CN108146609A - 一种具有输电功能的复合材料飞行器结构 - Google Patents

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王宁涛
廖亮清
陈文兵
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明属于飞行器结构领域，特别是涉及一种具有输电功能的复合材料飞行器结构。本发明通过在碳纤维复合材料结构的筋、缘条等长条形局部部位使用导电性能增强的碳纳米管纤维作为增强体，并通过连接件相互连接，构成全机供电网络，从而使供电网络与飞行器结构综合成为一个整体，取消绝大部分独立电缆，消除电缆带来的重量影响和结构打孔造成的强度削弱，并免除寿命周期内电缆绝缘破损的风险。

Description

一种具有输电功能的复合材料飞行器结构
技术领域
本发明属于飞行器结构领域，特别是涉及一种具有输电功能的复合材料飞行器结构。
背景技术
目前飞行器机上供电网络由以铜芯为导电介质，外包绝缘材料的电缆所构成。铜是容易获得的普通金属材料，且具有电导率高、容易散热的显著优点，铜芯电缆在各种输电场合具有极广泛的应用。但是，铜的密度很大，随着飞机功能的不断丰富，用电设备数量、种类和功率的不断增加，电缆重量快速增长，对飞机性能造成了严重影响。此外，普通电缆在机上安装时需要在其途经的结构上打孔以便穿过，并需要通过支架安装固定在结构上。这些附加的开孔削弱了原结构，支架则进一步增加重量，并在后续使用中由于电缆的柔性造成晃动和摩擦，存在绝缘破损的可能。
目前飞机结构上已经大量使用了树脂基碳纤维增强复合材料，其功能仅限于承受载荷并维持飞行器形状。碳纳米管纤维由于是由大量微观形态碳纳米管在端头通过范德华力相互连接而成的宏观形态，其拉伸强度不如碳纤维。碳纳米管纤维作为增强体制成树脂基碳纳米管纤维复合材料结构，目前仅有F-35战斗机以降低制造成本为目的试用于翼尖套结构，和UnidymInc公司试验性制作阿法隆航空公司的Gelis G-200飞机引擎罩的报道，均为对碳纳米管纤维复合材料力学性能的应用尝试。另一方面碳纳米管纤维由于导电性方面的优势，被考虑用于改善碳纤维复合材料由于导电性不佳而产生的闪电防护问题。欧洲“智能飞机结构(Saritsu)”研究项目尝试在碳纤维层板间布置碳纳米管隔层，增加了结构的电导率，减少闪电环境中油箱边缘产生电火花的可能。已经有较多研究工作致力于在碳纳米管纤维表面镀各种金属薄膜以增强其导电性，并在外部包覆绝缘材料避免短路。但是，目前尚未有应用碳纳米管纤维导电性能，通过复合材料结构中局部应用碳纳米管纤维作为的增强体以构建全机供电网络的报道。
发明内容
本发明的目的是：本发明的目的是通过在碳纤维复合材料结构的筋、缘条等长条形局部部位使用导电性能增强的碳纳米管纤维作为增强体，并通过连接件相互连接，构成全机供电网络，以减轻飞机重量，改善飞机结构完整性，避免在使用中发生绝缘破损。
本发明的技术方案是：一种具有输电功能的复合材料飞行器结构，飞行器结构主体包括框、梁、肋、壁板、蒙皮；均为碳纤维复合材料结构部件，框的外周、肋的外周和梁的上下均有缘条，框和肋的腹板上、壁板上以及蒙皮的背面均有筋；其特征在于，选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，由外镀金属导电增强膜和外部绝缘膜的碳纳米管纤维制成，在每个复合材料结构部件相互机械连接的工艺分离面上，所述导电体的端头安装导电连接件，与相邻部件上与之相对应的导电体的导电连接件相连接，以实现电连通，飞行器组装完成的同时，结构中的导电体也全部连通，构成供电网络。
所述选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，与相应碳纤维复合材料结构部件共同固化成型。
本发明的优点是：通过在碳纤维复合材料结构的筋、缘条等长条形局部部位使用导电性能增强的碳纳米管纤维作为增强体，并通过连接件相互连接，构成全机供电网络，从而使供电网络与飞行器结构综合成为一个整体，取消绝大部分独立电缆，消除电缆带来的重量影响和结构打孔造成的强度削弱，并免除寿命周期内电缆绝缘破损的风险。
具体实施方式
本专利的具体实施方式如下：
一种具有输电功能的复合材料飞行器结构，飞行器结构主体包括框、梁、肋、壁板、蒙皮；均为碳纤维复合材料结构部件，框的外周、肋的外周和梁的上下均有缘条，框和肋的腹板上、壁板上以及蒙皮的背面均有筋；其特征在于，选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，由外镀金属导电增强膜和外部绝缘膜的碳纳米管纤维制成，在每个复合材料结构部件相互机械连接的工艺分离面上，所述导电体的端头安装导电连接件，与相邻部件上与之相对应的导电体的导电连接件相连接，以实现电连通，飞行器组装完成的同时，结构中的导电体也全部连通，构成供电网络。
选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，与相应碳纤维复合材料结构部件共同固化成型。
在每个复合材料结构部件相互机械连接的工艺分离面是指框与梁、框与壁板、梁与肋、梁与蒙皮、框与蒙皮、肋与蒙皮等结构连接处。
每个飞机设备舱室的复合材料壁板上安装通用插座，与壁板上导电体的导电连接件相连接；
输电复合材料结构在飞行器上的具体使用方式是：电力从发动机附件机匣上通过电缆引出，通过发动机舱的通用插座进入碳纳米管复合材料导电体，经过全机供电网络到达设备舱以后，又经过通用插座和电缆连接到用电设备，实现设备供电。

Claims (2)

1.一种具有输电功能的复合材料飞行器结构，飞行器结构主体包括框、梁、肋、壁板、蒙皮；均为碳纤维复合材料结构部件，框的外周、肋的外周和梁的上下均有缘条，框和肋的腹板上、壁板上以及蒙皮的背面均有筋；其特征在于，选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，由外镀金属导电增强膜和外部绝缘膜的碳纳米管纤维制成，在每个复合材料结构部件相互机械连接的工艺分离面上，所述导电体的端头安装导电连接件，与相邻部件上与之相对应的导电体的导电连接件相连接，以实现电连通，飞行器组装完成的同时，结构中的导电体也全部连通，构成供电网络。
2.如权利要求1所述的具有输电功能的复合材料飞行器结构，其特征在于，所述选择供电网络途经结构的部分筋或缘条作为导电体，与相应碳纤维复合材料结构部件共同固化成型。
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