飞机新型轻质化雷电防护铜网设计及试验验证

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20260528.008

复合材料科学与工程 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (5): 54-62.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260528.008

飞机新型轻质化雷电防护铜网设计及试验验证

张铁纯¹, 李杰¹, 巩翰林^3,4, 谭家明¹, 李小二^2,4, 张家俊^2,4, 司晓亮^3,4*

1.中国民航大学航空工程学院,天津 300300;
2.电磁信息控制与效应全国重点实验室,合肥 230031;
3.安徽省飞行器电磁安全重点实验室,合肥 230031;
4.合肥航太电物理技术有限公司,合肥 230031

收稿日期:2025-03-03 出版日期:2026-05-28 发布日期:2026-07-01
通讯作者: 司晓亮(1985—),男,副研究员,研究方向为飞行器电磁环境效应,chinae3@126.com。
作者简介:张铁纯(1972—),男,副教授,研究方向为航空机械与持续适航技术。
基金资助:
安徽省科技创新平台重大科技项目(S202305a12020027);国家重点项目(MJZ5-2N22,50909030401)

Design and experimental validation of new lightweight lightning protection copper mesh for aircrafts

ZHANG Tiechun¹, LI Jie¹, GONG Hanlin^3,4, TAN Jiaming¹, LI Xiaoer^2,4, ZHANG Jiajun^2,4, SI Xiaoliang^3,4*

1. School of Aeronautical Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China;
2. National Key Laboratory of Electromagnetic Information Control and Effects, Hefei 230031, China;
3. Anhui Key Laboratory of Electromagnetic Safety of Aircraft, Hefei 230031, China;
4. Hefei Hangtai Electrophysics Co., Ltd., Hefei 230031, China

Received:2025-03-03 Online:2026-05-28 Published:2026-07-01

摘要/Abstract

摘要： 目前飞机复合材料结构件雷电防护广泛采用防雷击铜网,然而这导致了整体结构重量增加的问题。为满足雷电防护层减重的迫切需求,本研究针对2A区雷电防护铜网进行轻质化设计。首先,结合2A区传统铜网设计参量,选取了不同厚度、网孔规格和梗宽下的13组铜网试样,通过仿真系统研究了不同参数下带铜网复合材料结构件的雷击损伤特性,确定了严重雷电直击工况下的铜网参数边界。基于此,设计了一款新型轻质铜网,经试验验证,其雷电防护性能满足设计要求,且单位面积重量较当前主流铜网产品降低了14.5%。

关键词: 碳纤维复合材料, 雷电直接效应, 轻质化铜网, 电热耦合, 雷击防护效果

Abstract: At present, lightning protection of aircraft composite structural parts widely uses lightning protection copper mesh, however, this leads to the problem of increasing the weight of the overall structure, in order to meet the urgent need for weight reduction of the lightning protection layer, this study is aimed at the lightweight design of lightning protection copper mesh in Zone 2A. Firstly, 13 groups of copper mesh samples with different thicknesses, mesh sizes and strand width were selected in combination with the design parameters of traditional copper mesh in Zone 2A, and the lightning damage characteristics of composite structural parts with copper mesh under different parameters were investigated through the simulation system, and the parameter boundaries of copper mesh under the severe direct lightning strike condition were determined. Based on this, a new type of lightweight copper mesh was designed, and its lightning protection performance was verified to meet the design requirements, and the weight per unit area was reduced by 14.5% compared with the current mainstream copper mesh products.

Key words: carbon fiber composites, direct lightning effect, lightweight copper mesh, electro-thermal coupling, lightning protection effect

中图分类号:

TB332

张铁纯, 李杰, 巩翰林, 谭家明, 李小二, 张家俊, 司晓亮. 飞机新型轻质化雷电防护铜网设计及试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(5): 54-62.

ZHANG Tiechun, LI Jie, GONG Hanlin, TAN Jiaming, LI Xiaoer, ZHANG Jiajun, SI Xiaoliang. Design and experimental validation of new lightweight lightning protection copper mesh for aircrafts[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2026, 0(5): 54-62.

参考文献

[1] 马立敏, 张嘉振, 岳广全, 等. 复合材料在新一代大型民用飞机中的应用[J]. 复合材料学报, 2015, 32(2): 317-322.
[2] 徐雯婷. 纤维增强树脂基复合材料在直升机的应用现状[J]. 纤维复合材料, 2021, 38(3): 90-93.
[3] 胡静, 巩翰林, 司晓亮, 等. 碳纤维复合材料雷电防护特性仿真及试验研究[J]. 航空科学技术, 2022, 33(1): 98-106.
[4] 张冰波, 郭恩玉, 吕本全, 等. 复合材料在直升机上的应用[J]. 科技创新与应用, 2013(33): 55.
[5] 胡挺, 余雄庆. 飞机金属屏蔽罩雷击防护仿真分析与试验研究[J]. 四川兵工学报, 2018, 39(8): 169-172.
[6] 陈渭民. 雷电学原理[M]. 北京: 气象出版社, 2003.
[7] 段泽民. 飞机雷电防护概述[J]. 高电压技术, 2017, 43(5): 1393-1399.
[8] 刘贺楠, 郭俊, 伊同强, 等. 飞行器雷电直接效应与间接效应防护综述[J]. 宇航总体技术, 2019, 3(4): 56-62.
[9] MORGAN J. Thermal simulation and testing of expanded metal foils used for lightning protection of composite aircraft structures[J]. SAE International Journal of Aerospace, 2013, 6(2): 371-377.
[10] 赵中杰. 结构-导电复合材料的制备及其导电性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019.
[11] HIRANO Y, KATSUMATA S, IWAHORI Y, et al. Artificial lig-htning testing on graphite/epoxy composite laminate[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2010, 41(10): 1461-1470.
[12] 孙晋茹, 姚学玲, 许雯珺, 等. 雷电流分量对碳纤维增强型复合材料层合板的雷击损伤效应[J]. 高电压技术, 2019, 45(12): 3836-3843.
[13] LI Y C, LI R F, LU L Y, et al. Experimental study of damage characteristics of carbon woven fabric/epoxy laminates subjected to lightning strike[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2015, 79: 164-175.
[14] 姚学玲, 郭灿阳, 孙晋茹, 等. 碳纤维复合材料在雷电流作用下的损伤仿真与试验[J]. 高电压技术, 2017, 43(5): 1400-1408.
[15] 胡好, 姚红, 司晓亮, 等. 飞机复合材料板雷电损伤的试验研究[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 2014, 37(4): 402-406.
[16] 李渔, 司晓亮, 黄业园, 等. 碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025(4): 68-73, 81.
[17] 刘志强, 岳珠峰, 王富生, 等. 不同防护形式复合材料板雷击损伤分区特性[J]. 复合材料学报, 2015, 32(1): 284-294.
[18] 刘福佳, 李群芳, 潘钦, 等. 某型金属铜网对复合材料结构雷电防护效果的仿真与试验验证[J]. 材料导报, 2025, 35(31): 650-654.
[19] 罗立, 张骁亚, 杨文锋. 金属网对航空复合材料雷击损伤的防护[J]. 航空材料学报, 2020, 40(5): 70-79.
[20] SAE Aerospace. Aircraft lightning environment and related test waveforms: SAE ARP5412[S]. Warrendale: Society of Automotive Engineers, 2005: 35-42.
[21] SAE Aerospace. Aircraft lightning zoning: SAE ARP5414A[S]. Warrendale: Society of Automotive Engineers, 2005: 10-16.
[22] 刘安娜. 碳纤维复合材料及其结构件的雷击损伤及防护研究[D]. 济南: 山东大学, 2021.

飞机新型轻质化雷电防护铜网设计及试验验证

Design and experimental validation of new lightweight lightning protection copper mesh for aircrafts

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	刘世宇, 牛雪娟. 基于响应面法复合材料固化变形影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(4): 124-131.
[2]	李嵩, 周金宇, 王培培, 王晓坡, 杨帆, 刘文博, 王荣国. 基于粒子群算法的1bit超宽带编码超表面RCS缩减优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(3): 110-120.
[3]	苏海亮, 位腾腾, 黄伟龙, 韦振校, 周梦凡. 复合材料缠绕管压缩失效机理及吸能特性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(2): 28-33.
[4]	孙士勇, 马鑫, 汤文杰, 杨睿, 韦磊. 热处理工艺对3D打印连续纤维增强复合材料层间性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(2): 104-110.
[5]	许欣怡, 马连华, 周伟. 基于直接多尺度法的单向纤维复合材料弯曲渐进损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(1): 39-44.
[6]	危干军, 杜晨, 扶碧波, 尹红灵, 严岳胜, 彭雄奇. 碳纤维复合材料面齿轮辐板轻量化设计与制造[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(1): 117-123.
[7]	邓裕, 涂昊昀. 基于DIC的短切纤维增韧碳纤维复合材料Ⅰ型层间性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(9): 8-15.
[8]	王锴, 罗俊杰, 姚如洋, 庞通, 贾晓航, 余磊. 碳纤维增强复合材料结构吸能机理及其高效建模方法研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 24-32.
[9]	崔九洋, 赵江铭, 郑思民, 郑艳萍. 复合材料-钛合金带衬套螺栓连接拉伸性能的数值模拟分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(7): 19-26.
[10]	崔怡, 董娟, 张兴敢, 谭梦华, 刘松年, 赵娟. 碳纤维复合材料层合板铣削力试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(7): 91-98.
[11]	方世锐, 丁安心, 杨帆, 唐自佳, 赵飞. 碳纤维复合材料/三元乙丙橡胶粘接界面性能参数表征与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(6): 85-93.
[12]	李渔, 司晓亮, 黄业园, 李志宝, 段泽民. 碳纤维复合材料雷击损伤及防护试验与仿真研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(4): 68-73.
[13]	刘伟, 杨继, 袁春辉, 夏旭, 张锦光. 不同温度下碳纤维复合材料-钢胶接界面黏结性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 39-45.
[14]	刘佳鑫, 林再文, 邹志伟, 程显贺, 曹延君, 田涯. 碳纤维H形截面支撑环脱模工艺仿真及优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 71-78.
[15]	董传贺, 孙晓宇, 李旺鑫, 贾睿昊, 赵欣. 3D打印连续碳纤维复合材料冷却模型及变形研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 79-86.