直升機(jī)的雷擊防護(hù)

1、第33卷第4期2013年11月桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofGuilinUniversityofTechnologyVol.33No.4Nov.2013文章編號(hào):1674－9057(2013)04－0775－04doi:10.3969jissn.1674－9057.2013.04.032直升機(jī)的雷擊防護(hù)胡挺1，嚴(yán)紅2，王曉春3，余雄慶1(1.

2、南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院，南京2100162.中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安7100893.中國(guó)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(jī)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(duì)飛機(jī)的二次損傷是使尾斜撐動(dòng)力不平衡，出現(xiàn)約1m長(zhǎng)的物理撕裂，飛機(jī)不能繼續(xù)飛行而迫降。分析表明:閃電擊中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效或大面積損傷，典型的閃電

3、防護(hù)包括在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的外表面有可能出現(xiàn)直接閃電附著的地方加上金屬絲或金屬網(wǎng)，以鋁絲網(wǎng)為最佳。關(guān)鍵詞:雷擊防護(hù)復(fù)合材料米－26直升機(jī)中圖分類(lèi)號(hào):TM866文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A雷擊對(duì)直升機(jī)的影響有直接的和間接的:在直接影響方面，首先是機(jī)械損傷，暴露在機(jī)身外部的通訊天線(xiàn)常常也會(huì)遭到損傷，造成通訊導(dǎo)航系統(tǒng)故障其次，強(qiáng)大的雷擊電流通過(guò)一些較小、較細(xì)部件也導(dǎo)致故障，如通過(guò)操作面上的搭地線(xiàn)時(shí)，會(huì)使其斷掉，一些復(fù)合材料也會(huì)有可能斷裂。在間接影響方面，由于雷

4、擊所產(chǎn)生的高壓，強(qiáng)電流會(huì)引起對(duì)直升機(jī)線(xiàn)路和系統(tǒng)方面的損傷，也會(huì)引起直升機(jī)個(gè)別部件磁化、電子設(shè)備受到干擾。在遇到較低強(qiáng)度雷擊且有較好保護(hù)下，現(xiàn)代直升機(jī)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(hù)或無(wú)保護(hù)裝置下，它可能會(huì)對(duì)直升機(jī)造成永久性的損傷，影響到系統(tǒng)的正常工作，從而造成災(zāi)難性的后果。1米－26背景介紹米－26是前蘇聯(lián)米里莫斯科直升機(jī)廠(原米里實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)局)研制的多用途重型直升機(jī)，是當(dāng)今世界上最重的直升機(jī)，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(shí)用升限4600m，懸停高度(有地效、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣、有效載荷5100kg)1000m，(無(wú)地效、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣)1800m，航程(海平面、ISA、最大內(nèi)部燃油)800km。1.1國(guó)內(nèi)應(yīng)用2008－05－25T15:50，由俄羅斯支援中國(guó)四川搶險(xiǎn)救災(zāi)的一架米－26重型運(yùn)輸直升機(jī)執(zhí)行吊運(yùn)大型機(jī)械設(shè)備的任

6、務(wù)，僅用兩架次就將唐家山堰塞湖230名受災(zāi)群眾轉(zhuǎn)移到安全地帶。2008－05－26T11:05，一架紅色米－26直升機(jī)吊裝了一臺(tái)重約13.2t的重型挖掘機(jī)前往唐家山堰塞湖壩體。2009－6－11T09:56，米－26直升機(jī)成功將挖掘機(jī)吊運(yùn)到武隆山體垮塌搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場(chǎng)。2010－07－01，在黑龍江大興安嶺呼中地區(qū)的救火部隊(duì)集結(jié)點(diǎn)，米－26TC直升機(jī)運(yùn)載近百名官兵和數(shù)十噸給養(yǎng)用品飛赴災(zāi)情最重的燃火區(qū)。1.2米－26國(guó)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(xiàng)目:中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(NZ2012014)江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)作者簡(jiǎn)介:胡挺(1983—)，男，博士研究生，講師，飛行器設(shè)計(jì)專(zhuān)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(yán)紅，王曉春，等直升機(jī)的雷擊防護(hù)［J］桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(4):775－77

8、8圖2尾槳根部撕扯余下的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)Fig.2Aluminumhoneycombstructuresattailrotroot圖3動(dòng)力響應(yīng)使尾梁振裂約0.8mFig.3Dynamicresponsetotailrelationshipcrackabout0.8meters槳失去后段后喪失動(dòng)平衡，并且失去的質(zhì)量較大而產(chǎn)生的結(jié)果。綜上所述，雷電電流在6號(hào)旋翼、主減、機(jī)身、尾減及5號(hào)尾槳之間通過(guò)主槳尾槳的除冰系統(tǒng)形成電流通路，電流進(jìn)出兩端分別在

9、6號(hào)旋翼和5號(hào)尾槳處。3原因分析及改進(jìn)建議3.1關(guān)于尾槳受雷擊破壞的分析傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)飛機(jī)很少出現(xiàn)雷擊事故，金屬的機(jī)體自身有“法拉第籠”效應(yīng)，對(duì)高壓電磁場(chǎng)有自然的屏蔽保護(hù)作用。隨著復(fù)合材料技術(shù)的迅速發(fā)展，為減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量、提高有效載荷、改善飛機(jī)性能，復(fù)合材料應(yīng)用的比例逐年提高。然而，復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)需要閃電防護(hù)設(shè)計(jì)。碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)電性大約比標(biāo)準(zhǔn)鋁要小1000倍，而復(fù)合材料樹(shù)脂和粘結(jié)劑是不導(dǎo)電的，如果沒(méi)有采取合適的閃電防護(hù)措施，那么

10、閃電擊中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效或大面積損傷［2］。在FAA技術(shù)報(bào)告“飛機(jī)閃電防護(hù)手冊(cè)”(DOTFAACT－8922)中可以找到飛機(jī)閃電防護(hù)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。典型的閃電防護(hù)包括在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的外表面有可能出現(xiàn)直接閃電附著的地方加上金屬絲或金屬網(wǎng)。對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的閃電防護(hù)有效性應(yīng)當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。米－26尾槳為鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，而英國(guó)國(guó)防部臨時(shí)國(guó)防標(biāo)準(zhǔn)59－113《現(xiàn)役飛機(jī)雷電防護(hù)要求》中指出若閃電電流在結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在任何流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則鋁蜂窩

11、結(jié)構(gòu)不應(yīng)用在CFC(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)介電蒙皮下方［3］。3.2改進(jìn)的意見(jiàn)和建議3.2.1搭接飛機(jī)遭受雷擊時(shí)的初始附著點(diǎn)或其后的掃掠雷擊附著點(diǎn)都是雷擊電荷的進(jìn)入點(diǎn)，它們通常位于飛機(jī)的尾部之前。雷擊的離開(kāi)點(diǎn)也就是雷擊時(shí)飛機(jī)向大氣的放電點(diǎn)，它們通常位于飛機(jī)的尾部，可能在平尾、垂尾、方向舵的后緣上或機(jī)身的尾尖處。平尾、方向舵一類(lèi)舵面，由于有傳動(dòng)副且需要潤(rùn)滑，因此機(jī)體與舵面之間的導(dǎo)電通路就成了問(wèn)題，為此這些部位必須與機(jī)體導(dǎo)電通路進(jìn)行電搭接。因

12、為復(fù)合材料與金屬之間電性能的差異，過(guò)去標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的搭接電阻值就不完全適用，所以需要進(jìn)行更好的搭接設(shè)計(jì)［4］。在雷電弧不可能附著并有足夠數(shù)量的搭接線(xiàn)來(lái)傳遞雷電流的情況下，單根銅線(xiàn)的截面應(yīng)不小于20mm2。如果采用鋁線(xiàn)，其截面的沖擊載流能力應(yīng)與銅線(xiàn)相當(dāng)，搭接線(xiàn)與其接頭不允許用焊接方式連接［5］。參照AS332超級(jí)美洲豹直升機(jī)對(duì)于槳葉搭接的改進(jìn)情況，其改進(jìn)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.