CN104058086B - 电磁能表面保护 - Google Patents

Abstract

本文名称为电磁能表面保护。本文公开了电磁能保护系统和方法，其包括多个通过导电互连欧姆连接的导电片。所述导电互连可以是由金属沉积方法形成的金属。所述金属沉积方法可包括等离子体沉积方法。所述导电互连有助于防止形成表面畸形，如当物理连接或电气连接相邻的导电片时可能造成的凸块。

Description

电磁能表面保护

技术领域

本发明涉及电磁能表面保护，并且具体而言涉及电磁能表面保护和方法。

背景技术

商用和军用飞机在它们操作的各个阶段中容易受到雷击。当通移动过高电荷大气时，例如风暴，飞机能引起扰动，诱使闪电击中飞机。在具有金属蒙皮，例如铝的传统飞机中，从雷击施加在飞机表面上的电能主要沿着蒙皮表面进行传导，并且利用各种技术从飞机驱散。

在利用形成飞机的各个部件的复合基质构造的飞机中，由于形成复合结构的聚合材料不能如金属那样有效地驱散电能，具有复合材料的飞机可配备各种雷击保护技术。一些技术包括但不限制于，飞机蒙皮的表面上的一系列金属丝网或者嵌入复合结构中的一系列金属丝网，以将电流传导远离关键的或重要的飞机部件。另一种技术可以是使用一个或多个层石墨布和铝板。将各种金属部件嵌入由复合材料构造的飞机结构中的传统方法可导致体表畸形，需要进行补偿以产生光滑的表面。

本文的公开是相对于这些和其他考虑因素提出的。

发明内容

应理解，提供本发明内容以简化的形式介绍在下面发明详述中进一步详细描述的概念的选择。本发明内容不是旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

根据本文公开的一方面，提供一种飞机部件。该飞机部件可包括一个或多个层以及导电层。导电层可共面布置并且紧邻一个或多个层。导电层可形成断电区(electricaldisconnect region)，其由导电层的相邻导电片之间的间隙限定。飞机部件也可包括互连。互连可包括导电材料，其在导电层的相邻的导电片之间形成欧姆连接，从而桥接断电区中的间隙。

根据另一方面，提供用于形成飞机部件的复合结构的方法。该方法可以包括形成一个或多个层，并且铺设与一个或多个层共面并且与其紧邻的导电层。导电层可包括由导电层的相邻导电片之间的间隙限定的断电区。方法也可包括通过沉积互连填充相邻导电片之间的至少一部分间隙。互连可包括导电材料，其欧姆连接导电层的相邻导电片，从而桥接断电区中的间隙。

根据又一方面，提供用于在飞机部件中提供电磁能攻击保护的方法。该方法可包括提供用于飞机部件的复合结构。复合结构可包括一个或多个层。该方法也可包括在一个或多个层中提供导电层。导电层可包括第一导电片和第二导电片。方法可进一步包括提供利用等离子体沉积方法沉积的互连。互连可包括导电材料，其将第一导电片欧姆连接到第二导电片。方法也可包括使在第一导电片上的电磁攻击按规定路线通过互连至第二导电片。

进一步地，本公开包括根据以下款项的实施方式：

第1条、一种飞机部件，其包括：

多个层；

导电层，其布置为与所述多个层共面并且与其紧邻，所述导电层形成由所述导电层的相邻导电片之间的间隙限定的断电区；以及

包括导电材料的互连，其在所述导电层的所述相邻导电片之间形成欧姆连接，从而桥接所述断电区中的所述间隙。

第2条、如第1条所述的飞机部件，其中所述相邻的导电片包括金属。

第3条、如第2条所述的飞机部件，其中所述金属包括铜、铝、金、银、钛或者它们的合金。

第4条、如第2条所述的飞机部件，其中所述相邻的导电片包括延展的金属箔部分。

第5条、如第1条所述的飞机部件，其中所述互连包括金属。

第6条、如第5条所述的飞机部件，其中所述金属包括铝、铜、金、银或者它们的合金。

第7条、如第5条所述的飞机部件，其中所述金属由等离子体沉积方法形成。

第8条、如第1条所述的飞机部件，其中所述多个层包括：

铺面层；

隔离层；

支撑核心；以及

多个碳板，其封装所述支撑核心。

第9条、如第1条所述的飞机部件，其中所述互连与所述相邻的导电片基本齐平。

第10条、一种用于形成飞机部件的复合结构的方法，所述方法包括：

形成多个层；

铺设导电层，其与所述多个层共面并且与其紧邻，所述导电层包括由所述导电层的相邻导电片之间的间隙限定的断电区；以及

通过沉积包括导电材料的互连填充所述相邻的导电片之间的至少一部分间隙，所述互连欧姆连接所述导电层的所述相邻的导电片，从而桥接所述断电区中的所述间隙。

第11条、如第10条所述的方法，其中所述相邻的导电片包括金属。

第12条、如第11条所述的方法，其中所述金属包括铜、铝、金、银或者它们的合金。

第13条、如第11条所述的方法，其中所述相邻的导电片包括延展的金属箔部分。

第14条、如第10条所述的方法，其中所述互连包括金属。

第15条、如第14条所述的方法，其中所述金属包括铝、铜、金、银或者它们的合金。

第16条、如第14条所述的方法，其中所述金属由等离子体沉积方法形成。

第17条、如第10条所述的方法，其中形成所述多个层包括：

提供铺面层；

提供隔离层；

提供支撑核心；以及

提供多个碳板，其封装所述支撑核心。

第18条、一种在飞机部件中提供电磁能攻击保护的方法，其包括：

提供用于所述飞机部件的包括多个层的复合结构；

在所述多个层中提供导电层，其包括第一导电片和第二导电片；

提供利用等离子体沉积方法沉积的互连，所述互连包括导电材料，其将所述第一导电片欧姆连接到所述第二导电片；以及

使在所述第一导电片上的电磁攻击按规定路线通过所述互连至所述第二导电片。

第19条、如第18条所述的方法，其中所述第一导电片或所述第二导电片包括延展的金属箔部分。

第20条、如第18条所述的方法，其中所述互连是金属。

第21条、一种包括款项1至9中的任一条所述的飞机部件的飞机。

已经讨论的特征、功能和优势可以在本公开的多个实施例中独立实现，或者可以在其他实施方式中组合实现，其进一步细节可参见以下说明书和附图。

附图说明

从详细说明书和附图中可以更全面地理解本文提出的实施方式，其中：

图1是图解表面缺陷的传统复合飞机结构的截面图。

图2A是依照实施方式的复合飞机结构的截面图。

图2B是依照实施方式的可选复合飞机结构的截面图。

图3是依照实施方式的飞机机翼中的导电片的顶视图。

图4A是沉积互连之前的相邻导电片的截面侧视图。

图4B是依照实施方式沉积互连之后的相邻导电片的截面侧视图。

图5图解依照实施方式利用金属沉积在导电片之间形成欧姆连接的方法的逻辑流程图。

图6图解依照实施方式在飞机部件中提供电磁能攻击保护的方法的逻辑流程图。

具体实施方式

本文公开的方面允许利用互连的电磁能表面保护。当形成电磁能(“EME”)保护层时，导电片可以被铺设在铺面层或者其他合适的层上。导电片被设计成通过充当EME的导管保护各个飞机部件避免受到EME攻击。当铺设导电片时，沿着一个导电片的边缘的长度可以不完全接触相邻的导电片的边缘，形成断电区。断电区可由导电片之间的间隙限定，并且可包括一个导电片的后边缘和相邻导电片的前边缘。这样可以产生其中来自一个导电片的EME不传导至相邻导电片的区域。这些区域可降低EME保护的效率。如本文所使用的，EME也可包括电磁效应领域的更一般的应用。

本文所描述的概念和技术利用互连，其在相邻的导电片之间产生欧姆连接。互连可桥接断电区中的间隙。在一种配置中，通过在断电区的区域沉积导电材料形成欧姆连接。在一种配置中，导电片可以是金属薄片。在另一种配置中，金属箔片可以是延展的金属箔片。应理解，本文所描述的概念和技术不限制于导电片的任何具体的结构或组成。本文的描述可利用延展的金属箔部分，这仅用于说明性目的，并且不代表意图将目前公开的主题范围限制在延展的金属箔。

如上所述，互连可以被沉积在断电区域中。在一些配置中，互连可以是金属。在进一步的配置中，可以利用各种沉积技术将互连沉积在断电区域中。这些和其他配置可以帮助在导电片之间产生欧姆连接，从而提供有效的EME攻击保护。在一些配置中，利用等离子体沉积金属以连接导电片可以形成光滑的表面轮廓，同时提供保护，避免受到可由雷击引起的损坏。本文提出的各方面可以以这样的方式电气连接或者物理连接导电片，以便为飞机中的关键的物理或电气部件提供充足的电气隔离。本文提到的一些方面可提供这样的表面轮廓，其允许更好的复合结构层形成。

在一些传统的飞机部件结构中，其中利用延展的金属箔，或者其他导电材料作为电气隔离机制，为了提供延展的金属箔部分之间的物理连接和电气连接，金属箔部分的边缘通常彼此重叠。在一些实施中，重叠金属箔部分的边缘可有助于保证部分之间的电连续性。这通过图1中的实施例图解。在图1中，通过使导电片100的边缘与相邻的导电片102的边缘重叠，导电片100被物理连接并且电气连接到相邻的导电片102。重叠形成凸块104，其在传统的飞机部件设计中，需要考虑凸块104，以便产生相对无表面缺陷，例如凸块104的光滑表面。

除非当随后的复合层被施加在导电片的顶部时考虑凸块，例如凸块104，否则凸块的尺寸可以被放大到适合飞机使用的不可接受的外形。即使凸块是由于利用打磨或压缩等技术，凸块中和周围的物理和分子结构可以与形成复合结构的复合层的周围部分不同。对于此的原因可以是将凸块中添加的材料压缩成与剩余的延展的金属箔部分相同的高度可导致添加的材料由于来自凸块中的附加材料而比周围部分的更密。因此，在利用重叠延展的金属箔边缘技术的传统系统中，飞机部件的设计者需要考虑由于复合材料中发现的不同密度导致的可变结构特征。

通过利用在相邻的断电部分之间形成欧姆连接的互连，本文所描述的概念和技术可以减少或者消除由于表面轮廓缺陷引起的结构不一致，同时使导电片边缘的重叠最小化。如将在下面进一步详细描述，可利用各种金属沉积技术沉积互连。

图2A是飞机部件复合结构200的截面图。应理解，复合结构200仅仅是示例性的，并且不代表意图将本公开的范围限制到相同或者相似构造的复合结构。复合结构200由多个层形成，其在固化时形成适用于其在飞机上预定目的的整体结构。例如，并且不是通过限制的方式，复合结构200可以是下述或者形成下述的一部分：飞机机翼、飞机机身、水平安定面或垂直安定面。本文的公开不限于任何具体的飞机或车辆部件。

复合结构200包括铺面层206，形成飞机部件的“顶部”。也就是说，铺面层206是在其上可施用涂料以便为飞机部件产生成品外观的层。在其他实施例，铺面层206由一种或多种浸渍树脂的玻璃纤维或其他树脂板形成。复合层200也包括导电层208。在一些配置中，铺面层206可包括或者并入导电层208。在其他配置中，铺面层206可以被认为是与导电层208分开的层。本文的公开不限于任何具体的层配置，包括对包括铺面层206的要求。

在一些配置中，导电层208可以被配置成金属材料卷。加工可将材料铺开至具体的长度，切割材料以产生导电片，然后再用该卷用于另一片。在一些情况下，导电片可以是延展的金属箔。延展的金属箔通常是具有切入金属箔片的一系列裂缝的金属片。金属箔片被施加轻微的拉动压力，并且金属箔片因为裂缝而延展。因此，对于相同的金属量，金属箔片的覆盖面积可以增加。

导电层208可由图示为导电片208A-208E的单独导电片构成。导电片208A-208E可以被设置成彼此共面配置，并且紧邻铺面层206。如本文所使用的，“紧邻”指的是一个区域靠近、挨着或者接触另一区域。导电片208A-208E在电接触时，有助于形成EME保护层，或者导电层208。当在制造过程中铺设时，可以出现由相邻的导电片之间的间隙、断电区域限定的断电区，其中相邻的导电片不接触或者形成欧姆连接，如图4A所示并在下文描述。通过利用互连210可减少或者消除断电的区域。互连210可以是在断点区域沉积的导电材料，如金属或者金属合金。沉积可以在彼此相邻的导电片208A-208E之间产生欧姆连接。

导电片和互连可以使用各种类型的金属。在一些实施方式中，导电片或互连可以是金属，例如但不限于铝、金、银、钛、铜或者它们的各种合金。金属的选择可根据与所构造的飞机部件相关的具体特性或者成本而改变。例如，可以利用由金——具有低氧化电位的高导电性金属——制成的延伸的金属箔防止极其敏感的部件遭受电磁能。但是，利用金的成本和重量是不切实际的。因此，可以利用由铝或铜——具有足够的导电性且较便宜的金属——制成的延展的金属箔部分保护相同的部件以及其他部件。本文所描述的概念和技术不限于具体金属的任何设计选择。

根据预期的实施，复合结构200也可包括任何数量和类型的材料层。例如，隔离层212可包括一层或多层树脂增强的玻璃纤维板。隔离层212可以帮助防止电化腐蚀，并且有助于改善导致复合结构200的涂料和其他部件受损的热膨胀失配影响。复合结构200也可包括由碳板216和218的层封装的支撑核心214。支撑核心214可帮助增加复合结构200与碳板216和218的结构刚性。

图2B是以可选配置的飞机部件复合结构200的截面图。在一些配置中，铺面层206和导电层208可以在开始铺设过程之前共同粘接。当在铺设过程之前共同粘接时，铺面层206可以在多个区域重叠，以减少或者消除在铺面层206的接缝。接缝可能允许水或者其他污染物进入结构，并损坏下面的复合结构200。在图2B的配置中，铺面层206被铺设成图示为铺面部分206A、206B和206C的部分，它们一起形成铺面层206。进一步地，在图2B的配置中，导电层208被铺设在铺面部分206A、206B和206C上的部分，其图示为导电部分208A、208B和208C，一起形成导电层208。

当在铺设配置时，各部分之间会出现电开口。例如，导电部分208A不与导电部分208B电接触，因为铺面部分206B位于两者之间。为了在图2B示出的配置中提供电气连接，互连210A和210B被配置成桥连它们各自的铺面部分206A、206B和206C以及导电部分208A、208B和208C的重叠部分。应注意，各图示部件的物理布置仅仅为了说明本文所描述的概念和技术。应理解，本文所描述的概念和技术不限于其中形成复合结构200的层被铺设或放置的任何具体的方式。

图3是部分构造的复合飞机机翼300的顶部视图。飞机机翼300包括由导电片208A-208C形成的电磁能障。导电片208A-208C被布置成彼此紧邻，以形成飞机机翼300的导电层208。为了增加相邻导电片的边缘欧姆连接的可能性，在它们各自的导电片208A-208C的边缘之间布置互连210A和210B。互连210A和210B可以由利用各种金属沉积技术沉积的金属形成，如下文所述。

互连210A和210B可以使导电片208A-208C彼此电连接，以产生连续的电导管，防止部件遭受电磁能并驱散该电磁能。互连210A和210B也可以使导电片208A-208C彼此物理固定。尽管当完全形成并且固化时，飞机机翼300的复合结构可以部分地或者完全地固定导电片208A-208C，但是在某些配置中，利用互连210A和210B进一步固定导电片208A-208C是有利的。

图4A和4B将被用于描述根据各个实施方式的金属互连210沉积方法。图4A是截面图，示出相邻并且彼此紧邻布置的导电片208A-208C。导电片208A-208C可以从在铺面层206上方的卷铺设。在沉积形成互连210A和210B的金属之前，导电片208A-208C的边缘被彼此紧邻放置。例如，金属箔部分208A的后边缘320紧邻导电片208B的前边缘322放置。还示出断电332。断电332是在后边缘320和前边缘322之间的间隙，描述为断电区333。在一种所述中，断电区333可以被定义为包括后边缘320和前边缘322之间断电332的区域。

如上面讨论的，互连210A可以在后边缘320和前边缘322之间产生欧姆连接，从而桥接断电区333中的断电332。后边缘320或者前边缘322可以准备接收将形成互连210A的沉积的金属。例如，可以利用等离子体或固体颗粒改变后边缘320或者前边缘322的表面以形成粗糙的表面，其可以更容易地接受并粘接至沉积的金属。可以使用其他边缘表面技术，并且被认为是在本公开的范围内。

当导电片208A-208C被放置在适合彼此连接的区域，并且后边缘320或者前边缘322的表面易于接受沉积的金属时，开始进行金属沉积操作。在图4A示出的配置中，可以利用等离子体沉积来沉积金属。等离子体沉积的一个例子是热等离子体，其从金属板排出金属颗粒。在一些实施中，热等离子体可以是弧形的形状。金属颗粒被引导至断电的部分。可以使用其他沉积技术，并且被认为是在本公开的范围内。本文所描述的等离子体沉积方法仅为了描述的目的。进一步地，本文所描述的等离子体沉积方法被认为是通用的等离子体沉积方法，并且任何具体的实施或配置仅用于描述的目的。

继续图4A，利用等离子体沉积工具324开始等离子体沉积操作。等离子体沉积工具324包括金属板326，其提供将要在断电332中沉积的金属以形成金属互连210A，如图4B中的例子示出。如上所述，形成金属板326的金属可以根据具体应用的设计考虑而改变。形成等离子体328，使得金属板326的颗粒330离开并向断电332移动。在一些配置中，金属板326可以是电极，同时可以紧邻断电332布置第二电极(未示出)。两个电极可以配置成使得形成等离子体328，并且使得颗粒330朝着断电332加速。

经过一段时间后，颗粒330在断电332聚集，以形成金属互连210A，如图4B中所示。允许在断电332聚集以形成金属互连210A的颗粒330的量可以根据具体实施的设计参数而改变。例如，在一些实施中，可能要求高度的电气或者物理连接。在该实施中，可以允许相对大量的颗粒330在断电332聚集。

在其他实施中，可能只要求相对较小程度的电气或者物理连接。在该实施方式中，可允许相对少量的颗粒330在断电332沉积。在进一步的配置中，允许在断电332聚集的颗粒330的量可以为使得互连210A与导电片208A和导电片208B齐平或者基本齐平。如本文所使用的，“齐平”指的是由导电片208A和导电片208B以互连210A形成的表面轮廓是至少基本上平坦的，具有最少的表面缺陷。在进一步的配置中，允许在断电332聚集的颗粒330的量可以足够使得互连210A高于导电片208A和208B的顶面。应注意，本文所描述的概念和技术不限于沉积形成互连210A的任何具体形状、数量或者形式的金属。

另外，如上所述，颗粒330可由一种或者多种金属形成，产生形成金属互连210A的金属混合物。这些和其他配置被认为在本公开的范围内。利用与填充断电332类似的方式，同样可以填充断电334。在一些实施中，可以同时地填充或者以其他次序填充断电332和断电334。例如，可以定位复合结构，比如图3的机翼300以便一次接收颗粒330。这些和其他等离子体沉积技术被认为在本公开的范围内。

现在转到图5，详细地描述了在部分复合结构中欧姆连接相邻的延展金属箔部分的说明性程序。除非另有说明，应该理解，可以执行比图中示出的和本文描述的更多或者更少的操作。另外，除非另外指出，这些操作也可以按照不同于本文所描述的次序执行。

程序500开始于操作502，其中形成铺面层206。在一些实施中，铺面层206包括一层或者多层玻璃纤维或其他材料。在某些实施中，铺面层206形成复合结构的外部，在其上施加涂料以完成结构。程序500从操作502继续到操作504，其中多个导电片208A-208C被铺设在铺面层206上。在一些实施中，由厂商提供成卷的导电片208A-208C，由此飞机部件制造展开导电片208A-208C，在铺面层206上成为条。导电片208A-208C可以放置在彼此相对的位置，适于等离子体沉积方法。应理解，导电片208A-208C，例如铜箔或者延展的铜箔，可以铺设为具有铺面层206的粘接系统。在该配置中，通过等离子体沉积方法沉积金属可以一步形成，而不是对接。

程序500从操作504继续到操作506，其中开始形成互连210A和210B的金属的等离子体沉积。如上所述，可以利用各种金属沉积技术执行金属沉积。在一些配置中，以这样的方式沉积金属，以便欧姆连接导电片208A-208C的至少一部分相邻的边缘。在其他配置中，可以以这样的方式沉积金属，以便物理连接导电片208A-208C的至少一部分相邻的边缘。

程序500从操作506继续到操作508，其中停止形成互连210A和210B的金属沉积。根据各种设计考虑确定金属，包括金属和其他组分的各种合金的量和类型。如上所述，形成金属互连的金属的量可以改变，以产生相对更强的物理或电气粘接。程序500从操作508继续到操作510，其中形成复合结构的剩余部分。例如，图2A示出具有隔离层212和支撑核心214的复合结构200。在一些配置中，支撑核心214由碳板216和218封装。

现在转到图6，详细描述了在飞机部件中提供电磁能攻击保护的说明性程序。除非另外指出，应该理解，可以执行比图中示出的和本文描述的更多或者更少的操作。另外，除非另外指出，这些操作也可以按照不同于本文所描述的次序执行。

程序600开始于操作602，其中提供了用于飞机部件的复合结构。在一些情况下，复合结构具有铺面层。程序600从操作602继续到操作604，其中提供多个导电片。在一些配置中，导电片紧邻或者接触铺面层。在其他配置中，导电片是金属片。在进一步的配置中，导电片是延展的金属箔片或网。当铺设导电片时，在两个导电片之间可能出现断电。断电可以是导电片之间的间隙或者空间。程序600从操作604继续到操作606，其中在多个导电片的至少一个导电片上的电磁击按照规定路线通过至少一个互连到该多个导电片中的第二导电片。在一些配置中，互连是在断电中沉积的导电金属。在一些配置中，互连可以是利用等离子体沉积方法沉积的金属。

上述主题仅仅以说明的方式给出，并且不应该被解释为限制性的。本文所描述的主题可以做出与图示和描述的示例实施方式和应用不同各种修改和改变，并且不背离在以下权利要求中阐明的本公开的真实精神和范围。

Claims (11)

1.一种飞机部件，其包括：

多个层；

导电层，其布置为与所述多个层共面并且与其紧邻，所述导电层形成由所述导电层的相邻的导电片之间的间隙限定的断电区；以及

包括导电材料的互连，其在所述导电层的所述相邻的导电片之间产生欧姆连接，从而桥接所述断电区中的所述间隙，

其中所述相邻的导电片包括延展的金属箔部分并且所述互连包括由等离子体沉积方法形成的金属。

2.如权利要求1所述的飞机部件，其中所述金属包括铝、铜、金、银或它们中的一种或多种的合金。

3.如权利要求1所述的飞机部件，其中所述多个层包括：

铺面层；

隔离层；

支撑核心；以及

多个碳板，其封装所述支撑核心。

4.如权利要求1至3任一项所述的飞机部件，其中所述互连与所述相邻的导电片基本齐平。

5.一种用于形成飞机部件的复合结构的方法，所述方法包括：

形成多个层；

铺设导电层，其与所述多个层共面并其与其紧邻，所述导电层包括由所述导电层的相邻的导电片之间的间隙限定的断电区；以及

通过沉积包括导电材料的互连填充所述相邻的导电片之间的至少一部分间隙，所述互连欧姆连接所述导电层的所述相邻的导电片从而桥接所述断电区中的所述间隙；

其中所述相邻的导电片包括延展的金属箔部分并且所述互连包括由等离子体沉积方法形成的金属。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述金属包括铝、铜、金、银或它们中的一种或多种的合金。

7.如权利要求5所述的方法，其中形成所述多个层包括：

提供铺面层；

提供隔离层；

提供支撑核心；以及

提供多个碳板，其封装所述支撑核心。

8.一种用于在飞机部件中提供电磁能攻击保护的方法，其包括：

提供用于所述飞机部件的包括多个层的复合结构；

在所述多个层中提供导电层，其包括第一导电片和第二导电片；

提供利用等离子体沉积方法沉积的互连，所述互连包括导电材料，其将所述第一导电片欧姆连接到所述第二导电片；以及

使在所述第一导电片上的电磁攻击按规定路线通过所述互连至所述第二导电片。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一导电片或所述第二导电片包括延展的金属箔部分。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述互连是金属。

11.一种包括如权利要求1至4中的任一项所述的飞机部件的飞机。