專利名稱：在碳纖維復合材料翼段的鉚接區域免受直接雷擊的保護裝置的改進的制作方法
技術領域：
本發明涉及由非金屬材料、特別是由碳纖維復合材料“CFRP”制成的飛機結構翼段 (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：
幾十年來傳統的航空結構通常由金屬材料制成，諸如鋁、不銹鋼或鈦。因此，使這些傳統航空結構免受雷擊的保護裝置基于所述金屬材料的固有的良好電氣連續性。航空結構正在越來越多地由諸如碳纖維之類的復合材料制成，因為這些材料提供了具有低比重的配置結構。然而，復合材料不具有良好的電氣連續性，由此需要為其設置特殊結構，從而使它們形成的航空結構受到免受雷擊的保護。在沒有這些配置的情況下，當復合材料的結構受雷擊時，產生熱點和/或可能的電弧，在是油箱的情況中這是危急的。一個已知的解決方案包括執行復合材料制造的結構的金屬化，始終使用諸如鋁、 銅或青銅之類的金屬材料的一個或幾種箔或網狀結構，因此，所述箔或網狀結構在制造航空結構(通常是翼段)的過程中被附著到將受到直接雷擊的外表面。目前的技術保證上述外部金屬層與通常是碳纖維的復合材料的組件的一體化是良好的，并且同時是堅固的。這種金屬化確保結構的良好保護，并且最大化將由雷擊向放電 (“引出”)設備放電的電荷到大氣的傳導。然而，這種金屬化解決方案的效率在航空結構 (特別是翼段)的鉆孔過程中被減小，這種鉆孔對于連接所述結構或翼段到諸如翼肋、加強桿或翼梁之類的結構的其它部件是必要的。因此，翼段的鉆孔和其隨后的擴孔確保鉚釘/ 緊固件的頭部不產生空氣動力學突出，但其破壞了外層金屬化(箔或網狀結構)，并且在鉚釘的頭部和擴孔之間產生電介質接觸(dielectric contact)。這將不能確保在鉚釘的頭部和“金屬”層、網狀結構或箔之間具有良好的電接觸。這就引起通過螺栓、鉚釘傳遞到內部結構的能量的增加。已知存在用于在鉚釘的頭部和金屬化結構(網狀結構或箔)之間重新建立良好的電氣連續性的各種方法。最常用的一個解決方案包括使用特殊墊圈，確保鉚釘的頭部與所述結構或翼段的金屬化網之間的接觸，雖然其具有重量問題、由于其輪廓不連續而增加結構的氣動阻力的問題，而且同時，所述墊圈的裝配增加了生產時間，而且防雷保護基于在飛機裝配或者維修期間可能會丟失或遺忘的元件。本發明提供解決上述問題的方案。
發明內容
根據第一方面，本發明涉及由復合材料制成的飛機結構翼段的外表面的“金屬化”，其包括將金屬沉積物固定在擴孔結構和金屬化結構的鄰近區域上，這確保在航空結構或翼段的鉚釘的頭部、擴孔區域和金屬化結構的之間存在電氣連續性。在第二方面，本發明開發了用于在復合材料的航空結構的擴孔區域中進行后續金屬化的方法，即其提供了用于在航空結構已經經過鉆孔和隨后擴孔以后重新建立航空結構 (通常是翼段)的金屬化網或箔的方法。本發明的方法不加重處理的航空結構，而同時，其是工業化和非手動的方法。根據本發明的方法和結構，確保在閃電擊中復合材料的結構期間的電氣連續性， 確保大部分放電電流在表面上傳導，限制電流貫穿鉚釘引導到結構中或者起源于該結構， 減少后續火花或熱點的風險，特別是如果該結構形成燃料箱的一部分。此外，消除現有技術中存在的忘記安裝墊圈的問題，因為該方法現在是自動化方法，其中所述鉚釘將就座在其上的表面預先通過金屬化準備。本發明的方法包括以下步驟a)對復合材料的結構進行鉆孔和擴孔，該結構又包括網狀結構或金屬箔層形式的金屬化結構；b)準備和清潔其上已經執行鉆孔并且將是金屬化目標的表面；C)通過使用適于這種目的的模板，僅在鉚釘的頭部將坐在其中的上部中金屬化先前的表面。根據本發明的目標的圖示性實施例的接下來參考附圖詳細描述將推出本發明的其它特征和優勢。
圖1顯示在復合材料結構中鉚接連接的已知配置的剖面視圖。圖2顯示在根據本發明的復合材料結構中鉚接連接的配置的剖面視圖。
具體實施例方式因此，本發明涉及由的復合材料制成的結構翼段1的外表面的金屬化結構，該結構翼段1又包括金屬網或金屬箔2，所述翼段1通過鉚釘4固定到諸如翼肋、加強桿或翼梁的其它結構元件3，鉚釘4由該結構的較低區域處的夾緊螺母5固定。本發明的金屬化層7 確保在鉚釘4的頭部、擴孔區域8和翼段1或航空結構的金屬網或箔2之間存在電氣連續性。如在圖2中所觀察，金屬化層7被限定到鉚釘4的頭部與翼段1的金屬網或金屬箔2 的連接的上部，從而，在鉚釘4和航空結構之間的其余間隙區域中，可以有或可以沒有密封材料層6，密封材料層6的主要功能是組件的氣密性。因此，圖1詳細說明鉚接連接1的當前配置，其中可以看到鉚釘4的頭部和擴孔區域8之間的電介質區域9。另一方面，并且與上述情況相反，如圖2所示，根據本發明，作為在執行將在下面詳細描述的本發明的方法后存在金屬化層7的結果，在鉚釘4的頭部和擴孔區域8之間存在電氣連續性。為了產生金屬化層7，使用已知金屬噴涂工藝，其技術和設備在市場上是能夠獲得的，雖然其用途目前只限于不同類型的表面保護。這中工藝(即，例如由在惰性氣體強流內部的電弧熔化鋁、銅或其他金屬棒)的使用產生熔化金屬的細噴霧，其穩固地附著到所討論的表面。通過在噴涂的路徑中插入一個或多個模板可以獲得適合的金屬化厚度，這對于符合由保護飛機免受雷擊的航空條例確定的每個區域的需要是必要的。由于與碳纖維復合材料(CFRP)存在電化腐蝕問題，本發明的金屬化層7不可以是鋁，由此通過金屬噴涂融化以產生金屬化層7的桿將是銅、青銅或與翼段1的金屬網或箔2 并且同時與鉚釘4電化學兼容的任何其他材料。將金屬噴涂工藝應用到本發明的領域存在困難，因為要確保電氣連續性的調整范圍達到微米量級，而設備(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的金屬網或箔2—起就座的上部(因為否則將產生朝向結構內部的電流的路徑(這在油箱的情況是危急的))這樣的事實而使得上述困難變得更糟。本發明的應用范圍大體用于飛機的復合材料的翼段或結構，雖然優選應用將是在用于飛機油箱結構中。在第二方面中，本發明開發了用于在復合材料的航空結構的擴孔區域8中的后續金屬化的方法。本發明的方法不加重所處理的航空結構，而且同時其是工業化和非手動方
法。
所提到的方法包括以下步驟
a)在工廠中制備復合材料的結構或翼段1 ；
b)對復合材料的結構或翼段1進行鉆孔和擴孔；
C)清洗、噴吹和脫脂將被金屬化的區域；
d)放置用于將金屬化層限定到被金屬化部分7的模板；
e)通過金屬噴涂進行金屬化；
f)放置鉚釘4和螺母5 ；
g)涂敷保護和涂料層10。
包括在由如下權利要求限定的范圍內的修改可以引入剛剛已經描述的優選實施方式中。
權利要求
1.一種由復合材料制成的飛機翼段(1)的結構，該翼段(1)包括在其外層部分中的金屬網或金屬箔O)，所述翼段(1)還包括孔，所述孔又包括窄部和上部擴孔(8)，從而上述翼段(1)通過金屬固定件固定到另一個飛機結構元件(3)，其特征在于，所述結構包括布置在上部擴孔(8)上的金屬化層(7)，該金屬化層在金屬網或金屬箔 (2)的鄰近區域中延伸，從而確保在雷電襲擊翼段(1)的結構期間在上部擴孔(8)和金屬網或金屬箔( 之間存在電氣連續性，進一步確保在上述翼段(1)的所述結構的外表面之上引導由雷電放電的大部分電流。
2.根據權利要求1所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，金屬化層(7)通過金屬噴涂工藝制成，該金屬噴涂工藝通過在惰性氣體強流內部的電弧融化金屬桿，產生形成所述層(7)的熔融金屬的細噴霧，所述層(7)牢固地附著在上部擴孔(8)上和金屬網或金屬箔 ⑵的鄰近區域上。
3.根據權利要求1或2所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，金屬化層(7)的材料與翼段(1)的金屬網或金屬箔O)電化學兼容，并且與固定元件的材料電化學兼容。
4.根據權利要求3所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，金屬化層(7)是銅或青銅。
5.根據上述任何一項權利要求所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，翼段(1)是碳纖維復合材料。
6.根據上述任何一項權利要求所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，還包括在固定元件⑷和飛機結構元件(3)之間的其余間隙區域中的密封材料層(6)。
7.根據上述任何一項權利要求所述的飛機翼段(1)的結構，其特征在于，該結構形成飛機油箱的一部分。
8.一種用于制造根據權利要求1的由復合材料制成的飛機翼段(1)的結構的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)在工廠中制備復合材料的翼段(1)；b)對復合材料的翼段(1)的結構進行鉆孔和擴孔(8)；c)放置用于將后續金屬化僅限定到金屬化層(7)的至少一個模板，所述金屬化層將被布置在上部擴孔(8)上，在金屬網或金屬箔O)的鄰近區域中延伸；d)通過金屬噴涂工藝金屬化和形成金屬化層(7)，通過在惰性氣體強流內部的電弧融化金屬桿，產生形成所述層(7)的熔融金屬的細噴霧，所述層(7)牢固地附著在上部擴孔 (8)上和金屬網或金屬箔O)的鄰近區域上；e)放置金屬固定元件⑷；
9.根據權利要求8所述的用于制造飛機翼段(1)的結構的方法，其特征在于，在步驟 c)中放置多個模板，所述多個模板插入步驟d)的金屬噴涂路徑中，從而能夠根據精確的厚度改變金屬化層(7)的厚度，以符合用于保護飛機免受雷擊的航空法規要求。
10.根據權利要求8或9所述的用于制造飛機翼段(1)的結構的方法，其特征在于，在步驟d)中的金屬噴涂方法中使用的桿是銅或青銅。
11.根據權利要求8至10中任何一項所述的用于制造飛機翼段(1)的結構的方法，其特征在于，該方法包括在步驟b)和d)之間進一步包括對將布置金屬化層(7)的區域進行清洗、噴吹和脫脂的步驟。
12.根據權利要求8至11中任何一項所述的用于制造飛機翼段(1)的結構的方法，其特征在于，該方法在步驟e)之后還包括在翼段(1)的結構的外層部分中涂敷保護和涂料層的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種飛機翼段的金屬化結構以及用于獲得這種結構的方法，從而其包括由復合材料制成的翼段(1)的結構，上述翼段(1)包括在其外層部分中的金屬網或金屬箔(2)，所述翼段(1)還包括孔，所述孔又包括窄部和上部擴孔(8)，從而上述翼段(1)通過金屬固定件(4)固定到另一個飛機結構元件(3)，其特征在于，所述金屬化結構包括布置在上部擴孔(8)上的金屬化層(7)，該金屬化層在金屬網或金屬箔(2)的鄰近區域中延伸，從而確保在雷電襲擊翼段(1)的結構期間在上部擴孔(8)和金屬網或金屬箔(2)之間存在電氣連續性，進一步確保在上述翼段(1)的所述結構的表面之上引導由雷電放電的大部分電流。本發明進一步涉及生產這種翼段(1)結構的方法。
文檔編號B64D5/00GK102333696SQ201080009685
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月26日 優先權日2009年2月27日
發明者費爾南德斯 路易斯·曼努埃爾·德斯凱爾索, 阿爾瓦雷茨 迪塞德里奧·桑切斯布魯內特 申請人:空客運營有限公司