飞行器的安全运行是确保航天事业的发展和进步的基础。然而飞行器飞行过程中,由于与空气中的冰晶粒子碰撞,发动机燃料燃烧等原因,其表面会积累静电荷,当表面静电荷积累到一定程度,且产生的场强达到周围介质的击穿阈值场强时,发生静电放电。静电放电可以直接在飞行器表面上产生高的感应电势,也会以辐射的形式通过孔缝耦合到飞行器内,影响飞行器的安全运行。因此研究飞行器的充放电机理对评估静电对飞行器的威胁并做出相应的电磁防护措施至关重要。本文通过理论分析、仿真建模的手段,围绕高空高速飞行静电效应机理展开研究。主要研究内容及成果如下:首先,基于冰晶的特点,改进了飞行器表面与冰晶的摩擦充电电流模型。该模型是以金属与介质摩擦机理为基础,再结合泊松电势方程解释摩擦后冰晶体内电荷分布来建立的,并利用现有的实验数据验证了该模型的有效性。进一步,将发动机看成一孤立导体,从分子动力学出发,结合粒子的麦克斯韦速度分布函数和镜像原理研究飞行器发动机的喷射起电机理,得到发动机在0.2ns内达到稳定的负电位-0.1624V的结论。其次,研究了飞行器尾翼等尖端部位的电晕放电和飞行器机体局部放电的机理,得到放电的阈值电压。根据飞行器的充放电机理,结合Q3D电磁仿真软件研究了静电平衡时飞行器的表面电荷分布并计算了飞行器的自电容值,给出了静电平衡时影响最大静电位的因素。最后,利用电磁仿真软件建立飞行器模型,分析了电晕放电时飞行器壳体内外电磁场分布情况。将电晕放电电流注入到飞行器尾翼,分析了在线缆的线型、长度、位置和飞行器机壳的完整性变化的不同情况下,电晕放电对飞行器内线缆中信号传输质量的影响,为飞行器静电防护的研究提供理论基础。