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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