结构复合部件和用于构造结构复合部件的方法与流程

本发明涉及结构复合部件，特别是用于飞行器或航天器的结构复合部件，本发明还涉及用于构造这种类型的结构复合部件的方法，并且还涉及包括这种结构复合部件的飞行器或航天器。

本发明的一个目的是提供一种能够在提供附加功能的同时储存能量的结构复合部件。

本发明的另一目的是提供一种与复合结构的制造条件相匹配的结构复合部件，以便使结构复合部件容易地结合到常规的制造工艺。

尽管本发明及其所基于的问题适用于任何类型的结构，例如各种车辆，特别是飞行器、航天器等，但是将参照商用飞行器的蒙皮对本发明及其所基于的问题进行更详细地解释。

背景技术：

飞行器的现代蒙皮通常用复合材料构造。为了防止雷击和/或磁脉冲，通常将另外的高导电层即所谓的雷击防护(lsp)结合到蒙皮中。

图1a示出了申请人已知的用于飞行器蒙皮的典型的复合层压件101的截面图。层压件101包括外涂层105。在涂层105的下方直接设置有lsp102。接着lsp102的是若干层碳纤维增强聚合物111。

图1b示出了典型的lsp层102的分解图，其中，lsp102包括嵌在树脂膜113中的铜网112。

文献de102006046002a1描述了用于雷击防护的另一多层系统，该多层系统具有包括极化颗粒的涂层。

此外，近些年已经尝试开发结合到复合结构中的电池功能。图2示出了申请人已知的复合电池单元103的基本构造。一般的构造包括置于两个分隔件层之间的阴极层104。在堆叠件的底部和顶部处布置有两个阳极层106。

本发明的一个目的是提供一种改进的结构复合部件。此外，本发明的一个目的是提供一种用于构造这种改进的结构复合部件的方法。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种如权利要求1所述的结构复合部件、特别是用于飞行器或航天器的结构复合部件；提供了一种如权利要求11所述的用于构造结构复合部件、特别是用于飞行器或航天器的结构复合部件的方法；并且还提供了一种如权利要求15所述的飞行器或航天器。本发明的有利的或优选的特征在从属权利要求中描述。

因此，根据一个方面，本发明提供了一种结构复合部件、特别是用于飞行器或航天器的结构复合部件，该结构复合部件包括雷击防护层和复合电池，该复合电池包括阴极层和分隔层，其中，雷击防护层与阴极层一体地形成，并且其中，分隔层构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性。

根据另一方面，本发明提供了一种用于构造结构复合部件、特别是构造根据权利要求1至10中的一项所述的特别地用于飞行器或航天器的结构复合部件的方法，该方法包括：提供阳极层、分隔层和雷击防护层，其中，分隔层构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性；将阳极层、分隔层和雷击防护层堆叠；以及使阳极层和雷击防护层接触以形成复合电池，其中，雷击防护层作为阴极层被接触。

根据另一方面，本发明提供一种飞行器或航天器，该飞行器或航天器包括根据本发明的和/或通过根据本发明的方法形成的结构复合构件，特别地包括外蒙皮。

本发明的一个构思是提供一种构造为电池的结构复合部件，该结构复合部件包括分隔层，分隔层构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性。结构复合部件还包括与复合电池的阴极层一体地形成雷击防护层。这最后特别是由于雷击防护层用作复合电池的阴极层而实现的。

这意味着，与常规的复合电池相比，堆叠层由于阴极形成最上层或最外层而改变。

此外，与在其中使用分隔层作为玻璃板层的常规复合电池相比，本发明的结构复合部件的分隔层构造成提供部件内的新功能，特别是该分隔层可以用作声阻尼、和/或防火隔板、和/或防止撞击。

此外，与常规的lsp相比，本发明的结构复合部件的雷击防护层作为复合电池的阴极被接触。特别地，雷击防护层相应地形成并堆叠。

如此以来，省略了常规的阴极层。因此，特别是与包括单独的复合电池和雷击防护的部件、尤其是具有单独的雷击防护层和阴极层两者的部件相比，可以减小复合部件的重量。

除了重量之外，也可以减小层压件的厚度。此外，由于省略了常规的阴极层，因此需要较少的材料。因此，可以降低材料和制造劳动的成本。

用于构造和/或制造结构复合部件的方法包括提供阳极层、分隔层和雷击防护层，分隔层构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性；将阳极、分隔层和雷击防护层堆叠；以及使阳极与雷击防护层接触以形成复合电池。特别地，分隔层设置在阳极层与雷击防护层之间。此外，提供触头，其中，正触头设置用于雷击防护层，并且负触头设置用于阳极层。特别地，雷击防护层由此被接触并构造成、例如相应地形成并堆叠成用作阴极层。由此，保持了lsp的功能、特别是完整地保持lsp的功能。

本发明的飞行器或航天器优选地包括形成为外蒙皮的这种结构复合部件。如此以来，将所设置的用作复合电池的大的表面和有效的雷击防护以最小的重量同时结合到外蒙皮中。此外，该外蒙皮提供了附加功能，比如声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性。

雷击防护层优选地包括金属、特别是高导电金属，比如例如铜。

分隔件优选地包括防火隔板层比如例如芳族聚酰胺或热塑性塑料、冲击保护层比如例如芳族聚酰胺、或振声阻尼层比如弹性体。

本发明的有利实施方式和改进可以在从属权利要求中查找。

根据一个实施方式，结构复合部件构造为经涂覆的多层蒙皮部。特别地，经涂覆的多层蒙皮部构造成用于形成飞行器或航天器的外蒙皮，例如机身蒙皮部。如此以来，复合电池和雷击防护功能两者都结合到蒙皮例如飞行器或航天器的蒙皮中，同时该蒙皮提供附加功能。

根据一个实施方式，与阴极层一体地形成的雷击防护层设置在多层蒙皮部的最外层处。特别地，构造为阴极层的雷击防护层直接设置在涂层的下方。这意味着，复合电池的堆叠件适应于将阴极层设置为最外层。如此以来，阴极层和雷击防护层结合成一体在不减少任何雷击防护功能的情况下是可行的。

根据一个实施方式，雷击防护层构造为阴极层。特别地，构造为阴极层的雷击防护层形成为单层。这意味着，阴极层和雷击防护层不仅彼此结合，而且雷击防护层作为阴极而用于额外的功能，优选地形成为单个共用层。因此，该层例如在厚度、表面、电位和/或导电性方面被设计成实现用于复合电池的阴极的功能和为结构复合部件提供雷击防护的功能两者。

根据有利实施方式，构造为阴极层的雷击防护层形成为金属网、特别地形成为铜网。如此以来，提供了雷击防护层的高导电性。作为铜的替代方案，也可以使用其他高导电金属比如铝。金属网可以形成为例如膨胀箔(expandedfoil)。

根据一个优选实施方式，复合电池还包括阳极层。分隔层布置在阳极层与构造为阴极层的雷击防护层之间。阳极层和分隔层结合到结构复合部件中。特别地，阳极层和分隔层结合在结构复合部件的堆叠层中。如此以来，复合电池有利地与结构复合部件完全一体地形成。

根据一个实施方式，复合电池的容量适应于雷击防护层的厚度。替代性地或者另外地，复合电池的容量可以适应于雷击防护层的表面。这意味着，雷击防护层形成了设计约束，复合电池的其余部分、特别是阳极的厚度和/或表面适应于该设计约束。如此以来，确保了雷击防护功能。例如，根据一个实施方式，阳极包括多个纤维层，所述纤维层特别地是碳纤维层或板层，其中，接触式纤维层的数量根据复合电池的容量而适应于雷击防护层的厚度和/或表面。

根据另一实施方式，增大雷击防护层的厚度以适应复合电池的容量。替代性地或另外地，为了适应可以增大雷击防护层的表面。这意味着，用于提供雷击防护功能所需的雷击防护层的最小厚度和/或表面形成设计中的最小约束。然而，可以增大雷击防护层的厚度和/或表面以配合复合电池的其他部件、特别是阳极。特别地，如果复合电池的期望容量高于对应于雷击防护层的最小厚度和/或表面的容量，则增大厚度和/或表面。例如，阳极包括多个纤维层、所述多个纤维层特别地是碳纤维层或板层。在这种情况下，雷击防护层的厚度和/或表面被增大、特别地被增大成大于通常的0.02mm至0.15mm的厚度，以根据复合电池的容量而适应于接触式纤维层的数量。

根据一个实施方式，雷击防护层的厚度可以通过提供增大厚度的单个雷击防护层来增大。如此以来，有利地便于处理和制造。

根据另一实施方式，雷击防护层的厚度可以通过提供多层雷击防护层例如雷击防护双层来增大。如此以来，可以以灵活的方式改变厚度。

根据用于构造结构复合部件的方法的一个实施方式，堆叠件形成为经涂覆的多层蒙皮部，并且作为阴极构造并被接触的雷击防护层定位于堆叠件的最外层。特别地，作为阴极构造并被接触的雷击防护层直接设置在涂层的下方。因此，复合电池的堆叠件适于将阴极层设置为最外层。如此以来，与常规的lsp相比，阴极层和雷击防护层结合成一体在不减少任何的雷击防护功能的情况下是可行的。

根据方法的另一实施方式，堆叠雷击防护层包括堆叠单个金属网。此外，接触雷击防护层包括接触单个金属网。这种单个金属网设计成既满足复合电池的阴极功能，又满足结构复合部件的雷击防护功能。特别地，网可以形成为铜网。如此以来，提供了雷击防护层的高导电性。作为铜的替代方案，也可以使用另一高导电金属，比如例如铝。金属网可以形成为例如膨胀网格或膨胀箔。

根据方法的另一实施方式，堆叠阳极层包括堆叠多个接触式纤维层，所述接触式纤维层特别地是碳纤维层或板层。在这种情况下，接触式纤维层的数量适应于雷击防护层的厚度和/或表面。替代性地，可以增大雷击防护层的厚度和/或表面以适应接触式纤维层的数量，特别在接触式纤维层的数量多的情况下也是如此。如此以来，优化了复合电池并完整保持了雷击防护。

附图说明

为了更好地理解本发明，提供以下附图以用于说明性和非限制性的目的，在附图中：

图1a示出了用于飞行器蒙皮的典型复合层压件的截面图。

图1b示出了典型的雷击防护的层的分解图。

图2示出了复合电池单元的基本构造的截面图。

图3示出了根据本发明的第一实施方式的结构复合部件的截面图。

图4示出了根据本发明的第二实施方式的结构复合部件的截面图。

图5示出了飞行器或航天器。

具体实施方式

尽管在本文中示出并描述了具体实施方式，但本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等同的实现形式可以代替所示出和所描述的具体实施方式。总体来说，本申请旨在覆盖本文中所讨论的具体实施方式的任何改型或变型。

图1a示意性地示出了用于外蒙皮的典型复合层压件的截面图。

在图1中，附图标记101表示包括外涂层105的层压件，该外涂层105用作表面保护和装饰层。在涂层105下方设置有包括金属网的用于雷击防护(lsp)的层102。接着lsp102的是具有不同取向的若干碳纤维增强聚合物(cfrp)板层111，从而提供了结构强度。例如，第一cfrp板层111被定向成+45°，而第二cfrp板层111被定向成+45°。另外的cfrp板层111可以被定向成90°和0°。

图1b示出了典型的lsp层102的分解图。

lsp102本身具有若干层。最上层可以构造为用作工具表面的树脂膜113，涂层105可以施加在该树脂膜113上。树脂膜113包括放置在金属网112上的垫/遮布承载件114，垫/遮布承载件114例如构造成膨胀铜箔(ecf)。金属网112具有介于0.02mm与0.15mm之间的典型厚度并且提供导电性。

在金属网112的下方放置有另一树脂膜113。lsp的底层由纸110形成，该纸110用于将lsp放置在面板层压件中。

图2示意性地示出了复合电池单元103的基本构造的截面图。

复合电池单元103形成为包括阴极层104的堆叠层，阴极层104例如构造为铁素体氧化物网或者构造为铜网。阴极层104布置在堆叠件的中间被夹置在两个分隔件层107之间并且与正触头108接触。分隔件层107构造成用于使复合电池103的负极部分和正极部分分开。然而，分隔件层构造为离子-透过式的，意在使带电离子颗粒传输通过。例如，分隔件层可以包括玻璃纤维网或玻璃纤维增强塑料、芳族聚酰胺、热塑性塑料和弹性体。

在堆叠件的顶部和底部上分别布置有阳极层106，并且阳极层106与负触头109接触。阳极层106包括例如嵌在固体聚合物树脂中的单向带或碳纤维板层的织物。聚合物树脂用作使离子移动的电解质，而碳纤维用作阳极。

图3示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的结构复合部件1的截面图。

结构复合部件1包括金属雷击防护层2和复合电池3。

复合电池3包括结合在结构复合部件1的堆叠件中的阳极层6、分隔层7和阴极层4。

雷击防护层2构造为阴极层4。因此，构造为阴极层4的雷击防护层2与复合电池3的正触头8接触。

此外，阳极层6与复合电池3的负触头9接触。

分隔层7构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性，并且布置在阳极层6与构造为阴极层4的雷击防护层2之间。

构造为阴极4的雷击防护层2被用作表面保护和装饰层的涂层5覆盖。例如，涂层可以构造有标识等。

阳极层6由多个纤维层6a、6b、6c形成。在图3所描绘的实施方式中，例如提供了三个接触式纤维层6a、6b、6c来形成阳极层6。然而，将理解的是，可以提供任何合适数量的接触式纤维层6a、6b、...、6n来形成阳极层6。特别地，复合电池3的容量可以通过改变接触式纤维层6a、6b、...、6n的数量适应于雷击防护层2的厚度或表面。

此外，出于结构的目的，可以在堆叠件中提供未接触的另外的纤维层(未示出)。

结构复合部件1形成蒙皮部、特别地用于飞行器或航天器10、构造成用于提供附加功能，比如声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性。由此，构造为阴极层4的雷击防护层2形成蒙皮部的直接位于涂层5的下方的最外层。

在所示的实施方式中，构造为阴极层4的雷击防护层2形成为由金属网制成的单层。优选地，金属网构造为铜网。例如，可以使用由美国康涅狄格州的瓦林福德的dexmet公司的名为“微网材料”的铜网产品。至少根据lsp的要求来选择铜网的厚度，并且如果需要阴极功能，则可以选择厚度更大的铜网。

图4示意性地示出了根据第二实施方式的结构复合部件1’的截面图。

复合部件1’与图3的复合部件1的不同之处在于阳极层6包括多个接触式纤维层6a、6b、6c、6d、...、6n。如此以来，复合电池3配置成具有更高的容量。

因此，构造为阴极4’的雷击防护层2’的厚度增大。在所示实施方式中，仅作为示例，具有增大厚度的雷击防护层2’形成为具有两个金属网的双层。因此，两个直接接触的金属网直接堆叠在彼此上以形成具有增大厚度的构造为阴极层4’的雷击防护层2’。

将理解的是，根据另一实施方式，可以使用具有增大厚度的单个金属网来代替双层以形成雷击防护层2’。

如关于图3所解释的那样，金属网优选地构造为铜网。

图5示意性地示出了飞行器或航天器10。

飞行器或航天器10构造为商用飞行器并且包括具有外蒙皮11的机身。外蒙皮11形成为结构复合部件1、1’，结构复合部件1、1’包括金属雷击防护层2和复合电池3，复合电池3包括阴极层4、4’和分隔层7，其中，金属雷击防护层2构造为复合电池3的阴极4，并且其中，分隔层7构造成用于提供声阻尼、和/或防火隔板、和/或耐冲击性，如参照图3或图4所描述的。

尽管在本文中示出并描述了本发明的具体实施方式，但本领域普通技术人员将理解的是存在各种替代和/或等同的实现形式。

将理解的是，示例性实施方式仅是示例并且不意图以任何方式限制范围、适用性或构型。更确切地说，前面的概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施方式的方便的线路图，应当理解的是，可以在不脱离所附权利要求书及其合法等同物的范围的情况下对在示例性实施方式中描述的元件的功能和布置中做出各种改变。总体来说，本申请意在覆盖本文中所讨论的具体实施方式的任何改型或变型。