CN107521653A - 用于复合飞机结构的雷击分散 - Google Patents

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Abstract

一种雷击分散结构可包括复合部件，所述复合部件具有外侧表面，其中所述复合部件不导电。所述雷击分散结构可包括金属板，所述金属板联接到所述复合部件的所述外侧表面的少数部分并且跨所述少数部分延伸，其中所述金属板导电。所述雷击分散结构还可包括金属螺柱，所述金属螺柱联接到所述金属板并且与所述金属板电接触，所述金属螺柱完全延伸穿过所述复合部件，其中所述金属螺柱导电。

Description

用于复合飞机结构的雷击分散
技术领域
本公开涉及用于雷击分散的系统和方法，并且更具体地涉及传送由飞机从雷击所接收的电流。
背景技术
飞机的某些部件(诸如滑梯包装板)通常由复合材料构成。此类复合元件通常不导电并且因此在发生雷击或其他类似事件时防止或至少阻止电流传送至飞机的主要电接地。此外，因为复合元件不导电，所以雷击可能破坏复合元件和/或复合元件的成分，从而不利地影响飞机的性能和安全。
发明内容
在各种实施方案中，公开雷击分散结构。所述雷击分散结构可包括复合部件，所述复合部件具有外侧表面，其中所述复合部件不导电。所述雷击分散结构可包括金属板，所述金属板联接到所述复合部件的所述外侧表面的少数部分并且跨所述少数部分延伸，其中所述金属板导电。所述雷击分散结构还可包括金属螺柱，所述金属螺柱联接到所述金属板并且与所述金属板电接触，所述金属螺柱完全延伸穿过所述复合部件，其中所述金属螺柱导电。
在各种实施方案中，所述雷击分散结构还可包括金属网，所述金属网联接到所述复合部件的所述外侧表面的大部分并且跨所述大部分延伸，其中所述金属网导电并且所述复合部件的所述外侧表面的所述大部分包含所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分，以使得所述金属网跨所述金属板延伸并且与所述金属板电接触。
在各种实施方案中，所述金属网可与所述金属板直接物理接触。在各种实施方案中，所述复合部件的所述外侧表面的所述大部分可具有比所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分的表面面积大至少10倍的表面面积。在各种实施方案中，所述金属网嵌入在飞机的外表面材料中。在各种实施方案中，所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分具有比所述金属螺柱的头部的横截面积大至少2倍的表面面积。
在各种实施方案中，所述金属螺柱可在联接到所述金属板时不可围绕所述金属螺柱的纵向轴线旋转。所述金属螺柱可以是联接到所述金属板的压铆螺柱。在各种实施方案中，所述金属螺柱的头部与所述金属板的表面齐平。所述金属螺柱可与所述复合部件永久整合。
在各种实施方案中，所述金属螺柱的纵向轴线垂直于所述复合部件的板层延伸。在各种实施方案中，所述金属螺柱可以是非结构性的，并且因此可能没有结构载荷。所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分可具有约1平方英寸的表面面积。
在各种实施方案中，公开飞机的滑梯包装板。所述滑梯包装板可包括复合外壳，所述复合外壳具有内侧表面和外侧表面，其中所述复合外壳不导电。所述滑梯包装板还可包括金属板，所述金属板联接到所述复合外壳的所述外侧表面的少部分并且跨所述少部分延伸，其中所述金属板导电。所述滑梯包装板还可包括金属螺柱，所述金属螺柱包括头部和与所述头部纵向相反的尖端。所述金属螺柱可导电并且可延伸穿过所述复合外壳。所述金属螺柱的所述头部可联接到所述金属板并且与所述金属板电接触，并且所述金属螺柱的所述尖端可从所述复合外壳的所述内侧表面突出。此外，所述金属螺柱的所述尖端可被配置来电连接到所述飞机的电接地。
在各种实施方案中，所述滑梯包装板还包括金属网，所述金属网联接到所述复合外壳的所述外侧表面的大部分并且跨所述大部分延伸，其中所述金属网导电并且所述复合外壳的所述外侧表面的所述大部分包含所述复合外壳的所述外侧表面的所述少部分，以使得所述金属网跨所述金属板延伸并且与所述金属板电接触。在各种实施方案中，所述金属螺柱的至少所述尖端可带螺纹并且可被配置来与螺纹螺母联接，以用于将所述金属螺柱电连接到所述飞机的所述电接地。在各种实施方案中，所述金属螺柱可与所述复合外壳永久整合。
在各种实施方案中，公开制造滑梯包装板的方法。所述方法可包括将导电金属螺柱的头部联接到导电金属板，以使得所述金属螺柱与所述金属板电接触并且所述金属螺柱的所述头部与所述金属板的第一表面基本上齐平。所述方法还可包括跨所述金属板的与所述第一表面相对的第二表面来敷设不导电材料的板层。敷设所述板层可包括对所述板层进行模制以便使具有内侧表面和外侧表面的滑梯包装板外壳形态成形，所述金属板的所述第二表面跨所述滑梯包装板外壳形态的所述外侧表面的少部分延伸。敷设所述板层还可包括使所述金属螺柱完全延伸穿过所述板层，以及跨所述金属板的所述第一表面并且跨所述滑梯包装板外壳形态的所述外侧表面的大部分来联接导电金属网，其中所述金属网与所述金属板的所述第一表面电接触。所述方法还可包括使所述板层固化以使所述滑梯包装板外壳形态固定。
在各种实施方案中，在敷设所述板层之前并且在使所述板层固化之前将所述金属螺柱的所述头部联接到所述金属板。在各种实施方案中，在敷设所述板层时，所述金属螺柱的纵向轴线被维持垂直于所述板层。
前述特征和元件可按照非排他性方式组合在各种组合中，除非本文中另有明确指示。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及所公开实施方案的操作将变得更加显而易见。
附图说明
在本说明书的结论部分特别指出并清楚地要求保护本公开的主题。然而，当结合以下说明性的附图考虑时，可通过参考具体实施方式和权利要求书来最好地获得对本公开的更为完整的理解。在以下附图中，在整个附图中相同的参考数字是指相似的元件和步骤。
图1示出根据各种实施方案的具有外部安装的复合部件的飞机的透视图；
图2示出根据各种实施方案的滑梯包装板的透视图；
图3示出根据各种实施方案的图2的滑梯包装板的侧视图；
图4示出根据各种实施方案的延伸穿过外部安装的复合部件的金属螺柱的剖视图；
图5示出根据各种实施方案的联接到金属板的金属螺柱的局部透视图；
图6示出根据各种实施方案的联接到金属螺柱的导电电缆的透视图；并且
图7示出根据各种实施方案的用于制造滑梯包装板的方法的示意性流程图图表。
为了简洁和清晰，示出附图中的元件和步骤并且不必根据任何特定顺序呈现所述元件和步骤。例如，可同时或者以不同次序执行的步骤在附图中示出以便帮助提高对本公开的实施方案的理解。
具体实施方式
本文示例性实施方案的具体实施方式参考附图，所述附图以说明方式示出示例性实施方案。虽然对这些示例性实施方案的描述足够详细以使得本领域技术人员能够实践这些公开内容，但应理解，可实现其他实施方案并且在根据本公开和本文教义的情况下可进行逻辑改变以及设计和构造上的改型。因此，本文的具体实施方式仅被呈现用于说明而非限制性的目的。
本公开的范围由附加的权利要求书及其法定等效物来界定，而非仅由所描述的实例界定。例如，方法描述或过程描述中的任何一个中所叙述的步骤可以任何顺序实施，并且不一定限于所呈现的顺序。此外，对单数的任何引用包括复数实施方案，并且对超过一个部件或步骤的任何引用可包括单数实施方案或步骤。另外，对附加、附接、固定、联接、连接等的任何引用可包括永久的、可移除的、暂时的、部分的、完全的和/或任何其他可能的附接选项。另外，对无接触(或类似短语)的任何引用还可包括减少的接触或最小接触。可在所有图中使用表面阴影线表示不同的部分，但并非必须表示相同或不同的材料。贯穿附图，不同的交叉影线被用来表示不同部分但不一定表示相同或不同材料。
图1示出根据各种实施方案的具有外部安装的复合部件10的飞机5的透视图。参考图1，示出根据各种实施方案的示例性飞机5。飞机5可包括机身，其中机翼固定到机身。紧急出口门6可设置在机身上以允许乘客离开飞机5。尽管图1未描绘，但在各种实施方案中紧急出口门6可位于飞机5的机翼上方，以使得通过紧急出口门6离开的乘客可离开到机翼上。外部安装的复合部件10可例如是滑梯包装板100 (简要参考图2)，所述滑梯包装板100被配置来存放疏散滑梯组件。在各种实施方案中，复合部件10可以是飞机5的面板或其他外部安装的复合结构。
如本文所使用的，术语复合部件10是指不导电结构。设置在飞机5的外部上或附近的不导电元件在发生雷击时可能呈现性能或安全缺点。因此，本公开涉及通过不导电复合部件10从飞机5的外部传送电流，并将所述电流传送至飞机5的主要电接地。
如本文所使用的，术语“复合”是指在树脂基质中凝固的层或纤维。换句话讲，术语“复合”可以是指在树脂基质或环氧树脂基质中固持在一起并凝固的碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维和/或塑料纤维等。
在各种实施方案中并且参考图2和图3，公开用于滑梯包装板的100的雷击分散结构105。雷击分散结构105包括以下更详细描述的各种部件，所述部件有助于将电流传送通过滑梯包装板100而到达飞机5的主要电接地。如以上所提及的，滑梯包装板100可以是安装在机身上的容器，例如疏散滑梯组件容纳在所述滑梯包装板100内。换句话讲，滑梯包装板100总体上限定用于存放和/或容纳一个或多个物品或组件的腔室116。在各种实施方案中，入口面板可跨腔室116的开口延伸以保持滑梯包装板100的内容物。在各种实施方案中，例如，疏散滑梯组件可响应于紧急出口门6打开而投弃入口面板并部署可膨胀的疏散滑梯。
用于滑梯包装板100的雷击分散结构105包括复合外壳110、金属板120 (参考图4)、金属网130 (参考图4)和金属螺柱150 (参考图4)。这些部件在以下更详细地描述。贯穿本公开，术语“复合部件10”、“滑梯包装板100”和“复合外壳110”是指不导电材料。也就是说，术语“滑梯包装板100”具体是指一种类型的“复合部件10”，并且术语“复合外壳110”具体是指形成并限定滑梯包装板100的腔室116的结构主体。因此，虽然本文包括关于滑梯包装板100的众多细节和各种实施方案，但是应了解，本公开的雷击分散主题可适用于其他非滑梯包装板类型的复合部件10或与所述其他非滑梯包装板类型的复合部件10一起实现。
金属板120、金属网130和金属螺柱150可由导电金属材料制成。例如，金属板120、金属网130和金属螺柱150可由以下各项制成：铝、钢、铜、镍、锡、黄铜、钨或铁等，或者它们的合金。金属板120、金属网130和金属螺柱150可以是相同材料或者可以是不同材料。
滑梯包装板100具有内侧表面112 (参考图3)和外侧表面114。术语“外侧表面114”是指滑梯包装板100的设置在飞机5外部的表面，而术语“内侧表面”是指复合部件10的未设置在飞机外部的表面。例如，内侧表面112是指相对于飞机的外部蒙皮设置并且/或者面向内的表面。在各种实施方案中，金属螺柱150从外侧表面114到内侧表面112延伸穿过滑梯包装板100的复合外壳110。金属螺柱150导电。
在各种实施方案中，并且参考图4和图5，示出雷击分散结构105的另外细节。图4示出延伸穿过复合外壳110的金属螺柱150的剖视图。虽然图4示出复合外壳110具有两层，但是在各种实施方案中复合外壳110可具有多于两层复合材料。在各种实施方案中，金属螺柱150可包括头部152和尖端154。
在各种实施方案中，金属板120邻近复合外壳110的外侧表面114的一部分设置。在各种实施方案中，金属螺柱150的头部152可直接联接到金属板120。例如，金属螺柱150可以是压铆紧固件并且金属螺柱150的头部152可安装和/或固定到金属板120，以便不可围绕金属螺柱150的纵向轴线旋转。在各种实施方案中，金属板120可以是允许金属螺柱150的头部152被不可旋转地嵌入金属板120中的延性材料。在各种实施方案中，金属螺柱150的头部152与金属板120的面向外的表面基本上齐平。
在各种实施方案中，并且如以下参考图7更详细地描述的，在滑梯包装板100的制造期间，金属螺柱150可与金属板120和/或复合外壳110永久整合。在各种实施方案中，金属螺柱150可以是非结构性的，并且因此可不支撑结构载荷。换句话讲，滑梯包装板100可通过除金属螺柱150之外的紧固件或焊接件而机械地且结构性地联接到飞机5。
金属板120导电，并且根据各种实施方案可跨复合外壳110的外侧表面114的少部分延伸。换句话讲，术语“少部分”是指金属板120跨其设置的复合外壳110的外侧表面114的部分(例如，整体的一部分)，并且因此同样是指金属板120的平行于外侧表面114延伸的表面的区域尺寸。在各种实施方案中，少部分可小于复合外壳110的外侧表面114的一半。在各种实施方案中，少部分可在约0.5与25平方英寸之间。在各种实施方案中，少部分可在约1与9平方英寸之间。在各种实施方案中，少部分可以是约1平方英寸。在各种实施方案中，复合外壳110的外侧表面114的少部分具有比金属螺柱的头部152的横截面积大至少2倍的表面面积。
金属网130导电，并且根据各种实施方案跨复合外壳110的外侧表面114的大部分延伸。术语“大部分”是指金属网130跨其设置的复合外壳110的外侧表面114的部分(例如，整体的一部分)，并且因此同样是指金属网130的平行于外侧表面114延伸的表面的区域尺寸。大部分包含少部分。也就是说，根据各种实施方案，金属网130与金属板120重叠，以使得金属网130与金属板120电接触。在各种实施方案中，金属网130与金属板120直接物理接触。
在各种实施方案中，大部分可多于复合外壳110的外侧表面114的一半，并且因此金属网130可跨复合外壳110的外表面面积的多于一半延伸。在各种实施方案中，外侧表面114的大部分具有比外侧表面114的少部分的表面面积大至少10倍的表面面积。
在各种实施方案中，金属网130可跨复合外壳110的基本上整个外侧表面114延伸。在各种实施方案中，金属网130可与外部涂层、蒙皮或涂料联接和/或嵌入所述外部涂层、蒙皮或涂料中。在各种实施方案中，金属网130可与跨飞机5的外表面延伸的类似的金属网电连接或者可与所述类似的金属网连续，以用于雷击电分散。因此，来自雷击的电流可传导通过金属网130、通过金属板120、通过金属螺柱150、并传导至飞机5的主要电接地。因此，金属板120可有助于金属螺柱150与金属网130之间的电传导。金属板120还可提供紧固介质，金属螺柱150不可旋转地附接到所述紧固介质。
在各种实施方案中，并且参考图6，公开用于将金属螺柱150的尖端154 (或尖端154的至少一部分)与飞机5的主要电接地168电连接的导电电缆166。图6示出复合外壳110的内侧表面112的局部视图。金属螺柱150的尖端154从复合外壳110的内侧表面112延伸。在各种实施方案中，金属螺柱150的尖端154可带螺纹并且一个或多个螺纹螺母161、162可以螺纹方式接合在金属螺柱150上。例如，导电电缆166可具有接合金属螺柱150的尖端154的联接器164，并且螺纹螺母161、162可将联接器164紧固在位，以便维持导电电缆166与金属螺柱150之间的电连接。在各种实施方案中，螺母可使导电电缆166的联接器164保持在螺母与复合外壳110的内侧表面112之间。在各种实施方案中，联接器164可保持联接到一个或多个螺母之间的金属螺柱150。
图7示出根据各种实施方案的用于制造滑梯包装板100的方法790的示意性流程图图表。方法790可包括将金属螺柱150的头部152联接到金属板120，以使得金属螺柱150与金属板120电接触并且金属螺柱150的头部152与金属板120的第一表面基本上齐平(步骤792)。方法790还可包括跨金属板120的与第一表面相对的第二表面来敷设不导电材料的板层(步骤794)。根据各种实施方案，敷设板层包括对板层进行模制以便使具有内侧表面和外侧表面的滑梯包装板外壳形态成形。金属板120的第二表面可跨滑梯包装板外壳形态的外侧表面的少部分延伸。敷设板层还可包括使金属螺柱150完全延伸穿过所述板层。
根据各种实施方案，方法790还包括跨金属板120的第一表面并且跨滑梯包装板外壳形态的外侧表面的大部分来联接金属网130，其中所述金属网130与金属板120的第一表面电接触(步骤796)。方法790还包括使板层固化以使滑梯包装板外壳形态固定(步骤798)。
在各种实施方案中，在敷设板层(步骤794)之前并且在使板层固化(步骤798)之前将金属螺柱150的头部152联接到金属板120 (步骤792)。在各种实施方案中，在敷设板层时并且在板层固化(步骤798)之前使金属螺柱150完全延伸穿过板层。在各种实施方案中，在敷设板层(步骤794)时，金属螺柱150的纵向轴线被维持垂直于板层。
本文已经参照具体实施方案描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。另外，本文中所含的各个附图中所示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应注意，在实际系统中可存在许多替代或另外的功能关系或物理连接。然而，所述益处、优点、问题解决方案，以及可使得任何益处、优点或解决方案出现或变得更为显著的任何元素，都不应解释为是本公开的关键、必需或必要特征或元素。本公开的范围因此仅受所附权利要求书及其法定等效物的限制，其中除非明确指出，对单数形式元件的参考不旨在表示“一个且仅有一个”，而是“一个或多个”。此外，在权利要求书中使用类似于“A、B或C中的至少一个”的短语的情况下，旨在所述短语被解释为表示：A单独可存在于实施方案中，B单独可存在于实施方案中，C单独可存在于实施方案中，或者元素A、B和C的任何组合可存在于单个实施方案中；例如，A和B、A和C、B和C或者A和B和C。
本文提供了系统、方法和设备。在本文的具体实施方式中，提及“各种实施方案”、“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等等表明所描述的实施方案可包括某一特定特征结构、结构或特性，但是每个实施方案可能不一定包括所述特定特征结构、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一实施方案。此外，当结合一个实施方案来描述某一特定特征、结构或特性时，应当认为，无论是否明确描述，使得此类特征、结构或特性结合其他实施方案起作用是在本领域的技术人员知识范围内的。在阅读本说明书之后，对相关领域的技术人员来说，如何在替代实施方案中实施本公开将是显而易见的。
此外，不管本权利要求中是否明确陈述了元件、部件或方法步骤，本公开中的元件、部件或方法步骤并不旨在专用于公众。本文中权利要求要素不应在美国法典第35卷第112条第(f)项的规定下进行解释，除非要素使用短语“用于...的装置”被明确地记载。如本文中所使用的，术语“包括”(“comprises”)、“包括”(“comprising”)或其任何其他变换形式旨在涵盖非排他的包括，以使得包括一系列元件的过程、方法、物品或设备并不仅仅包括这些元件，还可以包括未明确列出或这些过程、方法、物品或设备所固有的其他元件。

Claims (20)

1.一种雷击分散结构，其包括：
复合部件，所述复合部件具有外侧表面，其中所述复合部件不导电；
金属板，所述金属板联接到所述复合部件的所述外侧表面的少部分并且跨所述少部分延伸，其中所述金属板导电；以及
金属螺柱，所述金属螺柱联接到所述金属板并且与所述金属板电接触，所述金属螺柱完全延伸穿过所述复合部件，其中所述金属螺柱导电。
2.如权利要求1所述的结构，其还包括金属网，所述金属网联接到所述复合部件的所述外侧表面的大部分并且跨所述大部分延伸，其中所述金属网导电并且所述复合部件的所述外侧表面的所述大部分包含所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分，以使得所述金属网跨所述金属板延伸并且与所述金属板电接触。
3.如权利要求2所述的结构，其中所述金属网与所述金属板直接物理接触。
4.如权利要求2所述的结构，其中所述复合部件的所述外侧表面的所述大部分具有比所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分的表面面积大至少10倍的表面面积。
5.如权利要求2所述的结构，其中所述金属网嵌入在飞机的外表面材料中。
6.如权利要求2所述的结构，其中所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分具有比所述金属螺柱的头部的横截面积大至少2倍的表面面积。
7.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱在联接到所述金属板时不可围绕所述金属螺柱的纵向轴线旋转。
8.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱是联接到所述金属板的压铆螺柱。
9.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱的头部与所述金属板的表面齐平。
10.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱与所述复合部件永久整合。
11.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱的纵向轴线垂直于所述复合部件的板层延伸。
12.如权利要求1所述的结构，其中所述金属螺柱是非结构性的，并且因此没有结构载荷。
13.如权利要求1所述的结构，其中所述复合部件的所述外侧表面的所述少部分具有约1平方英寸的表面面积。
14.一种飞机滑梯包装板，所述滑梯包装板包括：
复合外壳，所述复合外壳包括内侧表面和外侧表面，其中所述复合外壳不导电；
金属板，所述金属板联接到所述复合外壳的所述外侧表面的少部分并且跨所述少部分延伸，其中所述金属板导电；以及
金属螺柱，所述金属螺柱包括头部和与所述头部纵向相反的尖端，其中：
所述金属螺柱导电；
所述金属螺柱延伸穿过所述复合外壳；
所述金属螺柱的所述头部联接到所述金属板并且与所述金属板电接触；
所述金属螺柱的所述尖端从所述复合外壳的所述内侧表面突出；并且
所述金属螺柱的所述尖端被配置来电连接到所述飞机的电接地。
15.如权利要求14所述的滑梯包装板，其还包括金属网，所述金属网联接到所述复合外壳的所述外侧表面的大部分并且跨所述大部分延伸，其中所述金属网导电并且所述复合外壳的所述外侧表面的所述大部分包含所述复合外壳的所述外侧表面的所述少部分，以使得所述金属网跨所述金属板延伸并且与所述金属板电接触。
16.如权利要求14所述的滑梯包装板，其中所述金属螺柱的至少所述尖端带螺纹并且被配置来与螺纹螺母联接，以用于将所述金属螺柱电连接到所述飞机的所述电接地。
17.如权利要求14所述的滑梯包装板，其中所述金属螺柱与所述复合外壳永久整合。
18.一种制造滑梯包装板的方法，所述方法包括：
将导电金属螺柱的头部联接到导电金属板，以使得所述金属螺柱与所述金属板电接触并且所述金属螺柱的所述头部与所述金属板的第一表面基本上齐平；
跨所述金属板的与所述第一表面相对的第二表面来敷设不导电材料的板层，其中敷设所述板层包括：
对所述板层进行模制以便使具有内侧表面和外侧表面的滑梯包装板外壳形态成形，所述金属板的所述第二表面跨所述滑梯包装板外壳形态的所述外侧表面的少部分延伸；以及
使所述金属螺柱完全延伸穿过所述板层；
跨所述金属板的所述第一表面并且跨所述滑梯包装板外壳形态的所述外侧表面的大部分来联接导电金属网，其中所述金属网与所述金属板的所述第一表面电接触；以及
使所述板层固化以使所述滑梯包装板外壳形态固定。
19.如权利要求18所述的方法，其中在敷设所述板层之前并且在使所述板层固化之前将所述金属螺柱的所述头部联接到所述金属板。
20.如权利要求18所述的方法，其中在敷设所述板层时，所述金属螺柱的纵向轴线被维持垂直于所述板层。
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