燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體的制作方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供一種能夠減少制造工序中的作業時間及成本，防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體。燃料箱具備使用了碳纖維強化塑料的結構部件，該碳纖維強化塑料：其增強材料(15)含有碳纖維且其基體(17)含有塑料，基體(17)被賦予導電性。而且，結構部件被切削而形成的結構部件的切削面(11a)也可以在燃料箱的容納有燃料的內部露出。
【專利說明】燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體
【技術領域】
[0001]本發明涉及作為結構部件使用了碳纖維強化塑料的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體。
【背景技術】
[0002]航空器的主翼有時作為可容納燃料的燃料箱使用。制成與主翼一體化，使翼結構不漏油的液密結構的燃料箱，被稱為整體油箱。為了減輕重量，整體油箱有使用復合材料例如碳纖維強化塑料(CFRP)的趨勢。CFRP使用碳纖維作為增強材料，使用合成樹脂作為基體。
[0003]在專利文獻I中，公開有三維纖維增強樹脂復合材料的發明，其技術是，為了不損害生產性，對纖維增強樹脂復合材料賦予導電性，邊紗由比面內方向紗導電性高的導電性材料構成。另外，在專利文獻2中，公開有預浸料坯及碳纖維增強復合材料的發明，其技術是，為了兼備優異的耐沖擊性和導電性，使其含有導電性粒子或纖維。再者，在專利文獻3中，公開有改良型復合材料的發明，其技術是，為了具有導電性，且相比標準的復合材料幾乎或完全不使其重量增加，而使其含有分散在高分子樹脂中的導電性粒子。
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2007— 301838號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2010— 280904號公報
[0007]專利文獻3:日本特開2011—168792號公報
[0008]發明要解決的問題
[0009]但是，在航空器的燃料箱使用CFRP的情況下，在CFRP零件的表面，尤其是通過切削加工形成的切削面，碳纖維的端部在燃料箱的內部露出。
[0010]該情況下，當雷電碰到主翼時，雷電流就會流過CFRP零件的表面或切削面，在碳纖維的端部有可能在碳纖維間產生放電。作為該放電對策，采用在CFRP零件的表面或切削面涂敷密封劑等，將產生的電流封閉于內部的方法。但是，因密封劑等的涂敷作業，在燃料箱的制造工序中，作業時間及成本增加。另外，主翼的重量因涂敷的密封劑而增加。
[0011]此外，上述的課題不限于與航空器的主翼一體化的整體油箱，在燃料流通的燃料電池的容器中也產生。以下，燃料電池的容器也包括在燃料箱中進行說明。另外，在具有燃料箱的航空器的主體、航空器以外的搭載有燃料箱的汽車等移動體中也產生同樣的課題。
【發明內容】
[0012]解決問題的技術方案
[0013]本發明是基于這種情況而開發的，其目的在于，提供一種可降低制造工序的作業時間及成本，可防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體。
[0014]為了解決上述課題，本發明的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動體采用以下的裝置。
[0015]S卩，本發明的燃料箱具備使用了碳纖維強化塑料的結構部件，該碳纖維強化塑料:其增強材料含有碳纖維且其基體含有塑料，所述基體被賦予導電性。根據該發明，燃料箱的結構部件為增強材料含有碳纖維的碳纖維強化塑料。而且，碳纖維強化塑料的基體含有塑料，且被賦予導電性。
[0016]在基體未被賦予導電性、結構部件端部未實施密封劑等處理的情況下，若碰到雷時雷電流從端部流過，則在端部的增強材料間有可能產生放電，但由于基體被賦予導電性，因此能夠確保碳纖維即增強材料間的導通，可防止結構部件的端部發生放電。
[0017]在上述發明中，所述結構部件被切削而形成的所述結構部件的切削面也可以在容納有燃料的內部露出。
[0018]根據該發明，即使結構部件的端部為切削面，且該切削面在容納有燃料的內部露出，由于基體被賦予導電性，因此也能夠確保碳纖維即增強材料間的導通，可防止結構部件的端部發生放電。
[0019]在上述發明中，理想的是，所述碳纖維強化塑料的板厚方向的電阻率為500 Qcm以下。
[0020]另外，本發明的主翼將上述燃料箱作為結構體，本發明的航空器主體具備上述燃料箱。
[0021]根據這些發明，主翼的結構體為燃料箱，或者，航空器主體具備燃料箱，燃料箱的結構部件為碳纖維強化塑料。而且，碳纖維強化塑料的基體含有塑料，且被賦予導電性，因此，確保了含有碳纖維的增強材料間的導通，可防止結構部件的端部發生放電。
[0022]另外，本發明的航空器具備上述主翼或航空器主體。
[0023]根據該發明，航空器的主翼或航空器主體，其結構體為燃料箱，燃料箱的結構部件為碳纖維強化塑料。而且，碳纖維強化塑料的基體含有塑料，且被賦予導電性，因此，確保了含有碳纖維的增強材料間的導通，可防止結構部件的端部發生放電。
[0024]另外，本發明的移動體具備上述燃料箱。
[0025]根據該發明，移動體的結構體為燃料箱，燃料箱的結構部件為碳纖維強化塑料。而且，碳纖維強化塑料的基體含有塑料，且被賦予導電性，因此，確保了含有碳纖維的增強材料間的導通，可防止結構部件的端部發生放電。
[0026]發明效果
[0027]根據本發明，由于對基體賦予了導電性，因此確保了碳纖維即增強材料間的導通，可防止在結構部件的端部的增強材料間發生放電，由于在結構部件的端部也可以不實施另外的密封劑等，因此能夠減少制造工序中的作業時間及成本，防止重量增加。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是表示本發明一實施方式的主翼的立體圖，將局部剖開進行表示；
[0029]圖2是表示同實施方式的主翼的縱剖面圖；
[0030]圖3是表示同實施方式的加強肋的凸緣的端面圖，是圖5的III一III線向視圖；
[0031]圖4是表示同實施方式的上側外殼及加強肋的局部縱剖面圖；是用圖2的IV-1V線切斷的剖面圖；
[0032]圖5是表示同實施方式的加強肋的凸緣的俯視圖；
[0033]圖6是表示現有加強肋的凸緣的俯視圖；
[0034]圖7是表示現有加強肋的凸緣的端面圖，是圖6的VII—VII線向視圖；
[0035]圖8是表示試驗體的板厚方向的電阻率[Ω cm]和相對電火花發生電流[% ]的關系的座標圖。
[0036]符號說明
[0037]I主翼3上側外殼5下側外殼7前側梁9后側梁11加強肋Ila切削面IlA凸緣IlB腹板12密封劑13燃料箱15增強材料17基體
【具體實施方式】
[0038]下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0039]首先，對本實施方式的航空器的主翼I的構成進行說明。
[0040]如圖1及圖2所示，主翼I具備:上側外殼3、下側外殼5、前側梁7、后側梁9、多個加強肋11等。
[0041]上側外殼3及下側外殼5是構成主翼I的外形、還兼作空氣動力面的薄板。上側外殼3及下側外殼5與前側梁7、后側梁9及縱梁(未圖示。)一起承擔作用在主翼I的拉伸負荷及壓縮負荷的一部分。
[0042]如圖1所示，前側梁7及后側梁9為沿主翼I的翼長方向延伸設置的結構部件，配置于上側外殼3及下側外殼5之間。多個縱梁是在上側外殼3或下側外殼5的內側面沿主翼I的翼長方向延伸設置的輔助部件，配置于前側梁7和后側梁9之間。
[0043]如圖1所示，加強肋11是設于主翼I的翼寬方向的結構部件，配置于上側外殼3及下側外殼5之間。S卩，加強肋11是沿與前側梁7及后側梁9大致正交的方向延伸設置的結構部件，是形成為主翼I的縱截面形狀的板狀的部件。如圖1及圖2所示，加強肋11在長邊方向上形成有多個開口部14。
[0044]在主翼I中，由前側梁7、后側梁9、上側外殼3及下側外殼5包圍的部分用作容納燃料的燃料箱13。燃料箱13其機體結構物本身被制成容器，稱為整體油箱(integraltank)。而且，前側梁7、后側梁9、上側外殼3、下側外殼5及加強肋11也是燃料箱13的結構部件。燃料箱13具有不會向外部泄漏燃料的液密結構
[0045]在燃料箱13的內側設置有向燃料箱13供應燃料的燃料配管(未圖示)、檢測燃料油量的多個燃料油量計(未圖示)、及燃料油量計的配線(未圖示)等。
[0046]下面，對燃料箱13的結構部件進行說明。
[0047]燃料箱13的結構部件即前側梁7、后側梁9、上側外殼3、下側外殼5及加強肋11，使用碳纖維強化塑料(CFRP)。而且，被應用于燃料箱13的本實施方式的CFRP，如圖3所示，增強材料15含有碳纖維，基體17含有塑料。而且，基體17被賦予導電性，由此，燃料箱13的結構部件所使用的CFRP具有導電性。在圖3中對加強肋11進行了表示，但關于其它部件也同樣。
[0048]此外，在燃料箱13中，也可以不用CFRP形成前側梁7、后側梁9、上側外殼3、下側外殼5及加強肋11的全部，也可以局部性地用鋁合金等金屬形成。
[0049]基體17含有例如:不飽和聚酯、環氧樹脂等熱固性樹脂等塑料。對基體17賦予導電性的方法可以應用對熱固性樹脂等塑料賦予導電性的各種各樣的技術，在本說明書中省略詳細地的說明。作為對基體17賦予導電性的方法，例如有使塑料內含有導電性的粒子或纖維的方法、對塑料賦予導電性的方法等。基體17的電阻率例如為數Ωαιι。
[0050]燃料箱13的CFRP形成的結構部件，在容納有燃料的燃料箱13的內部，露出有因切削加工而形成的切削面。例如，如圖4所示，在加強肋11由凸緣IlA和腹板IlB等構成的情況下，在凸緣IlA的端部，切削面Ila在燃料箱13的內部露出。
[0051]在本實施方式中，由于基體17被賦予導電性，因此如圖5所示，當雷碰到主翼I的加強肋11時，在雷電流C從遇雷地點P流過CFRP零件的表面或切削面Ila時，在增強材料15間就會電導通。其結果是，在CFRP的切削面Ila上，在增強材料15間不易發生放電。
[0052]此外，本實施方式與下述的技術不同，該技術是:通過在CFRP形成的結構部件的表面，作為底層涂料涂敷防帶電涂料，防止帶電，同時防止電解的作用導致的腐蝕。而是使基體17本身帶有導電性，確保含有碳纖維的增強材料15間的電導通。
[0053]與本實施方式不同，在基體17未被賦予導電性的情況下，如圖6所示，當雷碰到主翼I的加強肋11時，雷電流C從遇雷地點P流過CFRP零件的表面或切削面Ila時，在輔助材料15的端部，在增強材料15間有可能發生放電D(參照圖6及圖7)。目前，作為該放電對策，如圖6所示，采用在CFRP零件的表面或切削面Ila上涂敷密封劑12等將產生的電流封閉在內部的方法。但是，因密封劑12等的涂敷作業，在燃料箱13的制造工序中，作業時間及成本增加。另外，由于涂敷的密封劑12，主翼I的重量增加。
[0054]與此相反，根據本實施方式，燃料箱13的結構部件為增強材料15含有碳纖維的CFRP，基體17含有塑料，且被賦予導電性。由于基體17被賦予導電性，因此即使切削面Ila向燃料箱13的內部露出，也可確保增強材料15間的導通，可防止結構部件的切削面Ila的增強材料15間發生放電。
[0055]下面，對于本發明的一實施方式和現有例，分別制成試驗體，對實施了防雷試驗的結果進行說明。
[0056]在本試驗中，在具備賦予了導電性的CFRP的結構部件(本實施方式)、和未賦予導電性的CFRP的結構部件(現有)中，對試驗體施加大電流波形，比較產生電火花的電流值的不同。
[0057]防雷試驗的試驗方法按照SAE internat1nal 的 Aircraft Lightning TestMethods (ARP5416)的Conducted Current Test的記載。施加在試驗體上的大電流波形為ARP5412A所規定的雷模擬電流的組合A波形。
[0058]圖8表示試驗體的板厚方向的電阻率[Ωαιι]和相對電火花產生電流[% ]的關系。對于板厚方向的電阻率不同的多個試驗體實施防雷試驗，結果獲得圖8所示的結果。在圖8中，按比例表示將具備未賦予導電性的CFRP的結構部件的電火花發生電流值設為100%時的各試驗體的電火花發生電流值。
[0059]根據試驗結果可知，只要賦予導電性，板厚方向的電阻率為500Qcm以下，具備賦予了導電性的CFRP的結構部件在相對電火花發生電流時表現優異性，尤其是，只要板厚方向的電阻率為約200 Qcm以下，則相對電火花發生電流達到二倍以上。
[0060]即，被賦予板厚方向的電阻率為500 Qcm以下的導電性的CFRP，與未賦予導電性的CFRP相比,確認可抑制遇雷時的雷電流導致的電火花的發生,被賦予板厚方向的電阻率約200 Ω cm以下的導電性的CFRP中，確認可進一步抑制遇雷時的雷電流導致的電火花的發生。
[0061]此外，上述實施方式對航空器的與主翼一體化的稱為整體油箱的燃料箱13的情況進行了說明，但本發明不限于該例。例如，也可適用于在燃料流通的燃料電池的容器(燃料箱)所使用的結構部件。另外，還可以適用于航空器的主體上設置的燃料箱的結構部件、航空器以外的汽車等移動體所搭載的燃料箱的結構部件。
【權利要求】
1.一種燃料箱，其具備使用了碳纖維強化塑料的結構部件，該碳纖維強化塑料:其增強材料含有碳纖維且其基體含有塑料，所述基體被賦予導電性。
2.如權利要求1所述的燃料箱，其中， 所述結構部件被切削而形成的所述結構部件的切削面在容納有燃料的內部露出。
3.如權利要求1或2所述的燃料箱，其中， 所述碳纖維強化塑料的板厚方向的電阻率為500 Qcm以下。
4.一種主翼，其將權利要求1?3中任一項所述的燃料箱作為結構體。
5.—種航空器主體,其具備權利要求1?3中任一項所述的燃料箱。
6.一種航空器，其具備權利要求4所述的主翼或權利要求5所述的航空器主體。
7.一種移動體，其具備權利要求1?3中任一項所述的燃料箱。
【文檔編號】B64C3/34GK104203752SQ201380014810
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年3月26日
【發明者】神原信幸, 山下政之, 阿部俊夫, 神納佑一郎 申請人:三菱重工業株式會社