塑料飞机避雷机制揭秘

自带导电功能的复合材料，作为材料技术的最新研究方向，已经纳入空客视野。

日前，空客（北京）工程技术中心与中航复合材料有限责任公司签署合作协议，开发一种既能导电又能保持力学性能的多功能材料。这种材料可应用于飞机的外部机身元件，以便尽量减少雷击期间发生的损坏。

复合材料的研发应该追溯到上世纪60年纪，那时喷气客机刚刚投入使用。复合材料的优势也很明显，在相同强度时，重量更轻，可以用来替代金属。

波音第一代707客机没有使用复合材料。不过60年代末，复合材料科技开始小范围使用，不过在DC-9、DC-10、L-1011等飞机上使用量仅仅1%，747在当时算高的，也只有2%。

后来，复合材料的应用比例逐渐加大，757达到3%-4%，767达到5%。空客鼻祖飞机A300也只有5%，A310接近10%。

80年代波音对复合材料提出了新标准，要求碳纤维拉伸弹性模量提高30%、拉伸强度提高50%。

A350碳纤维复材机翼

90年代以后，复合材料用量进一步提升，波音777达到11%，空客A330/340为13%-15%，A380达到25%。

目前，碳纤维复合材料已经成为新一代客机的首选，波音787、空客A350的机身、机翼、舵面等大部件，均大量使用复合材料，波音787复合材料使用比例达到50%，空客A350复合材料使用比例达到53%，是目前现役客机中比例最高的。

A350复合材料使用率达到53%

碳纤维复合材料比金属材料，具有可设计性，更高的强度、刚度等优势，正逐渐取代铝合金成为飞机的主要结构。

复合材料在民用飞机上的使用已经成为衡量飞机先进性的标准之一，以及凸显市场竞争力的重要筹码。

但是，复合材料本身也有它的劣势，例如，导电性能较差就是先天性问题，复合材料在受到雷击时比一般金属结构损伤要严重得多。为了解决这一难题，制造商在复合材料的表面覆盖超薄铜网解决导电问题。

现有复合材料导电示意图，白色为介电聚合物材料，深灰色为导电涂料，黑线-一个全面的导电轨迹

目前，使用较为普遍的是复合材料固化时表面覆盖铜网，行成一个金属保护罩，在受到雷击时顺利导电，防止机体被破坏。但这只是第一层防护，在金属保护罩外，复合材料还需使用两层防腐涂层，一层铝粉，一层封孔剂。

波音787在机翼表面覆盖的铜制导电网，有效解决雷击问题，但这种保护罩使用的铜丝长达57英里重达1吨。

空客A350则采用铜带方案，用金属条带代替回流用的电缆，另外在靠近机载设备等要害部位，安装金属型材及条带，这样做的效果是减轻保护罩的重量，提高飞行效率。

787的复合材料采用碳纤维和环氧树脂混合物，也称为碳纤维增强塑料，模制成大筒形部分，然后在巨型烤箱中以高达350度的温度烘烤

显然，这些技术手段都是不得已而为之。虽然解决了导电问题，但却削弱了复合材料在重量上的优势。

为了能够彻底解决这一问题，航空制造商开始在复合材料本身上下起了功夫。而中国科学家也在这一过程中，开始发挥自己的影响力，本次空客（北京）工程技术中心与中航复合材料有限责任公司就是一个典型合作。

本次合作主要是采用一种“层间功能化”的新概念，去解决复合材料导电问题，而项目的负责人则是中国材料科学界领军人物——益小苏教授。

层间功能化，即向复合材料树脂区引入增韧效果的热塑网络结构，并进行预处理。针对导电问题，益小苏教授希望在所有的纤维上附载纳米尺度的导电线状材料，再将处理过的热塑性网络转入复合材料的层间区域。

据益小苏教授介绍，采用“层间功能化”技术制造的复合材料板，同时具备抗冲击性能和电导率,可以使复合材料可以成功抵御电击。

现在，导电复合材料还处在科研阶段，空客希望明年能够首先进行实验室测试，然后进行大部件地面模拟测试。

但是，虽然实验即将开始，但距离实用还有一定距离。毕竟，任何一款应用在飞机上的新技术都需要10年以上的验证、适航、取证。

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