燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減少制造工序中的作業(yè)時(shí)間及成本，防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體。燃料箱具備使用了碳纖維強(qiáng)化塑料的結(jié)構(gòu)部件，該碳纖維強(qiáng)化塑料：其增強(qiáng)材料(15)含有碳纖維且其基體(17)含有塑料，基體(17)被賦予導(dǎo)電性。而且，結(jié)構(gòu)部件被切削而形成的結(jié)構(gòu)部件的切削面(11a)也可以在燃料箱的容納有燃料的內(nèi)部露出。
【專利說(shuō)明】燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及作為結(jié)構(gòu)部件使用了碳纖維強(qiáng)化塑料的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體。

【背景技術(shù)】
[0002]航空器的主翼有時(shí)作為可容納燃料的燃料箱使用。制成與主翼一體化，使翼結(jié)構(gòu)不漏油的液密結(jié)構(gòu)的燃料箱，被稱為整體油箱。為了減輕重量，整體油箱有使用復(fù)合材料例如碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)的趨勢(shì)。CFRP使用碳纖維作為增強(qiáng)材料，使用合成樹脂作為基體。
[0003]在專利文獻(xiàn)I中，公開有三維纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的發(fā)明，其技術(shù)是，為了不損害生產(chǎn)性，對(duì)纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料賦予導(dǎo)電性，邊紗由比面內(nèi)方向紗導(dǎo)電性高的導(dǎo)電性材料構(gòu)成。另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開有預(yù)浸料坯及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)明，其技術(shù)是，為了兼?zhèn)鋬?yōu)異的耐沖擊性和導(dǎo)電性，使其含有導(dǎo)電性粒子或纖維。再者，在專利文獻(xiàn)3中，公開有改良型復(fù)合材料的發(fā)明，其技術(shù)是，為了具有導(dǎo)電性，且相比標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合材料幾乎或完全不使其重量增加，而使其含有分散在高分子樹脂中的導(dǎo)電性粒子。
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007— 301838號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010— 280904號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開2011—168792號(hào)公報(bào)
[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]但是，在航空器的燃料箱使用CFRP的情況下，在CFRP零件的表面，尤其是通過(guò)切削加工形成的切削面，碳纖維的端部在燃料箱的內(nèi)部露出。
[0010]該情況下，當(dāng)雷電碰到主翼時(shí)，雷電流就會(huì)流過(guò)CFRP零件的表面或切削面，在碳纖維的端部有可能在碳纖維間產(chǎn)生放電。作為該放電對(duì)策，采用在CFRP零件的表面或切削面涂敷密封劑等，將產(chǎn)生的電流封閉于內(nèi)部的方法。但是，因密封劑等的涂敷作業(yè)，在燃料箱的制造工序中，作業(yè)時(shí)間及成本增加。另外，主翼的重量因涂敷的密封劑而增加。
[0011]此外，上述的課題不限于與航空器的主翼一體化的整體油箱，在燃料流通的燃料電池的容器中也產(chǎn)生。以下，燃料電池的容器也包括在燃料箱中進(jìn)行說(shuō)明。另外，在具有燃料箱的航空器的主體、航空器以外的搭載有燃料箱的汽車等移動(dòng)體中也產(chǎn)生同樣的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明是基于這種情況而開發(fā)的，其目的在于，提供一種可降低制造工序的作業(yè)時(shí)間及成本，可防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體。
[0014]為了解決上述課題，本發(fā)明的燃料箱、主翼、航空器主體、航空器及移動(dòng)體采用以下的裝置。
[0015]S卩，本發(fā)明的燃料箱具備使用了碳纖維強(qiáng)化塑料的結(jié)構(gòu)部件，該碳纖維強(qiáng)化塑料:其增強(qiáng)材料含有碳纖維且其基體含有塑料，所述基體被賦予導(dǎo)電性。根據(jù)該發(fā)明，燃料箱的結(jié)構(gòu)部件為增強(qiáng)材料含有碳纖維的碳纖維強(qiáng)化塑料。而且，碳纖維強(qiáng)化塑料的基體含有塑料，且被賦予導(dǎo)電性。
[0016]在基體未被賦予導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)部件端部未實(shí)施密封劑等處理的情況下，若碰到雷時(shí)雷電流從端部流過(guò)，則在端部的增強(qiáng)材料間有可能產(chǎn)生放電，但由于基體被賦予導(dǎo)電性，因此能夠確保碳纖維即增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的端部發(fā)生放電。
[0017]在上述發(fā)明中，所述結(jié)構(gòu)部件被切削而形成的所述結(jié)構(gòu)部件的切削面也可以在容納有燃料的內(nèi)部露出。
[0018]根據(jù)該發(fā)明，即使結(jié)構(gòu)部件的端部為切削面，且該切削面在容納有燃料的內(nèi)部露出，由于基體被賦予導(dǎo)電性，因此也能夠確保碳纖維即增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的端部發(fā)生放電。
[0019]在上述發(fā)明中，理想的是，所述碳纖維強(qiáng)化塑料的板厚方向的電阻率為500 Qcm以下。
[0020]另外，本發(fā)明的主翼將上述燃料箱作為結(jié)構(gòu)體，本發(fā)明的航空器主體具備上述燃料箱。
[0021]根據(jù)這些發(fā)明，主翼的結(jié)構(gòu)體為燃料箱，或者，航空器主體具備燃料箱，燃料箱的結(jié)構(gòu)部件為碳纖維強(qiáng)化塑料。而且，碳纖維強(qiáng)化塑料的基體含有塑料，且被賦予導(dǎo)電性，因此，確保了含有碳纖維的增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的端部發(fā)生放電。
[0022]另外，本發(fā)明的航空器具備上述主翼或航空器主體。
[0023]根據(jù)該發(fā)明，航空器的主翼或航空器主體，其結(jié)構(gòu)體為燃料箱，燃料箱的結(jié)構(gòu)部件為碳纖維強(qiáng)化塑料。而且，碳纖維強(qiáng)化塑料的基體含有塑料，且被賦予導(dǎo)電性，因此，確保了含有碳纖維的增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的端部發(fā)生放電。
[0024]另外，本發(fā)明的移動(dòng)體具備上述燃料箱。
[0025]根據(jù)該發(fā)明，移動(dòng)體的結(jié)構(gòu)體為燃料箱，燃料箱的結(jié)構(gòu)部件為碳纖維強(qiáng)化塑料。而且，碳纖維強(qiáng)化塑料的基體含有塑料，且被賦予導(dǎo)電性，因此，確保了含有碳纖維的增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的端部發(fā)生放電。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，由于對(duì)基體賦予了導(dǎo)電性，因此確保了碳纖維即增強(qiáng)材料間的導(dǎo)通，可防止在結(jié)構(gòu)部件的端部的增強(qiáng)材料間發(fā)生放電，由于在結(jié)構(gòu)部件的端部也可以不實(shí)施另外的密封劑等，因此能夠減少制造工序中的作業(yè)時(shí)間及成本，防止重量增加。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的主翼的立體圖，將局部剖開進(jìn)行表示；
[0029]圖2是表示同實(shí)施方式的主翼的縱剖面圖；
[0030]圖3是表示同實(shí)施方式的加強(qiáng)肋的凸緣的端面圖，是圖5的III一III線向視圖；
[0031]圖4是表示同實(shí)施方式的上側(cè)外殼及加強(qiáng)肋的局部縱剖面圖；是用圖2的IV-1V線切斷的剖面圖；
[0032]圖5是表示同實(shí)施方式的加強(qiáng)肋的凸緣的俯視圖；
[0033]圖6是表示現(xiàn)有加強(qiáng)肋的凸緣的俯視圖；
[0034]圖7是表示現(xiàn)有加強(qiáng)肋的凸緣的端面圖，是圖6的VII—VII線向視圖；
[0035]圖8是表示試驗(yàn)體的板厚方向的電阻率[Ω cm]和相對(duì)電火花發(fā)生電流[% ]的關(guān)系的座標(biāo)圖。
[0036]符號(hào)說(shuō)明
[0037]I主翼3上側(cè)外殼5下側(cè)外殼7前側(cè)梁9后側(cè)梁11加強(qiáng)肋Ila切削面IlA凸緣IlB腹板12密封劑13燃料箱15增強(qiáng)材料17基體

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0039]首先，對(duì)本實(shí)施方式的航空器的主翼I的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0040]如圖1及圖2所示，主翼I具備:上側(cè)外殼3、下側(cè)外殼5、前側(cè)梁7、后側(cè)梁9、多個(gè)加強(qiáng)肋11等。
[0041]上側(cè)外殼3及下側(cè)外殼5是構(gòu)成主翼I的外形、還兼作空氣動(dòng)力面的薄板。上側(cè)外殼3及下側(cè)外殼5與前側(cè)梁7、后側(cè)梁9及縱梁(未圖示。)一起承擔(dān)作用在主翼I的拉伸負(fù)荷及壓縮負(fù)荷的一部分。
[0042]如圖1所示，前側(cè)梁7及后側(cè)梁9為沿主翼I的翼長(zhǎng)方向延伸設(shè)置的結(jié)構(gòu)部件，配置于上側(cè)外殼3及下側(cè)外殼5之間。多個(gè)縱梁是在上側(cè)外殼3或下側(cè)外殼5的內(nèi)側(cè)面沿主翼I的翼長(zhǎng)方向延伸設(shè)置的輔助部件，配置于前側(cè)梁7和后側(cè)梁9之間。
[0043]如圖1所示，加強(qiáng)肋11是設(shè)于主翼I的翼寬方向的結(jié)構(gòu)部件，配置于上側(cè)外殼3及下側(cè)外殼5之間。S卩，加強(qiáng)肋11是沿與前側(cè)梁7及后側(cè)梁9大致正交的方向延伸設(shè)置的結(jié)構(gòu)部件，是形成為主翼I的縱截面形狀的板狀的部件。如圖1及圖2所示，加強(qiáng)肋11在長(zhǎng)邊方向上形成有多個(gè)開口部14。
[0044]在主翼I中，由前側(cè)梁7、后側(cè)梁9、上側(cè)外殼3及下側(cè)外殼5包圍的部分用作容納燃料的燃料箱13。燃料箱13其機(jī)體結(jié)構(gòu)物本身被制成容器，稱為整體油箱(integraltank)。而且，前側(cè)梁7、后側(cè)梁9、上側(cè)外殼3、下側(cè)外殼5及加強(qiáng)肋11也是燃料箱13的結(jié)構(gòu)部件。燃料箱13具有不會(huì)向外部泄漏燃料的液密結(jié)構(gòu)
[0045]在燃料箱13的內(nèi)側(cè)設(shè)置有向燃料箱13供應(yīng)燃料的燃料配管(未圖示)、檢測(cè)燃料油量的多個(gè)燃料油量計(jì)(未圖示)、及燃料油量計(jì)的配線(未圖示)等。
[0046]下面，對(duì)燃料箱13的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行說(shuō)明。
[0047]燃料箱13的結(jié)構(gòu)部件即前側(cè)梁7、后側(cè)梁9、上側(cè)外殼3、下側(cè)外殼5及加強(qiáng)肋11，使用碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)。而且，被應(yīng)用于燃料箱13的本實(shí)施方式的CFRP，如圖3所示，增強(qiáng)材料15含有碳纖維，基體17含有塑料。而且，基體17被賦予導(dǎo)電性，由此，燃料箱13的結(jié)構(gòu)部件所使用的CFRP具有導(dǎo)電性。在圖3中對(duì)加強(qiáng)肋11進(jìn)行了表示，但關(guān)于其它部件也同樣。
[0048]此外，在燃料箱13中，也可以不用CFRP形成前側(cè)梁7、后側(cè)梁9、上側(cè)外殼3、下側(cè)外殼5及加強(qiáng)肋11的全部，也可以局部性地用鋁合金等金屬形成。
[0049]基體17含有例如:不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂等塑料。對(duì)基體17賦予導(dǎo)電性的方法可以應(yīng)用對(duì)熱固性樹脂等塑料賦予導(dǎo)電性的各種各樣的技術(shù)，在本說(shuō)明書中省略詳細(xì)地的說(shuō)明。作為對(duì)基體17賦予導(dǎo)電性的方法，例如有使塑料內(nèi)含有導(dǎo)電性的粒子或纖維的方法、對(duì)塑料賦予導(dǎo)電性的方法等?；w17的電阻率例如為數(shù)Ωαιι。
[0050]燃料箱13的CFRP形成的結(jié)構(gòu)部件，在容納有燃料的燃料箱13的內(nèi)部，露出有因切削加工而形成的切削面。例如，如圖4所示，在加強(qiáng)肋11由凸緣IlA和腹板IlB等構(gòu)成的情況下，在凸緣IlA的端部，切削面Ila在燃料箱13的內(nèi)部露出。
[0051]在本實(shí)施方式中，由于基體17被賦予導(dǎo)電性，因此如圖5所示，當(dāng)雷碰到主翼I的加強(qiáng)肋11時(shí)，在雷電流C從遇雷地點(diǎn)P流過(guò)CFRP零件的表面或切削面Ila時(shí)，在增強(qiáng)材料15間就會(huì)電導(dǎo)通。其結(jié)果是，在CFRP的切削面Ila上，在增強(qiáng)材料15間不易發(fā)生放電。
[0052]此外，本實(shí)施方式與下述的技術(shù)不同，該技術(shù)是:通過(guò)在CFRP形成的結(jié)構(gòu)部件的表面，作為底層涂料涂敷防帶電涂料，防止帶電，同時(shí)防止電解的作用導(dǎo)致的腐蝕。而是使基體17本身帶有導(dǎo)電性，確保含有碳纖維的增強(qiáng)材料15間的電導(dǎo)通。
[0053]與本實(shí)施方式不同，在基體17未被賦予導(dǎo)電性的情況下，如圖6所示，當(dāng)雷碰到主翼I的加強(qiáng)肋11時(shí)，雷電流C從遇雷地點(diǎn)P流過(guò)CFRP零件的表面或切削面Ila時(shí)，在輔助材料15的端部，在增強(qiáng)材料15間有可能發(fā)生放電D(參照?qǐng)D6及圖7)。目前，作為該放電對(duì)策，如圖6所示，采用在CFRP零件的表面或切削面Ila上涂敷密封劑12等將產(chǎn)生的電流封閉在內(nèi)部的方法。但是，因密封劑12等的涂敷作業(yè)，在燃料箱13的制造工序中，作業(yè)時(shí)間及成本增加。另外，由于涂敷的密封劑12，主翼I的重量增加。
[0054]與此相反，根據(jù)本實(shí)施方式，燃料箱13的結(jié)構(gòu)部件為增強(qiáng)材料15含有碳纖維的CFRP，基體17含有塑料，且被賦予導(dǎo)電性。由于基體17被賦予導(dǎo)電性，因此即使切削面Ila向燃料箱13的內(nèi)部露出，也可確保增強(qiáng)材料15間的導(dǎo)通，可防止結(jié)構(gòu)部件的切削面Ila的增強(qiáng)材料15間發(fā)生放電。
[0055]下面，對(duì)于本發(fā)明的一實(shí)施方式和現(xiàn)有例，分別制成試驗(yàn)體，對(duì)實(shí)施了防雷試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
[0056]在本試驗(yàn)中，在具備賦予了導(dǎo)電性的CFRP的結(jié)構(gòu)部件(本實(shí)施方式)、和未賦予導(dǎo)電性的CFRP的結(jié)構(gòu)部件(現(xiàn)有)中，對(duì)試驗(yàn)體施加大電流波形，比較產(chǎn)生電火花的電流值的不同。
[0057]防雷試驗(yàn)的試驗(yàn)方法按照SAE internat1nal 的 Aircraft Lightning TestMethods (ARP5416)的Conducted Current Test的記載。施加在試驗(yàn)體上的大電流波形為ARP5412A所規(guī)定的雷模擬電流的組合A波形。
[0058]圖8表示試驗(yàn)體的板厚方向的電阻率[Ωαιι]和相對(duì)電火花產(chǎn)生電流[% ]的關(guān)系。對(duì)于板厚方向的電阻率不同的多個(gè)試驗(yàn)體實(shí)施防雷試驗(yàn)，結(jié)果獲得圖8所示的結(jié)果。在圖8中，按比例表示將具備未賦予導(dǎo)電性的CFRP的結(jié)構(gòu)部件的電火花發(fā)生電流值設(shè)為100%時(shí)的各試驗(yàn)體的電火花發(fā)生電流值。
[0059]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，只要賦予導(dǎo)電性，板厚方向的電阻率為500Qcm以下，具備賦予了導(dǎo)電性的CFRP的結(jié)構(gòu)部件在相對(duì)電火花發(fā)生電流時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異性，尤其是，只要板厚方向的電阻率為約200 Qcm以下，則相對(duì)電火花發(fā)生電流達(dá)到二倍以上。
[0060]即，被賦予板厚方向的電阻率為500 Qcm以下的導(dǎo)電性的CFRP，與未賦予導(dǎo)電性的CFRP相比,確認(rèn)可抑制遇雷時(shí)的雷電流導(dǎo)致的電火花的發(fā)生,被賦予板厚方向的電阻率約200 Ω cm以下的導(dǎo)電性的CFRP中，確認(rèn)可進(jìn)一步抑制遇雷時(shí)的雷電流導(dǎo)致的電火花的發(fā)生。
[0061]此外，上述實(shí)施方式對(duì)航空器的與主翼一體化的稱為整體油箱的燃料箱13的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于該例。例如，也可適用于在燃料流通的燃料電池的容器(燃料箱)所使用的結(jié)構(gòu)部件。另外，還可以適用于航空器的主體上設(shè)置的燃料箱的結(jié)構(gòu)部件、航空器以外的汽車等移動(dòng)體所搭載的燃料箱的結(jié)構(gòu)部件。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料箱，其具備使用了碳纖維強(qiáng)化塑料的結(jié)構(gòu)部件，該碳纖維強(qiáng)化塑料:其增強(qiáng)材料含有碳纖維且其基體含有塑料，所述基體被賦予導(dǎo)電性。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料箱，其中， 所述結(jié)構(gòu)部件被切削而形成的所述結(jié)構(gòu)部件的切削面在容納有燃料的內(nèi)部露出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料箱，其中， 所述碳纖維強(qiáng)化塑料的板厚方向的電阻率為500 Qcm以下。
4.一種主翼，其將權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的燃料箱作為結(jié)構(gòu)體。
5.—種航空器主體,其具備權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的燃料箱。
6.一種航空器，其具備權(quán)利要求4所述的主翼或權(quán)利要求5所述的航空器主體。
7.一種移動(dòng)體，其具備權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的燃料箱。
【文檔編號(hào)】B64C3/34GK104203752SQ201380014810
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】神原信幸, 山下政之, 阿部俊夫, 神納佑一郎 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社