雷电流电弧对金属烧蚀机制与效应评价的基础研究

直击雷对金属接闪器电热联合耦合引起的电弧烧蚀对飞行器、避雷线、油气金属容器和接闪构件的安全构成严重威胁，研究雷电流电弧对金属烧蚀能量耦合机制与效应评价相关基础问题对于深入认识自然界长间隙雷电放电特性和正确评价金属接闪材料的耐雷性能具有重要的科学和工程意义。本项目将构建能连续模拟雷电大电流各分量的试验回路和多参数雷电电弧特性同步观测系统，同步观测雷电流各分量单独及组合作用时电弧的电压电流特性、光谱特性、温度分布、冲击声波、紫外成像和高速电弧图像动态特性，研究雷电流电弧的电气物理特性与相关影响因素的关系，研究雷电流波形及幅度、弧道长度、引弧电压、电极材料和形状对不同金属材料的烧蚀和能量耦合机制，分析雷电流电弧对金属烧蚀效应与电弧能量、放电电荷量、雷电流幅度、雷电流波形、弧根因素、环境温度、风速和淋雨等因素影响的关系，为研究自然界雷电放电特性、完善雷电流对金属烧蚀评价和试验方法提供理论基础。

研究雷电流电弧对金属烧蚀能量耦合机制与效应评价相关基础问题对于深入认识自然界长间隙雷电放电特性和正确评价金属接闪材料的耐雷性能具有重要的科学和工程意义。本项目开发了能连续模拟雷电流回击电流、中间电流、连续电流、续后回击电流四个分量的雷电流直接效应试验装置，建立了多参数雷电电弧特性同步观测系统，研究得到了雷电流电弧的电弧电压、弧阻抗、燃弧时间特性的定量数值和波形，发现了回击电流及弧阻抗波形突跳、接地方式影响电弧烧蚀图像移动、连续电流电弧移动及高压电极极性喷流现象等，高速摄影电弧图像揭示了雷电流电弧形态的动态特性，阐释了雷电流烧蚀图像形成机理。提出了电弧直径、膨胀速度、电弧面积等定量参数评价电极材料、极性、雷电流分量幅度、接闪材料、引弧材料等对电弧发生发展的影响，开展了雷电流电弧光谱、冲击声波、温度分布的观测，火箭引雷对雷电流及过电压的观测得到了感应过电压的脉冲串波形特征及定量数值，揭示了雷电流电弧电气物理特性的相关影响因素及烧蚀能量耦合机理，提出了板状金属材料和缆绳组件雷电流电弧性能试验方法并在行业得到应用。