автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование воздействия молнии на проводящие композиционные материалы и разработрка методов повышения их молниестойкости

ПСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИШТИТУТ ,

Еа правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. N

ГУЩИН Игорь Ардадьенович

исследование воздействия юлш на проводщие коьшзщионше материалы и разработка методов шшшш их шлниестойкостй

Специальность 05.14.12 "Техника высоких иапрятакий"

I

АВТОРЕФЕРАТ ;

!

Диссэртации на соискание ученой стаггепи |

кандидата технически! наук

МОСКВА - 1992

Работа выполнена в кусковском ордена Лэнина к орден Октябрьской Революции энергетическом институте

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент АвруцкиЯ а А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор С. К. Камзолов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЕЕ Жуков

Ведущее предприятие:. НФ "ВШГ

Защита диссертации состоится "2Ц" ЮЗЕ г.

а аудитории Ъ'5 в /0 час. 00 мин на заседании специадиэлровааного совета К. 053.18.07 Московского энергетического института

Адрес института: 105886, ГСП,' Москва, Е-2БО, Красно-кааармвнкш уг., дои 14, Совет МЭН.

С диссертацией иожио ознакомиться в библиотека ИЖ Автореферат разослан "¡у." 1092 г.

Учений секретарь специализированного совета

К 063. 16. 07 —-

к. т. в., с. н.с. т. а Тарасова

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Наиболее эффективным способом повышения ктико-технических характеристик летательных аппаратов явдявтсв ихение их массы. По этой причине происходит интенсивная замевд таллических материалов на Солее легкие и достаточно прочные па-мерные композиционные материалы (ГОШ). ОЗьем кспольауемых в сов-менных. конструкциях летательных аппаратов таких материалов сос-.вляет 20 X и по прогнозам в Олижайаке 10 лет будет увеличен до 2. Однако по мере внедрения композиционных материалов в авиацию здушные суда становятся более подвержены воздействиям молнии и лучают Солее значительные повреждения, чем цельнометаллические нструкции. Это вызывает снимание безопасности полетов. Поэтому является насущная необходимость супрственного повышения молние-ойкости элементов конструкции из ГШ.

При использовании ГКМ в случае воздействия молнии появляется |д особенностей, которые не свойственны металлическим монструкци-1 К ним относятся: электрические пробои ПКЫ, гааоввделение и потение высоких внутренних давлений, ударные волны, иное воздей-•вие электромагнитного излучения на бортовые цепи оборудования, •о приводит к более частым выходам из строя электронного и алект->технического оборудования, отказам двигателя и к значительному шреждению элементов конструкции.

Для решения проблем мэлниезащиты в рамках международного со-гудничества реализуптся программы прикладных исследований, в но-|рых наряду с изучением последствий поражения молнией летательных шаратов проводятся работы по создании надежных средств защита

Механизмы разрушения ПКЫ существенно различаются для проводя-IX и диэлектрических материалов, как неодинаковы и методы иссле-(вания их свойств и способов повышения молниестойкости. В настояв время ощущается недостаток в теоретическом анализе процесса крушения композиционных материалов при воздействии молнии и в югноэирования результатов воздействия. Литературые данные о па-метрах, от которых зависит процесс разрушения проводящих компо-[ционных материалов, противоречивы и не пригодны для оценки их >лниестойкости. Это усложняет выбор способов повышения молние-■ойкости изделий, в которых применены такие материалы. Поэтому

исследование воздействия молнии на проводящие композиционные мате риалы, процессов их разрушения и разработка методов повышения мол «нестойкости изделий, в которых испольауются такие материалы, яв .гнется актуальным.

Цель и задачи работа, Целью работы является проведение иссде дований воздействия молнии на проводящие композиционные материал и разработка методов повышения молииестойюэсти изделий иа этих ма териалов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение сладу вдих задач:

- проведение анализа последствий поражения молнией или радря дом, имитирующим её в лабораторных условиях, изделий из лроводяци композиционных материалов;

- разработка методики исследований электропроводящих свойст] и удельных энергий разрушения проводящих композиционных материаш; .три воздействии больших импульсных токов;

- выдвижение гипотез и создание аналитической модели процесс; разрушения этих материалов;

- разработка методов прогнозирования возможных последствш воздействия модник на проаодявде композиционные материалы;

- разработка принципов и критериев создания средств молниеза-

ЩИТЫ;

- разработка перспективных средств молниезащиты и экспериментальная проверка их эффективности.

Научная новизна:

- разработана аналитическая модель процесса разрушения изделий из проводящих ПКМ при воздействии молнии на основе анализа рас текания тока и выделения энергии в анизотропно-проводящей среде;

- экспериментально найдены и исследованы параметры, определяющие процесс разрушения проводящих композиционных материалов пр» воздействии больших импульсных токов, характерных для молнии;

- разработан метод прогнозирования результатов воздействия молнии и молниесгойкости проводяшях ПКЫ, позволяющий целенаправленно проводить поиск эффективных средств молниезащиты;

- разработаны принципы создания и критерии определения эффективности средств защиты.

Практическая ценность и внедрение:

- предложенная модель процесса разрушения различных типов зоводящпс ПКМ позволяет прогнозировать степень их разрушения при идичних параметрах молнии и производить обоснованный выбор конс-эукционного материала;

- разработанные принципы и критерии создания средств молние-шиты позволяют целенаправленно вести их поиск и снизить затраты 1 дорогостоящие экспериментальные исследования;

- разработанный экспериментальный стенд и методика исследова-1й позволяют определять электропроводящие свойства и удельные шргии разрушения проводящих ШШ при больших импульсных токах и сспериментально подтверждать их молниестойкостъ.

Результаты диссертационной работы внедрены в НПО " ВИАЫ" и в 1ганрогском научно-техническом авиационном комплексе имени М. Бериева при разработке молниезапцггного покрытия для изделий из 'лепластика. Практическая реализация результатов работы позволяет юводить оценку эффективности средств молнкезащиты на стадии гаструктореких разработок летательных аппаратов.

На ващату выносятся:

- аналитическая модель процесса разрушения проводящих гсоыпо-щионных материалов при воздействии молнии для прогнозирования ¡змояиых последствий ее воздействия на изделия иа этих материа-)в;

- результаты исследований электропроводящих свойств и удель-вс энергий разрушения проводящих ШШ при больших импульсных то-IX;

- принципы и критерии создания средств молниезащиты.

Результаты, полученные в диссертационной работе, докладьва-

гсь и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры Техники электрофизики высоких напряжений МЭИ (1990-1992), на технических ¡минарах в НПО "ВйА)1"( 1990-1992), научно-технической конференции Чувашском госуниверситете им. И. Н. Ульянова (ЧзСогесары, 1990), на Международной конференции по молниезащиге (Берлин, 1992).

Публикации. По теш диссертационной работы опубликованы Зленные работы, выпущено 2 научно-исследовательских отчета

Обьеы и структура работы. Диссертация оСьеиом 170 страниц устоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы

(147 наименовали), приложений и содержит 145 страниц основно! текста, 37 рисунков, 11 таблиц.

СОДОТ1АНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулировш цель, вадачи и методы исследований, приведены пути реализации пос тавленной цели.

Первая глава посвящена анализу современного состояния иссде дований воздействия молнии на полимерные композиционные материал!

Проведенный анализ литературных данных позволил установи сдедуодэе.

Воздействие молнии на изделия из ШШ существенно отличаете от воздействия на металлические конструкции и приводит к боле сильным разрушениям. При поражении молнией изделий из ПКМ наиболг лие разрушения вызывается импульсной составляй^ тока молнии, ие постоянной.

Представленные в литературе данные по параметрам, от которь вависит процесс разрушения проводящих композиционных материалов весьма ограничены и противоречивы, а большинство иа них получен при малых плотностях токов, не соответствующих реальным в условия воздействия молнии. Недостаток сведений по этим параметрам ие поа воляет получить исходные данные для анализа процесса разругай?, проводящих ШШ и достоверно прогнозировать результаты воздействи на них молнии.

Испытания реальных конструкций из дорогостоящих ПКЫ на воз действие молнии с целью получения параметров, определяющих процес разрушения при больших импульсных токах, требуют сложного лаборв торного оснащения и больших затрат времени. Для экономил средст целесообразно использовать методики исследований, позволяющих пс лучить требуемые параметры на образцах сравнительно небольших раа меров при плотностях тока, близких к реальным при воздействии мол нии. Такие условия могут быть созданы в достаточно простых п исполнению генераторах импульсных Токов.

Отсутствие в литературе аналитических моделей процесса разру шения проводящих ПКЫ при воздействии молнии затрудняет прогнозирс вание результатов воздействий и разработку мер по повышению молн»

ойкости изделий из этих материалов.

Известные из литературы средства защиты изделий иэ ПКМ приме-¡мы лишь к конкретным конструкционным агрегатам из материалов с вестньми свойствами и на всегда эффективны для других видов ком-аиционных материалов и конструкций. Появление новых видов ПШ, есточение требований к их молниестойкости, требухи проведения полнительных теоретических и экспериментальных исследований для лее целенаправленного поиска новых средств молниезащиты и модние-ойких материалов.

Во второй главе приводятся результаты исследований электро-оводяиих свойств и удельных энергий разрушения проводящих компо-ционных материалов. В работе использован расчетно-зксперимен-льный метод исследований.

Для исследования электропроводящих свойств был создай генера-р импульсных токов в совокупности с измерительными устройствами, нератором тока служила конденсаторная батарея высокого напряжэ-я, в разрядную цепь которой включался исследуемый образец. В ка-стве измерительных устройств использовались шуит для измерения зрядного тога и омический делитель напряжения для измерения нал-жвния на образце, сигналы с которых поступали на вход осциллог-фов.

Импульс тока имел форму, близкую к форме нормированного капитального импульса. !2аксишлыше значения токов, проходящих черва разец, достигали 50 кА, а плотности тока до 5 кЛ/мъ£ Исследоваг сь образцы из углепластика различных типов, специально иаготоз-нные НПО "ВИАМ" по стандартной технологии.

Анализ последствий воэдействия моляш на поверхность утлэ-астика и окончательная проверка его молниестойкости с разработал-й залитой проводилась на установке ГИТ-200, позволяющей получать зряд с нормированными параметрами тока. Разруиэние образцов про-яяэтся в виде расслоений, раскзпдеиий я Еыбросов материала. Раз-ры зона разрушений могут достигать десятков сантиметров.

Измерения удельного сопротивления проводилось в зависимости плотности тока и введенной удельной энергии. Исследовалось алане на удельное сопротивление направления прохождения тога, пара-гров слоистого материала (способа укладки волокон в слоях, числа эев композиционного материала, вида сЕяаутаззго и наполнителя).

В результате проведенных экспериментов было установлено еле-

душее:

- удельное сопротивление слабо зависит от введенной удельно» эиергии. Оно уменьшается с увеличением плотности тока в образце;

- проводящие свойства углепластиков обладают сильной анизотропией. Сопротивление углепластика при протекании тока попереи слоев в 10?. .1С? раз превышает продольное сопротивление.

Результаты исследований электропроводящих свойств углепластика показали, что удельное сопротивление однонаправленных волокон -3

составляет (1...2) 10 Ом-см. При расположении волокон под углом 4

-3 о

оно леяит в диапазоне (2. ..4) 10 Ом-см, а под углом 90 составляет -з

(1,5. ..3) 10 Ом < см. Удельное сопротивление при прохождении тока

поперек слоев изменяется в диапазоне 10... 100 Ом-см.

При исследовании процессов раарутения было установлено, что

определяющим является интех'рал квадрата тока по времени (действие)

или введенная удельная энергия. Эксперименты показали, что при

з

критической энергии 1200 Дж/ем наблюдается расслоение углепластика (отрыв слоев друг от друга). При дальнейшем увеличении введенной удельной энергии до 2000 Дж/см3 происходит разрыв волокон в слоях (разрушение углеродного наполнителя).

Эти данные Оыли использованы в качестве исходных для построения моделей разрушения проводящих композиционных материалов.

Третья глава посвящена результатам теоретического исследования процессов разрушения проводящих ПКЫ при воздействии молнии.

В основу аналитической модели раэрувения углепластика положено предположение о том. что при протекании больших импульсных токов происходит быстрый нагрев углепластика, деструкция связующего и появление внутреннего давления. Это давление ведет к расслоению материала и последующему разрушению углеродного наполнителя.

Поскольку электропроводящие свойства углепластиков, как было установлено, обладают анизотропией, потребовалось проведение анализа ее влияния на растекание тока в радиальном и поперечном направлениях от канала разряда.

Анализ проводился двумя методами: аналитическим, который предполагает, что среда сплошная и обладает анизотропией проводящих свойств и численным методом, который учитывает слоистуш структуру материала.

Для расчета растекания тока в модели сплошной среды рассмотрена конечная по протяженности пластина из углепластика, в которую

текает тон. Рассмотрен случай равномерного распределения в преде -ах .окружности плотности тока и неучета влияния скин-эффекта (при арактерних частотах тока молнии и толщинах углепластика, как по-ааали расчеты, скин-эффектом можно пренебречь,). Растекавшейся по ластине ток представлен в виде произведения двух функций, одна иа оторых зависит от координат, а другая от времени.

Для этой модели справедливы уравнения сплошной среда Связь эжду плотностью тока и напряженностью поля в анизотропно-проводя-нх средах дается симметричным тензором проводимости второго ран-з. Тогда уравнение Лапласа имеет граничные условия Неймана, выте-адио из непрерывности нормальной составляющей напряженности поля а границе раздела и непрерывности тока (равенства втекающего и втекающего токов). При указанных условиях было найдено точное <алитическое решение уравнения Лапласа методом Гринберга Это ре-?ние.включает в себя функции Бесселя и имеет следующий вид:

, Я - толщина и радиус пластины; 30, 31 - цилиндрические функции >сселя нулевого и первого порядков соотьетственно.

Аналогичным образом при тех же допущениях была решена задача расположением токовых электродов по разные стороны пластины сото друг с другом. В обоих случаях наряду с распределением плот-ютей токов по глубине было найдено сопротивление проходящему то-

Во второй модели учтена слоистая структура реального материа-I. Для учета слоистой структуры композиционного материала была 'пользована известная схема замещения углепластика в виде после->вательно-параллельных цепей сопротивлений в продольном и попе-чном направлениях. Каждая продольная цепь сопротивлений модели-ет еищютинление слоя. Поперечные сопротивления определяются нтактами мевду слоями. При анализе р;<епределения тока по слоям

-2

; сЬ 9>(Н-г) _ ЦО, М ±

(1)

г - радиус канала;

г.

использовалось решение методом контурных токов.

Исходная, система, затканная в матричной фэрме, имела ви МХ - В, где 11 - симметричная относительно главной диагонали ленточная матрица коэффициентов (при числе слоев 2 и. более матриц является 3-х и Б-и диагональной соответственно), X - неизвестны токи, 6 - столбец свободных членов.

1Ь найденным распределениям по слоям продольных и поперечны плотностей тока проводился анализ их растекания в зависимости о отношения удельных сопротивлений. Для примера на рис. 1(а) преде тавлены распределения радиальной плотности тока по глубине пяти мойной пластины при различных значениях отношения поперечного р и продольного рг удельных сопротивлений.

Для практических расчетов при определении степени разрушена материала было введено понятие эквивалентной глубины, в предела которой происходит выделение анергии. Она находится из равенств!

нергии VI, выделявшейся в эквивалентном слое толщиной 73 при мак симальной плотности тока (в первом слое) и суммарной энергии, вы делающейся во всех слоях, по которым протекает неравномерно распределенный ток: л«

где Ж1) - радиаяьныг

и поперечные плотности тока в первом и в любом i - ом слоях; 5" -толщина слоя.

Анализ численных расчетов позволил найти для эквивалентно! глубины аппроксимирующую функцию трех параметров (относительного радиуса числа слоев пел и отношения поперечного и продольно! удельных сопротивлений рг/рг):

здесь а1 » 1,06; Ы - 0,13; а2 - 0,07; Ь2 - О,Б; аЗ - 1,42; ЬЗ - -2,69.

На рис. 1 (б) для числа слоев пел - Б представлены реэультать расчетов величины 2э/& в зависимости от радиуса при различных отношениях рг/рг.

Совпадения результатов расчетов двумя независимыми методами

Распределение радиальной плотности тона по глубине для '"»'^(а) и изменение по радиусу относительной глубины экерговыделения <Г (б) при различных значениях Рг^г

I Ю4; 2 - 5-Ю3; 3 - 10я; 4 - 5'102; б - Ю1.

Рис. I

Разрушение графито-эпоксил.ных композитов

1 - сквозной разрушение и большие гто гтлотади гтовр^кления;

2 - повреждения в пределах 10 см; 3 - разрутгние наружных слоев; — - эксперимент;----расчет.

Рис. 2

(.инши/гаическии и численным) подтверждает правомерность выводов анализа. Кроме того, численный метод для дискретной слоистой структуры материала более экономичен и более приемлем для анализа степани разрушения материала под действием токов молнии.

Проведенный анализ процесса растекании тока от канала разряда в поперечном и продельном направлениях с учетом анизотропии проводящих свойств позволил установить следующее:

- ток растекается от канала разряда резко неравномерно и большая его часть проходит по первому слои композита;

- вблизи канала наблюдаются максимальные плотности тока;

- при расчете результирующей плотности тока вкладом поперечной составляющей можно пренебречь;

- для случая сильной анизотропии при отношениях удельных сопротивлений fiz/pr > 10 эквивалентная глубина стремится к толщине слоя, т.е. выделение энергии вблизи канала происходит только в первом слое;

- ь окрестности токоподвода практически равномерное раепреде ление тока па слоям достигается в диапазоне отношений удельных сопротивлений pz/fir 1... 100. Это позволяет рекомендовать в качестве одного из способов повышения молниестойкости материала уменьшение степа ни анизотропии.

В данной главе были рассмотрены модели разрушения проводящих композиционных материалов. В сплошной ср^де глубину и радиус разрушения проводящих IKM оценивают, построив иаоэнергетические кривые. Кривые, соответствующие критическим значениям VKpl и WKp2, при которых наступает расслоение и разрушение материала соответственно, будут определять возможную область разрушения материала. Построение изоэнергетических кривых позволяет определять начальные стадии разрушения. При рассмотрении более поздних стадий разрушения необходимо учитывать динамику процесса, т.е изменение состояния самого материала - изменение распределения растекания тока в процессе его разрушения.

Другая модель - послойное разрушение материала, при котором в первые моменты времени тик растекается по первому слою и наиболь-вее выделение энергии наблюдается вблизи канала разряда. После достижения выделившейся энергии критической величины WKp2 первый слой разрушается, канал начинает контактировать с двумя слоями, а плотность тока в первом слое уменьшается в 2 раза. После равруше-

ния второго слоя плотность тока снижается в раза по сравнению с первоначальной в парном слое и. т. д. Поел»3 разрушения всех слоев плотность тока будет одинакова * каждом слое.

Представленная схема послойного разрукття позволила прорести теоретический анализ процесса разрушения углепластика и определить основные характеристики разрушения: дейотри*» А, необходимое для послойного разрушения материгин, глубину разрушения гр и радиус расслоения г0 верхнего слоя углепластика. Эти Е.чрч.чения имеют вид:

г 2

Д _ 2 (.57'? г-6)-ПсЛ/кг ! л - р^

»2. т г г т , 2

(1сл- 1)

П ' Ом . . ' ' ^ -

[• I

.Рм

Г Д

.. Г Д'Рн

= М/,

(4) (Б) (6) (7)

V«

где рм - удельное сопротивление углепластика в максимуме тока 1м, пр -число разрушенных слоев.

В данной работе проводилось сравнение результатов анализа процессов растекания тока по углепластику с данными собственных экспериментов.

При анализе распределения токов по углепластику было получено выражение для сопротивления при прохождении тока вдоль и поперек слоев. с>га характеристика была определена экспериментально, Разница между результатами экспериментов и расчетов не превышала 152.

Для проверки соответствия расчетных выражений эксперименту были специально изготовлены образцы из углепластика типа КМУ-4Э. Для исключения протекания тока по торцам образца между слоями была проложена диэлектрическая пленка. При контактном способе подведения тока цилиндрические электроды располагались в средней части с двух сторон образца Один из электродов моделировал канал разряда молнии, а второй - конструкционный проводящий элемент под обшивкой.

При определении сопротивления при прохождении тока вдоль слоев использовались образцы, в которых для обеспечения равномерного распределения тока по слоям между ними по краям образца помещалась медная фольга.

Проводились сравнение результатов анализа процессов разрушения углепластика с известными ив литературы экспериментальными

данными. На рисунке 2 представлены экспериментальные гависимости действия, необходимого для разрушения углепластика, от числа слоев, а такай расчетные кривые.

Таким образом, разработанные модели процесса разрушения углепластика при воздействии молнии дают результаты расчетов, которые достаточно хорошо совпадают с экспериментом. Шлученные аналитические выражения для характеристик разрушения позволяют прогнозировать степень разрушения проводящих композиционных материалов, обоснованно проводить выбор конструкционного материала, а такие целенаправленно проводить разработку • эффективных средств молкиезащиты.

Четвертая глава посвящена разработке методов повышения молни-естойкости проводящих композиционных материалов. Рассмотрены ос-цовнис принципы, па которых строятся системы защиты от прямых воздействий молнии. Предложены конкретные рекомендации по повышению молниестойкости композитов.

Одним из путей повышения молниестойкосги графито-эпоксидных компоеиционкых материалов является уменьшение степени анизотропии проводящих свойств, которое приводит к более равномерному растеканию тока по слоям и снижению степени разрушения. Для повышения молниестойкости углепластика был разработан способ его армирования металлическими проводниками, который позволил значительно уменьшить удельное сопротивление поперек слоев. В результате проведенных расчетов были найдены параметры предложенной аащгги. Несмотря на хорошие весовые характеристики материала, следует отметить и недостатки предложенного способа защиты. Одним и» них является нарушение целостности самого материала, которое влияет на механические свойства угЛепластика.

Другим способом реализации молниэзащиты является применение различных проводящих порошков в связующем. Критерием эффективности модниоааздгш является отношение поперечного I! продольного удельных сопротивлений, которое, как показано вша, должно лежать в диапа-воно 1... 100.

Принципом молниеэащиты изделий из проводящих ПКЫ является отвод тока молнии по вацитным слоям, ■ имеющим високую проводимость. При ислольаоваши в качестве молниезащитного покрытия вин из утлево локон, образующих тканую структуру, ток молнии протекает по всему объему покрытия по внешним и внутренним переплетенным шинам. В

результате чего плотность тока снижается в 2 раза , а выделившаяся энергия - в 4 раза. Это энвчительно снитает локальное разрушение в местах контакта канала разряда с покрытием. Достоинством предложенного способа малниезапщты является то, что покрытие является составной частью композиционного материала. Однако такой способ достаточно трудоемок и низкотехнологичен при изготовлении.

Щзи использовании в качестве мэдниегавдганого покрытия металлизированных волокон их проводимость должна бить достаточно высока, чтобы шунтировать ток в защищаемом материале. Ток молнии в углепластике растекается таким образом, что большая его часть течет только по верхнему слою. Чтобы углепластик не разрушался, удельное энерговыделение должно быть вилэ критической величины №кр2, т.е. должно выполняться соотношение:

] С • <и Укр.2-(2Л-Гкм-6)/^у , ■8}

где ^- удельное сопротивление углепластика

Г5эи наличия "защитного покрытия ток в углепластике снижается и условие (8) приобретает вид:

[ т 2 л- >• (Рш +_Рм) ■ (9)

у. '

где рп.а. и _рп. у. - поверхностные сопротивления защитного слоя и углепастика соответственно.

Расчеты показали,• что молниеващятное покрытие будет снижать ток в углепластике по крайней мере на порядок, а выделившуюся энергию в 100 раз, если поверхностное сопротивление защитного слоя удовлетворяет соотношениюрп.э 4 0,02 Ом. Это и является условием молниеэащиданности. При выполнение этого условия следует ожидать нормального функционирования зашиты.

Приведенные принципы создания средств молниеаащиты позволяют рекомендовать для повышения молниестойкости изделий из углепластиков покрытия из никелированных углеволокон. Такие покрытия обладают низкими весовыми показателями, и в то зге время имеют весьма высокую поверхностную проводимость, достаточную для шунтирования тока в защищаемом изделии и снижения его до безопасной величина Ориентацию никелированных волокон на обшивке из углепластика рекомендуется выбирать так, чтобы обеспечить прохождение тока при разряде вдоль волокон металлизированного слоя на металлические зле-

менты конструкции.

На основе предложенных рекомендаций Оыли изготовлены опытные молниеотойкие образцы из углепластика типа 1ШУ-11Э. Для обоснования рекомендаций предварительно с использованием ранее упомянутой методики были проведены эксперименты по определению электропроводящих характеристик защиты.

Ка конечной стадии исследований проводились испытания на ыод-ниестойкость углепластика с защитой на установке ГИТ-200, разработанной в лаборатории молниеэащиты МЭИ, при нормированных импульсах разрядного тока, соответствующих зоне смещающегося разряда. Результаты испытаний показали достаточно высокую эффективность защиты.

Таким образом, при решении вопросов повышения молниестойкости изделий из проводящих композиционных материалов использование разработанных методов поаволяет проводить обоснованный выбор конструкционного материала и его характеристик на стадиях конструкторских разработок летательных аппаратов. Найденные аналитические выражения могут быть использованы при создании систем молниезащи-ты. Совпадение результатов теоретических и экспериментальных исследований поаволяет считать, что созданы принципы разработки средств молниеэащиты проводящих ГОШ. Это дает возможность определять требования к мэлниеэащите и создавать эффективные средства зашиты.

шведа

1. На основе анализа растекания тока и выделения энергии в анизотропно-проводящей среде разработана модель процесса разрушения изделий из проводящих композиционных материалов при воздействии молнии.

2. Получены аналитические вырадания для характеристик разрушения проводящих композиционных материалов, позволяющие прогнозировать степень их разрушения при воздействии молнии.

3. Разработана методика исследований электропроводящих

свойств и удельных энергий разрушения проводящих композиционных

»

материалов при болышх плотностях тока, характерных для реальных условий при воздействии молнии на летательные аппарата

4. Экспериментально найдены и исследованы параметры, опреде-

щщие процесс разрушения проводящих композиционных материалов при юздействии больших импульсных токов.

Б. разработаны принципы создания средств молниеващкти и критерии оценки ее эффективности.

В. Разработаны и внедрены эффективные средства мояииезашяты проводящих композиционных материалов и экспериментально подтверждена их работоспособность.

Основное содэрханж диссертация изложю в сждукщих работах:

1. Авруцкий RA.Бизяев A.C., Гущин И. А. и др. Защита углепластиков от воздействия токов молнии // 21 международная конференция по мояниеаашите. - Берлин. 1992. - С. 271-273.(на англ. яэ.)

2. Авруцкий Я А., Бизяев А. С., Гущин И. А. и др. Оптимизация сеточной молниезашиты изделий ка диэлектрических конструкционных материалов // Электричество. - 1992. - Ml, - с. 27-31.

■ а Авруцкий Е А., Бизяев А. С., Гущин Ii. А. и др. Моликезащета объектов с элементами из проводящих композиционных материалов // Сб. науч. трудов' вувов. - Чебоксары. 1991. - ДСП

Подпкс.но»^«» JQ___

иеч. Л. f /vP---—■ v " .гчу.мписннвя, 13.