现代航空复合材料的电磁特性研究

【类型】学位论文

【作者】程磊 

【关键词】 复合材料 反射系数 雷击 数值计算

【摘要】随着新一代民用飞机对复合材料的大量使用,使得航空复合材料得以高速发展,但也随之带来了很多问题。复合材料相对于传统金属材料来说,其导电性能差异明显,传统的金属结构件的实验数据不能直接用于新型飞机的设计制造,所以研究复合材料的电性能对于民用大型飞机的制造显得至关重要。而通过实验研究的方法不仅耗时,而且成本高昂,无疑延长了飞机的制造周期。本文旨在通过理论分析和计算机模拟的方式来研究航空复合材料的屏蔽性能和受到雷击作用时的电磁场分布情况。主要探讨了以下问题：(1)研究了航空复合材料的电磁屏蔽效果。运用等效媒质理论分析了纤维复合材料的等效电磁参数,并利用传输线理论推导了材料的反射系数、透射系数以及屏蔽效果的计算公式并编写了计算程序。将反射系数的计算结果与时域有限差分(FDTD)方法的数值计算结果进行比较,以验证计算程序的精确程度。最后在纤维周期较小,即程序精确度较高的情况下,改变材料的参数,以观察屏蔽效果的变化。计算结果表明,在材料其它参数不变的情况下,纤维的电导率越高,纤维的直径越大,材料厚度越厚,则材料的电磁屏蔽效果越明显,增大介质的介电常数反而使屏蔽效果降低,而纤维的介电常数变化对电磁屏蔽效果影响不大。可以看出,复合材料的结构参数以及介质的介电常数对其电磁屏蔽性能的影响占主导地位。(2)运用三维时域有限差分方法,模拟了飞机在受到雷击作用时的电磁场分布情况。飞机机舱是由复合材料组成的立方体结构,其外壁材料用介质薄层涂以导电涂层进行模拟。立方体内部加装的避雷条以细导线代替。计算了两种不同结构的电磁场分布,分析了避雷条对复合材料的防雷击效果的影响。结果表明被雷电击中的立方体区域内部导线附近的电场值要高于周围区域的电场值。立方体中电磁场峰值与导线存在与否有很大关系,如果导线位于雷击点,则峰值显著增加。可以看出,正方体的上表面被雷电击中后,电流主要经由导线流走,被保护部位的电流密度显著降低,实现了防雷击的目标。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】电子科技大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】高正平

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