CN105228899A - 包含接地平面的飞机底板 - Google Patents
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Abstract
一种用于屏蔽飞机内的至少一个构件的系统包括：底板面板，其至少部分地设置在支撑所述飞机内的底板的托梁之间；和接地平面，其连接到所述底板面板的底面。所述接地平面至少部分在相邻托梁之间延伸。至少一个托架将所述接地平面电连接到所述托梁中的至少一个。
Description
相关申请的交叉引用及优先权声明
本申请案要求于2013年3月6日提交的美国临时专利申请案第61/773,441号的优先权，该申请案的全部内容据此以引用的方式并入。
技术领域
本发明涉及将保护性接地平面并入飞机的底板面板的构造、用于将接地平面连接到支撑飞机中的底板面板的托梁的托架、和将接地平面与用于使飞机内的接地平面接地的托架组合的系统。接地平面被预期来提供，除其它类型的电保护之外，与电磁源和射频源的隔离。
相关领域的描述
在传统飞机的构造中，飞机制造者已经进行了以下实践：将导线束放置在飞机的机身内的战略位置处。导线束包括为位于飞机上的各种设备提供电力的线。所述线还在位于飞机上的设备之间携带电信号，且因此在那些各种设备之间提供电子通信。
本领域的技术人员应明白，众所周知的是为飞机内的导线束提供电屏蔽。电保护(或屏蔽)包括使导线与来自电磁源和/或射频源中的一个或多个源的干扰隔绝(或隔离)。
对于电磁传输和射频传输，应明白，存在潜在地干扰信号的各种源。干扰可由为飞机的一部分的构件产生。分别地，乘客和机组人员可能在飞机上携带可能会产生电磁(“EM”)信号和/或射频(“RF”)信号的设备{即，蜂窝电话、平板电脑、计算机等}，所述信号可能会干扰沿导线束传输的信号。EM信号和RF信号的第三种潜在源是在飞机外部产生的那些源。例如，通信塔(即，蜂窝塔、无线电塔等)可能会产生具有足够强度来干扰飞机系统的信号(即使从明显距离处)。
一种为一根或多根导线提供电保护的简单方法是将导线定位成靠近接地的导电衬底。通常，衬底由金属制成，因为金属材料是优良的导体。此外，金属材料很好地起作用，以保护导线中的电信号不受EM干扰和RF干扰影响。
本领域的技术人员应明白，传统飞机的外壳由铝或铝合金制成。当由金属制成时，传统飞机的外壳提供便捷表面，紧靠该便捷表面定位导线束。因此，常见的实践是将导线束铺设成邻近(或靠近)飞机的外壳的内表面。通过将导线束定位成邻近飞机的外壳，传统飞机设计者已经能够为那些导线提供EM屏蔽和RF屏蔽。
越来越多的现代飞机包含非金属构件。例如，现代飞机将碳纤维复合材料并入形成外壳和其它结构构件的至少一些面板中。
与金属相比，碳纤维复合材料不是特别导电。一般而言，碳纤维材料的导电性大约比金属差一千倍(1000x)。因此，碳纤维材料不足以屏蔽导线使其免受EM干扰和RF干扰。
应明白，在现代飞机中使用碳纤维复合材料替代金属的情况下，飞机的外壳可能不再是合适的接地位置，以便为其相邻的导线束建立EM屏蔽和/或RF屏蔽。
分别地，考虑到飞机中的空间需求，可预期导线束可能不被放置成邻近飞机的外壳，即使在该外壳处，飞机完全由金属制成。
因此，需要开发出用于被放置在飞机内的电导线束的轻型EM/RF屏蔽，无需考虑导线束在飞机中的定位。换言之，需要开发出一种屏蔽导电线的方法，无需考虑电线在飞机内的位置。
发明概述
本发明解决了相对于现有技术指出的一个或多个缺点。
在一个预期实施方案中，本发明提供了一种用于屏蔽飞机内的至少一个构件的系统。该系统包括：底板面板，其至少部分地设置在支撑飞机内的底板的托梁之间；接地平面，其连接地板面板的底面，该接地平面至少部分在相邻托梁之间延伸；和至少一个托架，其将接地平面电连接到托梁中的至少一个。
在本发明的系统的另一实施方案中，接地平面屏蔽所述至少一个构件使其免受电磁干扰和射频干扰中的至少一个。
可预期，接地平面由导电材料板和被提供在板中以减轻板的总重量的至少一个孔组成。该孔被设定大小以屏蔽所述至少一个构件，从而适应在至少一个构件上的冲击辐射的频率和波长中的至少一个。
据计算，该孔不超过大约冲击辐射的最小波长的大小的十分之一。
形成本发明的一部分的托架包括限定第一端和第二端的主体。第一端连接到接地平面，且第二端连接到托梁。至少一个第一紧固件将第一端连接到接地平面。至少一个第二紧固件将第二端连接到托梁。间隔件连接到第一端，从而在间隔件与接地平面之间建立接触面。密封件包围间隔件。
本发明的另一实施方案提供一种用于屏蔽飞机内的至少一个构件的接地平面。该接地平面包括导电材料板和被提供在板中以减轻板的总重量的至少一个孔。该孔被设定大小以屏蔽所述至少一个构件，从而适应在所述至少一个构件上的冲击辐射的频率和波长中的至少一个。如所述，该孔可能不超过大约冲击辐射的波长的大小的十分之一。在一个实施方案中，该孔的直径约为1.2英寸。
可预期，接地平面屏蔽所述至少一个构件使其免受电磁干扰和射频干扰中的至少一个。
该构件可以是被放置成邻近接地平面的导线束。
该接地平面被预期成由金属制成。
本发明还提供了一种用于将接地平面连接到托梁以屏蔽飞机内的至少一个构件的托架。该托架包括：主体，其限定第一端和第二端，其中第一端连接到接地平面，且其中第二端连接到托梁；至少一个第一紧固件，其将第一端连接到接地平面；至少一个第二紧固件，其将第二端连接到托梁；间隔件，其连接到第一端，从而在间隔件与接地平面之间建立接触面；和密封件，其包围间隔件。
间隔件被预期成由导电材料制成。
托架被预期成由金属制成。
间隔件被预期成包括外围部分和内部部分，内部部分的厚度大于外围部分的厚度。
包围间隔件的密封件被预期成由弹性体材料制成。
本发明的进一步方面将从以下段落显而易见。
附图简述
本发明现在将结合附加于其的附图进行描述：
图1是包含本发明的特征的飞机的透视图；
图2是飞机机身的图形横截面，其图示了有关导线束在飞机机身内的放置的常规位置；
图3是本发明的飞机机身的图形横截面，其图示了与导线束在飞机的内部内的放置相关联的至少一个挑战；
图4是本发明的飞机机身的图形横截面，其示出飞机的机舱的底板下面的接地平面的至少一个可预期放置；
图5是本发明的接地平面和托架的一个实施方案的透视图；
图6是图5中图示的接地平面和托架的实施方案的放大横截面图；
图7是图6中图示的托架中的一个的透视俯视图，其中为了清楚起见，底板面板已被移除；以及
图8是示出本发明的接地平面和托架的两个实施方式的图形俯视图。
具体实施方式
本发明现在将结合其一个或多个实施方案进行描述。对任何特定的实施方案的论述不旨在限制本发明。相反，对所选实施方案的论述旨在例证本发明的广度和范围。本领域的技术人员将明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可采用此处描述的实施方案的变化和等同物。那些变化和等同物旨在被本专利申请案的范围所涵盖。
现在将在飞机10的构造(诸如图1中所提供的透视图中图示的构造)的上下文中对本发明进行论述。
图1是本发明适用的飞机10的透视图。飞机10包括机身12，其限定前端14和后(或后向)端16。两个机翼18、20从机身12横向延伸。尾段22附接到飞机的后端16。本领域的技术人员应明白，机翼18、20和尾段22包含负责飞机10的飞行特性和飞行操作的多个控制表面。两个引擎24、26从机翼18、20悬吊下来并连接至机翼18、20，如图示。
如上论述，所有飞机10包括执行至少两个主要功能的导线束28。导线束中的一些导线将电力传递到飞机10内的一个或多个操作构件。其它导线传输被飞机10上的一个或多个设备处理的电信号。因此，期望提供屏蔽，使得导线束28中的导线与EM影响和RF影响隔绝(或隔离)。本领域的技术人员应明白，除了干扰飞机上的一个或多个构件之外，EM影响和RF影响(除其它变量外)可能还会影响导线束28中的导线的性能和/或操作。
图2是常规飞机10的图形横截面。提供机舱32的底板30以供参考。如图示，导线束28被放置成邻近机身12的内部表面34。导线束28沿飞机10的长度从靠近前端14的位置延伸到靠近后端16的位置。如上所述，在常规飞机10中，飞机10的外壳36由金属(尤其是铝或铝合金)制成。因此，金属外壳36提供便捷位置，以便紧靠该便捷位置放置导线束28。飞机10的外壳36提供对EM源和RF源的屏蔽。
也如上所述，现代飞机包含越来越多的代替铝部件的碳纤维复合面板。虽然与铝的对应部件相比，碳纤维面板更轻且(在一些配置中)更强，但是其不是特别导电。一般而言，碳纤维构件的导电性比金属差大约1000倍。因此，碳纤维构件不足以屏蔽导线束28不受EM源和/或RF源影响。
图3是图1中图示的飞机的图形横截面。提供该横截面有助于对本发明的特定方面进行论述。
本领域的技术人员应明白，底板30由托梁38支撑，托梁38彼此间隔开并沿飞机10的纵轴延伸。横托梁(在该图中未示出)在机身12的侧面之间横向延伸，并且将托梁38连接在一起，以在飞机10的机舱32内的底板30下方形成棋盘状格子。
本领域的技术人员应明白，托梁38通常由金属(诸如铝或铝合金)制成。当由金属制成时，托梁38至少针对EM干扰和RF干扰提供有限程度的接地保护。然而，托梁38之间的距离40超过托梁38所建立的保护性距离42。如此，被定位成邻近托梁38的任何导线束28将不会受益于针对EM干扰和RF干扰所提供的保护，因为导线束28的一些部分将位于托梁38所建立的保护性距离42之外。
图4图示了本发明的一个方面。具体而言，为了针对EM干扰和RF干扰提供保护(下文称为“电保护”)，本发明的飞机10包含接地平面44，接地平面44被定位在底板30下面、导线束28的相应导线上方并邻近该相应导线。
接地平面44可被预期成由导电材料(诸如金属)制成。在所图示的实施方案中，接地平面由铝或铝合金制成。接地平面具有至少与邻近导线束28同样宽的宽度46。导线束28被定位成足够靠近接地平面44，使得它们受益于接地平面44所建立的电保护。
在被预期的实施方案中，接地平面44具有大于其邻近导线束28的宽度的宽度46。在替代的实施方案中，接地平面44可具有与导线束28的宽度相等的宽度。在第三被预期的实施方案中，接地平面44可具有小于其邻近导线束28的宽度的宽度46。在该第三实施方案中，应理解，接地平面44建立延伸距离其边缘一定距离的电保护，正如托梁38从其边缘建立保护性距离42一样。依赖于接地平面44的所述方面，可预期，接地平面44无需与邻近导线束28一样宽。
也如在图4中图示，接地平面44被预期成插在底板30(其由连接到托梁38和横托梁(在该图中未示出)的底板面板30的矩阵组成)与导线束28之间。在替代的实施方案中，可预期，在不脱离本发明的范围的情况下，接地平面44可被定位在飞机10内，使得导线束28被定位在接地平面40与底板30之间)。
应注意，底板面板30提供有关本发明的接地平面44的位置的便捷位置。此外，底板面板30可从托梁和横托梁48移除，从而提供对被定位在其下方的任何导线束28的接入。
图5是示出本发明的一个预期实施方案的透视图。该透视图取自飞机10的底板30下方的有利位置(在一个或多个底板面板30的底面处向上看)。在该图中，托梁38是可见的，横托梁48中的至少一个也是可见的。接地平面44在底板30下方可见。
本领域的技术人员应明白，飞机10的构件的重量通常是飞机设计者关注的问题。具体而言，飞机设计者试图减轻飞机构件，使得它们呈现出除了飞机10以外的最小重量，同时执行它们的预期功能。该设计考虑适用于接地平面44，正如适用于其它飞机构件一样。
为了使接地平面44提供充分的电保护，而不会不必要地增加飞机10的总重量，接地平面44被构造成薄的，且包括穿过其中的多个孔50。对于接地平面44的厚度，一个实施方案可预期，接地平面44将是非常薄的。例如，接地平面44可能仅为千分之十英寸(0.01英寸；0.254mm)厚。可预期，在不脱离本发明的范围的情况下，接地平面44可被制成更厚或更薄。
因为如此薄，所以接地平面44更像铝箔，而不是刚性金属板。因为如此薄，所以接地平面44优选地被粘附到底板30的底面，使得接地平面44不容易被撕坏或损坏。可预期，在底板30的制造期间，接地平面44可被应用到底板30以作为涂层。替代地，接地平面44可经由任何合适的粘附剂或其它合适的附接工具而粘附到底板30的底部。
如上所述，接地平面44包括穿过其中的多个孔50。孔50具有不超过电保护所需的最大尺寸的直径。
本发明的一个实施方案可预期，孔50将具有约1.2英寸(3.05cm)的直径。还可预期，孔50之间的距离将不会小于1.2英寸(3.05cm)。基于被预期存在于飞机10中(即，电子设备)或在飞机10行进通过的环境中(即，通信塔)的电威胁的类型的频率和波长相关联的计算来选择该具体距离。
应注意，孔被设定大小以适应EM干扰和RF干扰的特定波长(和频率)。孔50的直径约为被预期冲击于其上的干扰EM辐射和/或RF辐射的类型的最短波长的长度的1/10。最后，虽然图示了圆形孔，但是在不脱离本发明的范围的情况下，孔50可具有任何形状。
应明白，本发明的接地平面44不被视为受限于该特定构造。在不脱离本发明的范围的情况下，可采用具有更大或更小直径的孔50。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，孔之间的距离可以大于或小于1.2英寸(3.05cm)。
在一个预期实施方案中，接地平面44不包括任何孔50。虽然这会给飞机10增加重量，但是实心接地平面44对其邻近的任何导线束28提供最大的屏蔽保护。
为了使接地平面44在飞机10内电气接地，接地平面44经由一个或多个托架52连接到托梁38(或替代地，横托梁48)。托架52经由一个或多个紧固件56连接到第一端54处的接地平面44和底板30。托架52经由一个或多个紧固件60连接到第二端58处的托梁38。
在第一端54处，托架52和接地平面44建立了金属对金属接触面，以确保其间的可靠电连接。类似地，在第二端58处，托架52和托梁38提供金属对金属接触面，以确保其间可靠的电接触。如此，接地平面44经由由托梁38和横托梁48(除了飞机10中的其它构件)组成的支承的网络适当地接地。
在图5中，还图示了底板紧固件62。底板紧固件62可移除地将底板面板30连接到托梁38和横托梁48。本领域的技术人员应明白，底板面板30被设计成可移除，使得人员可接近位于底板30下面的构件(包括导线束28)。可能需要这样的接近，例如以在飞机10上执行维护或维修。
为了使底板面板30可脱离托架52，紧固件56也是可移除的。托架52的第二端58不被预期从托梁38(或横托梁48)容易地移除，除非需要更换托架52中的一个或多个。换言之，在该实施方案中，在移除底板面板30中的一个或多个之后，托架52被预期来保持粘附到托梁38。
图6是本发明的接地平面44的一部分的横截面视图，通过紧固件56中的一个获取该横截面。该透视图从紧固件56朝向托梁38中的一个。
紧固件56延伸通过底板面板30和托架52的第一端54。紧固件56被延伸通过底板面板30的密封件64包围。密封件64有助于保护接地平面44与托架52之间的电连接。
托架52的第一端54包括连接到托架52的顶面并从顶面向上延伸的间隔件66。间隔件66包括薄的外围部分68和较厚的内部部分70。
间隔件66的外围部分68被将间隔件66连接到托架52的第一端54的至少一个紧固件72刺穿。应明白，所图示的实施方案为两个紧固件72提供了空间。虽然图示了两个紧固件72，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可使用更大数量或更少数量。
间隔件66经由金属对金属接触而电连接到托架的第一端54。应明白，间隔件66由诸如铝的金属制成。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，间隔件66可由任何合适的、导电材料制成。间隔件66的内部部分70在托架52与接地平面44之间建立了电接触74。由弹性体材料(诸如橡胶)制成的密封件76包围间隔件66。除了密封件64之外，密封件76也有助于保护间隔件66与接地平面44之间的电接触。具体而言，密封件76阻止湿气和碎片进入间隔件64周围的空间，且因此保护间隔件66与接地平面44之间的电连接74。
图7是图5和图6中图示的托架52的透视图。透视图取自底板面板30已被移除的托架52上方。
图8是根据本发明的接地平面44的两个预期的安装的图形俯视图。
在图8的右手侧，接地平面44几乎延伸了相邻托梁38之间的全距离。在左手侧，接地平面44在两个相邻托梁38之间部分地延伸。
应注意，在图8的左手侧上所提供的实施方案包括延伸件78，该延伸件78从接地平面44向外延伸到其上放置了接地板44的底板30的边缘。托架52以与托架52连接到接地平面44的相同方式连接到延伸件78。具体而言，托架52经由一个或多个紧固件56连接到延伸件78。
在另一个预期实施方案中，可预期，延伸件78可被从托梁38(和/或横托梁48)延伸到接地板44的细长托架(未示出)替换。因此，细长托架(未示出)被视为落在本发明的范围内。
在两个实施方案中，可预期，四个托架52将在托梁38与接地平面44之间大约接地平面44的拐角处进行连接。该布置是优选的，因为该布置提供了可接受的冗余。此外，通过在接地平面44的拐角处连接托架，建立了电保护的更合理分布。然而，应明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可采用更大或更小数量的托架52。
应从上述显而易见，本发明被预期来放置在飞机10内。飞机10可完全由金属外壳(其中部分金属外壳具有非金属部分)制成，或完全由非金属材料(诸如碳纤维复合材料)制成。
如上所述，此处描述的实施方案旨在为本发明的宽广范围内的示例。所描述的实施方案的变化和等同物旨在被本发明涵盖，如此处所描述。
Claims (17)
1.一种用于屏蔽飞机内的至少一个构件的系统，其包括：
底板面板，其至少部分地设置在支撑所述飞机内的底板的托梁之间；
接地平面，其连接到所述底板面板的底面，所述接地平面至少部分地在相邻托梁之间延伸；和
至少一个托架，其将所述接地平面电连接到所述托梁中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述接地平面屏蔽所述至少一个构件使其免受电磁干扰和射频干扰中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述接地平面包括：
导电材料板；和
至少一个孔，其被提供在所述板中以减轻所述板的总重量，
其中所述孔被设定大小以屏蔽所述至少一个构件，从而适应在所述至少一个构件上的冲击辐射的频率和波长中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述孔不超过大约所述冲击辐射的最小波长的大小的十分之一。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述托架包括：
主体，其限定第一端和第二端，其中所述第一端连接到接地平面，且其中所述第二端连接到所述托梁；
至少一个第一紧固件，其将所述第一端连接到所述接地平面；
至少一个第二紧固件，其将所述第二端连接到所述托梁；
间隔件，其连接到所述第一端，从而在所述间隔件与所述接地平面之间建立接触面；和
密封件，其包围所述间隔件。
6.一种用于屏蔽飞机内的至少一个构件的接地平面，其包括：
导电材料板；和
至少一个孔，其被提供在所述板中以减轻所述板的总重量，
其中所述孔被设定大小以屏蔽所述至少一个构件，从而适应在所述至少一个构件上的冲击辐射的频率和波长中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的接地平面，其中所述孔不超过大约所述冲击辐射的最小波长的大小的十分之一。
8.根据权利要求6所述的接地平面，其中所述接地平面屏蔽所述至少一个构件使其免受电磁干扰和射频干扰中的至少一个。
9.根据权利要求6所述的接地平面，其中所述板由金属制成。
10.根据权利要求7所述的接地平面，其中所述孔是圆形的，其直径约为1.2英寸。
11.根据权利要求6所述的接地平面，其中所述至少一个电气构件包括至少一个导线束。
12.一种用于将接地平面连接到托梁以屏蔽飞机内的至少一个构件的托架，其包括：
主体，其限定第一端和第二端，其中所述第一端连接到接地平面，且其中所述第二端连接到所述托梁；
至少一个第一紧固件，其将所述第一端连接到所述接地平面；
至少一个第二紧固件，其将所述第二端连接到所述托梁；
间隔件，其连接到所述第一端，从而在所述间隔件与所述接地平面之间建立接触面；和
密封件，其包围所述间隔件。
13.根据权利要求12所述的托架，其中所述间隔件包括：
导电材料。
14.根据权利要求12所述的托架，其中所述托架包括金属。
15.根据权利要求12所述的托架，其中所述间隔件包括：
外围部分；和
内部部分，其厚度大于所述外围部分的厚度。
16.根据权利要求12所述的托架，其中所述密封件包括弹性体材料。
17.根据权利要求12所述的托架，其中所述接地平面屏蔽所述至少一个构件使其免受电磁干扰和射频干扰中的至少一个。
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