使用集成雷電防護(hù)層的復(fù)合材料制備艙板的方法及其艙板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用集成雷電防護(hù)層的復(fù)合材料制備艙板的方法以及根據(jù)所述方法使用復(fù)合材料制成的艙板。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是，飛機(jī)機(jī)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(jī)身形成對設(shè)置在內(nèi)部的元件(尤其是連接至飛機(jī)機(jī)身的電氣系統(tǒng))的保護(hù)，并且允許電流從機(jī)身前端流向后端。
[0003]為了減輕飛機(jī)的質(zhì)量，機(jī)身艙板由復(fù)合材料制成，尤其是用CFRP或CRP (碳纖維加強(qiáng)的聚合物或碳纖維加強(qiáng)的塑料)型的碳纖維加強(qiáng)的復(fù)合材料。
[0004]復(fù)合材料制成的該艙板通過在模具上設(shè)置多層通常預(yù)浸潤在支撐裝置上的碳纖維而獲得。一旦設(shè)置了所有層，隨后使艙板進(jìn)行固化或聚合。
[0005]除了質(zhì)量增益之外，這種類型的復(fù)合材料具有良好的機(jī)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(fù)合材料制成的這些艙板具有弱導(dǎo)電性。
[0007]因此，需要向復(fù)合材料制成的這種艙板添加防雷電保護(hù)，稱為LSP (雷電保護(hù))。
[0008]這種雷電防護(hù)通常在固化或聚合之前進(jìn)行，或者在設(shè)置纖維層之前直接位于模具上，或者在設(shè)置纖維層之后。
[0009]如圖1B中所示，機(jī)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(yīng)于飛機(jī)的縱向(其從前向后延伸)，而方向Y對應(yīng)于垂直于縱向X的橫切方向。
[0011]復(fù)合材料制成的艙板10包括雷電防護(hù)層12。
[0012]根據(jù)一個實(shí)施方式，雷電防護(hù)層包括導(dǎo)電層(金屬網(wǎng)、導(dǎo)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(shè)置在第一位置處。隨后，通過手動并置雷電防護(hù)條帶14，而將雷電防護(hù)層設(shè)置在第二位置處。這些條帶設(shè)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(dá)到900mm。
[0015]該操作模式能夠控制將條帶設(shè)置在具有曲率半徑、甚至兩個曲率半徑的表面上，例如飛機(jī)機(jī)身艙板。
[0016]為了提高生產(chǎn)率，一種方案包括自動設(shè)置雷電保護(hù)條帶。
[0017]第一方案包括使用ATL( “自動鋪帶”)型的自動鋪設(shè)機(jī)。這種類型的機(jī)器能夠設(shè)置寬度在150和300mm之間的條帶。這種類型的機(jī)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(shè)置在平坦的支撐裝置上，這并不是機(jī)身艙板的情況。即使能夠預(yù)想將纖維層和雷電防護(hù)條帶設(shè)置成平坦?fàn)?，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(shè)置”)類型的纖維設(shè)置機(jī)。這種類型的機(jī)器能夠?qū)l帶設(shè)置在彎曲表面上，諸如機(jī)身艙板。但是，這種類型的機(jī)器僅能設(shè)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(hù)層包括設(shè)置在機(jī)身艙板10上的多根條帶16，彼此平行并且沿著方向X設(shè)置。條帶16的寬度不超過2英寸，以便于能夠自動地設(shè)置在彎曲表面上。該情況下，沿著方向X的導(dǎo)電性與沿著方向Y的導(dǎo)電性不同(當(dāng)導(dǎo)電性表達(dá)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(hù)的效率。此外，其不確保保護(hù)以該方式制備機(jī)身的飛機(jī)中的電氣系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種方案，能夠自動設(shè)置雷電防護(hù)條帶，同時在艙板的所有方向上具有導(dǎo)電性，足以傳導(dǎo)在雷電襲擊時產(chǎn)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(hù)層的復(fù)合材料制備艙板的方法，其包括具有導(dǎo)電層的條帶，所述方法特征在于其包括自動設(shè)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(shè)置方向設(shè)置的第一系列條帶以及彼此平行且沿著與第一設(shè)置方向相交的第二設(shè)置方向設(shè)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(shè)置機(jī)，而自動設(shè)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(dǎo)電性。
[0023]優(yōu)選地，第一設(shè)置方向和第二設(shè)置方向限定了呈平行四邊形的圖案。
[0024]根據(jù)一些結(jié)構(gòu)，對于兩個條帶系列中之一，條帶設(shè)置成邊緣重疊。
[0025]根據(jù)其他結(jié)構(gòu)，兩個條帶系列中的條帶設(shè)置具有間隔。
[0026]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)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(dǎo)電性和雷電防護(hù)總體之間獲得極好的折衷。
[0027]根據(jù)一個變化方案，第一設(shè)置方向和第二設(shè)置方向彼此垂直，并且一個設(shè)置方向平行于飛機(jī)的縱向。
[0028]根據(jù)另一變化方案，第一設(shè)置方向和第二設(shè)置方向限定呈菱形圖案，其中一條對角線平行于飛機(jī)的縱向。
[0029]優(yōu)選地，制備飛機(jī)機(jī)身艙板的方法包括將纖維設(shè)置在裝置的凸起的設(shè)置表面上的第一步驟以及將雷電防護(hù)條帶設(shè)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(fù)合材料制成的艙板，其集成有雷電防護(hù)層，包括帶導(dǎo)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(shè)置方向設(shè)置的第一系列條帶以及彼此平行且沿著與第一設(shè)置方向相交的第二設(shè)置方向設(shè)置的第二系列條帶。
[0031]優(yōu)選地，第一設(shè)置方向和第二設(shè)置方向限定了呈平行四邊形的圖案。
[0032]根據(jù)一些結(jié)構(gòu)，對于兩個條帶系列中之一，條帶設(shè)置成邊緣重疊。
[0033]根據(jù)其它結(jié)構(gòu)，兩個條帶系列中的條帶設(shè)置具有間隔。
[0034]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)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(shè)置方向和第二設(shè)置方向彼此垂直，并且一個設(shè)置方向平行于飛機(jī)的縱向。
[0036]根據(jù)另一變化方案，第一設(shè)置方向和第二設(shè)置方向限定呈菱形圖案，其中一條對角線平行于飛機(jī)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(diǎn)將變得明顯，所述說明書僅作為實(shí)例給出，在附圖中:
[0038]圖1A是飛機(jī)的透視圖，
[0039]圖1B是飛機(jī)機(jī)身艙板的透視圖，
[0040]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)覆有雷電防護(hù)條帶的機(jī)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(jié)構(gòu)、覆有雷電防護(hù)條帶的機(jī)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(jīng)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(jié)構(gòu)、覆有雷電防護(hù)條帶的機(jī)身艙板的一部分的頂視圖，
[0044]圖6是根據(jù)圖5所示的結(jié)構(gòu)的覆有雷電防護(hù)條帶的機(jī)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(shí)施例
[0046]如圖6和7中所示，復(fù)合材料制成的艙板20包括浸潤在樹脂基質(zhì)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(shí)施方式，復(fù)合材料制成的艙板20是CFRP型(“碳纖維加強(qiáng)聚合物”)，并且包括碳纖維。
[0049]根據(jù)一個操作模式，預(yù)浸潤樹脂的纖維層設(shè)置在平坦支撐裝置上，以便于獲得纖維預(yù)成型。隨后，該預(yù)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(jìn)行變形。
[0050]根據(jù)另一操作方式，AFP型纖維設(shè)置機(jī)用于將纖維束設(shè)置在包括幾何形狀與希望獲得的艙板20相同的設(shè)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(xì)帶狀，寬度小于20mm。根據(jù)一個結(jié)構(gòu)，束寬度為3.2mm、6.32mm或12.7mm。
[0052]當(dāng)然，本發(fā)明不局限于這兩種設(shè)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(yù)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(fù)合材料制成的艙板20包括雷電防護(hù)層28。
[0054]根據(jù)這些變化方案，雷電防護(hù)層28再設(shè)置在最后一層纖維上，在設(shè)置纖維層之前直接位于設(shè)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(shí)施方式，纖維設(shè)置在凸起的設(shè)置表面上，其對應(yīng)于機(jī)身艙板的內(nèi)表面(定向朝向飛機(jī)內(nèi)部)，并且將雷電防護(hù)層28設(shè)置在最后一層纖維上。同樣，雷電防護(hù)層28設(shè)置在機(jī)身外表面處。
[0056]根據(jù)另一實(shí)施方式，在首層纖維之前設(shè)置雷電防護(hù)層28，以便于設(shè)置在機(jī)身內(nèi)表面上。
[0057]雷電防護(hù)層28包括至少一層導(dǎo)電層，諸如金屬網(wǎng)、分離或未分離的金屬片、拉伸的金屬片。
[0058]根據(jù)一個實(shí)施方式，雷電防護(hù)層28包括導(dǎo)電層、支撐層和樹脂薄膜。由于這些元件類似于現(xiàn)有技術(shù)的雷電防護(hù)元件，因此不再詳述。
[0059]雷電防護(hù)層