摘 要：本文詳細闡述了復合材料電搭接設計的兩種方式，通過比較傳統(tǒng)電搭接方式和改進的電搭接方式，得出能夠滿足良好電搭接要求的設計方案。

關鍵詞：復合材料;電搭接設計

一、前言

復合材料是一種由高強度、高剛度增強材料鋪設在基體中所構成的新型材料，具有高比強度、高比模量、良好的抗疲勞性能和抗腐蝕性等一系列優(yōu)點。目前，先進的復合材料的發(fā)展和應用已經(jīng)引起了飛機設計上的重大技術變革。在波音新式的B787“夢幻”飛機上，復合材料的用量已經(jīng)超過機體重量的50%。隨著復合材料在飛機上用量的日益增加，其重要性也越來越突出。由于先進復合材料的可設計性及其在提高飛機性能上的巨大潛力，復合材料在飛機上應用的部位和用量的多少幾乎已經(jīng)成為衡量當代飛機先進性的一個重要標志。

然而復合材料與傳統(tǒng)的金屬材料相比，在電性能方面存在很大的區(qū)別。例如，復合材料的導電率范圍廣泛：芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的導電率幾乎為零，而碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的導電率接近金屬材料。復合材料電性能的局限性直接影響著其在飛機上的擴大應用。所以在研究先進復合材料應用的同時，更應注重對復合材料電性能的研究，在提高復合材料結構件的電性能方面建立合適的設計方案。本文列舉了幾種復合材料電搭接設計技術在某直升機上的應用，與金屬材料的電搭接進行比較，分析了其可行性。

二、復合材料電搭接簡介

飛機的電搭接是指飛機的所有金屬件、組合件、部件相互之間以及機載設備、各個系統(tǒng)、附件和基本結構之間形成專門、完整的電連接，以確保它們之間成為低電阻的、可靠的電同一體。電搭接的重要作用是防止飛機系統(tǒng)內(nèi)部、飛機系統(tǒng)之間產(chǎn)生電磁干擾。而對于雷達罩這樣最容易受雷電影響的復合材料結構件來說，良好的電搭接是避免雷電擊穿的先決條件。同時，復合材料因為導電性能差，在結構件的表面會沉積大量靜電。靜電形成的電磁場與機載設備耦合，會對飛機的效能產(chǎn)生影響，甚至損壞機載設備。所以對于如整流罩這樣的大型復合材料結構件，良好的電搭接設計尤為重要。

復合材料因為導電性能差并且各向異性，搭接區(qū)域的電阻往往會很大。這不僅影響到電磁屏蔽效能，并且會減小各種工作電流。所以設法降低復合材料結構件和金屬件之間的搭接電阻意義重大。

三、復合材料電搭接設計應用

常見的減小搭接電阻的方法有：

1）在結構件表面噴涂導電金屬防護層;

2）對于自身電阻率低的金屬件，清理打磨接觸面，達到良好的電接觸。并在搭接區(qū)域外面涂抹防水密封劑，防止接頭金屬部分被氧化和腐蝕;

3）用機械連接代替膠結連接，如螺栓連接;

4）對于機械連接，適當增加金屬緊固件量，增加導電截面面積;

5）電接觸面積越大，電阻越小。

綜合以上方法對復合材料的電搭接方式進行設計，較簡便直接的電搭接方式為在復合材料結構表面噴涂導電介質(zhì)，實現(xiàn)表面導通。

（一）復合材料表面噴涂導電介質(zhì)

復合材料結構導電性能差，為滿足簡單的電搭接要求，在結構表面噴涂一層導電介質(zhì)，如銀漆，以實現(xiàn)與其他結構之間的電搭接。

（1）復合材料與金屬材料之間電搭接

a） 復合材料結構與金屬結構可直接接觸時，在復合材料結構表面噴涂導電層，并在金屬結構上與復材件接觸區(qū)域去掉表面防護漆，如圖1所示，實現(xiàn)接觸導電。

b） 當復合材料結構與金屬結構無法通過直接接觸導電時，可通過螺栓進行導通。如圖2所示，螺栓帽與復合材料表面導電層接觸，螺母與金屬結構直接接觸（金屬結構與螺母接觸區(qū)域去漆處理），通過螺栓與螺母的連接實現(xiàn)電搭接。

（二）復合材料與復合材料之間電搭接

a） 復合材料結構之間直接接觸時，在復合材料結構表面噴涂導電層，如圖3所示，實現(xiàn)接觸導電。

b） 當復合材料結構之間無法通過直接接觸導電時，可通過螺栓連接進行導通，如圖4所示。螺栓帽與螺母分別與復合材料表面導電層接觸，通過螺栓與螺母的連接實現(xiàn)電搭接。

復合材料結構表面噴涂導電介質(zhì)，該方案容易實施，操作簡便，只需在復合材料結構成型后噴涂導電漆即可。但是導電涂層材料成本較高，如銀漆，且容易氧化;噴涂操作差異較大，容易受噴涂質(zhì)量的影響，導電性能不穩(wěn)定;使用周期短，導電層容易脫落，造成電搭接失效。所以此種復合材料電搭接設計在使用范圍上有很大的局限性，在重要電搭接部位不宜使用，以免因電搭接失效造成事故。

通過整合分析改進，利用復合材料結構鋪層多的特點，將導電層從復合材料外表面移入復合材料內(nèi)部，提出新的電搭接設計方案——在復合材料鋪層間鋪設導電層。

（二）復合材料鋪層間鋪設導電層

復合材料結構一般由4層以上纖維鋪層固化而成，為實現(xiàn)良好的導電性能，可在鋪層第二層鋪設一層導電層，如鋁網(wǎng)、銅網(wǎng)等，然后在需要進行電搭接的區(qū)域局部去掉第一層鋪層的纖維材料，露出導電層，并可在局部適當增加金屬片，以增加電接觸面積，達到良好的導電效果。

（1）復合材料與金屬材料之間電搭接

a）復合材料結構與金屬結構可直接接觸時，在復合材料結構鋪層第二層加鋪導電層，并在外側用導電膠粘接U型金屬片，首層纖維鋪層局部打磨，使金屬片與導電層接觸。在金屬結構上與復材件接觸區(qū)域去掉表面防護漆，實現(xiàn)接觸導電，如圖5所示。

b）復合材料結構與金屬結構無法通過直接接觸導電時，在復合材料結構鋪層第二層加鋪導電層，并在安裝螺栓區(qū)域用導電膠粘接金屬片，首層纖維鋪層局部打磨，使金屬片與導電層接觸。在金屬結構上與螺母接觸區(qū)域去掉表面防護漆，通過螺栓和螺母的連接實現(xiàn)接觸導電，如圖6所示。

（2）復合材料與復合材料之間電搭接

a）復合材料結構之間可直接接觸時，在上部復合材料使用粘接U型金屬片結構，下部復材使用局部粘接條形金屬片結構，使兩種復材結構通過金屬片的接觸實現(xiàn)電搭接，如圖7所示。

b）復合材料結構之間無法通過直接接觸導電時，可在上部復合材料結構安裝螺栓一側粘接金屬片，下部復合材料結構安裝螺母一側粘接金屬片，兩種復材結構成對稱形式安裝，如圖8所示，通過螺栓與螺母的連接實現(xiàn)接觸導電。

四、總結

通過對傳統(tǒng)復合材料結構電搭接設計的改進，將導電層（如銅網(wǎng)等）鋪設在復合材料鋪層內(nèi)部，避免了導電層的氧化、脫落等不穩(wěn)定因素的影響，并在局部搭接區(qū)域粘接金屬片，增大導電面積，保證良好的導電效果。該方案實施過程較為復雜，需要將銅網(wǎng)等導電層按照適當?shù)匿亴禹樞蚺c纖維鋪層一起鋪設與固化，同時固化過程中需保證粘接金屬片位置正確無偏移。但是此種設計方案導電性能穩(wěn)定，且與噴涂銀漆相比成本較低，使用周期較長，可廣泛用于防雷擊、防靜電的復材結構。

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作者簡介：

王佼（1986-）女，漢族，河北省張家口市，研究方向：復合材料，機械工程。