直升機的雷擊防護

1、第33卷第4期2013年11月桂林理工大學學報JournalofGuilinUniversityofTechnologyVol.33No.4Nov.2013文章編號:1674－9057(2013)04－0775－04doi:10.3969jissn.1674－9057.2013.04.032直升機的雷擊防護胡挺1，嚴紅2，王曉春3，余雄慶1(1.

2、南京航空航天大學航空宇航學院，南京2100162.中航工業(yè)第一飛機設計研究院，西安7100893.中國東方航空江蘇有限公司，南京210006)摘要:研究了目前世界上最大的重型直升機米－26受雷擊毀壞事件，這次事故中雷擊的直接損傷是尾槳后緣與玻璃鋼管梁在剪切力和離心力作用下脫離，它對飛機的二次損傷是使尾斜撐動力不平衡，出現約1m長的物理撕裂，飛機不能繼續(xù)飛行而迫降。分析表明:閃電擊中復合材料結構時可能會導致結構失效或大面積損傷，典型的閃電

3、防護包括在復合材料結構的外表面有可能出現直接閃電附著的地方加上金屬絲或金屬網，以鋁絲網為最佳。關鍵詞:雷擊防護復合材料米－26直升機中圖分類號:TM866文獻標志碼:A雷擊對直升機的影響有直接的和間接的:在直接影響方面，首先是機械損傷，暴露在機身外部的通訊天線常常也會遭到損傷，造成通訊導航系統(tǒng)故障其次，強大的雷擊電流通過一些較小、較細部件也導致故障，如通過操作面上的搭地線時，會使其斷掉，一些復合材料也會有可能斷裂。在間接影響方面，由于雷

4、擊所產生的高壓，強電流會引起對直升機線路和系統(tǒng)方面的損傷，也會引起直升機個別部件磁化、電子設備受到干擾。在遇到較低強度雷擊且有較好保護下，現代直升機所遭受的損傷可以減少到可接受的程度，繼續(xù)執(zhí)行飛行。但是在低保護或無保護裝置下，它可能會對直升機造成永久性的損傷，影響到系統(tǒng)的正常工作，從而造成災難性的后果。1米－26背景介紹米－26是前蘇聯米里莫斯科直升機廠(原米里實驗設計局)研制的多用途重型直升機，是當今世界上最重的直升機，空重28200

5、kg，最大有效載荷20000kg，正常起飛重量49600kg，最大起飛重量56000kg。最大平飛速度295kmh，正常巡航速度255kmh，實用升限4600m，懸停高度(有地效、國際標準大氣、有效載荷5100kg)1000m，(無地效、國際標準大氣)1800m，航程(海平面、ISA、最大內部燃油)800km。1.1國內應用2008－05－25T15:50，由俄羅斯支援中國四川搶險救災的一架米－26重型運輸直升機執(zhí)行吊運大型機械設備的任

6、務，僅用兩架次就將唐家山堰塞湖230名受災群眾轉移到安全地帶。2008－05－26T11:05，一架紅色米－26直升機吊裝了一臺重約13.2t的重型挖掘機前往唐家山堰塞湖壩體。2009－6－11T09:56，米－26直升機成功將挖掘機吊運到武隆山體垮塌搶險救援現場。2010－07－01，在黑龍江大興安嶺呼中地區(qū)的救火部隊集結點，米－26TC直升機運載近百名官兵和數十噸給養(yǎng)用品飛赴災情最重的燃火區(qū)。1.2米－26國外事故2002－08－1

7、9T16:50，俄羅斯駐北高加索的一收稿日期:2013－03－06基金項目:中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項(NZ2012014)江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(PAPD)作者簡介:胡挺(1983—)，男，博士研究生，講師，飛行器設計專業(yè)，face19830808@163.com。通訊作者:余雄慶，教授，YXQ@nuaa.edu.cn。引文格式:胡挺，嚴紅，王曉春，等直升機的雷擊防護［J］桂林理工大學學報，2013，33(4):775－77

8、8圖2尾槳根部撕扯余下的鋁蜂窩結構Fig.2Aluminumhoneycombstructuresattailrotroot圖3動力響應使尾梁振裂約0.8mFig.3Dynamicresponsetotailrelationshipcrackabout0.8meters槳失去后段后喪失動平衡，并且失去的質量較大而產生的結果。綜上所述，雷電電流在6號旋翼、主減、機身、尾減及5號尾槳之間通過主槳尾槳的除冰系統(tǒng)形成電流通路，電流進出兩端分別在

9、6號旋翼和5號尾槳處。3原因分析及改進建議3.1關于尾槳受雷擊破壞的分析傳統(tǒng)的金屬結構飛機很少出現雷擊事故，金屬的機體自身有“法拉第籠”效應，對高壓電磁場有自然的屏蔽保護作用。隨著復合材料技術的迅速發(fā)展，為減輕飛機結構重量、提高有效載荷、改善飛機性能，復合材料應用的比例逐年提高。然而，復合材料飛機結構需要閃電防護設計。碳纖維復合材料的導電性大約比標準鋁要小1000倍，而復合材料樹脂和粘結劑是不導電的，如果沒有采取合適的閃電防護措施，那么

10、閃電擊中復合材料結構時可能會導致結構失效或大面積損傷［2］。在FAA技術報告“飛機閃電防護手冊”(DOTFAACT－8922)中可以找到飛機閃電防護設計的指導。典型的閃電防護包括在復合材料結構的外表面有可能出現直接閃電附著的地方加上金屬絲或金屬網。對于復合材料結構的閃電防護有效性應當通過試驗來驗證。米－26尾槳為鋁蜂窩結構，而英國國防部臨時國防標準59－113《現役飛機雷電防護要求》中指出若閃電電流在結構內部存在任何流動風險時，則鋁蜂窩

11、結構不應用在CFC(碳纖維增強復合材料)介電蒙皮下方［3］。3.2改進的意見和建議3.2.1搭接飛機遭受雷擊時的初始附著點或其后的掃掠雷擊附著點都是雷擊電荷的進入點，它們通常位于飛機的尾部之前。雷擊的離開點也就是雷擊時飛機向大氣的放電點，它們通常位于飛機的尾部，可能在平尾、垂尾、方向舵的后緣上或機身的尾尖處。平尾、方向舵一類舵面，由于有傳動副且需要潤滑，因此機體與舵面之間的導電通路就成了問題，為此這些部位必須與機體導電通路進行電搭接。因

12、為復合材料與金屬之間電性能的差異，過去標準中規(guī)定的搭接電阻值就不完全適用，所以需要進行更好的搭接設計［4］。在雷電弧不可能附著并有足夠數量的搭接線來傳遞雷電流的情況下，單根銅線的截面應不小于20mm2。如果采用鋁線，其截面的沖擊載流能力應與銅線相當，搭接線與其接頭不允許用焊接方式連接［5］。參照AS332超級美洲豹直升機對于槳葉搭接的改進情況，其改進后的槳葉在前緣上仍有玻璃纖維，但在防蝕罩層之下，在接地螺栓和槳觳之間有搭鐵(圖4)。3.