使用集成雷電防護層的復合材料制備艙板的方法及其艙板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用集成雷電防護層的復合材料制備艙板的方法以及根據(jù)所述方法使用復合材料制成的艙板。
【背景技術】
[0002]已知的是，飛機機身包括并置的艙板或金屬板材。在遭遇雷擊的情況下，以法拉第籠的形式，該金屬機身形成對設置在內部的元件(尤其是連接至飛機機身的電氣系統(tǒng))的保護，并且允許電流從機身前端流向后端。
[0003]為了減輕飛機的質量，機身艙板由復合材料制成，尤其是用CFRP或CRP (碳纖維加強的聚合物或碳纖維加強的塑料)型的碳纖維加強的復合材料。
[0004]復合材料制成的該艙板通過在模具上設置多層通常預浸潤在支撐裝置上的碳纖維而獲得。一旦設置了所有層，隨后使艙板進行固化或聚合。
[0005]除了質量增益之外，這種類型的復合材料具有良好的機械屬性、不會腐蝕并且抗疲勞性能。
[0006]然而，與鋁合金制成的金屬艙板相反，復合材料制成的這些艙板具有弱導電性。
[0007]因此，需要向復合材料制成的這種艙板添加防雷電保護，稱為LSP (雷電保護)。
[0008]這種雷電防護通常在固化或聚合之前進行，或者在設置纖維層之前直接位于模具上，或者在設置纖維層之后。
[0009]如圖1B中所示，機身的艙板10包括沿著第一方向X的第一曲率半徑以及沿著第二方向Y的第二曲率半徑。
[0010]下文中，方向X對應于飛機的縱向(其從前向后延伸)，而方向Y對應于垂直于縱向X的橫切方向。
[0011]復合材料制成的艙板10包括雷電防護層12。
[0012]根據(jù)一個實施方式，雷電防護層包括導電層(金屬網、導電環(huán)氧樹脂覆蓋層或金屬片)、支撐層和樹脂薄膜。
[0013]根據(jù)一個操作方式，碳纖維層設置在第一位置處。隨后，通過手動并置雷電防護條帶14，而將雷電防護層設置在第二位置處。這些條帶設置在單一方向上，并且邊緣重疊以確保電連續(xù)性。
[0014]條帶14在輥筒中切割，并且寬度可以達到900mm。
[0015]該操作模式能夠控制將條帶設置在具有曲率半徑、甚至兩個曲率半徑的表面上，例如飛機機身艙板。
[0016]為了提高生產率，一種方案包括自動設置雷電保護條帶。
[0017]第一方案包括使用ATL( “自動鋪帶”)型的自動鋪設機。這種類型的機器能夠設置寬度在150和300mm之間的條帶。這種類型的機器能夠確保條帶邊緣重疊，以確保電連續(xù)性。但是，其僅能用于將條帶設置在平坦的支撐裝置上，這并不是機身艙板的情況。即使能夠預想將纖維層和雷電防護條帶設置成平坦狀，隨后整體變形以獲得彎曲艙板，但是在變形之后不再能夠確保條帶之間的電連續(xù)性。
[0018]第二方案包括使用AFP( “自動纖維設置”)類型的纖維設置機。這種類型的機器能夠將條帶設置在彎曲表面上，諸如機身艙板。但是，這種類型的機器僅能設置寬度不超過2英寸、約5cm的條帶。
[0019]如圖2中所示，雷電防護層包括設置在機身艙板10上的多根條帶16，彼此平行并且沿著方向X設置。條帶16的寬度不超過2英寸，以便于能夠自動地設置在彎曲表面上。該情況下，沿著方向X的導電性與沿著方向Y的導電性不同(當導電性表達為單位面積的m歐姆時，比例為10)。這兩個值之間的差值之大，減小了雷電防護的效率。此外，其不確保保護以該方式制備機身的飛機中的電氣系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0020]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種方案，能夠自動設置雷電防護條帶，同時在艙板的所有方向上具有導電性，足以傳導在雷電襲擊時產生的電流。
[0021]為此，本發(fā)明旨在提供一種使用集成雷電防護層的復合材料制備艙板的方法，其包括具有導電層的條帶，所述方法特征在于其包括自動設置所述條帶的步驟，所述條帶寬度小于20mm并且分成彼此平行且沿著第一設置方向設置的第一系列條帶以及彼此平行且沿著與第一設置方向相交的第二設置方向設置的第二系列條帶。
[0022]該方法能夠通過使用例如AFP類型的纖維設置機，而自動設置條帶在包括至少一個曲率半徑的表面上，同時在符合航空規(guī)定的所有方向上具有導電性。
[0023]優(yōu)選地，第一設置方向和第二設置方向限定了呈平行四邊形的圖案。
[0024]根據(jù)一些結構，對于兩個條帶系列中之一，條帶設置成邊緣重疊。
[0025]根據(jù)其他結構，兩個條帶系列中的條帶設置具有間隔。
[0026]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，第一系列條帶彼此的間距等于其寬度，而第二系列條帶彼此的間距等于其寬度的四倍。該方案能夠在導電性和雷電防護總體之間獲得極好的折衷。
[0027]根據(jù)一個變化方案，第一設置方向和第二設置方向彼此垂直，并且一個設置方向平行于飛機的縱向。
[0028]根據(jù)另一變化方案，第一設置方向和第二設置方向限定呈菱形圖案，其中一條對角線平行于飛機的縱向。
[0029]優(yōu)選地，制備飛機機身艙板的方法包括將纖維設置在裝置的凸起的設置表面上的第一步驟以及將雷電防護條帶設置在同一裝置的最后一層纖維上的第二步驟。
[0030]本發(fā)明還旨在提供一種復合材料制成的艙板，其集成有雷電防護層，包括帶導電層的條帶。該艙板其特征在于條帶寬度小于20mm，并且分成彼此平行且沿著第一設置方向設置的第一系列條帶以及彼此平行且沿著與第一設置方向相交的第二設置方向設置的第二系列條帶。
[0031]優(yōu)選地，第一設置方向和第二設置方向限定了呈平行四邊形的圖案。
[0032]根據(jù)一些結構，對于兩個條帶系列中之一，條帶設置成邊緣重疊。
[0033]根據(jù)其它結構，兩個條帶系列中的條帶設置具有間隔。
[0034]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，第一系列條帶彼此的間距等于其寬度，而第二系列條帶彼此的間距等于其寬度的四倍。
[0035]根據(jù)一個變化方案，第一設置方向和第二設置方向彼此垂直，并且一個設置方向平行于飛機的縱向。
[0036]根據(jù)另一變化方案，第一設置方向和第二設置方向限定呈菱形圖案，其中一條對角線平行于飛機的縱向。
【附圖說明】
[0037]參考隨附附圖，根據(jù)本發(fā)明的說明書，其它特征和優(yōu)點將變得明顯，所述說明書僅作為實例給出，在附圖中:
[0038]圖1A是飛機的透視圖，
[0039]圖1B是飛機機身艙板的透視圖，
[0040]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術覆有雷電防護條帶的機身艙板的一部分的頂視圖，
[0041]圖3A至3E是示出本發(fā)明的根據(jù)不同結構、覆有雷電防護條帶的機身艙板的部分的頂視圖，
[0042]圖4A至4D分別是示出圖3A至3D中所示的艙板的部分的表面在經受雷擊之后的視圖，以及
[0043]圖5是示出本發(fā)明的優(yōu)選結構、覆有雷電防護條帶的機身艙板的一部分的頂視圖，
[0044]圖6是根據(jù)圖5所示的結構的覆有雷電防護條帶的機身艙板的透視圖，
[0045]圖7是圖6的面板的橫截面視圖。
具體實施例
[0046]如圖6和7中所示，復合材料制成的艙板20包括浸潤在樹脂基質中的纖維。
[0047]根據(jù)該情況，樹脂是熱固性或熱塑性樹脂。纖維可以是玻璃纖維、碳纖維等。
[0048]根據(jù)一個實施方式，復合材料制成的艙板20是CFRP型(“碳纖維加強聚合物”)，并且包括碳纖維。
[0049]根據(jù)一個操作模式，預浸潤樹脂的纖維層設置在平坦支撐裝置上，以便于獲得纖維預成型。隨后，該預成型在包括幾何形狀與希望獲得的艙板相同的表面的裝置上進行變形。
[0050]根據(jù)另一操作方式，AFP型纖維設置機用于將纖維束設置在包括幾何形狀與希望獲得的艙板20相同的設置表面24的裝置22上(圖7中可見)。
[0051]纖維束包括至少一根纖維。一般，其包括多條纖維，呈細帶狀，寬度小于20mm。根據(jù)一個結構，束寬度為3.2mm、6.32mm或12.7mm。
[0052]當然，本發(fā)明不局限于這兩種設置纖維的操作方式。優(yōu)選地，纖維重組成層，彼此重疊以獲得纖維預成型26，其中一層包括一個折疊或者重疊的折疊或重疊的束。
[0053]復合材料制成的艙板20包括雷電防護層28。
[0054]根據(jù)這些變化方案，雷電防護層28再設置在最后一層纖維上，在設置纖維層之前直接位于設置表面上或者插入兩層纖維層之間。
[0055]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，纖維設置在凸起的設置表面上，其對應于機身艙板的內表面(定向朝向飛機內部)，并且將雷電防護層28設置在最后一層纖維上。同樣，雷電防護層28設置在機身外表面處。
[0056]根據(jù)另一實施方式，在首層纖維之前設置雷電防護層28，以便于設置在機身內表面上。
[0057]雷電防護層28包括至少一層導電層，諸如金屬網、分離或未分離的金屬片、拉伸的金屬片。
[0058]根據(jù)一個實施方式，雷電防護層28包括導電層、支撐層和樹脂薄膜。由于這些元件類似于現(xiàn)有技術的雷電防護元件，因此不再詳述。
[0059]雷電防護層