專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)的防雷方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及飛行器并特別涉及減少飛行器中組件上的電磁效應(yīng)。更特別地， 本公開涉及減少雷擊對含有復(fù)合材料和金屬組件的飛行器結(jié)構(gòu)的電磁效應(yīng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料在飛行器設(shè)計和制造中所占的百分比越來越大。一些飛行器可具有多于 50%的由復(fù)合材料制成的主要結(jié)構(gòu)。飛行器中使用復(fù)合材料來減重。減重改善了性能特征， 例如有效載荷能力和燃油效率。此外，復(fù)合材料為飛行器中的各種組件提供更長的使用壽 命。復(fù)合材料是由兩種或更多不同的組件結(jié)合而成的堅硬、重量輕的材料。例如，復(fù)合材料 可以包括纖維和樹脂。纖維和樹脂結(jié)合并固化從而形成復(fù)合材料。進一步地，通過使用復(fù)合材料，飛行器的部分(portions)可以由更大的零件或部 件制造。例如，飛行器的機身可以由柱狀部件制造，柱狀部件拼接在一起形成飛行器的機 身。其它例子包括但不限于聯(lián)結(jié)而形成機翼的機翼部件或聯(lián)結(jié)而形成安定面的安定面部 件。特別地，碳纖維增強塑料(CFRP)材料是復(fù)合材料逐漸取代傳統(tǒng)鋁結(jié)構(gòu)用于商業(yè) 飛行器中的結(jié)構(gòu)組件的例子。使用這些類型的復(fù)合材料是因為它們相比鋁提供了更高的強
度重量比。雷擊經(jīng)常發(fā)生在飛行器靠近或穿越雷暴時。由于鋁材料具有從雷擊點(the point of attachment)高效地傳導(dǎo)和分散雷擊電流的能力，雷電擊中鋁制飛行器通常不會導(dǎo)致影 響飛行器的飛行安全的損傷，但可留下燒灼斑。此外，飛行器上雷擊進入和/或離開的點可 在飛行器上產(chǎn)生凹坑或燒傷。特別地，雷擊電弧可在使用緊固件使飛行器的不同結(jié)構(gòu)組件 結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)中的緊固件和孔之間產(chǎn)生。這種電弧可導(dǎo)致表面缺損，該表面缺損也稱 作“蝕損斑”。然而，碳纖維的電阻率比鋁高近2000倍，并且存在于絕緣聚合物基體(matrix) 中。因此，緊固件所在的飛行器蒙皮上，暴露表面的損傷和可能的火花的總量可以比鋁制蒙
皮更高。相比鋁結(jié)構(gòu)，飛行器上未受保護的碳纖維增強塑料材料的損傷經(jīng)常是更嚴重的。 雷擊導(dǎo)致的溫度可加熱導(dǎo)熱性低于金屬的碳纖維。如果這些材料中纖維的溫度超過周圍基 體的熱解溫度，樹脂將會由固體轉(zhuǎn)化為受熱的氣體。該增壓氣體可導(dǎo)致復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)的分 層、刺穿，并可能導(dǎo)致從緊固件接口和碳纖維增強塑料聯(lián)結(jié)處拋出熱微?；蚧鸹?。這些類型的情況目前通過多種根據(jù)適航性和經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)修理的需要減少雷擊損 傷和降低燃料點火可能性的機制來避免。雷擊損傷可導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)板層的刺穿或分層。防雷系統(tǒng)用于避免雷擊效應(yīng)，而不影響飛行安全。這些類型的系統(tǒng)保證在閃電從 飛行器上的進入點移動到離開點時燃料箱內(nèi)燃料聯(lián)接器(couplings)與液壓聯(lián)接器上的 結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)處不產(chǎn)生火花。目前許多技術(shù)可用來保護飛行器上的這些類型的復(fù)合材料。提供某些技術(shù)以轉(zhuǎn)移來自雷擊點的閃電電流從而降低電流密度。在這些技術(shù)中，一類系統(tǒng)涉及使用共固 化于復(fù)合蒙皮接合處(layup)中的銅網(wǎng)格，而另一類涉及使用涂在緊固件上的導(dǎo)電貼花 (applique)或貝占#紙(decals)。銅網(wǎng)格防雷系統(tǒng)在緊固區(qū)域?qū)~箔并入到復(fù)合壓板中。該類技術(shù)中，銅箔是在固 化之前加到復(fù)合蒙皮的部分接合處中。銅箔接觸所選的緊固件從而允許電流在緊固件之間 分布并減少可能進入緊固件的電流。相似地，導(dǎo)電貼花或貼花紙被設(shè)計用來轉(zhuǎn)移雷電使其遠離蒙皮緊固件，阻止內(nèi)部 電弧和火花從而最小化對碳纖維增強塑料蒙皮和子結(jié)構(gòu)的損傷。這類系統(tǒng)在緊固件安裝后 使用壓敏粘著劑將絕緣層帶和導(dǎo)電層帶施加于固化的復(fù)合蒙皮。在這類系統(tǒng)中，絕緣層帶 具有布置在蒙皮表面上的粘性襯背(backing)。因此，不同的導(dǎo)電層帶可以布置在蒙皮的絕 緣層上和其它區(qū)域。這些導(dǎo)電層帶在帶的背面也具有粘性襯背。盡管這些系統(tǒng)提供了保護，但是仍然需要改善可靠性、工藝性和減重。

發(fā)明內(nèi)容
不同的有利實施例提供用于防雷的方法和裝置。在一個有利實施例中，一種方法 在復(fù)合結(jié)構(gòu)例如飛行器的表面上形成防雷系統(tǒng)。絕緣涂層在復(fù)合表面上形成，其中絕緣涂 層覆蓋暴露在復(fù)合表面上的金屬特征部件(feature)。金屬增粘劑以一定圖案施加在絕緣 層上和復(fù)合表面的附加區(qū)域之上，從而形成金屬增粘劑層。金屬涂層在金屬增粘劑層上和 接地特征部件之上形成，從而建立從包括金屬特征部件的區(qū)域到接地特征部件的通道。在另一有利實施例中，使用一種方法形成防雷結(jié)構(gòu)。絕緣層在受保護金屬特征部 件之上的復(fù)合組件的表面上形成。形成具有圖案的連續(xù)導(dǎo)電層，所述圖案覆蓋受保護的金 屬特征部件之上的絕緣層的一部分，并覆蓋接地特征部件。在另一有利實施例中，防雷系統(tǒng)包含絕緣涂層和導(dǎo)電涂層。絕緣涂層施加在復(fù)合 組件的一部分表面并覆蓋暴露在該表面中的金屬特征部件。導(dǎo)電涂層電氣連接到接地特征 部件并覆蓋包圍金屬特征部件的區(qū)域中的絕緣涂層，該金屬特征部件被絕緣涂層覆蓋。特征、功能、優(yōu)點可以在本公開的各種實施例中獨立實現(xiàn)，或可以結(jié)合到其它實施 例中，其中進一步的細節(jié)可通過參考以下描述和附圖看出。


有利實施例的被認為特有的新穎特征在所附權(quán)利要求中闡述。然而，有利實施例 和優(yōu)選使用模式，其進一步的目標和優(yōu)點將通過參考以下本公開的有利實施例的詳細描 述，在結(jié)合附圖閱讀時得到最佳理解，其中圖1是圖解說明其中可以實施有利實施例的飛行器制造和維護順序的圖示；圖2是根據(jù)有利實施例的飛行器的圖示；圖3是圖解說明根據(jù)有利實施例用來形成防雷系統(tǒng)的組件的框圖；圖4是圖解說明根據(jù)有利實施例位于金屬特征部件之上的防雷系統(tǒng)一部分的剖 面的框圖；圖5是圖解說明根據(jù)有利實施例位于接地特征部件之上的防雷系統(tǒng)另一部分的 剖面的框圖6是根據(jù)有利實施例的防雷系統(tǒng)的剖面圖；圖7是根據(jù)有利實施例形成防雷系統(tǒng)的過程的高級流程圖；并且圖8是根據(jù)有利實施例在飛行器上形成防雷系統(tǒng)的過程的詳細流程圖。
具體實施例方式更具體地參考附圖，本公開的實施例可以在如圖1所示的飛行器制造和維護序列 100和如圖2所示的飛行器200的背景中描述。首先參考圖1，根據(jù)有利實施例描述的圖示 圖解說明飛行器制造和維護序列。在生產(chǎn)前期間，示范性的飛行器制造和維護方法100可 包括圖2中飛行器200的技術(shù)規(guī)格和設(shè)計102以及材料采購104。在生產(chǎn)期間，發(fā)生圖2中 飛行器200的組件和子部件制造106與系統(tǒng)集成108。此后，圖2的飛行器200經(jīng)過認證和 交付110而投入使用112。在由客戶使用期間，為圖2的飛行器200制定常規(guī)維修和維護 114計劃，其中包括改進、重配置(reconfiguration)、翻新和其它維修或維護。飛行器制造和維護方法100的每個過程可由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作員執(zhí) 行或完成。在這些例子中，操作員可以是客戶。為了本說明書的目的，系統(tǒng)集成商可以無限 制地包括任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可以無限制地包括任意數(shù)量的 銷售商、分包商和供應(yīng)商；并且操作員可以是航空公司、出租公司、軍事實體和服務(wù)機構(gòu)，等寸?，F(xiàn)在參考圖2，描述其中可實施有利實施例的飛行器圖示。在該例子中，飛行器 200通過圖1的飛行器制造和維護方法100來生產(chǎn)，并可包括具有多個系統(tǒng)204和內(nèi)部206 的機身202。系統(tǒng)204的例子包括推進系統(tǒng)208、電氣系統(tǒng)210、液壓系統(tǒng)212和環(huán)境系統(tǒng) 214中的一個或更多。在這些例子中，飛行器200也包括復(fù)合蒙皮216形式的外部，該復(fù)合 蒙皮216附著于機身202。還可以包括任意數(shù)量的其它系統(tǒng)。雖然示出的是航空方面的例 子，但不同的有利實施例可以應(yīng)用于其它行業(yè)，例如汽車業(yè)。在這里體現(xiàn)的裝置和方法可以在圖1的飛行器制造和維護方法100的任何一個或 更多階段中采用。例如在圖1的組件和部件制造106中生產(chǎn)的組件或部件，可以由類似于 飛行器200在圖1的投入使用112期間生產(chǎn)組件或部件的方式來裝配或制造。而且，例如 但不限于通過顯著加快飛行器200的組裝或降低飛行器200的成本，一個或更多的裝置實 施例、方法實施例或其結(jié)合可以在生產(chǎn)階段運用，例如圖1的組件和部件制造106和圖1的 系統(tǒng)集成108。相似地，一個或更多的裝置實施例、方法實施例或其結(jié)合可在飛行器200處 于圖1的投入使用112期間或處于圖1的維修和維護114期間應(yīng)用。作為特殊的例子，不同的有利實施例可在圖1的組件和部件制造106和/或圖1 的系統(tǒng)集成108期間實施，從而在復(fù)合蒙皮216上為飛行器200安裝防雷系統(tǒng)。作為另一 個例子，也可以采用不同的有利實施例在圖1的維修和維護114期間修理或置換復(fù)合蒙皮 216上的防雷系統(tǒng)。不同的有利實施例認識到目前可用的防雷系統(tǒng)就實際使用來說具有大量缺點。銅 網(wǎng)格系統(tǒng)在復(fù)合蒙皮，例如飛行器200的復(fù)合蒙皮216的制造期間實施。此外，該類技術(shù)目 前存在制造和返工問題。一些問題可包括，例如接合和固化過程期間的銅箔起皺，燃料箱中 源自后續(xù)緊固件安裝的鉆孔操作的銅污染，以及缺少從制造期間或雷擊后產(chǎn)生的缺損狀態(tài) 完全恢復(fù)性能的實用返工方法。
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有利實施例也認識到貼花紙或貼花帶方法在機翼的復(fù)合蒙皮216中集成導(dǎo)電表 面保護層所需的重量方面有缺點。不同的有利實施例認識到該類防雷系統(tǒng)開始使用預(yù)成型 帶，這些施加到或置于復(fù)合蒙皮216上從而提供導(dǎo)電通道用于轉(zhuǎn)移雷擊電流。不同的有利 實施例也認識到為實施該類系統(tǒng)，層的厚度經(jīng)常大于防雷功能所需的厚度，因此導(dǎo)致對系 統(tǒng)不必要的重量障礙。在該類系統(tǒng)中可能使用邊緣密封劑，從而阻止由于貼花紙邊緣的尖 銳過渡導(dǎo)致的涂料裂開。此外，環(huán)境影響和重噴漆要求可能導(dǎo)致貼花紙或貼花系統(tǒng)需要周 期性替換。不同的有利實施例認識到目前可用的在飛行器的復(fù)合表面，例如復(fù)合蒙皮216上 建立防雷系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的技術(shù)難以實施和/或保持。進一步地，不同的有利實施例也認識到 一些目前用于防雷的系統(tǒng)并不容易促進飛行器減重。不同的有利實施例還認識到這些不同 的技術(shù)也可能需要在飛行器的壽命和維修期間重復(fù)應(yīng)用。不同的有利實施例提供在飛行器上形成或安裝防雷系統(tǒng)的方法和裝置。特別地， 不同的有利實施例為復(fù)合結(jié)構(gòu)防雷系統(tǒng)提供多層圖案化的無縫涂層。通過在金屬特征部件 之上的復(fù)合組件的表面上形成絕緣層，防雷系統(tǒng)可安裝或形成在復(fù)合組件，例如復(fù)合蒙皮 216的表面上。也形成具有圖案的連續(xù)導(dǎo)電層，該圖案覆蓋金屬表面之上絕緣層的一部分， 并覆蓋接地特征部件?，F(xiàn)在參考圖3，描述根據(jù)有利實施例圖解說明用來形成防雷系統(tǒng)的組件的框圖。在 該例子中，涂層系統(tǒng)300使用絕緣體302、增粘劑304和金屬306來形成防雷系統(tǒng)310。防雷 系統(tǒng)310可以在緊固件應(yīng)用或安裝后形成。防雷系統(tǒng)310保護復(fù)合蒙皮312和子結(jié)構(gòu)314 免受由雷擊導(dǎo)致的可能影響飛行安全的損傷。防雷系統(tǒng)310將來自電磁效應(yīng)，例如雷擊的 電流引導(dǎo)到接地特征部件316。在這些例子中，涂層系統(tǒng)300可包括一個或更多用于在復(fù)合蒙皮312上形成多個 涂層從而建立防雷系統(tǒng)310的機器或工具。在不同的例子中，涂層系統(tǒng)300可含有計算機 控制的工具308。這些工具可以被編程從而在復(fù)合蒙皮312上形成圖案精確的涂層。形成不同涂層的方式可以變化，這取決于特定的實施例或例子。不同類型的工藝 或技術(shù)被用于為防雷系統(tǒng)310形成層，然而，不包括使用手工布置預(yù)成型金屬和絕緣層在 飛行器上，這些層的背面具有粘合劑，如目前在一些技術(shù)中采用的。例如，增粘劑層可使用 標準液體涂料工藝噴涂或沉淀。然而，在不同的有利實施例中，可以利用任何用于在表面上 形成聚合物層或硅烷層或涂層的工藝。此外，涂層系統(tǒng)300不需要將形成防雷系統(tǒng)310作為建立復(fù)合蒙皮312的過程的 一部分。通過避免可能發(fā)生的各種制造問題和維修問題，例如制造缺陷的返工或在役損傷 的結(jié)構(gòu)修理，該類特征部件提供優(yōu)于將防雷系統(tǒng)和復(fù)合蒙皮312集成的當前系統(tǒng)的優(yōu)點。此外，涂層系統(tǒng)300允許建立在不同的位置具有不同厚度的層或涂層。因此，不同 的層可以逐漸變薄從而避免可能導(dǎo)致已完工飛行器上的涂料破裂的尖銳邊緣。因此，沒有 必要使用附加處理，例如對防雷系統(tǒng)310的邊緣使用邊緣密封劑。涂層系統(tǒng)300可以是聚合物涂層，其具有在復(fù)合蒙皮312之上充當絕緣層的足夠 特性，從而使可能存在于導(dǎo)電層中的雷擊電流與金屬的表面特征部件絕緣。絕緣體的這些 特性可以是例如所選的絕緣量。需要的絕緣量可以根據(jù)要求絕緣體承受的電流量來變化。 絕緣涂層可以依靠其化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用表面的復(fù)雜性施加，例如但不限于通過手工或自動噴涂、遮蔽涂覆或刷涂。例如，可以使用化學(xué)沉淀、熱噴涂和標準液體涂敷工藝來噴涂或沉淀絕緣層。當 然，這些例子僅舉例說明了一些可用于形成聚合物涂層的技術(shù)。在不同的有利實施例中任 何用于在表面形成聚合物層或聚合物涂層的工藝都是可以采用的。涂層系統(tǒng)300使用來自增粘劑304的增粘劑從而在導(dǎo)電層形成區(qū)域之上按一定圖 案形成增粘劑層。然后涂層系統(tǒng)300使用金屬306從而在形成增粘劑層的所在區(qū)域之上按 一定圖案形成導(dǎo)電層。導(dǎo)電層提供了圖案，該圖案將來自雷擊的電流引導(dǎo)到策略上位置遠 離飛行關(guān)鍵區(qū)域的特殊接地特征部件316。涂層系統(tǒng)300可以應(yīng)用金屬306，使用大量不同的機制在防雷系統(tǒng)310中形成金 屬導(dǎo)電層。例如但不限于可以使用最新技術(shù)發(fā)展水平的熱噴涂這樣的工藝，例如雙電弧絲 (two-arc wire)噴涂，來噴涂或沉淀金屬層。當然，可以使用任何不同的金屬化工藝，例如 化學(xué)沉淀、等離子工藝和高速氧燃料工藝。這些例子僅是一些可以用來形成金屬涂層的技 術(shù)。在不同的有利實施例中任何用于在表面上形成金屬層或金屬涂層的工藝都可以采用。下面參考圖4，根據(jù)有利實施例描述圖解說明金屬特征部件之上的防雷系統(tǒng)一部 分的剖面的框圖。在該例子中，防雷結(jié)構(gòu)400含有金屬層402、金屬增粘劑層404和絕緣層 406。這些層也稱為“涂層”。在不同的有利實施例中，防雷結(jié)構(gòu)400中的所有層都在復(fù)合組 件的表面上形成。換句話說，層并不是以片狀或帶狀提前形成，然后使用粘合劑或膠水而粘 合或粘附到表面。不同的有利實施例并不使用預(yù)成型的、固化的帶狀物或片狀物。相反地， 不同的層直接在其它層上或表面上形成。該類工藝與出于表面保護目的、將材料的預(yù)成型 層布置在或附在飛行器表面上的典型防雷機制相反。預(yù)成型材料在防雷設(shè)計中的使用也使 接縫和拼接的存在成為必然，而接縫和拼接可破壞從雷擊點到計劃的接地特征部件之間的 雷擊電流。這些有利實施例提供改進的性能，其中雷擊電流的破壞被消除或最小化。在該例子中，防雷結(jié)構(gòu)400位于復(fù)合組件上，例如在子結(jié)構(gòu)410之上的復(fù)合組件 408上。在該例子中，復(fù)合組件408是復(fù)合蒙皮。在該例子中，子結(jié)構(gòu)410可以是例如加強 桿、肋或其它框架結(jié)構(gòu)。當然，在該例子中，子結(jié)構(gòu)410可以是在復(fù)合組件408下方的任意 子結(jié)構(gòu)。防雷結(jié)構(gòu)400在復(fù)合組件408上以該結(jié)構(gòu)覆蓋金屬特征部件412和414的方式形 成。防雷結(jié)構(gòu)400保護金屬特征部件412和414免受雷擊。在這些例子中，金屬特征部件 412和414可以是例如用于將復(fù)合結(jié)構(gòu)408固定到子結(jié)構(gòu)410的金屬緊固件。特別地，絕 緣層406充當絕緣體從而保護金屬特征部件412和414免受雷擊導(dǎo)致的電流或其它電磁效 應(yīng)。金屬層402傳導(dǎo)電流并被圖案化從而將電流從金屬特征部件412和414傳導(dǎo)到接地特 征部件。金屬增粘劑層404被用來促使金屬層402在形成時粘附或粘合到絕緣層406。在 一些實施例中，如果絕緣層406采用了允許金屬層402中的金屬粘附或粘合到絕緣層406 的材料，那么金屬增粘劑層404可以是不必要的。此外，涂料增粘劑層416可以施加于金屬層402上。此后，可以施加涂料層418從 而完成飛行器表面。涂料層418可包括底涂層和頂涂層。涂料層418是雷電結(jié)構(gòu)400的保 護性涂層的特殊例子。選擇該保護性涂層從而保護雷電結(jié)構(gòu)400免受環(huán)境影響。當然，在 其它的有利實施例中可以使用其它類型的保護性涂層。金屬層402和絕緣層406可以以足以提供雷擊保護的最低厚度形成，但和施加于飛行器表面的預(yù)成型帶相比減輕了重量。在這些例子中，絕緣層406可具有大約0. 005英寸的厚度。在不同的說明性例子 中，根據(jù)特定的實施位置，厚度可以在大約0.001英寸到大約0. 010英寸之間變化。例如在 防雷結(jié)構(gòu)的邊緣402和422，絕緣層406可以較薄。層變薄可以提供阻止涂料層418破裂的 逐漸變薄的層。在該例子中，金屬增粘劑層404可以具有大約0.0015英寸的厚度。該層可 以根據(jù)所使用增粘劑和金屬的類型改變厚度。金屬增粘劑層404的厚度可以在大約0. 0003 英寸到大約0. 003英寸之間變化。根據(jù)所使用金屬的類型，金屬層402可以具有多種厚度。金屬層402的厚度可以 在大約0. 0005英寸到大約0. 005英寸之間變化。金屬層402可以使用不同類型的材料來 實施。例如可以使用鋁、銅、不銹鋼、鈦和因瓦合金。因瓦合金是特殊配方的具有低膨脹系 數(shù)的鎳鐵合金。實際采用的厚度可以取決于設(shè)計的導(dǎo)電層要承載的電流量?？梢允褂貌煌牟牧蟻硇纬山^緣層406。一些例子包括例如填充了玻璃和其它成 分的環(huán)氧樹脂底漆?？梢允褂玫慕^緣體的其它例子可以包括聚氨酯(polyurethane)、丙烯 酸樹脂(acrylics)、陶瓷聚合物(ceramicpolymers)甚至復(fù)合材料。在大多數(shù)情況下，采用 具有同種組成的絕緣體。可以使用多種材料來形成金屬增粘劑層404，例如環(huán)氧樹脂或聚氨酯。這些成 分可以包括，例如玻璃微珠(mi crospheres)和金屬氧化物。實例產(chǎn)品是由Huntsman International公司供應(yīng)的Epocast 89537AB。絕緣層406被設(shè)計成在其形成時具有高電 阻值。下面參考圖5，根據(jù)有利實施例描述圖解說明防雷系統(tǒng)在接地特征部件之上的另 一部分的剖面的框圖。該例子中，防雷系統(tǒng)400的另一部分得到說明。在該描述圖中，從圖 4示出的視圖引導(dǎo)到該視圖的金屬層402提供從圖4中的金屬特征部件412和414到接地 特征部件500的通道。在該例子中，示出的防雷結(jié)構(gòu)400的一部分位于接地特征部件500 之上。在該示出剖面中的防雷結(jié)構(gòu)400不包括如圖4中所示的絕緣層406。這些例子中，絕緣層406存在于含有金屬特征部件的區(qū)域之上或周圍。金屬層402 延伸到接地特征部件500之上從而提供到接地特征部件的通道。在該部分中，由于不存在 電流可能流過其中的金屬特征部件，因此絕緣層406不是必需的。相反地，這些例子中可能 存在的任何金屬特征部件都是接地特征部件的一部分?，F(xiàn)在參考圖6，根據(jù)有利實施例示出防雷系統(tǒng)的剖面圖。在該例子中，防雷系統(tǒng) 600包括金屬層602、金屬增粘劑層604和絕緣層606。防雷系統(tǒng)600在復(fù)合蒙皮608上形 成，并且復(fù)合蒙皮608附著于剪切帶(shear tie)610。保護性涂層609在所有結(jié)構(gòu)之上形成。在這些例子中，保護性涂層609是涂料，并 可包括底涂層和頂涂層。剪切帶610是可以由金屬合金或低導(dǎo)電性材料系統(tǒng)例如圖4的子 結(jié)構(gòu)410中的碳纖維增強塑料制成的子結(jié)構(gòu)的例子。復(fù)合蒙皮408使用緊固件612和614 連接到剪切帶610，其中緊固件612和614是金屬特征部件的例子，如圖4中的金屬特征部 件 412 和 414。在該例子中，緊固件616和接地帶618形成接地特征部件，例如圖5中的接地特征 部件500。區(qū)段620與圖4中所說明的剖面相似，而區(qū)段622和圖5中所說明的剖面相似。 可以看出，不同層的厚度可以在防雷系統(tǒng)600的不同部分變化?？梢钥闯觯^緣層606在區(qū)段624和626逐漸變薄。以相似方式，金屬層602和金屬增粘劑層604也在區(qū)段624和628
逐漸變薄。此外，圖7和以上其它附圖中描述的防雷系統(tǒng)甚至可以在沒有金屬特征部件的區(qū) 域采用。該類系統(tǒng)可以用來最小化雷擊的影響并減少或消除雷擊造成的局部損傷。該類特 征部件對于保護其中組件例如燃料箱或其它設(shè)備設(shè)置于飛行器蒙皮下方的飛行器的區(qū)域 特別有用。這些類型的組件可以是飛行器子結(jié)構(gòu)的一部分。進一步地，不同的有利實施例 可以用來保護金屬特征部件，例如緊固件所在區(qū)域中的復(fù)合結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在參考圖7，根據(jù)有利實施例示出形成雷擊系統(tǒng)的過程的高級流程圖。該過程 始于在金屬特征部件之上的復(fù)合組件的表面上形成絕緣層(操作700)。在該例子中，復(fù)合 組件可以是飛行器的蒙皮。金屬特征部件可能為用來將蒙皮固定到飛行器上的緊固件的形 式。更特別地，緊固件可以將飛行器的蒙皮固定到依次連接到飛行器其它結(jié)構(gòu)框架的剪切 帶或梁上。然后，形成具有圖案的連續(xù)導(dǎo)電層(操作702)，該圖案覆蓋金屬特征部件之上的 絕緣層的一部分并覆蓋接地特征部件，之后過程結(jié)束。在這些例子中，連續(xù)導(dǎo)電層從金屬特 征部件之上的區(qū)域到接地特征部件是連續(xù)的。這樣，如果電磁效應(yīng)，例如雷擊在金屬特征部 件所在位置上或附近發(fā)生，就形成電流將要經(jīng)過的通道?，F(xiàn)在參考圖8，根據(jù)有利實施例示出在飛行器上形成防雷系統(tǒng)的過程的詳細流程 圖。該流程圖描述了為復(fù)合防雷系統(tǒng)建立多層圖案化涂層的過程。該過程始于清潔復(fù)合組件的表面(操作800)。復(fù)合組件可以是任意組件，例如飛 行器蒙皮。當然，該過程可以應(yīng)用于需要防雷的任意復(fù)合組件。在這些例子中可以使用溶 劑或堿性清洗溶液來清潔表面。執(zhí)行表面清潔從而為形成在表面上的防雷系統(tǒng)的不同層提 供合適的表面。此后，該過程可選地遮蔽表面(操作802)。因為在一些情況下計算機控制工藝可 以在不需要遮蔽的情況下精確地以需要的圖案沉淀不同的層，所以該遮蔽是可選的。然后 該過程形成絕緣層(操作804)?？梢允褂蒙厦嫠龅母鞣N工藝來形成絕緣層。任何用于在 復(fù)合組件的表面上形成層的工藝都可以采用。接下來，施加金屬增粘劑從而產(chǎn)生金屬增粘 劑層(操作806)。在這些例子中，形成金屬增粘劑層從而促進金屬層的形成。換句話說，該 層用于幫助或輔助保證金屬粘附到下面的材料。當然，如果該過程和/或所使用的絕緣層 允許金屬在絕緣體上直接粘附或形成，那么金屬增粘劑層就不是必需的。此后，施加金屬從 而形成金屬層(操作808)。與絕緣層一樣，在操作808中金屬層可以使用在另一層的表面 上建立金屬層的多種技術(shù)來形成，例如在金屬增粘劑層的表面上建立金屬層。然后可以磨光金屬層(操作810)。該操作是可選的，不僅取決于特殊需要，也取決 于金屬的類型和金屬在表面形成所采用的方式。接下來，該過程清潔金屬層(操作812)。 執(zhí)行該清潔從而準備金屬層以便施加促進劑用于以后復(fù)合組件涂漆。該過程施加涂料增粘劑(操作814)。在這些例子中，該涂料增粘劑可以是例如市 場上能夠買到的產(chǎn)品溶膠-凝膠。溶膠-凝膠可以是由反應(yīng)性金屬配位體(reactive metal ligands)的無機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的涂層，例如來自AC Products公司的AC-131。在其它例子中， 可以使用暴露的涂層上的其它無機網(wǎng)絡(luò)形成配方來施加涂料增粘劑。該過程施加底涂層和 /或頂涂層(操作816)，此后過程結(jié)束。這些不同的材料形成保護性涂層。操作816中，底涂層和頂涂層提供了涂敷方案從而保護飛行器表面免受多種環(huán)境效應(yīng)的影響。此外，圖8中圖解說明的過程不但可以應(yīng)用于新的組件，而且可以應(yīng)用于執(zhí)行修 理。在執(zhí)行修理時，使用不同的操作來修理由于例如在組件表面上的雷擊或環(huán)境磨損和撕 裂這樣的事件而導(dǎo)致發(fā)生損傷的區(qū)域。在這些例子中，有利實施例的不同過程可以由計算 機控制的工具執(zhí)行。同樣，在一些情況下，一些操作可以手工執(zhí)行。例如，在形成不同層時， 如果操作員控制用于在飛行器上施加或形成不同層的工具，那么利用操作802。在其它說明 性實施例中，可以涂敷不同的材料從而形成層。因此，不同的有利實施例提供用來形成防雷系統(tǒng)的方法和裝置。絕緣層在金屬特 征部件之上的復(fù)合組件的表面上形成。具有覆蓋在金屬特征部件之上的絕緣層一部分并覆 蓋接地特征部件的圖案的連續(xù)導(dǎo)電層形成。在這些例子中，這些層可以以和目前系統(tǒng)相比更高的精確度以及更薄的厚度形 成，目前系統(tǒng)中絕緣帶和導(dǎo)電層布置在飛行器表面上。此外，不同的有利實施例可以應(yīng)用于防雷系統(tǒng)的新的安裝和修理。不同的有利實 施例不需要為布置在飛行器上而切割或預(yù)成型帶或薄板。此外，借助不同的有利實施例，絕 緣體的連續(xù)層和連接器的連續(xù)層可以在沒有間隙的情況下形成，與帶的布置相反。為了說明和描述本發(fā)明，上面對不同的有利實施例進行了描述，而不意在是詳盡 的或限制于所公開形式的實施例。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說很多改變和變化是顯而易 見的。盡管示出的實施例直接針對飛行器的防雷系統(tǒng)，但不同的有利實施例也可以應(yīng)用于 其它結(jié)構(gòu)。例如，不同的有利實施例可以用在建筑、貨車、卡車和船舶上。此外，不同的有利實施例可以提供與其它有利實施例相比不同的優(yōu)點。挑選和描 述所選的實施例是為了最好地解釋實施例的原理、實際應(yīng)用并使其它的本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員能夠理解本公開的具有多種改變的各種實施例適合于考慮的特定用途。
權(quán)利要求
一種用于在飛行器的復(fù)合表面上形成防雷系統(tǒng)的方法，該方法包含在所述復(fù)合表面上形成絕緣涂層，其中所述絕緣涂層覆蓋暴露在所述復(fù)合表面上的金屬特征部件；按一定圖案將金屬增粘劑施加于所述絕緣涂層上以及包括接地特征部件的所述復(fù)合表面的附加區(qū)域之上，從而形成金屬增粘劑層；以及在所述金屬增粘劑層上形成金屬涂層，從而建立從包括所述金屬特征部件的區(qū)域到所述接地特征部件的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包含施加涂料增粘劑從而形成涂料粘附層；以及對所述涂料粘附層施加涂料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進一步包含在施加所述涂料增粘劑之前清潔所述金屬涂層的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)合表面在所述飛行器的機翼上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬涂層使用直接金屬化工藝形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣涂層由具有所選絕緣特性的涂層形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增粘劑層包含填充有玻璃和金屬氧化物的環(huán) 氧樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬涂層由導(dǎo)電材料形成。
9.一種用于形成防雷系統(tǒng)的方法，其包含在受保護金屬特征部件之上的復(fù)合組件的表面上形成連續(xù)絕緣層；以及形成具有圖案的連續(xù)導(dǎo)電層，所述圖案覆蓋在所述受保護金屬特征部件之上的所述絕 緣層的一部分，并覆蓋接地特征部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述連續(xù)導(dǎo)電層的步驟包含在由所述圖案覆蓋的區(qū)域之上施加金屬增粘劑從而形成金屬增粘劑層；以及形成具有所述圖案的所述連續(xù)導(dǎo)電層，所述圖案覆蓋在所述金屬特征部件之上的所述 絕緣層的一部分，并覆蓋所述金屬增粘劑層上的所述接地特征部件的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述復(fù)合組件是飛行器的蒙皮并且所述受保護 金屬特征部件是將所述蒙皮連接到所述飛行器的機身的金屬緊固件。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中金屬涂層使用從化學(xué)沉淀、動力噴涂工藝、等離 子工藝和高速氧燃料工藝中所選擇的一種來形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述增粘劑包含填充有玻璃和金屬氧化物的環(huán) 氧樹脂。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述絕緣層使用具有所選的絕緣特性的材料形 成，以達到特定的絕緣水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述連續(xù)導(dǎo)電層使用從鋁、銅、不銹鋼、鈦和因瓦 合金中所選擇的一種材料來形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中執(zhí)行形成所述絕緣層和所述連續(xù)導(dǎo)電層的步驟， 從而修理現(xiàn)有的防雷系統(tǒng)。
17.一種裝置，其包含施加到復(fù)合組件的表面的一部分并覆蓋暴露在所述表面的金屬特征部件的絕緣涂層；以及電氣連接到接地特征部件并覆蓋在一區(qū)域中的所述絕緣涂層的導(dǎo)電涂層，該區(qū)域包含 由所述絕緣涂層覆蓋的金屬特征部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述復(fù)合組件是飛行器的蒙皮并且所述金屬特 征部件是將所述蒙皮連接到子結(jié)構(gòu)的緊固件。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述絕緣涂層由具有所選的絕緣特性的材料形 成，以達到特定的絕緣水平。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述導(dǎo)電涂層由在鋁、銅、不銹鋼、鈦和因瓦合 金中所選擇的一種材料來形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防雷的方法和裝置。在一個有利實施例中，一種方法在飛行器的復(fù)合表面上形成防雷系統(tǒng)。絕緣涂層在復(fù)合表面上形成，其中絕緣涂層覆蓋暴露在復(fù)合表面上的金屬特征部件。金屬增粘劑按一定圖案施加在絕緣涂層上，以及包括接地特征部件的復(fù)合表面的附加區(qū)域上，從而形成金屬增粘劑層。金屬涂層在金屬增粘劑層上形成，從而建立從包括金屬特征部件的區(qū)域到接地特征部件的通道。
文檔編號B32B7/00GK101855137SQ200880115894
公開日2010年10月6日 申請日期2008年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者M·B·尼古拉斯, M·H·韋爾, Q·N·萊 申請人:波音公司