[发明专利]用于防雷击铜栅格的修补方法

说明书

本申请是2006年8月31日提交的名称为：“用于防雷击铜栅格的修补方法”的中国专利申请200680032748.3的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及飞行器防雷击技术，更具体涉及用于复合飞行器外壳板的铜栅格修补技术。

背景技术

因为较之传统铝结构而言，由碳纤维复合材料带来的强度对重量比率高和刚度对重量比率高，所以碳纤维增强塑料(“CFRP”)，或者也称为碳纤维复合材料作为结构构件在商用飞机中的利用正在增多。

闪电击中飞行器将导致可能通常在100000安培数量级的高电流流过飞行器框架。在电阻超过铝约2000倍的碳纤维复合结构中，碳纤维叠压层(ply)作为阻抗非常高的导体，而叠压层之间的树脂作为高电容介电层，所以闪电击中碳纤维复合材料导致在叠压层结构之间产生渐增的电势差，但是没有方便可用的导电路径来排泄电流。因此，该电流容易集中在外壳板和飞行器子结构之间的紧固件处，原因在于为了追求强度，紧固件通常由高传导性的合金制成。如果闪电能量不能以足够快的速率耗散，则可能发生电弧和危险的电火花。

这是一个严重的问题，尤其是在所述子结构为燃料箱壁且电弧将高度危险的喷射电火花、熔融材料和热气带入燃料箱的时候。

一种减小非金属结构遭雷击影响的方案是通过火焰喷镀或电镀向外壳板外表面施加导电层诸如铝。火焰喷镀或电镀的问题在于，它们是用来向已经组装好的结构施加传导层的二次操作。此外，利用这些过程难于实现令人满意的电气结合。保护性传导层还增加了重量，而不会对组装结构的强度有所贡献，且易于受到环境破坏，并且难于维护。生产和维护这种布置因此相当昂贵。

另一种减小非金属表面遭雷击影响的已知方案是向外壳板外表面安装导电编织屏或箔。但是，如果非金属结构是碳，则使用编织屏或箔要求使用额外的玻璃纤维叠压层来将所述碳层从金属绝缘，以防止腐蚀，这样也增大了非结构重量。

还有另一种方案是采用各种紧固件的特别设计，例如美国专利No.4,891,732所披露的方案。该专利中披露的紧固件采用斜面头部，用于沉入外壳板表面，与其密切接触，并采用螺母来将所述紧固件固紧就位，所述螺母设计成向子结构安全地传输电流，以使不发生电弧。同样，解决电弧问题的该方案造价昂贵，因为需要特别的紧固件设计。

还有另一种已知方法用来保护燃料系统免受雷击，在授予Pridham等的美国专利No.5,845,872中披露，该专利通过引用而包含在本发明中，该专利披露了一种将外复合材料飞行器外壳紧固到内部子结构的方法，包括步骤：将导电层包含到外复合外壳外表面中，或施加于其上；将螺栓穿过所述导电层和外复合外壳并穿过所述内部结构；借助直接或间接啮合所述内部结构内表面的螺母固紧所述螺栓；和在所述螺栓头部施加绝缘材料。虽然Pridham的公开有效保护了燃料系统免受雷击，但是所提出的系统不能满足雷击或其他机械损坏以后修补铜栅格系统的需要。必须重新建立导电层的电气连续性，以提供正常的雷击防护。

因此存在对廉价而结实的技术的需求，用来利用铜箔沿着防雷击紧固件列修补被雷击或其他机械方式损坏的外复合飞行器外壳，从而维持防雷击系统的完整性并协助将闪电电流从燃料箱子结构转移走。

发明内容

本发明提供了一种重建以前被机械损坏或雷击损坏的导电层的电气连续性的方法，所述导电层优选为铜箔栅格，包括耦接到紧固件并在其周围对中的铜箔带，所述紧固件位于复合飞行器机翼上的紧固件行中。本发明采用铜补丁和特定的粘结剂来替换导电层的损坏部段。

在一种优选实施例中，这样进行修补：首先去除任何表面(涂料、底漆、玻璃纤维层)以及导电层的一部分，以建立通往底层复合外壳的开口。也要去除损坏区域中的任何紧固件。然后将包括非支撑(unsurported)膜粘结剂和铜箔带的铜补丁结合并固结到所述开口中的复合外壳上。然后将一叠压层的树脂浸渍玻璃纤维湿覆(wet-lay)到所述铜补丁表面上并固结。穿过固结的玻璃纤维叠压层以及铜补丁钻孔，然后重新安装紧固件。这样允许紧固件重新耦接到底层复合外壳和铜箔。然后重新将底漆(primer)和涂料涂刷到玻璃纤维上并固结，从而完成修补。