專利名稱：用于飛行器外部防護(hù)的環(huán)境穩(wěn)定的混合織物系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本上涉及飛行器外部涂層、層、表面和復(fù)合結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō) 說(shuō)，本發(fā)明涉及用于飛行器外部防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供耐腐蝕性、耐雨水侵 蝕性、環(huán)境耐用性、結(jié)構(gòu)性能以及電磁防護(hù)包括雷擊防護(hù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，為了防護(hù)雷擊，飛行器方法在機(jī)身金屬主體整體上包括低阻抗 路徑，以耗散電能。金屬化纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料沿著復(fù)合元件外表面使用，提 供介質(zhì)來(lái)快速耗散能量。其中一些目前的雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)，雖然適合用在航空 器和一些飛行器上，但是不適合用在頻繁使用的飛行器上。這是因?yàn)樯逃蔑w
行器經(jīng)受嚴(yán)酷且持續(xù)的壓力、濕度和溫度環(huán)境變化，以及受到與這些變化有 關(guān)的不同的成本和維護(hù)制約。
測(cè)試證明，在頻繁使用(high use)的商用飛行器操作條件下，特定的 雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)易于遭受基材微裂紋和面材裂紋，使得它們更容易被腐蝕和被 紫外線降解。微裂紋有時(shí)稱為"編織電傳(weave telegraphing )，，。編織電傳 指代(a)面材的視覺(jué)不規(guī)則性呈現(xiàn)表面的底層編織圖案的樣子；(b)所述 圖案在服務(wù)中變得更為突出；(c)以及形成基材和/或涂料面材裂紋并且擴(kuò) 展。所述微裂紋易于形成，歸因于重復(fù)且極端的溫度、濕度和壓力波動(dòng)。微 裂紋發(fā)生的原因在于許多因素，包括源于熱膨脹系數(shù)差異以及復(fù)合結(jié)構(gòu)中部 件之間交界粘結(jié)不良而導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力。
微裂紋可能延伸到可見(jiàn)的涂料層，這樣可能導(dǎo)致外觀老化且增加維護(hù)和 檢查時(shí)間和成本。增加維護(hù)諸如修補(bǔ)涂料，并不僅僅為了外觀，而且還指出 何時(shí)需要重新施加涂料來(lái)防止底層有機(jī)材料的紫外線降解。增加檢查不僅僅 為了監(jiān)測(cè)腐蝕，而且還用來(lái)保證微裂紋沒(méi)有對(duì)結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生不良影響。因 此，對(duì)于長(zhǎng)期用于商業(yè)環(huán)境來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)并不總是能節(jié)約成本。
一種雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)包括基材層、金屬網(wǎng)格屏蔽件和非結(jié)構(gòu)外膜，該外膜 可以用材料諸如玻璃或聚酯進(jìn)行加強(qiáng)。所述網(wǎng)格可以是通常膨脹的穿孔金屬件、金屬編織織物或無(wú)序襯墊。根據(jù)金屬和基材，額外的非結(jié)構(gòu)預(yù)浸漬層可
以用于電流隔離(galvanic isolation ),以避免基體基材和金屬網(wǎng)格之間的腐 蝕。雖然這種結(jié)構(gòu)提供了希望的雷擊防護(hù)性能，但是其沒(méi)有帶來(lái)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)， 并且通常包含多個(gè)非結(jié)構(gòu)層。因此，這種結(jié)構(gòu)本身耗費(fèi)勞動(dòng)力并且生產(chǎn)成本 較高。包裹所述網(wǎng)格以防止腐蝕并提供光滑表面所需的樹(shù)脂重量可能超過(guò)金 屬網(wǎng)格的重量，因此較重。而且，網(wǎng)格系統(tǒng)可能易于發(fā)生微裂紋。
另一種防護(hù)結(jié)構(gòu)方案是在復(fù)合材料上采用整體(solid)金屬件。這種結(jié) 構(gòu)也較重，而且在作為整體膜共同固結(jié)或者作為噴涂件施加到固結(jié)元件時(shí)， 難于處理到不帶生產(chǎn)缺陷，諸如空隙。噴涂處理諸如鋁焰噴涂，因要求航線 設(shè)施處具有通常不具備的合格人員以及設(shè)備而增加了復(fù)雜性。
因此，飛行器需要一種改進(jìn)的雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)，其不存在上述劣勢(shì)，并提 供耐腐蝕性、耐雨水侵蝕性、環(huán)境耐用性、結(jié)構(gòu)性能以及電磁防護(hù)包括希望 的雷擊防護(hù)特性。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)將具有載體的受載表面料結(jié)合(unite)到混合預(yù)浸漬基材，本發(fā)明 的一種實(shí)施例為飛行器提供了 一種形成外部表面防護(hù)層的方法。所述混合預(yù) 浸漬基材包括帶有集成導(dǎo)電部件的碳纖維，所述導(dǎo)電部件結(jié)合到基體基材。 所述受載表面料和所述混合預(yù)浸漬基材同時(shí)固結(jié)，包括交界粘結(jié)所述受載表 面料和所述混合預(yù)浸漬基材之間的材料。如果與基體基材共同固結(jié)，則可以 降低加工成本。
上述實(shí)施例的混合基材提供改進(jìn)的結(jié)構(gòu)耐用性以及電磁防護(hù)性。不會(huì)出 現(xiàn)與該混合基材有關(guān)的額外電磁防護(hù)成本，因?yàn)榉雷o(hù)能力集成到其結(jié)構(gòu)混合 預(yù)浸漬體中。
本發(fā)明的實(shí)施例提供若干優(yōu)勢(shì)。所述優(yōu)勢(shì)其中之一是在混合織物基材上 使用無(wú)機(jī)填料加載的表面料，它們?cè)诠探Y(jié)時(shí)摻雜。所述混合織物基材提供了 希望的雷電防護(hù)性，同時(shí)受載表面料和混合織物基材相結(jié)合，提供了希望的 結(jié)構(gòu)支撐性和環(huán)境防護(hù)性。使用受載表面料抑制了腐蝕和微裂紋兩者，因此 改善了耐久性。
本發(fā)明實(shí)施例提供的另 一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在于，將受載表面料均勻分布在混合預(yù) 浸漬基材表面上，并將所述表面料交界粘結(jié)到所述基材。具有載體和填料的所述表面料補(bǔ)償了因設(shè)計(jì)或工具特征導(dǎo)致的壓力差異，否則所述差異將促使
分區(qū)(mark-off)并導(dǎo)致表面料厚度變化較大。這有利于防止最終會(huì)導(dǎo)致微 裂紋和涂料裂紋的編織電傳。上述優(yōu)勢(shì)相結(jié)合提供了一種防護(hù)結(jié)構(gòu)，該防護(hù) 結(jié)構(gòu)能經(jīng)受合格測(cè)試以及頻繁使用的商用飛行器操作環(huán)境。
參照以下詳細(xì)說(shuō)明，結(jié)合附圖一起考慮，本發(fā)明本身，連同進(jìn)一步的目 標(biāo)和附帶的優(yōu)勢(shì)將得到最好的理解。
根據(jù)附圖以及附帶的權(quán)利要求書(shū)審視時(shí)，本發(fā)明其他特征、益處以及優(yōu) 勢(shì)將會(huì)從以下本發(fā)明的說(shuō)明中變得明顯。


為了更為全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在討論附圖中更為詳細(xì)圖示以及借助本
發(fā)明的示例在以下說(shuō)明的實(shí)施例，其中
圖l是飛行器透視圖，包含根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樣品外部織物防護(hù)系統(tǒng)；
圖2是圖1所示樣品外部織物防護(hù)系統(tǒng)的側(cè)視封閉截面圖；和
圖3是邏輯流程圖，圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外部織物防護(hù)結(jié)構(gòu)形成方法。
具體實(shí)施例方式
經(jīng)過(guò)測(cè)試，已經(jīng)確定高度使用的飛行器操作條件下，包含帶金屬導(dǎo)線的 碳纖維的雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)易于遭受基材微裂紋和面層裂紋，其中所述的金屬導(dǎo) 線設(shè)置在環(huán)氧樹(shù)脂中。本發(fā)明克服這種問(wèn)題，并在以下詳細(xì)說(shuō)明。雖然本發(fā) 明主要參照形成飛行器外部防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明可以應(yīng)用并適配 到各種應(yīng)用場(chǎng)合。本發(fā)明可以應(yīng)用到航空領(lǐng)域、電力領(lǐng)域、航海領(lǐng)域、鐵路 領(lǐng)域、自動(dòng)車輛領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域和商業(yè)與住房領(lǐng)域，這些場(chǎng)合希望具有耐用 的雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu)，其展現(xiàn)出最小限度編織電傳或不存在編織電傳，尤其是在 考慮重量或勞動(dòng)力成本的時(shí)候。另外，也考慮了其他各種實(shí)施例，它們具有 以下所述本發(fā)明特征的不同組合，具有除本文所述之外的特征，或者甚至缺 少一個(gè)或多個(gè)所述特征。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以以其他各種適當(dāng)方式 實(shí)施。
在以下說(shuō)明中，各種操作參數(shù)和部件說(shuō)明用于一種構(gòu)造實(shí)施例。所述具 體參數(shù)和部件作為示例包括在內(nèi)，且并不作為限制。另外，在以下說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)"部件"指代人工制品(artifact),該人工 制品是構(gòu)成復(fù)合整體的其中一個(gè)特定部分。部件可以指代可以從系統(tǒng)上分離 或可以連接到系統(tǒng)的元件，系統(tǒng)或組件的一部分，或本領(lǐng)域已知的其他元件。
此外，術(shù)語(yǔ)"表面"指代人工制品的外邊界，或組成或類似該邊界的材 料層。表面不僅可以包括材料外邊緣，而且可以包括材料最外側(cè)的部分或?qū)印?表面可以具有厚度，并包括各種顆粒。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1,示出了飛行器IO的透視圖，該飛行器包含本發(fā)明實(shí)施例 的樣品外部織物防護(hù)系統(tǒng)12。防護(hù)系統(tǒng)12提供布滿飛行器10外部14的結(jié) 構(gòu)支撐。防護(hù)系統(tǒng)12施加在飛行器元件上，諸如飛行器10機(jī)身16和尾部 或機(jī)翼18，用來(lái)防護(hù)雷擊并抵御其他環(huán)境條件。防護(hù)系統(tǒng)結(jié)合機(jī)身16可以 認(rèn)為是飛行器IO的主要支撐結(jié)構(gòu)。防護(hù)系統(tǒng)12包括多個(gè)層20，它們?cè)谝韵?詳細(xì)i兌明。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出了本發(fā)明實(shí)施例防護(hù)系統(tǒng)12的側(cè)視封閉截面圖。防 護(hù)系統(tǒng)12包括基體基材30。混合預(yù)浸漬織物基材32設(shè)置在基體基材30上 方并耦接到基體基材。受載表面料膜52設(shè)置在混合基材32上方并耦接到混 合基材。面材或面層36，諸如噴涂的表面料、銷孔填料、底漆料和涂料外涂 層，可以施加在受載表面料52上。盡管對(duì)于基體基材30、混合基材32和受 載表面料52每一個(gè)示出了特定的層數(shù)，但是可以采用任何層數(shù)。換句話說(shuō)， 雖然示出了一層涂料層、 一層受載表面料層、 一層混合預(yù)浸漬基材層和四個(gè) 基體基材層，但是各自可以使用任何數(shù)目。例如，額外的混合基材層可以用 來(lái)改善性能。
基體基材30可以是復(fù)合機(jī)構(gòu)，包括多個(gè)結(jié)構(gòu)支撐層38。結(jié)構(gòu)支撐層38 可以由碳纖維/環(huán)氧等形成，并呈帶材或織物形式。結(jié)構(gòu)支撐層38可以具有 各種安放角度。例如，每個(gè)相鄰層，諸如層40、 41和42,可以具有取向不 同的單向碳帶材，諸如0。、 +45。和90°，從而增加基體基材30的結(jié)構(gòu)性能以 及總體耐用性?；w基材30是飛行器元件的內(nèi)部部分。飛行器元件可以是 層壓件、夾層結(jié)構(gòu)或這兩者相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并由各種金屬或非金屬材料形成。 盡管在本發(fā)明所預(yù)想的一種實(shí)施例中，基體基材30施加到碳/環(huán)氧復(fù)合機(jī)身， 但是基體基材30也可以施加到本領(lǐng)域已知的各種材料形成的某些其他復(fù)合 或混合元件上。
混合基材32包括碳纖維44、以導(dǎo)線48形式集成到碳中的金屬、和環(huán)氧樹(shù)脂46。圖2示出了一條導(dǎo)線49周圍的樹(shù)脂富集區(qū)域47，但是實(shí)際上環(huán)氧 設(shè)置在整個(gè)混合基材32中?；旌匣?2可以呈現(xiàn)交織導(dǎo)線織物(IWWF ) 形式，如圖所示，或者類似形式。纖維44A示于混合基材32的碳拖帶(tow) 中，且垂直于導(dǎo)線48延伸。示出碳拖帶44B平行于導(dǎo)線48延伸。纖維44A 和碳拖帶44B—起形成IWWF53。雖然導(dǎo)線48示出沿著單個(gè)方向延伸，但 是它們也可以沿著其他方向延伸。
術(shù)語(yǔ)"IWWF"指代通常編織成平坦編織物的碳纖維，但是也可以使用 其他編織形式。平坦編織物的每條拖帶包含導(dǎo)電部件或?qū)Ь€，諸如其中一條 導(dǎo)線48。在所示實(shí)施例中，導(dǎo)線48具有直徑D約為0.004英寸的截面。 IWWF53不包括離散金屬屏蔽件，也不包括金屬編織物或具有延展的金屬箔 層的結(jié)構(gòu)。IWWF53是混合織物，帶有作為集成部件包含于其中的金屬導(dǎo)線。 IWWF53可以承受載荷，與包含金屬網(wǎng)格或箔片的更為常見(jiàn)的雷擊防護(hù)結(jié)構(gòu) 不同?？梢?吏用的示例IWWF是^Vashington， Tacoma, Toray Composites (America)生產(chǎn)的IWWF環(huán)氧預(yù)浸漬體FL6676G-37E，包含中等模量的高 強(qiáng)度碳纖維。IWWF53可以具有約112ksi的拉伸強(qiáng)度和10MSI的拉伸模量， 如果在碳重量約為50%-70%的基礎(chǔ)上，以30%-50%的環(huán)氧樹(shù)脂含量的IWWF 預(yù)浸漬體制造的話。另一種用來(lái)形成混合基材32的示例是將California, Dublin的Hexcel Corporation制造的AS-4碳纖維與California, Anaheim的 Cytec Engineered Materials Inc.制造的材料編號(hào)No. 977環(huán)氧相組合。
混合基材32中的纖維可以是各種碳類型。當(dāng)然，也可以使用其他纖維、 織物類型、金屬和樹(shù)脂等，只要它們具有類似于前述的特征即可。
混合基材32可以預(yù)浸漬，更常稱為"預(yù)浸漬體"，或可以是干混合織物 產(chǎn)品，帶有作為生產(chǎn)過(guò)程的一部分諸如樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模制或樹(shù)脂注入而添加的環(huán) 氧樹(shù)脂。干混合織物產(chǎn)品的一種示例是HexcelCorporation生產(chǎn)的AS-4碳纖 維。混合織物基材主要是耦接到基體基材的碳織物，帶有百分比較小的金屬 或其他高導(dǎo)電性材料。本文所述混合基材32的導(dǎo)電部件可以表現(xiàn)為包含在 大約每條碳拖帶44B內(nèi)的連續(xù)金屬導(dǎo)線形式，但是并非限于這種形式或材 料。金屬/碳/樹(shù)脂的比率取決于部件類型和服務(wù)環(huán)境。所用樹(shù)脂的量保持在 預(yù)定范圍內(nèi)以防止微裂紋，并保持孔隙率水平低于約2%而且提供希望的結(jié) 構(gòu)完整性。所用的量可以借助超聲檢查設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。微裂紋和孔隙率水平 設(shè)定了該范圍的下端。所希望的結(jié)構(gòu)完整性設(shè)定了該范圍的上端。與金屬網(wǎng)格不同，混合基材32提供結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，而不僅僅是電磁防護(hù)。 與提供電磁防護(hù)包括雷擊防護(hù)、屏蔽防護(hù)以及靜電防護(hù)有關(guān)的混合基材重量 降低，因?yàn)榻饘俪煞值牧繙p少。
混合基材32或上述IWWF可以包括導(dǎo)線，所述導(dǎo)線由磷青銅、鋁、鎳
由這些材料組合形成。鋁或其他類似材料因密度、導(dǎo)電性和熱學(xué)特性，所以 可以用于改善防雷擊性能。另一方面，不銹鋼等可以用來(lái)改善耐腐蝕性。為 給定應(yīng)用場(chǎng)合形成防護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，成本、實(shí)用性、腐蝕敏感性、內(nèi)應(yīng)力包括來(lái)
一些參數(shù)?；旌匣?2為飛行器IO提供額外的結(jié)構(gòu)支撐，并可以用作主支 撐結(jié)構(gòu)的一部分。混合基材32可以替代基體基材30或結(jié)構(gòu)支撐層38的一 部分。因此， 一般來(lái)說(shuō)，混合基材32減小了基體基材30的厚度和重量、減 少生產(chǎn)基體基材30的時(shí)間和成本以及降低了飛行器10的總重量。
受栽表面料52以諸如二氧化鈦的無(wú)機(jī)填料(未示出)進(jìn)行加載。無(wú)機(jī) 填料和載體，由虛線51表示，位于有機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂50中。可以由包括鍛制二 氧化硅和氧化鋁以及本領(lǐng)域已知的其他填料或這些材料的相組合的無(wú)機(jī)填 料來(lái)加載環(huán)氧50。載體51可以表現(xiàn)為聚酯襯墊(mat)、碳纖維襯墊、玻璃 襯墊、金屬化村墊等形式。導(dǎo)電載體的量可以增大，以改善防雷擊彈性。有 機(jī)環(huán)氧50是相容性的，直到大約介于250。F-350。F的固結(jié)溫度。固結(jié)后，在 導(dǎo)線48上，厚度T約為0.004英寸時(shí)，受載表面料52的重量范圍大約介于 0.02-0.06磅每平方英尺(lb/ft2)之間。根據(jù)IWWF或類似材料的樹(shù)脂含量 以及流動(dòng)特性以及工具裝備(tooling fit-up )成比例調(diào)節(jié)受載表面料52的重 量，以確保導(dǎo)線和外表面之間有足夠量的表面料，并且在頻繁使用的商用飛 行器環(huán)境中，確保具有長(zhǎng)期耐用性。可以使用的受載表面料示例是Cytec Engineered Material Surface Master 905，其標(biāo)稱重量為0.03251b/ft2。受載表面 料52提供適合涂刷底漆和涂料的表面。
類似于圖2的微觀照片揭示了表面料局部穿過(guò)混合基材32,下到基體基 材。受載表面料52經(jīng)過(guò)選擇，以使混合基材32中的導(dǎo)電部件44可以經(jīng)過(guò) 受載表面料52和其上的任何涂料層揮發(fā)，用于最大限度的防護(hù)。
歷史上，沒(méi)有使用表面料，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀资狗雷o(hù)結(jié)構(gòu)的防雷擊性能變差。 但是，本文所述的摻雜技術(shù)連同IWWF的使用，提供了滿足防雷擊要求的防護(hù)結(jié)構(gòu)。受載表面料52的厚度T根據(jù)雷擊防護(hù)量以及希望的其他環(huán)境防護(hù) 量進(jìn)行調(diào)節(jié)。環(huán)境防護(hù)量，諸如耐雨水侵蝕量、耐腐蝕量以及總體耐用性與 雷擊防護(hù)量此消彼長(zhǎng)。 一般來(lái)說(shuō)，受載表面料52越厚，防雷擊性能越差， 但是環(huán)境防護(hù)性能越好，反之亦然。延續(xù)以上示例的內(nèi)容，使用Surface Master 905的0.03251b/ft2型號(hào)的表面料，結(jié)合樹(shù)脂含量約為40%的混合預(yù)浸漬基材， 具有包含約196克/米2的碳和約63克/米2的金屬的干坯料，對(duì)于通常飛行 器結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，能防止最初雷擊接觸造成的擊穿。通常飛行器結(jié)構(gòu)是具有標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)面材并經(jīng)測(cè)試達(dá)到飛行器認(rèn)證所需水平的結(jié)構(gòu)，從而滿足聯(lián)邦航空管理 規(guī)定(FAR)第25部分。防護(hù)系統(tǒng)12耐用并可以承受與商用飛行器包括諸如頻繁使用的大型商 用飛行器有關(guān)的環(huán)境循環(huán)。在批準(zhǔn)投入商業(yè)使用之前，飛行器外部部分接受 嚴(yán)格的測(cè)試，以模擬商業(yè)使用。其中一些測(cè)試包括讓部件承受較大的溫度、 適度和壓力極限變化。例如，測(cè)試樣品可能在約120。F下暴露于95%的濕度 水平并持續(xù)數(shù)小時(shí)，并且可能經(jīng)受4000次或更多次介于約65。F至165下之 間的溫度波動(dòng)循環(huán)，以證明商用可行性。這種測(cè)試可能包括在地-空-地艙中 進(jìn)行數(shù)千次循環(huán)，以模擬其極限對(duì)應(yīng)于飛行剖面圖(flight profile )的壓力、 濕度和溫度的變化?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3,示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成諸如系統(tǒng)12的外部織物 防護(hù)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的方法的邏輯流程圖。雖然以下步驟主要針對(duì)圖2的實(shí)施例 來(lái)說(shuō)明，但是這些步驟可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改動(dòng)而適用于本發(fā)明其他實(shí)施例。在步驟100中，具有載體的受載表面料，諸如受載表面料52和載體51, 施加到模具中。該模具可以是各種類型、樣式、形狀和尺寸，取決于需要形 成的部件或結(jié)構(gòu)。在步驟102中，混合預(yù)浸漬基材，諸如帶有碳織物44和 金屬48的混合基材32，施加到所述加載表料上。在一種實(shí)施例中，所述預(yù) 浸漬基材是IWWF，如上所述。在步驟104中，基體基材，諸如基體基材30， 施加到所述預(yù)浸漬基材。在所述示例中，所述基體基材表現(xiàn)為預(yù)浸漬體形式 并共同固結(jié)。但是，基體基材層可以預(yù)成形并在施加預(yù)浸潰基材之前固結(jié)或 者之后固結(jié)。但是，根據(jù)所用的共同結(jié)合技術(shù)，性能可能不同。以下的步驟106-110類似于步驟100-104,但是以相反順序執(zhí)行。在步 驟106中，基體基材施加到預(yù)浸漬體形式的模具中?；w基材層可以預(yù)成形 并在施加到工具中或者或插入工具之前固結(jié)或者之后固結(jié)。在步驟108中，具有碳織物和諸如導(dǎo)線的集成導(dǎo)電部件的混合預(yù)浸漬基材，施加到所述基體 基材。在步驟110中，包括載體的受載表面料施加到所述混合預(yù)浸漬基材。在步驟112中，所述受載表面料、所述預(yù)浸漬基材以及所述基體基材固 結(jié)，以形成所述防護(hù)結(jié)構(gòu)。包括所述受載表面料、所述混合預(yù)浸漬基材以及 所述基體基材的所述模具置于高壓釜(autoclave)等中并烘干。對(duì)于本示例， 所述高壓釜中的溫度大約介于245-355。F之間。所用固結(jié)溫度低于混合基材 中導(dǎo)電部件或?qū)Ь€的熔化溫度，以防止所述導(dǎo)線熔化。所述模具置于高壓釜 中的時(shí)間長(zhǎng)度取決于所用材料的固結(jié)特性。在固結(jié)過(guò)程中，所述受栽表面料 交界粘結(jié)到所述混合預(yù)浸漬基材，而不是所述受載表面料全部保持在預(yù)浸漬 基材頂部。受載表面料和預(yù)浸漬基材中的材料或樹(shù)脂混合在一起并固結(jié)，從 而彼此交界粘結(jié)。此外，所述受載表面料使得在加熱時(shí)，其均勻分布并通過(guò)模具和/或預(yù)浸 漬基材固結(jié)，以形成具有特定厚度諸如厚度T的單個(gè)連續(xù)層。這樣保證了預(yù) 浸漬基材中的導(dǎo)線諸如導(dǎo)線48被受載表面料覆蓋。在示例實(shí)施例中，所用 受載表面料固結(jié)到厚度約為0.004英寸。所述受載表面料可以在局部區(qū)域向 下延伸到基體基材。表面料中的樹(shù)脂與混合織物基材中的樹(shù)脂在固結(jié)過(guò)程中 摻雜，同時(shí)將足量的表面料層成分保持在導(dǎo)電部件頂部，提供了希望的環(huán)境 耐用性。在步驟114中，通過(guò)固結(jié)所述受載表面料、所述預(yù)浸漬基材和所述基體 基材形成的防護(hù)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)在固結(jié)后從模具中取出。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，上述摻雜表面料的方案對(duì)于強(qiáng)度較高或模量較高的碳類 型來(lái)說(shuō)，特別是對(duì)那些以易于發(fā)生微裂紋的樹(shù)脂浸漬的碳類型來(lái)說(shuō)，特別具 有優(yōu)勢(shì)。上述步驟意在圖示示例，所述步驟可以依次、同步或同時(shí)實(shí)施，或 者根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合以不同的順序?qū)嵤?。?dāng)然所述系統(tǒng)和所執(zhí)行步驟的一部分可 以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，或者不用特定的設(shè)備或機(jī)械。本發(fā)明為形成雷擊防護(hù)系統(tǒng)提供了成本節(jié)約和高效的系統(tǒng)和方法。本發(fā) 明重量輕、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、防腐蝕并且耐用。因此，本發(fā)明延長(zhǎng)了飛行器和相關(guān) 外部部件的使用壽命并降低了維護(hù)成本。雖然針對(duì)一種或多種實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，已經(jīng)說(shuō)明的 具體機(jī)構(gòu)和技術(shù)僅用于圖示本發(fā)明的原理，在不背離附帶的權(quán)利要求書(shū)限定 的精神和范圍的條件下，可以對(duì)所述方法和裝置進(jìn)行許多改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種為飛行器形成外部表面防護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，包括將包括載體的受載表面料結(jié)合到混合預(yù)浸漬基材；將包含帶有集成導(dǎo)電部件的碳纖維的所述混合預(yù)浸漬基材結(jié)合到基體基材；和固結(jié)所述受載表面料和所述混合預(yù)浸漬基材，包括交界粘結(jié)所述受載表面料和所述預(yù)浸漬基材之間的材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固結(jié)包括將所述受載 表面料均勻分布在所述預(yù)浸漬基材上，以形成覆蓋所述碳纖維中多條導(dǎo)線主 要部分的層。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固結(jié)包括將所述受載 表面料均勻分布在所述預(yù)浸漬基材上，以形成厚度約為0.004英寸的層。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固結(jié)包括在大約介于 250至35(TF之間的溫度下供干所述受載表面料和所述預(yù)浸漬基材。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合所述預(yù)浸漬基材 包括將交織導(dǎo)線織物結(jié)合到所述基體基材。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合所述混合預(yù)浸漬 基材包括將編織到碳織物中并以環(huán)氧浸漬的碳纖維結(jié)合到所述基體基材。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合所述預(yù)浸漬基材 包括施加不帶金屬屏蔽件的交織導(dǎo)線織物。
8. —種用于飛行器外部的防護(hù)織物系統(tǒng)，包括 基體基材；混合預(yù)浸漬基材，其包括帶有集成導(dǎo)電部件的碳織物，并且耦接到所述 基體基材，其中所述集成導(dǎo)電部件具有金屬導(dǎo)電性范圍內(nèi)的導(dǎo)電性；和 受載表面料，其包括載體，且交界粘結(jié)到所述預(yù)浸漬基材。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基體基材包括多個(gè)結(jié) 構(gòu)支撐層。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述混合預(yù)浸漬基材包括 從碳纖維、預(yù)浸漬體和帶樹(shù)脂的干混合織物中選擇的至少一種材料。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)浸漬基材是交織導(dǎo) 線織物。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述交織導(dǎo)線織物包括以環(huán)氧浸漬的平坦編織物。
13. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述交織導(dǎo)線織物包括 與多條拖帶設(shè)置在一起的多條導(dǎo)線。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多條導(dǎo)線由從磷青 銅、鎳涂覆的銅、銅、鋁和不銹鋼中選擇的至少一種材料形成。
15. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，每條所述拖帶直徑約為 0.004英寸。
16. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受載表面料包括無(wú) 機(jī)填料。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有機(jī)填料是從二氧 化硅、氧化鋁和聚合體中選擇的至少一種材料。
18. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受載表面料包括固結(jié) 溫度約為250至350。F的環(huán)氧。
19. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受載表面料具有固結(jié) 溫度約為350。F的環(huán)氧。
20. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受載表面料形成厚度 約為0.004英寸的層。
21. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述受載表面料在所述集 成導(dǎo)電部件上厚度約為0.004英寸，且相關(guān)重量約為0.02-0.061b/ft2。
22. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述載體由從聚酯、碳、 金屬化的碳和玻璃中選擇的至少 一種材料形成。
23. —種飛行器，包括 飛行器元件；混合預(yù)浸漬基材，其包括耦接到所述機(jī)身的金屬織物；和 受載表面料，其包括載體，并且交界粘結(jié)到所述預(yù)浸漬基材。
24. 如權(quán)利要求23所述的飛行器，其特征在于，所述預(yù)浸漬基材為所 述機(jī)身提供結(jié)構(gòu)支撐。
25. 如權(quán)利要求23所述的飛行器，其特征在于，所述預(yù)浸漬基材呈現(xiàn) 交織導(dǎo)線織物形式，且所述受載表面料包括無(wú)機(jī)填料并在所述預(yù)浸漬基材上 形成連續(xù)層。
全文摘要
一種為飛行器(10)形成外部表面防護(hù)結(jié)構(gòu)(12)的方法，包括將具有載體(51)的受載表面料(52)結(jié)合到混合預(yù)浸漬基材(32)。所述預(yù)浸漬基材(32)包括帶有集成導(dǎo)電部件(48)的碳織物(44)，并結(jié)合到基體基材(30)，其中所述集成導(dǎo)電部件具有金屬導(dǎo)電性范圍內(nèi)的導(dǎo)電性。固結(jié)所述受載表面料(52)和所述預(yù)浸漬基材(32)，包括交界粘結(jié)所述受載表面料(52)和所述預(yù)浸漬基材(32)之間的材料。一種用于飛行器(10)外部(14)的防護(hù)織物系統(tǒng)(12)包括基體基材(30)。所述預(yù)浸漬基材(32)耦接到所述基體基材(30)。所述帶有載體(51)的受載表面料(52)交界粘結(jié)到所述預(yù)浸漬基材。
文檔編號(hào)B64D45/02GK101282834SQ200680037448
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者阿琳·M·布朗 申請(qǐng)人:波音公司