美国威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开发了一种混合纤维增强聚合物复合材料，旨在保护飞机结构免受雷击。通过将不锈钢纱编织到碳纤维织物中，这种材料提供了散发电荷的导电通道，同时提供了传统金属箔保护系统的可悬垂替代品。

美国威斯康星州麦迪逊大学（University of Wisconsin-Madison）的一个团队开发了一种混合纤维增强聚合物复合材料，可以改善飞机结构对雷击的保护。该解决方案将不锈钢纱直接融入碳纤维织物中，创造出导电通道，帮助将电荷从雷击部位散开，并限制局部热量的积累。其纺织般的结构也使材料比传统的膨胀金属箔系统更容易适应复杂的几何形状。

图片来源:威斯康星大学麦迪逊分校

由土木与环境工程及机械工程副教授帕瓦纳·普拉巴卡尔（Pavana Prabhakar）领导的这项研究，旨在应对碳纤维增强聚合物（CFRP）在航空领域日益广泛应用所带来的挑战之一。虽然碳纤维复合材料具有高强度和低重量，但其相对较差的导电性在雷击时会导致显著的热积累和材料损坏。" 这些复合材料在导电方面表现不佳 ，"普拉巴卡尔解释道。" 当闪电击中这些表面时，由于散热不良导致热量过度积聚，可能会造成相当大的损害 " 她说。

为了改善电耗散，研究人员将不锈钢纱线编织到碳纤维织物中。保护系统由两层金属注入的编织层组成，垂直排列，为电荷提供了双向路径。作为牺牲层，它们位于复合结构的外表面附近，将电荷分布在更广的区域，其原理类似于基于织物的法拉第笼。

与传统的膨胀金属箔防雷系统不同，这种织物还被设计成覆盖在复杂形状上。这可能使其特别适用于新兴的先进空中交通工具，包括空中出租车，这些车辆的几何形状使传统的金属箔系统更难以应用。

模拟雷击显示材料损失减少

研究人员进行的测试表明，与非杂交复合材料样品相比，降解量显著减少。普拉巴卡尔说:“在一个测试案例中，我们只看到这种设计的重量减轻了0.03%。在没有杂交的情况下，研究人员记录的重量减重高达3%，特别是由于过度积累的热量。

在模拟雷击暴露后进行的弯曲测试也表明，混合材料保持了其结构完整性。研究人员表示，保护层可以在制造过程中融入复合材料结构，或粘附在现有飞机上，这可能使该技术用于改装和维修应用。

进一步的工作将评估这种材料的长期耐用性和对电镀腐蚀的敏感性。该团队还计划研究铜纱（其导电性高于不锈钢）以及镀金属的碳纤维。