專(zhuān)利名稱(chēng)：在碳纖維復(fù)合材料翼段的鉚接區(qū)域免受直接雷擊的保護(hù)裝置的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由非金屬材料、特別是由碳纖維復(fù)合材料“CFRP”制成的飛機(jī)結(jié)構(gòu)翼段 (panel)的外表面的金屬化，主要是用在油箱中，以及涉及用于獲得這種金屬化的方法。
背景技術(shù)：
幾十年來(lái)傳統(tǒng)的航空結(jié)構(gòu)通常由金屬材料制成，諸如鋁、不銹鋼或鈦。因此，使這些傳統(tǒng)航空結(jié)構(gòu)免受雷擊的保護(hù)裝置基于所述金屬材料的固有的良好電氣連續(xù)性。航空結(jié)構(gòu)正在越來(lái)越多地由諸如碳纖維之類(lèi)的復(fù)合材料制成，因?yàn)檫@些材料提供了具有低比重的配置結(jié)構(gòu)。然而，復(fù)合材料不具有良好的電氣連續(xù)性，由此需要為其設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)，從而使它們形成的航空結(jié)構(gòu)受到免受雷擊的保護(hù)。在沒(méi)有這些配置的情況下，當(dāng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)受雷擊時(shí)，產(chǎn)生熱點(diǎn)和/或可能的電弧，在是油箱的情況中這是危急的。一個(gè)已知的解決方案包括執(zhí)行復(fù)合材料制造的結(jié)構(gòu)的金屬化，始終使用諸如鋁、 銅或青銅之類(lèi)的金屬材料的一個(gè)或幾種箔或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此，所述箔或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在制造航空結(jié)構(gòu)(通常是翼段)的過(guò)程中被附著到將受到直接雷擊的外表面。目前的技術(shù)保證上述外部金屬層與通常是碳纖維的復(fù)合材料的組件的一體化是良好的，并且同時(shí)是堅(jiān)固的。這種金屬化確保結(jié)構(gòu)的良好保護(hù)，并且最大化將由雷擊向放電 (“引出”)設(shè)備放電的電荷到大氣的傳導(dǎo)。然而，這種金屬化解決方案的效率在航空結(jié)構(gòu) (特別是翼段)的鉆孔過(guò)程中被減小，這種鉆孔對(duì)于連接所述結(jié)構(gòu)或翼段到諸如翼肋、加強(qiáng)桿或翼梁之類(lèi)的結(jié)構(gòu)的其它部件是必要的。因此，翼段的鉆孔和其隨后的擴(kuò)孔確保鉚釘/ 緊固件的頭部不產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)突出，但其破壞了外層金屬化(箔或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))，并且在鉚釘?shù)念^部和擴(kuò)孔之間產(chǎn)生電介質(zhì)接觸(dielectric contact)。這將不能確保在鉚釘?shù)念^部和“金屬”層、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或箔之間具有良好的電接觸。這就引起通過(guò)螺栓、鉚釘傳遞到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能量的增加。已知存在用于在鉚釘?shù)念^部和金屬化結(jié)構(gòu)(網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或箔)之間重新建立良好的電氣連續(xù)性的各種方法。最常用的一個(gè)解決方案包括使用特殊墊圈，確保鉚釘?shù)念^部與所述結(jié)構(gòu)或翼段的金屬化網(wǎng)之間的接觸，雖然其具有重量問(wèn)題、由于其輪廓不連續(xù)而增加結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)阻力的問(wèn)題，而且同時(shí)，所述墊圈的裝配增加了生產(chǎn)時(shí)間，而且防雷保護(hù)基于在飛機(jī)裝配或者維修期間可能會(huì)丟失或遺忘的元件。本發(fā)明提供解決上述問(wèn)題的方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及由復(fù)合材料制成的飛機(jī)結(jié)構(gòu)翼段的外表面的“金屬化”，其包括將金屬沉積物固定在擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)和金屬化結(jié)構(gòu)的鄰近區(qū)域上，這確保在航空結(jié)構(gòu)或翼段的鉚釘?shù)念^部、擴(kuò)孔區(qū)域和金屬化結(jié)構(gòu)的之間存在電氣連續(xù)性。在第二方面，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了用于在復(fù)合材料的航空結(jié)構(gòu)的擴(kuò)孔區(qū)域中進(jìn)行后續(xù)金屬化的方法，即其提供了用于在航空結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)過(guò)鉆孔和隨后擴(kuò)孔以后重新建立航空結(jié)構(gòu) (通常是翼段)的金屬化網(wǎng)或箔的方法。本發(fā)明的方法不加重處理的航空結(jié)構(gòu)，而同時(shí)，其是工業(yè)化和非手動(dòng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)，確保在閃電擊中復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)期間的電氣連續(xù)性， 確保大部分放電電流在表面上傳導(dǎo)，限制電流貫穿鉚釘引導(dǎo)到結(jié)構(gòu)中或者起源于該結(jié)構(gòu)， 減少后續(xù)火花或熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，特別是如果該結(jié)構(gòu)形成燃料箱的一部分。此外，消除現(xiàn)有技術(shù)中存在的忘記安裝墊圈的問(wèn)題，因?yàn)樵摲椒ìF(xiàn)在是自動(dòng)化方法，其中所述鉚釘將就座在其上的表面預(yù)先通過(guò)金屬化準(zhǔn)備。本發(fā)明的方法包括以下步驟a)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔，該結(jié)構(gòu)又包括網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或金屬箔層形式的金屬化結(jié)構(gòu)；b)準(zhǔn)備和清潔其上已經(jīng)執(zhí)行鉆孔并且將是金屬化目標(biāo)的表面；C)通過(guò)使用適于這種目的的模板，僅在鉚釘?shù)念^部將坐在其中的上部中金屬化先前的表面。根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)的圖示性實(shí)施例的接下來(lái)參考附圖詳細(xì)描述將推出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)。


圖1顯示在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中鉚接連接的已知配置的剖面視圖。圖2顯示在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中鉚接連接的配置的剖面視圖。
具體實(shí)施例方式因此，本發(fā)明涉及由的復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)翼段1的外表面的金屬化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)翼段1又包括金屬網(wǎng)或金屬箔2，所述翼段1通過(guò)鉚釘4固定到諸如翼肋、加強(qiáng)桿或翼梁的其它結(jié)構(gòu)元件3，鉚釘4由該結(jié)構(gòu)的較低區(qū)域處的夾緊螺母5固定。本發(fā)明的金屬化層7 確保在鉚釘4的頭部、擴(kuò)孔區(qū)域8和翼段1或航空結(jié)構(gòu)的金屬網(wǎng)或箔2之間存在電氣連續(xù)性。如在圖2中所觀(guān)察，金屬化層7被限定到鉚釘4的頭部與翼段1的金屬網(wǎng)或金屬箔2 的連接的上部，從而，在鉚釘4和航空結(jié)構(gòu)之間的其余間隙區(qū)域中，可以有或可以沒(méi)有密封材料層6，密封材料層6的主要功能是組件的氣密性。因此，圖1詳細(xì)說(shuō)明鉚接連接1的當(dāng)前配置，其中可以看到鉚釘4的頭部和擴(kuò)孔區(qū)域8之間的電介質(zhì)區(qū)域9。另一方面，并且與上述情況相反，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，作為在執(zhí)行將在下面詳細(xì)描述的本發(fā)明的方法后存在金屬化層7的結(jié)果，在鉚釘4的頭部和擴(kuò)孔區(qū)域8之間存在電氣連續(xù)性。為了產(chǎn)生金屬化層7，使用已知金屬?lài)娡抗に?，其技術(shù)和設(shè)備在市場(chǎng)上是能夠獲得的，雖然其用途目前只限于不同類(lèi)型的表面保護(hù)。這中工藝(即，例如由在惰性氣體強(qiáng)流內(nèi)部的電弧熔化鋁、銅或其他金屬棒)的使用產(chǎn)生熔化金屬的細(xì)噴霧，其穩(wěn)固地附著到所討論的表面。通過(guò)在噴涂的路徑中插入一個(gè)或多個(gè)模板可以獲得適合的金屬化厚度，這對(duì)于符合由保護(hù)飛機(jī)免受雷擊的航空條例確定的每個(gè)區(qū)域的需要是必要的。由于與碳纖維復(fù)合材料(CFRP)存在電化腐蝕問(wèn)題，本發(fā)明的金屬化層7不可以是鋁，由此通過(guò)金屬?lài)娡咳诨援a(chǎn)生金屬化層7的桿將是銅、青銅或與翼段1的金屬網(wǎng)或箔2 并且同時(shí)與鉚釘4電化學(xué)兼容的任何其他材料。將金屬?lài)娡抗に噾?yīng)用到本發(fā)明的領(lǐng)域存在困難，因?yàn)橐_保電氣連續(xù)性的調(diào)整范圍達(dá)到微米量級(jí)，而設(shè)備(通常是噴頭或噴槍)的直徑約大十倍。由于金屬化層7必須僅限于用于使鉚釘4的頭部與板1的金屬網(wǎng)或箔2—起就座的上部(因?yàn)榉駝t將產(chǎn)生朝向結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電流的路徑(這在油箱的情況是危急的))這樣的事實(shí)而使得上述困難變得更糟。本發(fā)明的應(yīng)用范圍大體用于飛機(jī)的復(fù)合材料的翼段或結(jié)構(gòu)，雖然優(yōu)選應(yīng)用將是在用于飛機(jī)油箱結(jié)構(gòu)中。在第二方面中，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了用于在復(fù)合材料的航空結(jié)構(gòu)的擴(kuò)孔區(qū)域8中的后續(xù)金屬化的方法。本發(fā)明的方法不加重所處理的航空結(jié)構(gòu)，而且同時(shí)其是工業(yè)化和非手動(dòng)方
法。
所提到的方法包括以下步驟
a)在工廠(chǎng)中制備復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)或翼段1 ；
b)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)或翼段1進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔；
C)清洗、噴吹和脫脂將被金屬化的區(qū)域；
d)放置用于將金屬化層限定到被金屬化部分7的模板；
e)通過(guò)金屬?lài)娡窟M(jìn)行金屬化；
f)放置鉚釘4和螺母5 ；
g)涂敷保護(hù)和涂料層10。
包括在由如下權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)的修改可以引入剛剛已經(jīng)描述的優(yōu)選實(shí)施方式中。
權(quán)利要求
1.一種由復(fù)合材料制成的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，該翼段(1)包括在其外層部分中的金屬網(wǎng)或金屬箔O)，所述翼段(1)還包括孔，所述孔又包括窄部和上部擴(kuò)孔(8)，從而上述翼段(1)通過(guò)金屬固定件固定到另一個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)元件(3)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括布置在上部擴(kuò)孔(8)上的金屬化層(7)，該金屬化層在金屬網(wǎng)或金屬箔 (2)的鄰近區(qū)域中延伸，從而確保在雷電襲擊翼段(1)的結(jié)構(gòu)期間在上部擴(kuò)孔(8)和金屬網(wǎng)或金屬箔( 之間存在電氣連續(xù)性，進(jìn)一步確保在上述翼段(1)的所述結(jié)構(gòu)的外表面之上引導(dǎo)由雷電放電的大部分電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬化層(7)通過(guò)金屬?lài)娡抗に囍瞥?，該金屬?lài)娡抗に囃ㄟ^(guò)在惰性氣體強(qiáng)流內(nèi)部的電弧融化金屬桿，產(chǎn)生形成所述層(7)的熔融金屬的細(xì)噴霧，所述層(7)牢固地附著在上部擴(kuò)孔(8)上和金屬網(wǎng)或金屬箔 ⑵的鄰近區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬化層(7)的材料與翼段(1)的金屬網(wǎng)或金屬箔O)電化學(xué)兼容，并且與固定元件的材料電化學(xué)兼容。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬化層(7)是銅或青銅。
5.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，翼段(1)是碳纖維復(fù)合材料。
6.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括在固定元件⑷和飛機(jī)結(jié)構(gòu)元件(3)之間的其余間隙區(qū)域中的密封材料層(6)。
7.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)形成飛機(jī)油箱的一部分。
8.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1的由復(fù)合材料制成的飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)在工廠(chǎng)中制備復(fù)合材料的翼段(1)；b)對(duì)復(fù)合材料的翼段(1)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔(8)；c)放置用于將后續(xù)金屬化僅限定到金屬化層(7)的至少一個(gè)模板，所述金屬化層將被布置在上部擴(kuò)孔(8)上，在金屬網(wǎng)或金屬箔O)的鄰近區(qū)域中延伸；d)通過(guò)金屬?lài)娡抗に嚱饘倩托纬山饘倩瘜?7)，通過(guò)在惰性氣體強(qiáng)流內(nèi)部的電弧融化金屬桿，產(chǎn)生形成所述層(7)的熔融金屬的細(xì)噴霧，所述層(7)牢固地附著在上部擴(kuò)孔 (8)上和金屬網(wǎng)或金屬箔O)的鄰近區(qū)域上；e)放置金屬固定元件⑷；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在步驟 c)中放置多個(gè)模板，所述多個(gè)模板插入步驟d)的金屬?lài)娡柯窂街?，從而能夠根?jù)精確的厚度改變金屬化層(7)的厚度，以符合用于保護(hù)飛機(jī)免受雷擊的航空法規(guī)要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于制造飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在步驟d)中的金屬?lài)娡糠椒ㄖ惺褂玫臈U是銅或青銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任何一項(xiàng)所述的用于制造飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括在步驟b)和d)之間進(jìn)一步包括對(duì)將布置金屬化層(7)的區(qū)域進(jìn)行清洗、噴吹和脫脂的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任何一項(xiàng)所述的用于制造飛機(jī)翼段(1)的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法在步驟e)之后還包括在翼段(1)的結(jié)構(gòu)的外層部分中涂敷保護(hù)和涂料層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)翼段的金屬化結(jié)構(gòu)以及用于獲得這種結(jié)構(gòu)的方法，從而其包括由復(fù)合材料制成的翼段(1)的結(jié)構(gòu)，上述翼段(1)包括在其外層部分中的金屬網(wǎng)或金屬箔(2)，所述翼段(1)還包括孔，所述孔又包括窄部和上部擴(kuò)孔(8)，從而上述翼段(1)通過(guò)金屬固定件(4)固定到另一個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)元件(3)，其特征在于，所述金屬化結(jié)構(gòu)包括布置在上部擴(kuò)孔(8)上的金屬化層(7)，該金屬化層在金屬網(wǎng)或金屬箔(2)的鄰近區(qū)域中延伸，從而確保在雷電襲擊翼段(1)的結(jié)構(gòu)期間在上部擴(kuò)孔(8)和金屬網(wǎng)或金屬箔(2)之間存在電氣連續(xù)性，進(jìn)一步確保在上述翼段(1)的所述結(jié)構(gòu)的表面之上引導(dǎo)由雷電放電的大部分電流。本發(fā)明進(jìn)一步涉及生產(chǎn)這種翼段(1)結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)B64D5/00GK102333696SQ201080009685
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者費(fèi)爾南德斯 路易斯·曼努埃爾·德斯凱爾索, 阿爾瓦雷茨 迪塞德里奧·桑切斯布魯內(nèi)特 申請(qǐng)人:空客運(yùn)營(yíng)有限公司