运用在飞行器外表面的碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP),其表层通常会有一层雷击防护层,较为常见的如火焰喷涂铝和金属铜网。该雷击防护层的电导率远高于碳纤维材料本身,当雷击时,防护层代替碳纤维材料进行传导雷电流,从而保护导电率低下的碳纤维材料本身。不同的防护方式具有不同的防护特性,且对于重量的影响也不一样,一般金属网状结构比金属涂层重量更轻,两者的防护性能也存在一定差异。本文首先对一种相同铺层方向的铜网防护和无防护的碳纤维复合材料试验件注入非标准的低峰值脉冲电流,通过试验和仿真的方式对比分析电流注入下有防护、无防护碳纤维复合材料和金属铝板的电流分布情况。采用标准规定的飞机雷电2A区组合雷电流分量对无防护、火焰喷涂铝和金属铜网防护方式下的碳纤维复合材料进行雷击损伤试验,并根据损伤形貌特点和无损探伤结果进行分析。最后,通过COMSOL有限元仿真软件,建立电-热耦合分析模型,研究2A区组合分量注入下,不同防护方式下碳纤维复合材料的电流密度、温度场分布。主要结论如下:(1)当雷电流附着在无防护碳纤维复合材料层合板上时,表面的电流分布情况主要和最外层的碳纤维铺层方向有关,其电流密度呈沿着纤维铺层方向集中。当采用铜网防护后,碳纤维复合材料表面的电流分布相较于无防护时均匀,且流经厚度方向上的电流幅值也远小于无防护碳纤维复合材料。(2)在雷电2A区下,无防护碳纤维复合材料层合板损伤严重,表层损伤形状与表面纤维铺层方向相关。采用金属铜网和火焰喷涂铝均可以大量减少碳纤维复合材料雷击损伤,其中火焰喷涂铝防护层的损伤的形状近似呈圆形,而铜网的损伤则和铜网本身形状相似呈菱形。(3)仿真中,雷电2A区中,首先注入的雷电流D分量是造成碳纤维电热损伤的主要原因,后续B、C*分量产生的电热损伤较少。无防护碳纤维复合材料的各层损伤主要层合板的铺层决定,火焰喷涂铝和铜网的损伤形状与试验结果基本相似。火焰喷涂铝层越厚,对雷击的防护效果越好。