航空线缆绝缘的老化特性研究

摘要

航空线缆是用于飞机输配电和信号控制线缆的总称。老化的航空线缆绝缘容易出现损伤并引发事故。合理评估航空线缆绝缘老化状态，以判断线缆老化受损状况是保证航空安全的关键问题。航空线缆绝缘老化状态的有效评估需要以大量的老化试验作为基础，本文即以航空线缆绝缘的老化试验为重点，研究在加速热老化和加速湿热老化条件下的航空电缆绝缘的性能变化规律。
　　航空线缆绝缘材料属于高分子聚合物，它面对的恶劣工作环境包括引擎附近的高温、几乎达到饱和的高湿度以及持续不断的强振动等，故需要考虑的老化因素主要为热、水和机械振动等。由于电压等级低，航空线缆的电老化不明显。高温使聚合物降解，水使聚合物发生水解反应，振动会使降解后出现微孔的绝缘内部缺陷增大。老化的结果表现在微观即分子链断裂和结晶度改变，表现在宏观即介电常数改变和绝缘变硬，发生缺陷破损。
　　本文首先对航空线缆的电场进行仿真分析，计算了航空线缆的等效电容。通过仿真线缆的场强分布，考察了水对绝缘的老化作用。与干燥空气相比，绝缘内部的水使场强畸变的更严重，所以更容易形成水树枝等缺陷，和电的作用结合起来使绝缘劣化。计算获得了绝缘相对介电常数与等效电容的关系，即绝缘相对介电常数的增大直接导致等效电容的增大。
　　随后设计并实施了航空线缆的加速老化试验。加速老化实验主要考虑热和湿度作为老化因素，选取高于绝缘材料正常使用范围的温度进行热老化，选取恒定的湿热环境进行湿热老化。老化后测量航空线缆的绝缘特性、等效电容和机械特性等参数。
　　对绝缘加速老化试验结果进行比较分析。老化前后的直流电阻没有明显变化规律，吸收比和极化指数有下降的趋势。绝缘等效电容随老化的进行而增大。对比了多种老化模型后，选取断裂伸长率作为老化特征参量，通过断裂伸长率与二级反应模型的结合推导获得试验温度下航空线缆的热老化寿命方程。最后将绝缘等效电容与断裂伸长率结合起来，二者呈现出线性关系。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 课题研究意义与目的

1．2 航空线缆绝缘老化研究现状

1．3 绝缘老化概述

1．4 本文研究内容

2 航空线缆绝缘老化机理

2．1 航空线缆绝缘材料

2．1．1 聚四氟乙烯

2．1．2 聚全氟乙炳烯

2．2 老化机理分析

2．2．1 热老化

2．2．2 水解老化

2．2．3 电老化

2．2．4 机械老化

2．3 本章小结

3 航空线缆电场仿真分析

3．1 仿真模型

3．2 电场仿真分析

3．2．1 完好绝缘的线缆场强分布

3．2．2 干燥绝缘裂缝的线缆场强分布

3．2．3 潮湿绝缘裂缝的线缆场强分布

3．3 线缆绝缘等效电容

3．4 本章小结

4 加速老化试验

4．1 加速老化试验方法

4．1．1 热老化试验

4．1．2 湿热老化试验

4．2 绝缘特性测量

4．3 等效电容测量

4．4 机械特性测量

4．5 本章小结

5 航空线缆老化试验结果分析

5．1 老化模型

5．1．1 电老化模型

5．1．2 热老化动力学模型

5．1．3 Weibull分布概率模型

5．1．4 其他模型

5．2 时温叠加原理

5．2．1 时温转换参数

5．2．2 活化能

5．3 老化试验结果分析

5．3．1 绝缘特性分析

5．3．2 等效电容分析

5．3．3 断裂伸长率分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢