闪电防护装置及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在高温环境中使用的闪电防护的领域。本发明的特定但非排他性 领域是对在空间发射器、战术发射器等的推进器或在航空发动机中存在的热部件提供闪电 防护。
【背景技术】
[0002] 该类型的发射器的推进器或航空发动机的后体部件在飞行中很容易被闪电击中。 当遭受闪电打击的部件由诸如复合材料的不导电材料制成时，或当其被覆盖在介电材料中 时，该部件的结构可能通过闪电所产生电弧的脉冲和连续组分而严重地受损。
[0003] 几种技术已经存在用于闪电防护，主要目的是鼓励闪电流流过该保护而不是通过 保护结构以及迅速增加闪电弧的冲击点的尺寸，以减少热能和机械应力。
[0004] 在现有的解决方案中，已经发现由以下构成的闪电防护涂料：
[0005] ?金属织物，所述金属织物被紧固到用于保护的部件的表面；
[0006] ?由已被开槽和拉伸的金属板形成的扩张金属格栅，以形成一个格栅，所述格栅同 样被紧固到用于保护的部件的表面；
[0007] ?在被保护部件的表面上由诸如镍颗粒的沉积金属颗粒制成的导电层，以增加其 导电性；以及
[0008] ?在用于保护的复合材料部件的加强件的纤维织构中直接编织的金属纤维，以在 适用于分散闪电弧的碰撞点的该部件表面形成大量的小点。
[0009] 然而，这些各种涂料存在某些缺点，并且主要缺点是耐高温的能力差。此外，一些 涂料很难放置在形状复杂的结构上。
[0010] 这些解决方案还存在难以修复的缺点。
[0011] 发明目的和内容
[0012] 因此，本发明旨在提出一种用于对非导电或被覆盖在介质中的结构提供闪电防护 的解决方案，以及以在高温环境中可靠的方式这样做。
[0013] 为此，本发明提出了一种用于放置在用于保护的结构上的闪电防护装置，并且至 少包括：
[0014] ?第一涂层，所述第一涂层包括至少一个导电涂料层；以及
[0015] ?第二涂层，所述第二涂层沉积在所述第一涂层上，并包括一种绝热和导电材料。
[0016] 这提供了对防止闪电攻击的有效保护，特别地因为使用了一种当被闪电攻击时能 够迅速放出大量电流的导电涂料。
[0017] 此外，由于绝热的第二涂层的存在，保留了本发明的保护装置的完整性，即使当其 用在接触高热通量的结构上。由于该保护涂层也是导电的，通过确保在该装置的接触表面 和该导电涂料之间的电气连续性，这有助于该装置的整体电气有效性。
[0018] 此外，通过其设计，该装置可适于任何类型的形状，甚至非常复杂的形状。
[0019] 在本发明装置的第一方面中，该第二涂料具有小于0.1瓦特每米每开尔文 (WnrV1)的导热系数。
[0020] 在本发明装置的第二方面中，该第二涂层具有小于200欧姆的表面电阻率。
[0021] 本发明还提供了一种在高温环境中操作的闪电敏感结构，这种结构的特征在于， 其至少一部分设置有本发明的闪电防护装置。该结构特别地对应于推进器的喷嘴，后体或 护罩。
[0022] 本发明还提供了一种在用于保护的结构上制造闪电防护装置的方法，所述方法包 括至少：
[0023] ?在用于保护的结构上沉积第一涂层，所述第一涂层包括至少一个导电涂料层；
[0024] ?在所述第一涂层上沉积第二涂层，所述第二涂层包括一种绝热和导电的材料。
[0025] 在本发明方法的第一方面中，所述第二涂料具有小于0.1 Wnr1IT1的导热系数。
[0026] 在本发明方法的第二方面中，所述第二涂层具有小于200欧姆的表面电阻率。
[0027] 此外，本发明的方法还可以有利地用于修复本发明的涂层，其中这种修复特别地 容易实施。
[0028] 附图简要说明
[0029] 从作为非限制性示例并参考附图给出的本发明特定实施例的以下描述，本发明的 其他特征和优点变得显而易见，其中：
[0030] ?图1是流程图，示出了如图2A到2E所示的本发明闪电防护装置的方法步骤；以 及
[0031] ?图2A到2E是在本发明的实施方式中一种制作闪电防护装置的方法的图解视图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明的闪电防护装置优选地，但不仅限于，用于在由一种材料制成的任何结构 上使用，该材料不导电或在电绝缘材料或层中被覆盖在其要保护的表面上，例如应用到使 用在发射器上的热防护涂料，并且该结构也用于在高温环境中使用。
[0033] 参考图1和图2A到2E，其中描述一种根据本发明的实施例制造闪电防护装置的方 法。
[0034] 图2A示出了与要防护闪电的结构对应的轴对称部件100。该部件100由不导电的 热结构复合材料制成，如对应于火箭发动机或航空发动机的组件，该航空发动机暴露于由 来自发动机的热气所产生的高温下。
[0035] 例如，部件100由碳化硅/碳化硅（SiC/SiC)复合材料制成，该材料以已知方式是 一种包括由SiC基质密化的SiC纤维的加强件的材料。诸如SiC/SiC材料的热结构复合材 料的特征在于，使它们适于构成结构部件的它们的强大的机械性能，以及它们在高温下保 持其机械性能的能力。
[0036] 部件100,其外表面由不导电的材料构成，可被闪电攻击。在该部件被闪电击中的 情况下，或在该部件所结合到其中的组件被闪电击中的情况下，以这种方式形成的电弧能 够导致该部件损坏或毁坏（通过可能直接或间接的作用）。这适用于在被保护的结构表面 上存在的电介质涂层。
[0037] 为此，在本发明的一个实施例中，一种适于承受高温的闪电防护装置在该部件100 的外表面上形成，其在该示例中对应于被保护以防闪电的部件100的部分。
[0038] 该保护装置最初通过沉积一个金属或导电涂料层202而制成，以下在本说明书中 称为"导电涂料"，在将保护的部件100的外表面上（步骤S2,图2C)。在现在描述的示例 中，底漆层201，例如硅烷-乙醇类型的焊接底漆，预先沉积在部件100的表面上，以提高该 导电涂料的粘着力（步骤S1，图2B)。然而，当该受保护的部件存在一种与键控一金属涂料 兼容的表面状态时，没有必要通过形成一个底漆来开始，该导电涂料可直接地沉积在该部 件的表面上。
[0039] 导电涂料和底漆，即使有的话，可通过气动喷涂或手动地沉积。导电涂料可由一种 结合有基于例如银、铝、铜等金属颗粒的颜料的丙烯酸树脂构成；该涂料在被涂覆前在酮溶 剂中稀释。这种成分（丙烯酸树脂、银颜料以及酮溶剂的混合物）的涂料具体存在于由供 应商 MAP 售卖的产品 Mape丨ec?SSS-47或Mapelec?SSS-02 中。
[0040] 此外，多个导电涂料层可连续地沉积，以获得该层所需的厚度，从而获得单位面积 上导电率的设计值。
[0041] 该保护装置的制备通过在导电涂料层202上沉积保护涂层204而持续（步骤S4， 图2E)。保护涂层204是绝热的，以保护该导电涂料免受周围的热通量，并且是导电的，以 与涂料一起提高导电性。保护涂层205优选具有小于0.1 Wnr1IT1的导热系数以及小于200 欧姆（或每平方200欧姆）的表面电阻率。这可被沉积作为多个连续层，以获得所需的厚 度，以及每单位面积上的设计导电性。可具体使用硅树脂制成该保护涂层205,所述硅树脂 装载有导电颗粒，例如银颗粒或功能化的有机硅聚合物的混合物，导电填料（QS 1123Elec LD)和酮溶剂的混合物。
[0042] 在现在描述的不例中，底漆层203,如充有导电颗粒的环氧底漆或由功能化的硅烷 的混合物和从供应商MAP可买到的标记Mapsil?P255的乙醇所构成的底漆，优选沉积在 导电涂料层202上，以提高保护涂层204的粘着力（步骤S3,图2D)。
[0043] 如图2E所示，一种保护装置200然后在部件100的表面IOOa上获得，该装置包 括：
[0044] ?第一涂层，该第一涂层在该示例中由第一底漆201、金属涂料层202和第二底漆 203构成；以及
[0045] ?第二涂层205,该第二涂层保护该第一涂层免于周围的热通量。
[0046] 该保护层的厚度可在30微米（μ m)到60 μ m的范围中，虽然每个底漆可具有约1 毫米（mm)的厚度。保护第一涂层免于周围热通量的第二涂层可具有位于1毫米到5毫米 范围内的厚度。
【主权项】
1. 一种放置在将被保护的结构（100)上的闪电防护装置（200)，所述装置至少包括： ?第一涂层，所述第一涂层包括至少一个导电涂料层（202);以及 ?第二涂层（204)，所述第二涂层沉积在所述第一表面涂层上，并包括一种绝热和导电 的材料。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二涂层（204)具有小于0.IWnr1IT1 的导热系数。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二涂层（204)具有小于200欧姆的 表面电阻率。4. 一种在高温环境中工作的闪电敏感结构（100)，其特征在于，该闪电敏感结构的至 少一部分设置有根据权利要求1到3中任何一项所述的闪电防护装置（200)。5. 根据权利要求4所述的结构，其特征在于，它构成至少一个以下的推进器元件：喷 嘴；后体；以及护罩。6. -种在将被保护的结构（100)上制造闪电防护装置（200)的方法，所述方法至少包 括： ?在将被保护的结构上沉积第一涂层，所述第一涂层包括至少一个导电涂料层（202); ?在所述第一涂层上沉积第二涂层（204)，所述第二涂层包括一种绝热和导电的材料。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二涂层（204)具有小于0.IWnr1IT1 的导热系数。8. 根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述第二涂层（204)具有小于200欧 姆的表面电阻率。
【专利摘要】本发明涉及一种旨在被装配到一个被保护结构(100)的闪电防护装置(200)，包括：第一涂层，该第一涂层包括至少一个导电涂料层(202)，第二涂层(204)，该第二涂层被放置在该表面涂层上，并包含绝热和导电的材料。
【IPC分类】F02K9/97, C09D5/24, F02C7/25, B64G1/22
【公开号】CN104903198
【申请号】CN201480003873
【发明人】蒂里·索里纳克, 芙罗琳·布姆莱德, 纪尧姆·西拉
【申请人】海瑞克里兹
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月9日
【公告号】CA2897162A1, EP2943406A1, WO2014108639A1