CN104203752A - 燃料箱、主翼、航空器主体、航空器及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能够减少制造工序中的作业时间及成本，防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主体、航空器及移动体。燃料箱具备使用了碳纤维强化塑料的结构部件，该碳纤维强化塑料：其增强材料(15)含有碳纤维且其基体(17)含有塑料，基体(17)被赋予导电性。而且，结构部件被切削而形成的结构部件的切削面(11a)也可以在燃料箱的容纳有燃料的内部露出。
Description
技术领域
本发明涉及作为结构部件使用了碳纤维强化塑料的燃料箱、主翼、航空器主体、航空器及移动体。
背景技术
航空器的主翼有时作为可容纳燃料的燃料箱使用。制成与主翼一体化，使翼结构不漏油的液密结构的燃料箱，被称为整体油箱。为了减轻重量，整体油箱有使用复合材料例如碳纤维强化塑料(CFRP)的趋势。CFRP使用碳纤维作为增强材料，使用合成树脂作为基体。
在专利文献1中，公开有三维纤维增强树脂复合材料的发明，其技术是，为了不损害生产性，对纤维增强树脂复合材料赋予导电性，边纱由比面内方向纱导电性高的导电性材料构成。另外，在专利文献2中，公开有预浸料坯及碳纤维增强复合材料的发明，其技术是，为了兼备优异的耐冲击性和导电性，使其含有导电性粒子或纤维。再者，在专利文献3中，公开有改良型复合材料的发明，其技术是，为了具有导电性，且相比标准的复合材料几乎或完全不使其重量增加，而使其含有分散在高分子树脂中的导电性粒子。
专利文献
专利文献1：日本特开2007—301838号公报
专利文献2：日本特开2010—280904号公报
专利文献3：日本特开2011—168792号公报
发明要解决的问题
但是，在航空器的燃料箱使用CFRP的情况下，在CFRP零件的表面，尤其是通过切削加工形成的切削面，碳纤维的端部在燃料箱的内部露出。
该情况下，当雷电碰到主翼时，雷电流就会流过CFRP零件的表面或切削面，在碳纤维的端部有可能在碳纤维间产生放电。作为该放电对策，采用在CFRP零件的表面或切削面涂敷密封剂等，将产生的电流封闭于内部的方法。但是，因密封剂等的涂敷作业，在燃料箱的制造工序中，作业时间及成本增加。另外，主翼的重量因涂敷的密封剂而增加。
此外，上述的课题不限于与航空器的主翼一体化的整体油箱，在燃料流通的燃料电池的容器中也产生。以下，燃料电池的容器也包括在燃料箱中进行说明。另外，在具有燃料箱的航空器的主体、航空器以外的搭载有燃料箱的汽车等移动体中也产生同样的课题。
发明内容
解决问题的技术方案
本发明是基于这种情况而开发的，其目的在于，提供一种可降低制造工序的作业时间及成本，可防止重量增加的燃料箱、主翼、航空器主体、航空器及移动体。
为了解决上述课题，本发明的燃料箱、主翼、航空器主体、航空器及移动体采用以下的装置。
即，本发明的燃料箱具备使用了碳纤维强化塑料的结构部件，该碳纤维强化塑料：其增强材料含有碳纤维且其基体含有塑料，所述基体被赋予导电性。根据该发明，燃料箱的结构部件为增强材料含有碳纤维的碳纤维强化塑料。而且，碳纤维强化塑料的基体含有塑料，且被赋予导电性。
在基体未被赋予导电性、结构部件端部未实施密封剂等处理的情况下，若碰到雷时雷电流从端部流过，则在端部的增强材料间有可能产生放电，但由于基体被赋予导电性，因此能够确保碳纤维即增强材料间的导通，可防止结构部件的端部发生放电。
在上述发明中，所述结构部件被切削而形成的所述结构部件的切削面也可以在容纳有燃料的内部露出。
根据该发明，即使结构部件的端部为切削面，且该切削面在容纳有燃料的内部露出，由于基体被赋予导电性，因此也能够确保碳纤维即增强材料间的导通，可防止结构部件的端部发生放电。
在上述发明中，理想的是，所述碳纤维强化塑料的板厚方向的电阻率为500Ωcm以下。
另外，本发明的主翼将上述燃料箱作为结构体，本发明的航空器主体具备上述燃料箱。
根据这些发明，主翼的结构体为燃料箱，或者，航空器主体具备燃料箱，燃料箱的结构部件为碳纤维强化塑料。而且，碳纤维强化塑料的基体含有塑料，且被赋予导电性，因此，确保了含有碳纤维的增强材料间的导通，可防止结构部件的端部发生放电。
另外，本发明的航空器具备上述主翼或航空器主体。
根据该发明，航空器的主翼或航空器主体，其结构体为燃料箱，燃料箱的结构部件为碳纤维强化塑料。而且，碳纤维强化塑料的基体含有塑料，且被赋予导电性，因此，确保了含有碳纤维的增强材料间的导通，可防止结构部件的端部发生放电。
另外，本发明的移动体具备上述燃料箱。
根据该发明，移动体的结构体为燃料箱，燃料箱的结构部件为碳纤维强化塑料。而且，碳纤维强化塑料的基体含有塑料，且被赋予导电性，因此，确保了含有碳纤维的增强材料间的导通，可防止结构部件的端部发生放电。
发明效果
根据本发明，由于对基体赋予了导电性，因此确保了碳纤维即增强材料间的导通，可防止在结构部件的端部的增强材料间发生放电，由于在结构部件的端部也可以不实施另外的密封剂等，因此能够减少制造工序中的作业时间及成本，防止重量增加。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的主翼的立体图，将局部剖开进行表示；
图2是表示同实施方式的主翼的纵剖面图；
图3是表示同实施方式的加强肋的凸缘的端面图，是图5的III—III线向视图；
图4是表示同实施方式的上侧外壳及加强肋的局部纵剖面图；是用图2的IV-IV线切断的剖面图；
图5是表示同实施方式的加强肋的凸缘的俯视图；
图6是表示现有加强肋的凸缘的俯视图；
图7是表示现有加强肋的凸缘的端面图，是图6的VII—VII线向视图；
图8是表示试验体的板厚方向的电阻率[Ωcm]和相对电火花发生电流[％]的关系的座标图。
符号说明
1主翼 3上侧外壳 5下侧外壳 7前侧梁 9后侧梁 11加强肋 11a切削面 11A凸缘 11B腹板 12密封剂 13燃料箱 15增强材料 17基体
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，对本实施方式的航空器的主翼1的构成进行说明。
如图1及图2所示，主翼1具备：上侧外壳3、下侧外壳5、前侧梁7、后侧梁9、多个加强肋11等。
上侧外壳3及下侧外壳5是构成主翼1的外形、还兼作空气动力面的薄板。上侧外壳3及下侧外壳5与前侧梁7、后侧梁9及纵梁(未图示。)一起承担作用在主翼1的拉伸负荷及压缩负荷的一部分。
如图1所示，前侧梁7及后侧梁9为沿主翼1的翼长方向延伸设置的结构部件，配置于上侧外壳3及下侧外壳5之间。多个纵梁是在上侧外壳3或下侧外壳5的内侧面沿主翼1的翼长方向延伸设置的辅助部件，配置于前侧梁7和后侧梁9之间。
如图1所示，加强肋11是设于主翼1的翼宽方向的结构部件，配置于上侧外壳3及下侧外壳5之间。即，加强肋11是沿与前侧梁7及后侧梁9大致正交的方向延伸设置的结构部件，是形成为主翼1的纵截面形状的板状的部件。如图1及图2所示，加强肋11在长边方向上形成有多个开口部14。
在主翼1中，由前侧梁7、后侧梁9、上侧外壳3及下侧外壳5包围的部分用作容纳燃料的燃料箱13。燃料箱13其机体结构物本身被制成容器，称为整体油箱(integral tank)。而且，前侧梁7、后侧梁9、上侧外壳3、下侧外壳5及加强肋11也是燃料箱13的结构部件。燃料箱13具有不会向外部泄漏燃料的液密结构
在燃料箱13的内侧设置有向燃料箱13供应燃料的燃料配管(未图示)、检测燃料油量的多个燃料油量计(未图示)、及燃料油量计的配线(未图示)等。
下面，对燃料箱13的结构部件进行说明。
燃料箱13的结构部件即前侧梁7、后侧梁9、上侧外壳3、下侧外壳5及加强肋11，使用碳纤维强化塑料(CFRP)。而且，被应用于燃料箱13的本实施方式的CFRP，如图3所示，增强材料15含有碳纤维，基体17含有塑料。而且，基体17被赋予导电性，由此，燃料箱13的结构部件所使用的CFRP具有导电性。在图3中对加强肋11进行了表示，但关于其它部件也同样。
此外，在燃料箱13中，也可以不用CFRP形成前侧梁7、后侧梁9、上侧外壳3、下侧外壳5及加强肋11的全部，也可以局部性地用铝合金等金属形成。
基体17含有例如：不饱和聚酯、环氧树脂等热固性树脂等塑料。对基体17赋予导电性的方法可以应用对热固性树脂等塑料赋予导电性的各种各样的技术，在本说明书中省略详细地的说明。作为对基体17赋予导电性的方法，例如有使塑料内含有导电性的粒子或纤维的方法、对塑料赋予导电性的方法等。基体17的电阻率例如为数Ωcm。
燃料箱13的CFRP形成的结构部件，在容纳有燃料的燃料箱13的内部，露出有因切削加工而形成的切削面。例如，如图4所示，在加强肋11由凸缘11A和腹板11B等构成的情况下，在凸缘11A的端部，切削面11a在燃料箱13的内部露出。
在本实施方式中，由于基体17被赋予导电性，因此如图5所示，当雷碰到主翼1的加强肋11时，在雷电流C从遇雷地点p流过CFRP零件的表面或切削面11a时，在增强材料15间就会电导通。其结果是，在CFRP的切削面11a上，在增强材料15间不易发生放电。
此外，本实施方式与下述的技术不同，该技术是：通过在CFRP形成的结构部件的表面，作为底层涂料涂敷防带电涂料，防止带电，同时防止电解的作用导致的腐蚀。而是使基体17本身带有导电性，确保含有碳纤维的增强材料15间的电导通。
与本实施方式不同，在基体17未被赋予导电性的情况下，如图6所示，当雷碰到主翼1的加强肋11时，雷电流C从遇雷地点p流过CFRP零件的表面或切削面11a时，在辅助材料15的端部，在增强材料15间有可能发生放电D(参照图6及图7)。目前，作为该放电对策，如图6所示，采用在CFRP零件的表面或切削面11a上涂敷密封剂12等将产生的电流封闭在内部的方法。但是，因密封剂12等的涂敷作业，在燃料箱13的制造工序中，作业时间及成本增加。另外，由于涂敷的密封剂12，主翼1的重量增加。
与此相反，根据本实施方式，燃料箱13的结构部件为增强材料15含有碳纤维的CFRP，基体17含有塑料，且被赋予导电性。由于基体17被赋予导电性，因此即使切削面11a向燃料箱13的内部露出，也可确保增强材料15间的导通，可防止结构部件的切削面11a的增强材料15间发生放电。
下面，对于本发明的一实施方式和现有例，分别制成试验体，对实施了防雷试验的结果进行说明。
在本试验中，在具备赋予了导电性的CFRP的结构部件(本实施方式)、和未赋予导电性的CFRP的结构部件(现有)中，对试验体施加大电流波形，比较产生电火花的电流值的不同。
防雷试验的试验方法按照SAE international的Aircraft Lightning TestMethods(ARP5416)的Conducted Current Test的记载。施加在试验体上的大电流波形为ARP5412A所规定的雷模拟电流的组合A波形。
图8表示试验体的板厚方向的电阻率[Ωcm]和相对电火花产生电流[％]的关系。对于板厚方向的电阻率不同的多个试验体实施防雷试验，结果获得图8所示的结果。在图8中，按比例表示将具备未赋予导电性的CFRP的结构部件的电火花发生电流值设为100％时的各试验体的电火花发生电流值。
根据试验结果可知，只要赋予导电性，板厚方向的电阻率为500Ωcm以下，具备赋予了导电性的CFRP的结构部件在相对电火花发生电流时表现优异性，尤其是，只要板厚方向的电阻率为约200Ωcm以下，则相对电火花发生电流达到二倍以上。
即，被赋予板厚方向的电阻率为500Ωcm以下的导电性的CFRP，与未赋予导电性的CFRP相比，确认可抑制遇雷时的雷电流导致的电火花的发生，被赋予板厚方向的电阻率约200Ωcm以下的导电性的CFRP中，确认可进一步抑制遇雷时的雷电流导致的电火花的发生。
此外，上述实施方式对航空器的与主翼一体化的称为整体油箱的燃料箱13的情况进行了说明，但本发明不限于该例。例如，也可适用于在燃料流通的燃料电池的容器(燃料箱)所使用的结构部件。另外，还可以适用于航空器的主体上设置的燃料箱的结构部件、航空器以外的汽车等移动体所搭载的燃料箱的结构部件。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种燃料箱，其具备使用了碳纤维强化塑料的结构部件，该碳纤维强化塑料：其增强材料含有碳纤维且其基体含有塑料，所述基体被赋予导电性，
所述结构部件被切削而形成的所述结构部件的切削面在容纳有燃料的内部露出。
2.如权利要求1所述的燃料箱，其中，
所述碳纤维强化塑料的板厚方向的电阻率为500Ωcm以下。
3.一种主翼，其将权利要求1或2所述的燃料箱作为结构体。
4.一种航空器主体，其具备权利要求1或2所述的燃料箱。
5.一种航空器，其具备权利要求3所述的主翼或权利要求4所述的航空器主体。
6.一种移动体，其具备权利要求1或2所述的燃料箱。
Claims (7)
1.一种燃料箱，其具备使用了碳纤维强化塑料的结构部件，该碳纤维强化塑料：其增强材料含有碳纤维且其基体含有塑料，所述基体被赋予导电性。
2.如权利要求1所述的燃料箱，其中，
所述结构部件被切削而形成的所述结构部件的切削面在容纳有燃料的内部露出。
3.如权利要求1或2所述的燃料箱，其中，
所述碳纤维强化塑料的板厚方向的电阻率为500Ωcm以下。
4.一种主翼，其将权利要求1～3中任一项所述的燃料箱作为结构体。
5.一种航空器主体，其具备权利要求1～3中任一项所述的燃料箱。
6.一种航空器，其具备权利要求4所述的主翼或权利要求5所述的航空器主体。
7.一种移动体，其具备权利要求1～3中任一项所述的燃料箱。
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