防雷器與您分享碳纖維葉片的防雷電保護(hù)設(shè)計(jì)方案。
由于相對(duì)于玻璃纖維葉片來(lái)說(shuō)，碳纖維葉片是導(dǎo)體，所以對(duì)碳纖維葉片進(jìn)行防雷電保護(hù)比對(duì)純玻璃纖維葉片進(jìn)行保護(hù)要復(fù)雜得多。這些技術(shù)挑戰(zhàn)簡(jiǎn)短綜述如下：
A材料本身特性
雷電襲擊對(duì)玻璃纖維葉片的破壞往往是在葉片的前后緣，但是對(duì)于沒(méi)有任何保護(hù)措施的碳纖維葉片來(lái)說(shuō)，破壞部位往往是承受負(fù)載的主要層面上，因?yàn)檫@些部位是導(dǎo)體碳的部位。LM公司對(duì)碳纖維葉片樣本進(jìn)行的高壓沖擊實(shí)驗(yàn)表明雖然碳纖維是傳統(tǒng)意義上的半導(dǎo)體材料（因此電阻是金屬的許多倍），但是被雷電擊中的頻率與實(shí)際的雷電接受器一樣。閃電的頭部與彩色長(zhǎng)帶在兩種材質(zhì)中的傳播速度一樣。因此技術(shù)上的困難是確保彩色長(zhǎng)帶與閃電頭部從風(fēng)機(jī)葉片易遭受閃電襲擊的部位迅速傳播開(kāi)，與此同時(shí)，應(yīng)該防止閃電彩色長(zhǎng)帶與頭部在最不希望遭受閃電襲擊的部位形成，例如，碳纖維層，由于一些現(xiàn)實(shí)的因素這些碳纖維層不能被設(shè)計(jì)成具有抗閃電電流襲擊的特性。即使一個(gè)中等強(qiáng)度的直接擊中碳纖維主層的閃電也會(huì)導(dǎo)致葉片嚴(yán)重的破壞。
由上圖知，沒(méi)有安裝分流器的主碳纖維層的前緣比接受器更容易受到閃電襲擊
B：內(nèi)部飛弧
對(duì)于碳纖維與金屬組成的導(dǎo)體，需要特別關(guān)注電壓差的問(wèn)題，否則，由于碳纖維和金屬的自感應(yīng)系數(shù)不同，當(dāng)閃電電流以較高頻率沿著葉片傳播時(shí)，電火花會(huì)在導(dǎo)體的不同材質(zhì)之間移動(dòng)。一段時(shí)間后，在葉片內(nèi)部形成的大火花，可以使葉片碳纖維材料炭化，給葉片造成嚴(yán)重的破壞，最嚴(yán)重的可以使葉片發(fā)生火災(zāi)。
C：電流傳導(dǎo)
LM公司高強(qiáng)度電流實(shí)驗(yàn)表明單獨(dú)使用碳纖維層傳導(dǎo)閃電引起的葉片內(nèi)的電流是不行的。碳纖維層不能吸收一級(jí)閃電（電流=200 kA，特殊能量=10 MJ/ohm）襲擊帶來(lái)的特殊能量，否則將導(dǎo)致對(duì)葉片嚴(yán)重的破壞。同時(shí)，碳纖維層也不能傳導(dǎo)閃電的能量，否則將導(dǎo)致葉片起火。
符合IEC 61312附錄C標(biāo)準(zhǔn)，217 kA, 3.28MJ/ohm。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是在葉片主碳層上形成了一個(gè)大洞，在真實(shí)情況下，這足以導(dǎo)致葉片不能使用。
但是這是在沖擊發(fā)生后用10-15秒的紅外照相機(jī)拍攝到的照片；溫度等級(jí)圖表明洞周?chē)牟糠譁囟纫呀?jīng)超過(guò)153°C，洞中間的碳纖維仍舊在燃燒。
四、LM DiverterStrip的背景
LM 61.5 P發(fā)展的初期階段，葉片結(jié)構(gòu)中有碳纖維主層。LM公司致力于設(shè)計(jì)一種低維修的帶有閃電保護(hù)系統(tǒng)的葉片，這就意味著用于保護(hù)碳纖維的常見(jiàn)的方法不適用于這種目的，需要開(kāi)發(fā)一種全新的概念，把新的以及已經(jīng)熟悉的閃電保護(hù)方法整和進(jìn)風(fēng)機(jī)葉片的制造。因此，從制造LM 61.5 P碳纖維葉片的開(kāi)始，閃電保護(hù)系統(tǒng)就是開(kāi)發(fā)LM 61.5 P碳纖維葉片工作的一部分。
開(kāi)發(fā)LM 61.5 P碳纖維葉片工作的困難之一是提高接受器捕捉閃電的能力，因此可以避免如圖3所示的對(duì)半導(dǎo)體碳纖維的破壞性的襲擊。在這方面，LM公司工程師受到了用于航空的分流器帶的啟發(fā)。分流器帶已經(jīng)在航空器上使用數(shù)年，用來(lái)保護(hù)安裝在航空器上的雷達(dá)天線屏蔽器裝置。這種雷達(dá)天線屏蔽器用玻璃纖維制成，確保來(lái)自于雷達(dá)的數(shù)字信號(hào)可以不受阻礙的穿過(guò)材質(zhì)。當(dāng)雷達(dá)天線屏蔽器同時(shí)安裝有控制飛行器的關(guān)鍵儀器時(shí)，保護(hù)這一部分免遭雷電襲擊就顯得格外重要。由于用于航空器上的分流器帶在遭受雷電襲擊一兩次后就將被替換掉，所以用于航空器上的分流器帶如果用于風(fēng)電機(jī)組需要做一些改進(jìn)。因此有必要開(kāi)發(fā)一種用于風(fēng)電機(jī)組葉片的全新分離器帶。
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