[实用新型]一种碳纤维复合材料的人工雷击损伤测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种材料测试领域实验装置，尤其涉及碳纤维增强树脂基复合材料的人工雷击损伤测试装置。

背景技术

随着航空制造技术的不断发展，无论军用飞机还是民用飞机都大量地使用了复合材料，尤其是高性能碳纤维复合材料，在“梦幻客机”波音787中复合材料用量更是高达50%。与传统金属材料相比，复合材料具有比强度和比模量高、密度低、可设计性强、抗疲劳性和耐腐蚀性好等性质，越来越多地被应用于航空航天工业中。

雷电是一种极具破坏力的自然现象。一般来说，1架飞机平均每3000飞行小时就有1次遭雷击的机会，尤其是在多雷雨地区。飞机遭受雷击的报道屡见不鲜。防雷是飞机研发和生产中必须考虑的重要因素之一。

为了提高飞机的综合性能，减少飞机重量，现代大型客机越来越多地使用了先进复合材料。复合材料构件的大量使用明显地提高了飞机的综合性能，但是复合材料的导电性和导热性比金属材料差，且呈现各向异性的特点，雷击过程中释放的电流不能及时通过放电刷消除，滞留在复合材料构件上的电荷有可能冲过绝缘间隙，冲向导体，产生火花，甚至接触油箱而燃烧爆炸，使得飞机遭遇雷击后造成事故的可能性增大，因此复合材料构件的雷击防护问题引起了人们的特别关注。为了提高飞机安全性，复合材料的人工雷击损伤测试成为了重要课题。任何新型复合材料在飞机上应用前都必须经过雷击测试，波音、空客等飞机制造商都有复杂的雷击模拟与测试设备。在“大型飞机”国家重大专项以及材料技术“结构功能复合化”发展趋势的大背景下，对碳纤维复合材料进行人工雷击损伤测试，有助于改善其导电导热性能，保证其在飞机上应用的安全性。

雷电是瞬间放电现象，电压极高（几十万伏），电流极大（几万安培），破坏作用强，实验室和飞机制造商通过高电压或高电流发生设备来人工模拟自然界的雷击过程，用来测试复合材料的抗雷击能力，以此改善材料性能。人工模拟材料遭受雷击过程需要两部分实验装置：人工雷电发生设备（例如，冲击电压发生器SJTU-3000kV）和试样测试装置。冲击电压发生器和冲击电流发生器可产生符合IEC60060-1、IEC61000-4-5、DL/T848.5-2004、GB/T311、GB/T16927.1-1997等标准的人工模拟雷电，用于材料和器件雷击测试。人工雷电会产生高电压或高电流，实验的危险性高、特殊性强，不能使用传统的固定和支撑机构、导电电路、绝缘防护机构、测试仪表等组成的测试装置。为了充分保障安全性，设计一种可靠、方便的碳纤维复合材料的人工雷击损伤测试装置显得十分必要。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供一种碳纤维复合材料的人工雷击损伤测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的碳纤维复合材料的人工雷击损伤测试装置，包括绝缘支架和引雷针，在绝缘支架的顶部设有上绝缘防护板、底部设有下绝缘防护板，在下绝缘防护板的上表面上设有导流板，所述的导流板接地，所述的引雷针的一端穿过上绝缘防护板，伸入到导流板的上方，所述的引雷针的另一端与人工雷电发生设备相连，且连接的电路上设有电流测量仪，所述的导流板与人工雷电发生设备相连，且连接的电路上设有电压测量仪。

所述的绝缘支架上设有可视窗口，与可视窗口相对应的位置设有CCD摄像机，且所述的CCD摄像机设于绝缘支架的外面。

所述的引雷针穿过上绝缘防护板的部分套有胶管。

所述的上绝缘防护板、下绝缘防护板的中心加工有通孔。

所述的导流板和引雷针均采用导电和导热性好的纯铜材料。

所述的胶管采用的是聚氨酯弹性体。

所述的上绝缘防护板、下绝缘防护板、绝缘支架，都采用高强度环氧树脂或酚醛树脂材料。

利用所述的装置进行人工雷击损伤测试的方法，包括如下步骤：

（1）准备试验装置

（1-1）将下绝缘防护板放置在实验台上，依次在下绝缘防护板上放置导流板和绝缘支架；

（1-2）将待测的复合材料试样放置在导流板的上表面中心，然后固定，并在复合材料试样中心按照设计间距放置好定距块；

（1-3）将胶管插入上绝缘防护板的中心通孔内，使两者紧密接触并可靠固定；

（1-4）将上绝缘防护板放置在绝缘支架上，调节上绝缘防护板的位置使胶管位于定距块的正上方；

（1-5）在胶管内自上而下插入引雷针，直到引雷针的尖端与定距块的上表面接触，固定引雷针，防止下滑或偏斜；

（1-6）连接导流板、引雷针、电流测量仪、电压测量仪和人工雷电发生设备之间的导线/接地线，放置好CCD摄像机；