CN101970217A - 用于航空器或者航天器的纤维复合物部件 - Google Patents
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Abstract
公开了用于航空器或者航天器的纤维复合物部件(1)，在至少一些部分中包括导电纤维(6)。所述纤维(6)与电源连接，用于供电以加热所述纤维(6)、和/或测量所述纤维(6)的电阻。
Description
技术领域
本发明涉及用于航空器或者航天器的纤维复合物部件。
背景技术
虽然本发明以及其所基于的问题可应用到任何的纤维复合物部件，但是，在下文中将参照碳纤维塑料材料(CFRP)部件(也称作纤维复合物部件)进行说明，所述碳纤维塑料材料(CFRP)部件例如为航空器的机身、机翼或者方向舵单元。
纤维复合物部件被广泛应用在航天器构造中。例如，通过用于将基质(例如环氧树脂)引入到纤维半成品中的真空注入工艺并通过随后的固化来生产它们。与其它已知的用于生产纤维复合物部件的工艺(例如预浸料坯工艺)相比，由于注入工艺允许使用更便宜的纤维半成品，所以它是节约成本的。
机翼的特定区域，例如成形突缘和前边缘和/或表面在一定的环境状况下可能结冰，并且可能显著地改变航空器的空气动力升力和重量。用于抵制冰的形成的措施，特别地，包括例如这样的系统，该系统具有包含用于吹掉冰形成物的可膨胀区域的成形突缘。其它装置采用直接地或者间接地(感应地)由电能供应的电加热元件。还有一种解决方案为使热气穿过部件上的大量的开口吹出到表面上。所有这些解决方案的共同点是，一方面，它们以提供线路和装置的方式给航空器增加了额外的重量，和/或另一方面，在生产过程中产生了进一步的成本。
发明内容
针对该背景，本发明的目的是提供一种纤维复合物部件，其消除了或者显著地减少了上述缺陷。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的纤维复合物部件实现了该目的。
根据本发明，提供一种用于航空器或者航天器的纤维复合物部件，其具有至少在部分中配置的导电纤维。该导电纤维可与电源连接，用于充电，以加热所述纤维，和/或以测量所述纤维的电阻。
在从属权利要求中提供了本发明的有利的实施方式和改进。
本发明的基本思想是在预浸料坯或者注入部件中使用涂覆有金属层的碳纤维、天然纤维、硼纤维和/或玻璃纤维作为导电材料。上述纤维由于所述金属涂层而具有好的导电性。该材料可在铺带工艺(ATL，AFP)中被加工，该工艺也用于加工纤维复合物部件的其它材料。
因此，与开始提到的方法相比，本发明具有以下优势，特别地，非常薄的金属涂层提供了重量方面的优势。
电源可构成为提供预先可确定的电能，用于加热所述至少部分的导电纤维。例如，所述电能可来自于航空器或者航天器本身的电源。电源和至少部分的导电纤维的间接连接也可能采用电感耦合，该电感耦合例如具有联合地安装在纤维复合物部件上或者其内的感应环线。
电源可构成为提供预先可确定的测量电流和/或预先可确定的测量电压，并且能与测量装置连接，用于测量至少部分的导电纤维的、由外力作用引起的长度上的改变。因此，视纤维复合物部件中的导电纤维的连接和配置的情况，有可能测量出在所有运行状态下的、导电纤维的金属涂层的电阻，以之作为在航空器或者航天器的操作过程中施加的力的函数，并且以此来评估例如部件的或者部件的特定部分的负载，以向航空器飞行员指示结果，和/或自动触发合适的措施，用于控制各自的负载情况。
另一个实施方式设置为：至少部分的导电纤维被配置成用于连接到航空器和航天器的雷电保护系统。
根据现已有技术，为了在具有该类复合物部件的航空器或者航天器中进行雷电保护，预浸渍了树脂的铜或者青铜网、或者箔被引入到复合物部件中作为第一层。EP 0 248 122 B1提供了这样的例子。在预浸料坯部件中，材料的厚度(与碳纤维预浸料坯相比)特别在具有重叠的情况下具有负作用。在这种情况下，经常形成褶皱或者波浪，这导致进行重加工过程。此外，网的重量相对较大。处理网状材料时需要特别注意，因为较大坯料的扭接或者卷曲也可能导致部件中出现显著的波浪。至今，仅能够手工处理该材料。本发明能够克服这些缺陷。
此外，还可以构思出在复合物部件的表面上的编织织物或者UD预浸料坯与镀金属的纤维的结合。因此，通过在不同方向上的纤维的金属层的电阻，能够确定遍及纵向纤维材料的结构强度、用于加热的好的传导性、当连接到雷电保护系统时的雷电突击能量的好的分布、以及通过改变导电纤维相对于纤维复合物部件的纵轴和横轴的取向来确定纤维复合物部件上的负载。
同样，与玻璃织物进行的结合也是可能的。可以像现有的预浸料坯或者干材料那样，以每单位面积各种重量来提供该涂覆金属的材料。
在下文中，将参照附图中的各图基于实施方式详细说明本发明。
附图说明
图1是根据本发明的作为航空器或者航天器的翼型部分的纤维复合物部件的一个实施方式的透视图；
图2是沿着图1的线A-A的放大的示意性截面图；和
图3是具有金属层的导电纤维的一个实施方式的放大的横截面图。
具体实施方式
附图中，除非另外指出，否则相同的附图标记指代相同的或者功能等同的部件。
图1是根据本发明的作为航空器或者航天器(未图示)的翼型部分的纤维复合物部件1的一个实施方式的透视图。
翼型部分在图示的横截面15中具有特定的轮廓，该特定的轮廓具有围绕所述横截面15的前边缘1和表面3。在航空器或者航天器运行的过程中，空气完全围绕该翼型部分流动，对于翼型部分的前边缘2和表面3的特定区域来说，在某些环境状况下，可能结冰。在这些区域，例如在前边缘2的来流区域10(横截面中的阴影线)、一个或者更多个纵向或者横向区域11、12中，或者在区域范围13中，纤维复合物部件1在相关表面3中(参见图2)具有导电纤维6，该导电纤维6被连接到电源，例如被连接到航空器或者航天器的电气系统，用于产生热。
作为环境状况的函数，这种连接可以是可转换的，在这种情况下，例如，使用多个参数(空气流动速度、压力和温度)作为作用变量。
可以直接通过连接线(未图示)来进行这种连接或者间接通过配置在纤维复合物部件1内部的对应于待加热的各自区域的感应元件14来进行这种连接。
在各自区域中的导电纤维6(参见图2)也能被连接到或者可连接到配置成供应测量电流的电源，使用该测量电流能够测量导电纤维6的电阻。针对该目的，导电纤维6可沿纤维复合物部件1的纵向方向配置在纵向区域11中或者沿纤维复合物部件1的横向方向配置在横向区域12中，用于确定由施加的力产生的并且相应于这些方向的负载。通过改变导电纤维6的长度，这些力改变了所述导电纤维6的电阻，其可用在合适连接的测量装置中，在该测量装置中，该电阻值被加工处理以指示特定区域的负载。
为了该目的，也可能使用单独的局部区域，该单独的局部区域此处仅示意性地示出为区域范围13。
图2是纤维复合物部件1的沿着图1的线A-A的放大的示意性截面图。
该纤维复合物部件1包括多个层，该多个层此处示意性示出为表面3上的下基准层5和上层4。如图1所示，导电纤维6沿纤维复合物部件1的纵向方向在上层中伸展。当然，也可以是其它方向。
这种类型的导电纤维6的一种示例在图3中以放大的横截面示出。例如由碳或者玻璃制成的纤维7被涂覆有一层附着力促进剂8，该附着力促进剂确保金属层9附着到纤维7的整个外围。可采用不同工艺涂布该金属层，这些工艺在此将不进行说明。材料优选为具有好的导电特性的金属或者金属合金。
虽然本发明目前已经基于优选实施方式进行了说明，不局限于该优选实施方式，但是本发明可以以许多不同的方式进行改进。
例如，也可以采用微波发生器来代替感应元件。
导电纤维6既可以单向地(UD tape)配置又可以配置成织物形式。对于织物来说，在相对于纤维复合物部件1的纵轴和横轴的其它方向上也可能进行电阻的测量。
特别在连接到雷电保护系统的情况下，由于相邻和叠置的纤维6互相接触，从而可获得整个相应区域的好的传导性，这例如在织物带的情况下也是可能的。
导电纤维6也可能以附加的方式布置，或者仅布置在基准层5的内部，或者布置在纤维复合物部件1的内表面上。
在碰撞和振动的情况下，导电纤维6在重量和空间方面具有特别的优势。
在用于航空器或者航天器的纤维复合物部件1至少在部分上具有导电纤维6的情况下，纤维6与电源连接，用于充电来加热纤维6，和/或用于测量纤维6的电阻。
附图标记的目录
1 纤维复合物部件
2 前边缘
3 表面
4 上层
5 基准层
6 导电纤维
7 纤维
8 附着力促进剂
9 金属层
10 来流区域
11 纵向区域
12横向区域
13区域范围
14感应元件
15横截面
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种纤维复合物部件(1)，特别是航空器或者航天器的翼型部分，其具有来流区域(10)以及纵向和横向区域(11、12)，其中涂覆有金属层(9)的导电纤维(6)至少部分地被配置在所述来流区域(10)以及所述纵向和横向区域(11、12)中，对于在所述来流区域(10)以及所述纵向和横向区域(11、12)中的所述纤维，其可与电源连接，用于充电来加热所述纤维(6)，并且，对于在所述纵向和横向区域(11、12)中的所述纤维(6)，其可与电源连接，用于测量配置在所述纵向和横向区域(11、12)中的所述纤维(6)的电阻。
2.根据权利要求1所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述纤维(6)包括碳纤维、天然纤维、硼纤维和/或玻璃纤维。
3.根据前述权利要求中的至少一项所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源构成为提供预先可确定的电能，用来加热所述至少部分的导电纤维(6)。
4.根据权利要求3所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源与所述至少部分的导电纤维(6)的间接连接是电感耦合。
5.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源构成为提供预先可确定的测量电流和/或预先可确定的测量电压。
6.根据权利要求5所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源与测量装置连接，用于测量所述至少部分的导电纤维(6)的由外力作用引起的长度的改变。
7.根据权利要求6所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述测量装置构成为用于测量所述纤维(6)的所述金属层(9)的电阻。
8.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述至少部分的导电纤维(6)构成为用于与航空器或者航天器的雷电保护系统连接。
9.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述至少部分的导电纤维(6)至少部分地被配置在所述纤维复合物部件(1)的上层(4)中。
10.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述纤维复合物部件(1)由至少部分地包括作为单向带和/或织物带的导电纤维(6)的预浸料坯和/或注入部件制备。
Claims (11)
1.一种用于航空器或者航天器的纤维复合物部件(1)，其至少部分地具有导电纤维(6)，该导电纤维与电源连接，用于充电来加热所述纤维(6)和/或来测量所述纤维(6)的电阻。
2.根据权利要求1所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述纤维(6)由导电材料构成和/或被涂覆有金属层(9)。
3.根据权利要求2所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述纤维(6)包括碳纤维、天然纤维、硼纤维和/或玻璃纤维。
4.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源构成为提供预先可确定的电能，用来加热至少部分的导电纤维(6)。
5.根据权利要求4所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源与所述至少部分的导电纤维(6)的间接连接是电感耦合。
6.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源构成为提供预先可确定的测量电流和/或预先可确定的测量电压。
7.根据权利要求6所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述电源与测量装置连接，用于测量所述至少部分的导电纤维(6)的由外力作用引起的长度的改变。
8.根据权利要求7所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述测量装置构成为用于测量所述纤维(6)的所述金属层(9)的电阻。
9.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述至少部分的导电纤维(6)构成为用于与航空器或者航天器的雷电保护系统连接。
10.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述至少部分的导电纤维(1)至少部分地被配置在所述纤维复合物部件(1)的上层(4)中。
11.根据前述权利要求中的至少一个所述的纤维复合物部件(1)，其特征在于，所述纤维复合物部件(1)由至少部分地包括作为单向带和/或织物带的导电纤维(6)的预浸料坯和/或注入部件制备。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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