清洁天空2项目成功开发出两种适用于商用飞机复合材料结构件的雷击防护技术

根据国外清洁航空网站发布的消息，欧洲Clean Sky 2（清洁天空2）计划支持的D-Joints（D型接头）项目开发了一种软件“尺寸工具”，帮助工程师设计可以嵌入飞机面板和结构中的专用接头，以保护飞机免受雷击。该尺寸调整工具通过方便的用户界面轻松访问专门的雷击保护（lightning strike protection，LSP）数据，从而节省了设计过程中的时间。而使用该工具意味着可以在飞机结构中安全地使用精确数量的LSP材料，从而节省重量、减少燃料消耗和控制排放。

D型接头项目名称为：具有电磁兼容性的创新型复合材料混合接头的设计，项目起止时间为2020年5月到2022年12月，欧盟预算为46.8万欧元，主要由TWI公司负责，并得到克兰菲尔德大学和布鲁内尔大学复合材料中心的支持。而项目主要目的是对Clean Sky2的C-Joint（C型接头）项目技术进行测试，来验证其有效性，然后将结果纳入“尺寸工具”中。

根据测试结果显示，C型接头项目中开发的两种复合材料接头技术可以保护飞机免受雷击。当飞机的外部面板或结构由复合材料制成时，接头可以一种方式连接在一起，以确保如果被闪电击中，电荷可以沿着飞机的长度方向安全地在面板之间传导，防止损坏或安全问题。

设计能够抵御雷击的飞机只是航空制造商工作的一部分。据统计，一架商用飞机每年大约会被闪电击中一次，但是在很多情况下，乘客甚至不会注意到飞机遭受雷击。这主要归功于飞机的设计方式，即将电流引导到飞机的末端（通常通过静电放电芯输送到后缘）。

在过去，飞机具有金属蒙皮结构，由于蒙皮中的铝合金是良好的导电材料，电流引导是一个相当简单的过程。但随着飞机中越来越多地使用轻量化的复合材料，这就必须在复合材料面板中嵌入金属网，以使电荷在飞机的相邻外表面之间安全地转移。

C-Joint项目中成功开发出的两项技术来解决这一挑战，其一是簇绒（tufting）技术，这是一种工业缝合工艺，它采用了机器人技术，通过将细铜线缝合到复合材料面板来促进导电性；其二是热喷涂技术，这是一种由TWI Limited公司开发的工艺，它通过将金属颗粒喷涂到复合材料上，来提供可以在复合材料面板之间以及复合材料与金属面板之间传递能量的金属连接。

簇绒技术的主要优势在于其高电流耗散能力，从而提高了操作安全性。通过在复合材料结构件中使用金属簇绒是一种重量较轻的替代方案，用于通过复合材料作为接地路径的一部分传输闪电电流。

而热喷涂涂层技术比添加铜线然后进行专门的螺栓连接更简单，而且还可以改变导电材料的厚度，用于高电流的关键路径和复合材料结构的有效保护。这与当今的嵌入式铜网系统形成了鲜明对比，后者在被闪电损坏时，修复起来既困难又昂贵，而涂层修复则快速而简单。

但TWI表示，使用热喷涂金属涂层代替EV-55复合材料部件内的铜网和条纹分流器进行雷击保护也可能是一项成本高昂的技术，因为需要机器人和特殊的喷涂设备。

D型接头项目

在C-Joint项目前期积累的经验和专业知识的基础上，C-Joint项目旨在探索具有增强雷击保护的新型创新复合材料-复合材料和复合材料-金属混合接头。该项目旨在开发一种新的“尺寸工具”，这是一种基于模拟涉及接头的多种材料组件的机械、热和电响应的软件程序。尺寸工具将有助于减少迭代耗时的有限元金属计算的数量，这些计算通常由分析师和应力工程师使用。

经过为期两年的实施，D型接头项目成功开发出了这种“尺寸工具”，它是一款用户友好的工程师软件工具，可帮助工程师快速指定技术参数、材料特性和接头尺寸，这些参数、材料特征和尺寸是设计需要嵌入式防雷保护的飞机外部面板和结构时所需的。

鼻段部分演示器演示器在模拟雷击条件的相关环境中进行了测试。结果表明，上述两种新技术在发生雷击时为航空结构提供了有效的保护，并保护其免受闪电（闪电产生的电磁场）的间接影响。这是通过使用“高强度辐射场”地面测试技术进行的评估而得到证实的。

虽然该项目的主要重点是雷击防护，但其结果也具有明显的环境效益。在设计具有雷击保护的集成复合材料结构时，该尺寸确定工具将帮助设计师确定所需的接头的适当尺寸和形状，从而节省重量、减少燃料消耗并减少排放。

由于消除了开发和生产接头所需的耗时的设计评审迭代，该工具还加快了产品的上市时间。它通过使设计人员能够快速指定可用于特定接头的最合适类型的材料组合来实现这一点。