弯曲复合材料层合板雷击损伤影响分析

复合材料已在民航客机上得到广泛的应用，但由于导电性、导热性较低等原因，致使在雷击附着后出现较大范围的烧蚀损伤，威胁民航客机的运行安全。为了能够更安全地让复合材料应用于民航客机上，研究民机常用弯曲复合材料雷击防护特性，建立弯曲复合材料雷击损伤电热耦合有限元模型，并研究不同因素对弯曲层合板雷击损伤性能影响。结果表明，弯曲层合板相比于未弯曲的层合板，由于热导率的影响，致使其在50kA峰值雷击电流作用下，烧蚀面积增加了1.5倍，深度扩大至第六层，最小层的损伤面积增加了10.67倍；此外，雷击电流峰值、弯曲角度对雷击损伤结果影响较大，而长宽比、纤维铺层方向、厚度由于弯曲层合板电势、热导率的影响致使其影响程度较小，此与未弯曲层合板的雷击影响因素影响特点具有较大的差异性。     

铜网防护层构型对复合材料层合板雷击烧蚀损伤的影响分析

为探究不同构型铜网防护层对于复合材料的雷击防护效果,基于热电耦合方法建立了含铜网防护层的复合材料层合板模型。首先研究了菱形铜网层合板的抗雷击烧蚀效果,并与试验结果进行对比；随后分别对含菱形、圆形及正六边形三种构型铜网防护层的复合材料层合板进行了雷击仿真模拟,分别施加D、A和A+D三种雷电流波形评估了不同雷击分区下的铜网防护效果。研究结果表明：不同几何构型铜网的防护能力有所差异,在2B区域正六边形铜网的防护效果较好,在1A和1B区域菱形铜网的防护效果较好；综合三种电流波形下的平均防护效果,相比未防护层合板,含菱形、圆形及正六边形铜网层合板的雷击损伤分别减少89.1%、81.9%和85.6%。     

传播效应对远距离雷电电磁场的影响

雷电电磁波沿着地球表面传播时,受传播效应影响波形会发生畸变,进而影响雷电定位系统的精度。本文采用Wait解析算法研究了地面有限电导率与地球曲率对1 000 km以内雷电电磁场波形的影响,对不同回击电流波形和不同电导率情况下的远场衰减系数进行了拟合,修正了现有的回击电流峰值反演公式,并对传播效应带来的远场波形到达时间延迟量进行了统计分析。结果表明：当观测距离大于200 km时地球曲率对场的衰减不容忽略；和平坦地面相比,弯曲的地表使得200 km、500 km和1 000 km处的远场峰值分别额外衰减了约9.6%、29.4%和55.5%。考虑传播效应后远场峰值与理想场的峰值之比随着观测距离d的增加以exp(-d/α)的指数函数大幅递减,指数衰减距离常数α的平均值为1 000 km。回击电流波形陡度越大,包含的高频分量越多,远场的衰减越大。雷电电磁波沿陆地表面传播时,传播距离每增加100 km波形初始到达时间平均延迟0.36 μs,峰值到达时间平均延迟0.96 μs。由此可见,远距离雷电定位和参数反演应充分考虑地球曲率带来的传播效应。     

基于三维多上行先导模型的高建筑物年雷击次数分析

为提高建筑物安全性，更准确评估建筑物雷击风险，利用三维多上行先导模型模拟雷击建筑物，计算出建筑物的年雷击次数。首先，通过改变模型中建筑物高度，闪电始发位置和闪电强度进行大量模拟，计算出闪电从不同位置始发时建筑物的雷击概率；然后，对建筑物上空一定范围内始发闪电进行总体分析，计算出不同高度建筑物的年雷击次数；最后得出一个利用建筑物高度和闪电强度计算的经验公式。结果表明，模拟得出的结果与观测结果相近，相较于国标中的经验公式，在一定程度上更精确的计算了建筑物的年雷击次数。