(dòng)部件。一般搭接線長(zhǎng)度在200mm左右，上述部件因運(yùn)動(dòng)行程在400800mm之間，造成運(yùn)動(dòng)部件之間搭接線布置困難，且在起降等翼面收放過程中難以保證完全電導(dǎo)通。因此主要考慮在

9、翼面收起零位狀態(tài)的電導(dǎo)通，通過兩部件上變形接觸的金屬片形成電通路傳導(dǎo)到滑軌等根底機(jī)體結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：1每處機(jī)構(gòu)需布置至少2個(gè)變形搭接片，搭接片材料應(yīng)選用不銹鋼或銅片。2搭接片不可涂漆或密封劑。3搭接片應(yīng)為可拆卸設(shè)計(jì)，便于長(zhǎng)時(shí)間使用后損壞失去彈性。4動(dòng)部件段搭接片接觸區(qū)應(yīng)翹起，固定部件上搭接片應(yīng)預(yù)彎使其緊貼滑軌外表，保證電搭接的可靠性。3.3閃電防護(hù)通路截面及阻抗主搭接通路如為銅制，橫截面積不應(yīng)小于3，除非在單一導(dǎo)體承擔(dān)孤立部件的全部放電電流，其切面面積不應(yīng)小于6。鋁制的主搭接通路的截面積大小應(yīng)按同等的承受電涌的能力來設(shè)計(jì)。最大電阻值可以大于2.5毫歐的搭接。防雷擊搭接最大100毫歐。4結(jié)語根據(jù)民用飛機(jī)適航條款結(jié)合活動(dòng)翼面上典型結(jié)構(gòu)