摘 要：本文详细阐述了复合材料电搭接设计的两种方式，通过比较传统电搭接方式和改进的电搭接方式，得出能够满足良好电搭接要求的设计方案。

关键词：复合材料;电搭接设计

一、前言

复合材料是一种由高强度、高刚度增强材料铺设在基体中所構成的新型材料，具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性等一系列优点。目前，先进的复合材料的发展和应用已经引起了飞机设计上的重大技术变革。在波音新式的B787“梦幻”飞机上，复合材料的用量已经超过机体重量的50%。随着复合材料在飞机上用量的日益增加，其重要性也越来越突出。由于先进复合材料的可设计性及其在提高飞机性能上的巨大潜力，复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少几乎已经成为衡量当代飞机先进性的一个重要标志。

然而复合材料与传统的金属材料相比，在电性能方面存在很大的区别。例如，复合材料的导电率范围广泛：芳纶纤维/环氧树脂复合材料的导电率几乎为零，而碳纤维/环氧树脂复合材料的导电率接近金属材料。复合材料电性能的局限性直接影响着其在飞机上的扩大应用。所以在研究先进复合材料应用的同时，更应注重对复合材料电性能的研究，在提高复合材料结构件的电性能方面建立合适的设计方案。本文列举了几种复合材料电搭接设计技术在某直升机上的应用，与金属材料的电搭接进行比较，分析了其可行性。

二、复合材料电搭接简介

飞机的电搭接是指飞机的所有金属件、组合件、部件相互之间以及机载设备、各个系统、附件和基本结构之间形成专门、完整的电连接，以确保它们之间成为低电阻的、可靠的电同一体。电搭接的重要作用是防止飞机系统内部、飞机系统之间产生电磁干扰。而对于雷达罩这样最容易受雷电影响的复合材料结构件来说，良好的电搭接是避免雷电击穿的先决条件。同时，复合材料因为导电性能差，在结构件的表面会沉积大量静电。静电形成的电磁场与机载设备耦合，会对飞机的效能产生影响，甚至损坏机载设备。所以对于如整流罩这样的大型复合材料结构件，良好的电搭接设计尤为重要。

复合材料因为导电性能差并且各向异性，搭接区域的电阻往往会很大。这不仅影响到电磁屏蔽效能，并且会减小各种工作电流。所以设法降低复合材料结构件和金属件之间的搭接电阻意义重大。

三、复合材料电搭接设计应用

常见的减小搭接电阻的方法有：

1）在结构件表面喷涂导电金属防护层;

2）对于自身电阻率低的金属件，清理打磨接触面，达到良好的电接触。并在搭接区域外面涂抹防水密封剂，防止接头金属部分被氧化和腐蚀;

3）用机械连接代替胶结连接，如螺栓连接;

4）对于机械连接，适当增加金属紧固件量，增加导电截面面积;

5）电接触面积越大，电阻越小。

综合以上方法对复合材料的电搭接方式进行设计，较简便直接的电搭接方式为在复合材料结构表面喷涂导电介质，实现表面导通。

（一）复合材料表面喷涂导电介质

复合材料结构导电性能差，为满足简单的电搭接要求，在结构表面喷涂一层导电介质，如银漆，以实现与其他结构之间的电搭接。

（1）复合材料与金属材料之间电搭接

a） 复合材料结构与金属结构可直接接触时，在复合材料结构表面喷涂导电层，并在金属结构上与复材件接触区域去掉表面防护漆，如图1所示，实现接触导电。

b） 当复合材料结构与金属结构无法通过直接接触导电时，可通过螺栓进行导通。如图2所示，螺栓帽与复合材料表面导电层接触，螺母与金属结构直接接触（金属结构与螺母接触区域去漆处理），通过螺栓与螺母的连接实现电搭接。

（二）复合材料与复合材料之间电搭接

a） 复合材料结构之间直接接触时，在复合材料结构表面喷涂导电层，如图3所示，实现接触导电。

b） 当复合材料结构之间无法通过直接接触导电时，可通过螺栓连接进行导通，如图4所示。螺栓帽与螺母分别与复合材料表面导电层接触，通过螺栓与螺母的连接实现电搭接。

复合材料结构表面喷涂导电介质，该方案容易实施，操作简便，只需在复合材料结构成型后喷涂导电漆即可。但是导电涂层材料成本较高，如银漆，且容易氧化;喷涂操作差异较大，容易受喷涂质量的影响，导电性能不稳定;使用周期短，导电层容易脱落，造成电搭接失效。所以此种复合材料电搭接设计在使用范围上有很大的局限性，在重要电搭接部位不宜使用，以免因电搭接失效造成事故。

通过整合分析改进，利用复合材料结构铺层多的特点，将导电层从复合材料外表面移入复合材料内部，提出新的电搭接设计方案——在复合材料铺层间铺设导电层。

（二）复合材料铺层间铺设导电层

复合材料结构一般由4层以上纤维铺层固化而成，为实现良好的导电性能，可在铺层第二层铺设一层导电层，如铝网、铜网等，然后在需要进行电搭接的区域局部去掉第一层铺层的纤维材料，露出导电层，并可在局部适当增加金属片，以增加电接触面积，达到良好的导电效果。

（1）复合材料与金属材料之间电搭接

a）复合材料结构与金属结构可直接接触时，在复合材料结构铺层第二层加铺导电层，并在外侧用导电胶粘接U型金属片，首层纤维铺层局部打磨，使金属片与导电层接触。在金属结构上与复材件接触区域去掉表面防护漆，实现接触导电，如图5所示。

b）复合材料结构与金属结构无法通过直接接触导电时，在复合材料结构铺层第二层加铺导电层，并在安装螺栓区域用导电胶粘接金属片，首层纤维铺层局部打磨，使金属片与导电层接触。在金属结构上与螺母接触区域去掉表面防护漆，通过螺栓和螺母的连接实现接触导电，如图6所示。

（2）复合材料与复合材料之间电搭接

a）复合材料结构之间可直接接触时，在上部复合材料使用粘接U型金属片结构，下部复材使用局部粘接条形金属片结构，使两种复材结构通过金属片的接触实现电搭接，如图7所示。

b）复合材料结构之间无法通过直接接触导电时，可在上部复合材料结构安装螺栓一侧粘接金属片，下部复合材料结构安装螺母一侧粘接金属片，两种复材结构成对称形式安装，如图8所示，通过螺栓与螺母的连接实现接触导电。

四、总结

通过对传统复合材料结构电搭接设计的改进，将导电层（如铜网等）铺设在复合材料铺层内部，避免了导电层的氧化、脱落等不稳定因素的影响，并在局部搭接区域粘接金属片，增大导电面积，保证良好的导电效果。该方案实施过程较为复杂，需要将铜网等导电层按照适当的铺层顺序与纤维铺层一起铺设与固化，同时固化过程中需保证粘接金属片位置正确无偏移。但是此种设计方案导电性能稳定，且与喷涂银漆相比成本较低，使用周期较长，可广泛用于防雷击、防静电的复材结构。

参考文献：

[1]臧家左，石鑫，雷虹.飞机复合材料搭接结构导电性研究[J].安全与电磁兼容，2012（4）：67-69.

[2]中航工业第三O一研究所.HB 7695-2001 军用飞机复合材料电搭接技术要求[S].北京：国防工业出版社，2001.

[3]王天顺.复合材料电搭接分析[J]. 飞机设计， 2001， （3）：55-60.

作者简介：

王佼（1986-）女，汉族，河北省张家口市，研究方向：复合材料，机械工程。