使用集成雷电防护层的复合材料制备舱板的方法及其舱板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用集成雷电防护层的复合材料制备舱板的方法以及根据所述方法使用复合材料制成的舱板。
【背景技术】
[0002]已知的是，飞机机身包括并置的舱板或金属板材。在遭遇雷击的情况下，以法拉第笼的形式，该金属机身形成对设置在内部的元件(尤其是连接至飞机机身的电气系统)的保护，并且允许电流从机身前端流向后端。
[0003]为了减轻飞机的质量，机身舱板由复合材料制成，尤其是用CFRP或CRP (碳纤维加强的聚合物或碳纤维加强的塑料)型的碳纤维加强的复合材料。
[0004]复合材料制成的该舱板通过在模具上设置多层通常预浸润在支撑装置上的碳纤维而获得。一旦设置了所有层，随后使舱板进行固化或聚合。
[0005]除了质量增益之外，这种类型的复合材料具有良好的机械属性、不会腐蚀并且抗疲劳性能。
[0006]然而，与铝合金制成的金属舱板相反，复合材料制成的这些舱板具有弱导电性。
[0007]因此，需要向复合材料制成的这种舱板添加防雷电保护，称为LSP (雷电保护)。
[0008]这种雷电防护通常在固化或聚合之前进行，或者在设置纤维层之前直接位于模具上，或者在设置纤维层之后。
[0009]如图1B中所示，机身的舱板10包括沿着第一方向X的第一曲率半径以及沿着第二方向Y的第二曲率半径。
[0010]下文中，方向X对应于飞机的纵向(其从前向后延伸)，而方向Y对应于垂直于纵向X的横切方向。
[0011]复合材料制成的舱板10包括雷电防护层12。
[0012]根据一个实施方式，雷电防护层包括导电层(金属网、导电环氧树脂覆盖层或金属片)、支撑层和树脂薄膜。
[0013]根据一个操作方式，碳纤维层设置在第一位置处。随后，通过手动并置雷电防护条带14，而将雷电防护层设置在第二位置处。这些条带设置在单一方向上，并且边缘重叠以确保电连续性。
[0014]条带14在辊筒中切割，并且宽度可以达到900mm。
[0015]该操作模式能够控制将条带设置在具有曲率半径、甚至两个曲率半径的表面上，例如飞机机身舱板。
[0016]为了提高生产率，一种方案包括自动设置雷电保护条带。
[0017]第一方案包括使用ATL( “自动铺带”)型的自动铺设机。这种类型的机器能够设置宽度在150和300mm之间的条带。这种类型的机器能够确保条带边缘重叠，以确保电连续性。但是，其仅能用于将条带设置在平坦的支撑装置上，这并不是机身舱板的情况。即使能够预想将纤维层和雷电防护条带设置成平坦状，随后整体变形以获得弯曲舱板，但是在变形之后不再能够确保条带之间的电连续性。
[0018]第二方案包括使用AFP( “自动纤维设置”)类型的纤维设置机。这种类型的机器能够将条带设置在弯曲表面上，诸如机身舱板。但是，这种类型的机器仅能设置宽度不超过2英寸、约5cm的条带。
[0019]如图2中所示，雷电防护层包括设置在机身舱板10上的多根条带16，彼此平行并且沿着方向X设置。条带16的宽度不超过2英寸，以便于能够自动地设置在弯曲表面上。该情况下，沿着方向X的导电性与沿着方向Y的导电性不同(当导电性表达为单位面积的m欧姆时，比例为10)。这两个值之间的差值之大，减小了雷电防护的效率。此外，其不确保保护以该方式制备机身的飞机中的电气系统。
【发明内容】
[0020]本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种方案，能够自动设置雷电防护条带，同时在舱板的所有方向上具有导电性，足以传导在雷电袭击时产生的电流。
[0021]为此，本发明旨在提供一种使用集成雷电防护层的复合材料制备舱板的方法，其包括具有导电层的条带，所述方法特征在于其包括自动设置所述条带的步骤，所述条带宽度小于20mm并且分成彼此平行且沿着第一设置方向设置的第一系列条带以及彼此平行且沿着与第一设置方向相交的第二设置方向设置的第二系列条带。
[0022]该方法能够通过使用例如AFP类型的纤维设置机，而自动设置条带在包括至少一个曲率半径的表面上，同时在符合航空规定的所有方向上具有导电性。
[0023]优选地，第一设置方向和第二设置方向限定了呈平行四边形的图案。
[0024]根据一些结构，对于两个条带系列中之一，条带设置成边缘重叠。
[0025]根据其他结构，两个条带系列中的条带设置具有间隔。
[0026]根据一个优选实施方式，第一系列条带彼此的间距等于其宽度，而第二系列条带彼此的间距等于其宽度的四倍。该方案能够在导电性和雷电防护总体之间获得极好的折衷。
[0027]根据一个变化方案，第一设置方向和第二设置方向彼此垂直，并且一个设置方向平行于飞机的纵向。
[0028]根据另一变化方案，第一设置方向和第二设置方向限定呈菱形图案，其中一条对角线平行于飞机的纵向。
[0029]优选地，制备飞机机身舱板的方法包括将纤维设置在装置的凸起的设置表面上的第一步骤以及将雷电防护条带设置在同一装置的最后一层纤维上的第二步骤。
[0030]本发明还旨在提供一种复合材料制成的舱板，其集成有雷电防护层，包括带导电层的条带。该舱板其特征在于条带宽度小于20mm，并且分成彼此平行且沿着第一设置方向设置的第一系列条带以及彼此平行且沿着与第一设置方向相交的第二设置方向设置的第二系列条带。
[0031]优选地，第一设置方向和第二设置方向限定了呈平行四边形的图案。
[0032]根据一些结构，对于两个条带系列中之一，条带设置成边缘重叠。
[0033]根据其它结构，两个条带系列中的条带设置具有间隔。
[0034]根据一个优选实施方式，第一系列条带彼此的间距等于其宽度，而第二系列条带彼此的间距等于其宽度的四倍。
[0035]根据一个变化方案，第一设置方向和第二设置方向彼此垂直，并且一个设置方向平行于飞机的纵向。
[0036]根据另一变化方案，第一设置方向和第二设置方向限定呈菱形图案，其中一条对角线平行于飞机的纵向。
【附图说明】
[0037]参考随附附图，根据本发明的说明书，其它特征和优点将变得明显，所述说明书仅作为实例给出，在附图中:
[0038]图1A是飞机的透视图，
[0039]图1B是飞机机身舱板的透视图，
[0040]图2是根据现有技术覆有雷电防护条带的机身舱板的一部分的顶视图，
[0041]图3A至3E是示出本发明的根据不同结构、覆有雷电防护条带的机身舱板的部分的顶视图，
[0042]图4A至4D分别是示出图3A至3D中所示的舱板的部分的表面在经受雷击之后的视图，以及
[0043]图5是示出本发明的优选结构、覆有雷电防护条带的机身舱板的一部分的顶视图，
[0044]图6是根据图5所示的结构的覆有雷电防护条带的机身舱板的透视图，
[0045]图7是图6的面板的横截面视图。
具体实施例
[0046]如图6和7中所示，复合材料制成的舱板20包括浸润在树脂基质中的纤维。
[0047]根据该情况，树脂是热固性或热塑性树脂。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维等。
[0048]根据一个实施方式，复合材料制成的舱板20是CFRP型(“碳纤维加强聚合物”)，并且包括碳纤维。
[0049]根据一个操作模式，预浸润树脂的纤维层设置在平坦支撑装置上，以便于获得纤维预成型。随后，该预成型在包括几何形状与希望获得的舱板相同的表面的装置上进行变形。
[0050]根据另一操作方式，AFP型纤维设置机用于将纤维束设置在包括几何形状与希望获得的舱板20相同的设置表面24的装置22上(图7中可见)。
[0051]纤维束包括至少一根纤维。一般，其包括多条纤维，呈细带状，宽度小于20mm。根据一个结构，束宽度为3.2mm、6.32mm或12.7mm。
[0052]当然，本发明不局限于这两种设置纤维的操作方式。优选地，纤维重组成层，彼此重叠以获得纤维预成型26，其中一层包括一个折叠或者重叠的折叠或重叠的束。
[0053]复合材料制成的舱板20包括雷电防护层28。
[0054]根据这些变化方案，雷电防护层28再设置在最后一层纤维上，在设置纤维层之前直接位于设置表面上或者插入两层纤维层之间。
[0055]根据一个优选实施方式，纤维设置在凸起的设置表面上，其对应于机身舱板的内表面(定向朝向飞机内部)，并且将雷电防护层28设置在最后一层纤维上。同样，雷电防护层28设置在机身外表面处。
[0056]根据另一实施方式，在首层纤维之前设置雷电防护层28，以便于设置在机身内表面上。
[0057]雷电防护层28包括至少一层导电层，诸如金属网、分离或未分离的金属片、拉伸的金属片。
[0058]根据一个实施方式，雷电防护层28包括导电层、支撑层和树脂薄膜。由于这些元件类似于现有技术的雷电防护元件，因此不再详述。
[0059]雷电防护层