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第1章 大气电学与高电压基础 1

1.1 概述 1

1.1.1 大气成分 1

1.1.2 大气对流层 1

1.1.3 大气电离层 1

1.1.4 大气电模型 2

1.2 大气离子 2

1.2.1 大气的电离过程 2

1.2.2 大气离子的行为 3

1.3 晴天大气电场 4

1.3.1 晴天大气电场参数 4

1.3.2 大气传导电流 6

1.3.3 大气电路的欧姆定律 6

1.3.4 晴天大气电场随时间的变化 7

1.4 云雾雨电学 7

1.4.1 非雷雨云的荷电 8

1.4.2 积雨云 8

1.4.3 积雨云中的电结构 9

1.4.4 积雨云中的起电机制 13

1.5 雷电过程 15

1.5.1 尖端放电 15

1.5.2 雷电 16

1.6 地球大气电平衡 18

1.7 现代雷电学研究 18

1.8 高电压基础理论概述 21

1.8.1 物体带电 21

1.8.2 点电荷 21

1.8.3 电场 21

1.8.4 电位 22

1.8.5 等势线（面） 23

1.9 气体放电的基本物理过程 23

1.9.1 原子的激励和电离 23

1.9.2 气体原子的电离 24

1.9.3 金属电极的表面电离 25

1.9.4 气体放电中负离子的产生 26

1.9.5 放电过程中带电粒子的消失 26

1.9.6 雪崩放电 27

1.10 汤逊理论和巴申定律 28

1.11 流注理论 30

1.12 不均匀电场中的放电过程 32

1.12.1 电晕放电 32

1.12.2 极性效应 33

1.13 气体介质的电气强度 33

1.13.1 雷电冲击电压作用下气体的击穿 33

1.13.2 操作冲击电压作用下气体的击穿 36

1.13.3 大气条件对气体击穿特性的影响 38

1.14 脉冲高压发生器 40

1.14.1 脉冲高压发生器的基本原理 40

1.14.2 波形要求与回路参数的关系 40

1.14.3 多级脉冲电压发生器 42

1.14.4 冲击高电压的测量 43

1.15 冲击电流发生器 44

1.15.1 冲击电流波形产生 45

1.15.2 冲击电流的测量 45

第2章 航空器的雷电附着现象 50

2.1 概述 50

2.2 雷电附着点的定义 50

2.2.1 附着点定义 50

2.2.2 附着区域定义 51

2.3 航空器遭雷击的环境 52

2.3.1 高度和飞行状态 52

2.3.2 天气气象条件 52

2.3.3 遭雷击时的即时环境 54

2.3.4 雷暴的回避 56

2.3.5 雷击发生的频度 58

2.4 航空器遭雷击的机理 59

2.4.1 电场效应 59

2.4.2 航空器上储存的电荷 61

2.4.3 航空器触发的雷电 61

2.5 扫掠雷击现象 65

2.6 航空器触发雷电的机理 66

2.6.1 触发的雷电环境 67

2.6.2 航空器对触发雷电的响应 69

2.6.3 触发条件的预示 72

2.7 AtIas Centaur 67事件 76

第3章 雷电对航空器的危害 77

3.1 概述 77

3.2 雷电对金属结构的危害 77

3.2.1 产生凹痕和熔穿 77

3.2.2 磁力 78

3.2.3 结构界面处的凹痕 79

3.2.4 阻性加热 80

3.2.5 冲击波和过压力 81

3.3 雷电对非金属结构的危害 81

3.3.1 不导电复合材料 82

3.3.2 导电复合材料 82

3.3.3 其他工程塑料 83

3.3.4 雷击和闪光致盲 84

3.4 关于间接效应 84

3.4.1 报告 85

3.4.2 趋势及后果 86

3.4.3 雷电直接效应和间接效应的区别 87

3.4.4 磁感应电压 87

3.4.5 结构IR（电流乘电阻）电压 87

3.4.6 间接效应的其他特性 87

3.4.7 关注的系统 87

3.5 雷电对燃油系统的危害 88

3.6 雷电对航空器外部安装电气装置的雷电效应 89

3.7 雷电对推进系统的危害 91

第4章 直接效应与防护 94

4.1 引言 94

4.2 对金属结构直接效应及防护 94

4.2.1 对熔穿的防护 94

4.2.2 阻性加热 98

4.2.3 磁力效应 100

4.2.4 声冲击波 103

4.2.5 跨越搭接带、铰链和接头的电弧 104

4.2.6 接头和搭接电阻 107

4.3 不导电复合材料的防护 108

4.3.1 损坏效应 108

4.3.2 损坏机理 109

4.3.3 用分流条防护 112

4.3.4 用导电涂层防护 118

4.4 导电复合材料的防护 121

4.4.1 碳纤维复合材料蒙皮的防护 121

4.4.2 碳纤维复合材料连接和连接处的防护 125

4.4.3 应用方面的考虑 127

4.5 风挡、座舱盖和窗户 129

4.6 对推进系统的直接效应 131

4.6.1 螺旋桨 132

4.6.2 直升机转子叶片 133

4.6.3 齿轮箱 133

4.6.4 涡轮发动机 134

4.7 直接效应试验 134

4.7.1 试验设备 134

4.7.2 试验方法与标准 141

4.7.3 试验实例（飞机复合材料的雷电扫掠试验） 145

第5章 间接效应与防护 148

5.1 概述 148

5.2 基本概念 148

5.2.1 符号和单位 148

5.2.2 数学运算 148

5.2.3 材料特性 148

5.2.4 几何平均距离（GMD） 151

5.2.5 电压和电流 151

5.2.6 磁场效应 154

5.2.7 电场效应 158

5.2.8 波形分析 159

5.3 雷电间接效应设计项目中的步骤 160

5.4 雷电与高强度辐射场及核电磁脉冲的区别 161

5.5 雷电主要耦合机理 162

5.5.1 结构阻性电压 163

5.5.2 磁感应电压 165

5.5.3 容性产生的电流 166

5.6 确定电路响应的方法 167

5.7 航空器上测得的感应电压示例 168

5.7.1 飞机机翼航行灯电路 168

5.7.2 飞机空速管电加热除冰电路 169

5.8 航空器及其线路响应的数值分析 170

5.8.1 相互作用模型 171

5.8.2 雷电效应电磁仿真 171

5.8.3 雷电数值分析实例 172

5.9 间接效应防护设计 175

5.9.1 要求和目标 176

5.9.2 电子设备的位置 176

5.9.3 线路的位置 177

5.9.4 防护设计做法 179

5.10 接地的基本做法 179

5.10.1 基本考虑 179

5.10.2 互连线路的屏蔽 181

5.10.3 屏蔽层的接地 182

5.11 瞬态与规范之间的协调 184

5.12 机载设备间接效应试验 188

5.12.1 针注入试验 189

5.12.2 磁耦合注入试验 192

5.12.3 系统颠覆试验 196

5.12.4 试验案例分析 200

5.13 飞机整机雷电间接效应试验 202

5.13.1 基本假设 202

5.13.2 时域脉冲试验 203

5.13.3 实测瞬变的外推 205

5.13.4 试验布局 205

5.13.5 雷电瞬态分析测量 207

5.13.6 低电平连续波扫频试验 208

5.13.7 安全 209

第6章 航空器燃油系统的防护 211

6.1 概述 211

6.2 燃油的易燃性 212

6.3 通气口 214

6.4 应急放油管和排油管 216

6.5 燃油管线中的电弧 217

6.6 燃油箱蒙皮的烧穿和热点 217

6.7 油箱结构内的电流效应 221

6.7.1 重力加油口盖 221

6.7.2 检修口盖 223

6.7.3 油箱密封剂 226

6.8 结构接头 226

6.9 管道的连接和界面 229

6.10 燃油箱内的电气线路 234

6.11 消除点燃源 238

6.11.1 油箱结构设计 238

6.11.2 提供适当的电接触 242

6.11.3 封闭电弧 244

6.12 管路和复合材料油箱 247

6.13 不导电油箱 250

6.14 燃油系统检查单 251

6.15 燃油系统的试验和试验技术 252

6.15.1 电气连续性和电阻的测量 252

6.15.2 逐项试验 253

6.15.3 油箱的全尺寸试验 255

6.16 油箱试验案例 256

6.16.1 机翼整体油箱口盖雷电防护试验 256

6.16.2 机翼油箱通气口盖电晕流光试验 258

第7章 合格审定 260

7.1 概述 260

7.2 关于雷电防护的适航管理条例 260

7.2.1 机身的防护 261

7.2.2 燃油系统的防护 262

7.2.3 其他系统的防护 263

7.2.4 电子和导航系统的防护 264

7.3 其他航空器的雷电防护 265

7.4 CAAC关于雷电防护的基本要求 265

7.5 设计和验证的雷电环境 266

7.5.1 近期的标准化活动 266

7.5.2 标准化环境 267

7.6 防护设计和合格审定的步骤 273

7.6.1 步骤（a）——区域的定位（雷击区位置） 274

7.6.2 步骤（b）——制定雷电环境 284

7.6.3 步骤（c）——标识飞行关键的系统和部件 284

7.6.4 步骤（d）——制定防护准则 284

7.6.5 步骤（e）——设计防护 285

7.6.6 步骤（f）——验证防护的充分性 285

7.7 合格审定计划（CP） 286

7.8 试验大纲 287

7.9 法航“6.1”空难简析与飞机雷电防护标准 288

参考文献 291