CN109969407B - 用于空气动力学结构的集成式防雷和电气除冰 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于空气动力学结构的集成式防雷和电气除冰。一种示例方法包括：在基底的表面的至少一部分上形成导电层，其中所述基底包括空气动力学结构的复合材料，并且其中所述导电层被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；在所述导电层上沉积绝缘层；去除所述绝缘层的一个或多个部分，以在所述绝缘层中形成相应间隙并且暴露所述导电层的一个或多个对应部分；以及在所述绝缘层上形成电阻加热器层，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述相应间隙并且接触所述导电层的所述一个或多个对应部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量。

Description

用于空气动力学结构的集成式防雷和电气除冰

技术领域

本公开总体涉及一种提供防冰或除冰的飞行器或旋翼机系统。在其他示例中，提供了用于集成除冰与防雷系统的方法和系统。

背景技术

寒冷的天气条件促使交通工具表面积冰。为了去除冰，通常将大量化学物质喷洒到冰上以促进融化。附加地或另选地，交通工具表面的电气加热以融化冰涉及大的能量消耗以促进充分的除冰。大量的化学物质和/或能量消耗都是交通工具使用者的成本负担。

对于旋翼机交通工具(诸如直升机)的机翼和翼型(诸如转子叶片)而言，除冰尤其具有挑战性。可经由电热冰保护系统对飞行器和旋翼机实施除冰。

电热冰保护系统包括安装在叶片的复合结构内的加热器。对于除冰过程，加热器的目标是快速将冰/转子界面的温度提升到32°F以上。通常要求温度高于50℉。加热过程仅融化冰的界面，允许旋转叶片的离心力从表面去除冰。

加热器作为单独的系统安装在旋翼机的叶片内。电热冰保护系统包括发电机，以将电能施加到转子叶片的一个或多个部件。取决于转子叶片结构，产生约25瓦/平方英寸(WSI)的功率密度，以最短通电时间实现所需的表面温度。这种功率密度对旋翼机电气系统提出了很高的要求。

此外，加热器安装在叶片的复合结构的深处。结果，使用大量能量以产生到达叶片表面的足够量的热量并融化冰。此外，加热器的构造设置在叶片内的深处使得加热器难以到达并且在其上执行修理或维护操作。

另外，在制造叶片期间，加热器安装在翼梁内。叶片翼梁制造过程使除冰加热器和部件暴露于升高的固化温度。因此，为了保护除冰加热器和部件，固化温度可限制到低温(例如250°F)，或者除冰加热器和部件由能承受高固化温度的材料制成，从而使制造过程变得复杂，或者增加旋翼机的成本。

关于这些和其他考虑因素，提出了本文所公开的内容。

发明内容

本公开描述的示例涉及用于飞行器和旋翼机结构的集成式防雷和电气除冰。

在一个方面中，本公开描述了一种方法。该方法包括：(i)在基底的表面的至少一部分上形成导电层，其中所述基底包括空气动力学结构的复合材料，并且其中所述导电层被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；(ii)在所述导电层上沉积绝缘层；(iii)去除所述绝缘层的一个或多个部分，以在所述绝缘层中形成相应间隙并且暴露所述导电层的一个或多个对应部分；以及(iv)在所述绝缘层上形成电阻加热器层，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述相应间隙并且接触所述导电层的所述一个或多个对应部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量为所述空气动力学结构除冰。

在另一方面中，本公开描述了一种装置。该装置包括：(i)基底，所述基底包括复合材料；(ii)导电层，所述导电层形成在所述基底的表面的至少一部分上；(iii)绝缘层，所述绝缘层沉积在所述导电层上，其中所述绝缘层包括暴露所述导电层的部分的至少一个间隙；以及(iv)电阻加热器层，所述电阻加热器层形成在所述绝缘层上，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层的所述部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量。

在又一方面中，本公开描述了一种空气动力学结构。该空气动力学结构包括：(i)基底，所述基底包括复合材料；(ii)导电层，所述导电层形成在所述基底的表面的至少一部分上，其中所述导电层被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；(iii)绝缘层，所述绝缘层沉积在所述导电层上，其中所述绝缘层包括暴露所述导电层的部分的至少一个间隙；以及(iv)电阻加热器层，所述电阻加热器层形成在所述绝缘层上，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层的所述部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量。

前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、示例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、示例和特征将变得显而易见。

附图说明

被认为是说明性示例的特征的新颖特征在所附权利要求书中阐述。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性示例的以下详细描述，将最好地理解说明性示例以及优选使用模式、其进一步目标和描述。

图1图示了根据一个示例实施方式的采取叶片形式的示例空气动力学结构。

图2图示了根据一个示例实施方式的基底。

图3图示了根据一个示例实施方式在基底上形成雷击保护系统的导电层。

图4图示了根据一个示例实施方式的分段为单独电极的导电层。

图5图示了根据一个示例实施方式的形成在导电层上的绝缘层。

图6图示了根据一个示例实施方式的形成在绝缘层的一部分之上由此形成在绝缘层的暴露部分之上的蚀刻掩模。

图7图示了根据一个示例实施方式去除绝缘层的暴露部分。

图8图示了根据一个示例实施方式去除蚀刻掩模。

图9图示了根据一个示例实施方式的形成在绝缘层上并与导电层的暴露部分接触的电阻加热器层。

图10图示了根据一个示例实施方式的为形成一装置而添加的保护层。

图11图示了根据一个示例实施方式的为示出图10中的构造的各种部件而展开的叶片。

图12是根据一个示例实施方式的用于形成空气动力学结构的方法的流程图。

图13是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图14是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图15是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图16是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图17是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图18是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图19是根据一个示例实施方式的可用图12的方法执行的增材操作的流程图。

图20图示了根据一个示例实施方式的系统的框图。

具体实施方式

电热除冰系统包括安装在飞行器、旋翼机、风轮机等的空气动力学结构内的加热器或加热元件。示例空气动力学结构可包括“翼型”。翼型可以是这样的空气动力学结构，其具有弯曲表面并用作除了风轮机和类似系统之外的大多数旋翼机和飞行器的机翼、翅片、叶片和水平稳定器的基本形式。在一个示例中，空气动力学结构可包括机翼或叶片(例如，螺旋桨、转子、风轮机等)形状的基底。在本文呈现的描述中，旋翼机的叶片用作示例空气动力学结构以说明所公开的系统和方法。然而，应该理解的是，该系统和方法可以应用于飞行器、旋翼机、风轮机等的任何其他部件或空气动力学结构。

旋翼机的叶片具有外表面。除冰系统的加热器可安装在叶片的深处(例如，距离叶片外表面的1/3)，并且可形成与旋翼机的其他系统分离的系统，因此增加了飞行器的成本。由于加热器远离叶片的外表面，因此使用大量能量以产生足够量的热量到达叶片表面并使冰融化。此外，加热器的构造设置在叶片的深处使得加热器难以到达并且对其执行修理或维护操作。因此，除冰系统部件可能使整个叶片除冰系统无法修复。因此，修复除冰系统通常可能涉及安装一个或多个新叶片或不允许旋翼机在寒冷地区飞行(即，将旋翼机的操作移至较温暖的气候，在那里可能不需要除冰系统)。

在本文描述的示例内，除冰系统与旋翼机的另一系统集成(例如，具有共同的部件)，而不是作为单独的系统。特别地，旋翼机的雷击保护系统可以包括设置在飞行器的叶片中并且被构造成形成导电路径的导电元件，该导电路径将旋翼机的雷击撞击旋翼机的那部分电连接到旋翼机的排放雷击的电荷的另一个位置。换句话说，由雷击产生的电流可以由导电元件从飞行器的一个位置(雷击撞击飞行器的位置)引导到待排放的另一个位置。

本文公开了利用雷击保护系统的导电元件作为导体的系统，该导体有助于向除冰系统的加热器提供电能。这样，除冰系统与雷击保护系统集成在一起，两个系统都使用共同的部件，从而降低了旋翼机的总成本。此外，使用雷击的导电元件使得除冰系统的加热器能够设置在叶片的外表面附近或外表面处(例如，距离外表面0.1毫米至2.5毫米之间)。利用这种构造，与其中加热器设置在叶片深处的其他系统相比，减少了用于产生足够热量来融化冰的电能量。此外，由于加热器设置在叶片的外表面附近或外表面处，所以加热器是可接近的，并且能够执行维护和修理操作。

图1图示了根据一个示例实施方式的采取叶片100形式的示例空气动力学结构。图示了展向轴线和弦向轴线，并且前缘位于停滞线上的一侧，而后缘与前缘相对。叶片100可以被构造为由复合材料(诸如碳纤维或玻璃纤维，以及其他可能的复合材料)制成的复合结构。

通用航空飞行器、旋翼机、大型商用喷气式飞机和风轮机易受雷击。与它们的金属对应物不同，这些应用中的复合结构可能不容易将雷击产生的极端电流和电磁力传导开。复合材料要么不导电(例如玻璃纤维)，要么导电性明显低于金属(例如碳纤维)。

如果闪电击中未受保护的结构，则高达200,000安培的电流会寻找电阻最小的路径。这种大小的电流可使金属控制线缆、控制表面上的焊接铰链蒸发，使紧急冲击区域中的树脂蒸发，以及其他效果。此外，雷击可能导致结构中的磁场和电势差，从而引起瞬态电压，这可能影响未屏蔽的电子器件。为了保护旋翼机免受这种影响，雷击保护系统可以耦合到旋翼机的不同部件，诸如叶片100。

雷击保护系统可以包括设置在叶片100中的导电层，以提供足够的导电路径，使得雷击产生的电流保持在叶片100的表面处或附近。防雷系统可进一步被构造成消除导电路径中的间隙，以防止附装点产生电弧，并通过小心接地保护线路、线缆和敏感设备免受浪涌或瞬变。通过将金属(例如铝)箔粘合到叶片100的复合结构上，可以建立叶片100的复合结构中的导电路径。例如，膨胀箔可以沉积在形成叶片100的复合材料的外部层片上并与该外部层片一起共固化。在一个示例中，铝膨胀箔可以联接(例如，粘附)到叶片100的复合材料，其中复合材料被构造为铝膨胀箔的基底。在另一个示例中，薄金属网或箔可沉积、形成或耦合到叶片100的复合结构的外层。

导电层(例如，膨胀箔)可以耦合到设置在旋翼机的尖锐边缘(例如，叶片100的梢端)处的电极，在尖锐边缘处，雷击最可能撞击旋翼机。导电层还电连接到旋翼机的其余部分，以便为雷击产生的电流提供足够数量的途径以安全地离开旋翼机(例如，通过电连接到导电层并设置在旋翼机的特定部分处的芯子而从旋翼机离开)。例如，导电层可通过使用金属粘合带将导电层连接到内部电“接地平面”或者下沉以排出电荷而与旋翼机的其余部分电连接。

所公开的系统和方法利用防雷系统来为加热器提供电力，而不是具有构造成向耦合到叶片100的加热器提供电力的单独的除冰系统。这样，使用更少的部件，从而提高旋翼机的可靠性。此外，加热器设置在叶片100的外表面处或靠近叶片100的外表面，便于维护并减少足以融化冰的电功率量。

图2至图9图示了根据一个示例实施方式的将除冰加热器或加热元件集成到旋翼机的雷击保护系统的阶段。图2至图9中所示的图示总体上以横截面视图示出，以说明顺序形成的层，其被研制以将除冰加热器集成到雷击保护系统中。这些层可以通过微加工和/或例如电镀、光刻、沉积和/或蒸发制造工艺、旋涂、喷涂、卷对卷涂覆、喷墨、直写以及其他可能的技术等制造技术来研制。

此外，在各示例中，可根据图案使用光致抗蚀剂和/或掩模来形成层的各种材料，以在特定布置中图案化材料。附加地，还可采用电镀技术用电触点(例如，金属焊盘或电引线)涂覆导电层的端部或边缘。例如，通过沉积和/或光刻工艺形成的导电材料的布置可以用金属材料电镀以产生导电电触点。

结合图2至图9图示和描述的各种层的尺寸(包括相对厚度和宽度)未按比例图示。而是，图2至图9中的附图仅出于解释的目的示意性地图示了各种层的排序。

图2图示了根据一个示例实施方式的基底200。例如，基底200可沿展向轴线代表叶片100或叶片100的外层。如上所述，叶片100在本文中用作示例空气动力学结构，并且基底200可以是飞行器、旋翼机、风轮机等的任何其他空气动力学结构(例如，翼型或任何其他部件)的一部分。

作为示例，基底200可以由复合结构材料(诸如碳纤维、玻璃纤维或其他复合材料)制成。在一个示例中，基底200可包括纤维增强复合材料。

可以在其上形成或沉积其他层之前清洁基底200。可以以各种方式清洁基底200，诸如浸泡在第一流体中、用第二流体冲洗以及用气体干燥。在一些示例中，第一流体可以包括溶剂，诸如丙酮。而且，在一些示例中，第二流体可以包括异丙醇。此外，在一些示例中，气体可包括氮气。可以以各种方式进行冲洗，诸如浸泡在罐中的浴中、自动喷洒、经由喷射瓶手动等。

基底200具有表面202，表面202代表叶片100的复合材料的外表面。

图3图示了根据一个示例实施方式在基底200上形成雷击保护系统的导电层300。导电层300被构造成导电的，以提供从叶片100的其中雷击最可能撞击叶片100的位置到旋翼机中的电接地位置的导电路径。

导电层300可以由金属材料(例如，铜)或金属材料的网(例如，铜或其他导电合金网)制成。在其他示例中，导电层300可以由膨胀箔(诸如连续膨胀铝箔(CEAF))制成，其包括形成网的穿孔箔。本文使用铝作为示例，并且任何其他金属都可用于形成连续膨胀金属箔(CEMF)。在另一个示例中，导电层300可以由树脂材料(例如，环氧树脂)制成，其中金属材料(例如，铝线或颗粒)分散在其中以在其中形成网络。其他材料和构造也是可能的。导电层300可具有约4-5千分之一英寸(即4-5密耳)的厚度。

图4图示了根据一个示例实施方式的分段为单独电极的导电层300。导电层300可以分段成代表相应电极的一个或多个相应的段。例如，如图4所示，导电层300被分成第一段400和第二段402，第一段400和第二段402通过间隙404彼此分开。间隙404可以包括介电材料，诸如空气或其他电介质。

间隙404被构造成足够小以允许来自一个段(例如，第一段400)的电流通过间隙404流到另一个段(例如，第二段402)。例如，间隙404可小于0.15英寸，以将导电层300分段为相应的电极，但允许电流从一个段流到另一个段。由雷击产生的电流克服了间隙404中的材料的电阻，以从导电层300的一个段流到下一个段。在各示例中，导电层300可被分段为多于两个段。导电层300可具有表面406，表面406被构造成接收接下来描述的绝缘层。

图5图示了根据一个示例实施方式的形成在导电层300上的绝缘层500。绝缘层500可以由例如树脂材料形成。示例树脂材料包括环氧树脂、热塑性树脂、酚醛树脂或硅树脂，其特征在于耐用且可在高温下操作。可能需要构造由热稳定树脂材料制成的绝缘层500。在各示例中，绝缘层500可以由透明或部分透明的材料制成。

在一个示例中，绝缘层500可以被构造为粘附层，其粘附到导电层300并且有助于将其他层粘附到其上，如下所述。绝缘层500可以以各种方式沉积在导电层300上，诸如刷涂、涂漆、图案化、印刷、任何增材制造方法等。在各示例中，在导电层300上形成绝缘层500之后，绝缘层500可以固化(例如，在特定温度如70℃下固化)。固化可以包括通过热或化学添加剂以及其他工艺使绝缘材料增韧或硬化。根据应用和实施，固化可以是部分的或可以是全部的。

绝缘层500可以具有表面502，表面502被构造成接收如下所述的电阻加热器层。为了经绝缘层500将电阻加热器层连接到导电层300，可以在特定位置处机械地打磨绝缘层500。在另一个示例中，可以使用蚀刻掩模，如下所述。

图6图示了根据一个示例实施方式的在绝缘层500的一部分之上形成的蚀刻掩模600，以提供绝缘层500的暴露部分602和604。因此，蚀刻掩模600部分地覆盖绝缘层500，以提供暴露部分602和604。

蚀刻掩模600可以包括一个或多个光致抗蚀剂层，诸如包含环戊酮的一个光致抗蚀剂层。在另一个示例中，蚀刻掩模600可以包括一个或多个金属层和/或一个或多个氮化物层。而且，可以使蚀刻掩模600具有各种厚度，诸如100微米至150微米的厚度。

在一个示例中，蚀刻掩模600可以通过旋涂和图案化形成。例如，可以通过曝光和显影来图案化蚀刻掩模600。然而，在其他示例中，蚀刻掩模600可以通过诸如蒸发和/或溅射的微制造工艺形成。

在各示例中，可以在形成蚀刻掩模600之前清洁绝缘层500。例如，清洁步骤可以包括浸泡在第一流体中、在第二流体中冲洗以及用气体干燥。在一些示例中，第一流体可以包括溶剂，例如丙酮。而且，在一些示例中，第二流体可以包括异丙醇(IPA)。此外，在一些示例中，气体可以包括氮气。此外，在形成蚀刻掩模600之前，可烘烤图5中所示的部分制造的叶片。部分制造的叶片可例如在特定温度(例如，90摄氏度)下烘烤一段时间(例如，5分钟)。在形成蚀刻掩模600之后，图6中所示的部分制造的叶片可以在流体中冲洗，用气体干燥，并在特定温度下烘烤一段时间。

图7图示了根据一个示例实施方式去除绝缘层500的暴露部分602和604。如图7所示，去除绝缘层500的暴露部分602和604(即，绝缘层500的未被蚀刻掩模600覆盖的部分)以提供图7中所示的部分制造的叶片。

通过使用电感耦合等离子体在特定功率水平下蚀刻一段时间来去除绝缘层500的暴露部分602和604。在一些示例中，电感耦合等离子体可包括氧等离子体。在一个示例中，蚀刻可包括一个或多个循环，其包括蚀刻时段，然后是休息时段，使得部分制造的叶片可以冷却下来。在一些示例中，可按顺序应用一个或多个循环。也可使用其他等离子体和/或其他类型的等离子体，诸如等离子体灰化器、反应离子蚀刻器等。

去除绝缘层500的暴露部分602和604会在绝缘层500中形成间隙并暴露导电层300的部分。因此，去除绝缘层500的暴露部分602和604提供了借助对应的暴露部分700和702实现的通向导电层300的通路。尽管在图中图示了两个暴露部分602、604(和相应的暴露部分700、702)，但是可以使用更多或更少的部分或间隙。例如，可以形成蚀刻掩模600以暴露绝缘层500中的一个部分，并且当去除这样的部分时，在绝缘层中形成一个间隙。其他示例也是可能的。无论暴露部分或间隙的数量如何，都通过绝缘层500提供通向导电层300的通路。

图8图示了根据一个示例实施方式去除蚀刻掩模600。在去除绝缘层500的暴露部分602和604之后，然后可去除蚀刻掩模600，如图8所示。例如，可以通过电感耦合等离子体去除蚀刻掩模600。

在各示例中，如上所述，不是使用蚀刻掩模600，而是可以以其他方式(诸如打磨穿过绝缘层500)在绝缘层500中形成间隙(类似于去除暴露部分602和604)。在另一个示例中，可以使用激光烧蚀来去除绝缘层500的部分。在另一个示例中，如果绝缘层500由热塑性材料制成，则它可以局部熔化然后机械地分离以在绝缘层500中产生间隙。在另一个示例中，绝缘层500可以首先选择性地粘合到导电层300，而不是稍后去除其部分。例如，绝缘层500可以由压敏粘合剂制成，该压敏粘合剂被刻痕(或预切割)并且被剥离。另选地，可以使用局部粘合的薄膜粘合剂。

图9图示了根据一个示例实施方式的形成在绝缘层500上并与导电层300的暴露部分接触的电阻加热器层900。电阻加热器层900被构造为包括叶片100的旋翼机的除冰系统的加热器或加热元件。术语“电阻加热器”在本文中用于指示通过焦耳加热(也被称为欧姆加热(Ohmic heating))产生的热量，其中电流通过电阻加热器层900会产生热量。由电阻加热器层900产生的加热功率与其电流的平方和电阻的乘积成比例。

如图9所示，由于去除绝缘层500的暴露部分602和604并暴露导电层300的相应暴露部分700和702，电阻加热器层900接触导电层300。特别地，电阻加热器层900包括第一部分902，第一部分902填充绝缘层500中的间隙，该间隙已被绝缘层500的暴露部分602的被去除材料占据。电阻加热器层900还包括第二部分904，第二部分904填充绝缘层500中的间隙，该间隙已被绝缘层500的暴露部分604的被去除材料占据。因此，部分902和904可靠地提供电阻加热器层900与导电层300之间的电接触，无需使用在旋翼机操作期间可能断裂或断开的附加线材或线缆。

利用这种构造，提供给导电层300的电流被传递到电阻加热器层900，使得电阻加热器层900产生热量以融化叶片100(其包括基底200)上的冰。例如，可以在图9中所示的加热区域906中产生热量。

电阻加热器层900由导电材料制成。作为示例，电阻加热器层900可以由几种导电聚合物中的任何一种制成。例如，电阻加热器层900可以由聚苯胺(PANI)、聚(亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、十二烷基苯磺酸(DBSA)、二壬基萘基磺酸(DNNSA)、聚吡咯(PPy)、其混合物或其盐制成。在其他示例中，电阻加热器层900可以由石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒制成。

电阻加热器层900可以由本征导电聚合物(ICP)制成。ICP包括构造成导电的合成有机聚合物。在其他示例中，电阻加热器层900可以由外在导电聚合物制成。通过向天然绝缘聚合物中加入特定添加剂(例如金属颗粒填料)以使这种绝缘聚合物导电，获得外在导电聚合物。在其他示例中，电阻加热器层900可以由本征和外在导电聚合物的混合物制成。

作为说明的具体示例，电阻加热器层900可以由聚苯胺-二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)制成。PANI是半柔性棒状聚合物家族的导电聚合物，其特征在于高导电性。DNNSA是有机化学品，例如芳基磺酸。在各示例中，DNNSA的熔点为259.5℃，沸点为600.4℃，并且可具有低水溶性。DNNSA可具有低挥发性和蒸气压并且在100℃以上是稳定的。DNNSA可通过萘与壬烯的反应制备，得到二异壬基萘。然后二异壬基萘进行磺化。可以将DNNSA添加到PANI流体中以增加流体的电导率。PANI-DNNSA在本文作为示例使用；然而，可以使用任何其他导电聚合物，诸如上述导电聚合物。

在其他示例中，电阻加热器层900可以由逐层堆叠制成，其具有插入在两个相应的保护性封装绝缘层之间的导电聚合物层。在这些示例中，导电聚合物层可以并联连接到电源，以实现特定的电阻并产生特定量的热量。并联连接的更多导电聚合物层可降低总电阻，反之亦然。因此，通过将电阻加热器层900构造成具有特定数量的导电聚合物层，可以产生预定的电阻和预定量的热量。

在一些示例中，可以添加封装层或封装包装以保护电阻加热器层900和叶片100的其他层免受环境影响。图10图示了根据一个示例实施方式的为形成装置1002而添加的保护层1000。保护层1000(或保护包装)可以围绕叶片100形成，以保护各种层(例如，基底200、导电层300、绝缘层500和电阻加热器层900)免受旋翼机的环境的影响(例如，防沙、雨、侵蚀、腐蚀等)。在一个示例中，保护层1000可以被构造为由聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯或环氧树脂制成的适形绝缘涂层，其通过喷洒、浸涂、丝网印刷等施加到图9中所示的层堆叠的表面上。然后可以经由紫外线使保护层1000固化或者可以使其热固化。在另一个示例中，保护层1000可以包括聚合物薄膜(例如，聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯等)，其使用粘合到层堆叠表面的压敏粘合剂到达图9中所示的层堆叠的表面。这些示例仅用于说明，并且保护层1000可以采用其他材料和构造。

装置1002提供若干增强。在制造叶片100期间，不是在叶片100内设置单独的加热元件，而是可以在形成叶片100的复合材料之后将加热元件(即，电阻加热器层900)作为涂层材料来施加。因此，电阻加热器层900可能不会对制造复合材料所进行的制造工艺施加限制(例如，对固化温度水平或用于电阻加热器层900的材料类型施加限制)。另外，电阻加热器层900可以添加到传统旋翼机的叶片中，该叶片没有构造有除冰系统以改装具有除冰能力的这种旋翼机。

另外，除冰系统与防雷系统集成在一起。特别地，旋翼机、飞行器、风轮机等可以被配置为具有导电层300，以便于将在叶片的一个位置处由雷击产生的电流引导或传导到旋翼机内的电接地位置。因此，旋翼机包括将导电层300电连接到电接地位置的线路和线缆。例如，电源(例如，交流(AC)源)可连接到相同的线路和线缆，以便能够为导电层300提供AC电流。

然后通过与导电层300接触的部分902和904将电流传递到电阻加热器层900。由于电阻加热器层900的电阻，电阻加热器层900被加热。因此，来自电源的电力作为来自电阻加热器层900的热功率消散，从而导致叶片100上的冰融化。利用这种构造，除冰系统与防雷系统(例如，导电层300和相关的线路和线缆)集成在一起。这种构造可降低旋翼机的成本，因为两个系统都使用公共的线路和部件，而不是为每个系统分配单独的线路和部件。

此外，利用装置1002的构造，电阻加热器层900设置在叶片100的外表面附近或外表面处，因为基底的表面202可包括叶片100的复合材料的外表面。例如，由电阻加热器层900产生的热能穿过一个层，即保护层1000，以影响在叶片100上形成的任何冰。因此，与其中加热器设置在叶片100深处的其他系统相比，用于产生足够的热量以融化冰的电能的量减少了。据估计，功率的减少可达到传统除冰系统中使用的电功率的约30％-50％。这种电功率需求的减少可使得能够将除冰系统放置在较轻的旋翼机和飞行器上，其可能不能产生驱动传统除冰系统的电功率的量。

而且，由于电阻加热器层900设置在叶片100的外表面附近或外表面处(例如，距外表面在0.1毫米和5毫米之间)，电阻加热器层900是可接近的。在图10的示例实施方式中，电阻加热器层900是远离叶片100的外表面(例如，保护层1000的外表面)的一个层。换句话说，保护层1000将电阻加热器层900与外表面分离。因此，利用这种构造，便于执行维护和修理操作。如果电阻加热器层900发生故障，则去除保护层1000或其一部分以获得通路并修理或维护电阻加热器层900。然后可以添加另一保护层1000以修复叶片100。因此，图10的构造与传统的除冰系统形成对比：在传统的除冰系统中，加热器设置在叶片的深处，使得当在这种传统系统中发生故障时，不能进行维护并且整个叶片除冰系统是无法修复的。

图11图示了根据一个示例实施方式的为示出图10中的构造的各种部件而展开的叶片100。在图11中，将叶片100展开，使得前缘(见图1)位于图11中心所示的虚线1100处。另外，由于叶片100在图11中以展开的构造加以描绘，所以未示出基底200，因为基底200被导电层300覆盖。

间隙404(在各示例中，如上文关于图4所述分段或划分导电层300)也沿着线1100设置。此外，在图11的构造中，绝缘层500是透明的，因此在图11中不可区分。换句话说，绝缘层500安装在导电层300上，但绝缘层500是透明的，使得透过绝缘层500显示出导电层300。此外，为了将电阻加热器层900接触导电层300的部分902和904区分开，部分902和904以相对于电阻加热器层900的其余部分的不同填充图案交叉阴影线。图11中未示出保护层1000。

如图11所描绘的，电阻加热器层900可沿着叶片100的前缘设置，但是可以不一直延伸到叶片100的后缘。换句话说，在各示例中，电阻加热器层900可覆盖叶片100的正面部或前部以融化在其上形成的冰或防止在其上形成冰。

如上所述，除冰系统包括通过导电层300将电能施加到电阻加热器层900的发电机或电源。在各示例中，约25瓦/平方英寸(WSI)的功率密度可以以最短通电时间达到足够的表面温度。然而，这种功率密度可能对旋翼机的电气系统提出很大的要求。为了减小峰值功率需求，电阻加热器层900可分成加热区域。这些区域以特定顺序点火以使叶片100除冰，并且该顺序可以适应结冰条件。

作为一个示例实施方式，如图11所示，电阻加热器层900可以分成6个加热区域1102、1104、1106、1108、1110和1112。本文使用六个加热区域作为示例仅用于说明。可以实施更多或更少的加热区域。

因为电阻加热器层900以及加热区域1102-1112设置在叶片100的外表面处或靠近叶片100的外表面设置，所以加热区域1102-1112可以被构造成与传统构造相比产生更少量的热量，在传统构造中，加热元件设置在叶片100深处远离表面。特别地，因为电阻加热器层900设置在外表面附近，所以在到达表面之前浪费或消散的热量较少，而在传统构造中，热量可能在到达外表面之前消散和浪费。换句话说，将电阻加热器层900靠近外表面设置使得除冰系统更加节能。结果，与常规除冰系统的区域相比，加热区域1102-1112可以具有更小的尺寸。加热区域1102-1112可在叶片100上沿弦向、展向或两者的组合设置。

为了分别向每个加热区域1102-1112提供电力，可以穿过导电层300切割各个隔离的(isolated)引线或线，每条线均将电力连接到特定的加热区域。例如，如图11所示，可以在导电层300中切割线1114和1116，以独立于其他加热区域1102-1110向加热区域1112提供电力。类似地，其他加热区域1102-1110中的每个加热区域均可具有相应的线，其被构造成独立于每个加热区域提供电力，如图11所描绘。

另外或替代地，为了将电阻加热器层900分成独立激活的加热区域，电阻加热器层900可被构造成在不同的区域产生不同量的热量。通过将电阻加热器层900的不同区域构造成具有不同的电阻，可以在不同区域产生不同量的热量。

例如，在电阻加热器层900可以包括介于相应绝缘层之间的多个导电聚合物层的上述示例中，可以在不同区域使用不同数量的层。在一个区域具有更多导电聚合物层(与电源并联连接)可指示该区域处的电阻可小于具有更少导电聚合物层的不同区域处的相应电阻。由于在不同区域使用不同数量的层，可横跨叶片100产生加热梯度。这种布置可以通过在各个区域处图案化(例如，印刷)不同数量的层来实现，以使得一些位置能够比其他位置更热。

在另一个示例中，可以跨区域使用相同数量的层；然而，可以在不同区域处使用具有不同导电率的不同导电聚合物材料。结果，可以在不同区域处产生不同的电阻，并且可横跨叶片100产生加热梯度。

附加地或另选地，一个区域处的导电聚合物层可通过导电性增强剂处理，而另一个区域处的导电聚合物层可不用不同的导电性增强剂处理，或者可用不同的导电性增强剂处理。示例导电性增强剂可包括形态增强剂，诸如IPA。另一个示例导电性增强剂可包括带改性剂，用以增强导电聚合物层的电子空穴迁移率。

附加地或另选地，一个区域处的电阻加热器层900的厚度可以与另一个区域处的电阻加热器层900的相应厚度不同。不同的厚度可指示不同区域处的不同导电率和不同电阻。因此，可以使用若干技术来改变基底200之上(并因此是叶片100之上)的导电率和电阻率，并且在电阻加热器层900的不同区域处产生不同量的热量。

尽管以上描述是在除冰系统的背景下提供的，但是上述构造也可以用于防冰系统。在防冰系统中，上述构造可以用于防止冰首先在基底上形成。

图12是根据一个示例实施方式的用于形成空气动力学结构的方法1200的流程图。例如，方法1200呈现了可以用于形成空气动力学结构(例如，叶片100)或装置1002的方法的示例。方法1200可包括一个或多个操作、功能或动作，如框1202-1226中的一个或多个框所示。尽管以连续顺序图示了各框，但是这些框也可以并行执行，和/或以与本文描述的顺序不同的顺序执行。另外，可将各个框组合成更少的框、分成附加的框和/或基于期望的实现来移除。应当理解，对于本文公开的这个和其他过程和方法，流程图示出了本示例的一种可能实现的功能和操作。另选实施方式包括在本公开的示例的范围内，其中功能可不按照示出或讨论的顺序执行，包括基本上同时或以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能，如本领域技术人员合理地理解的那样。

在框1202处，方法1200包括：在基底200的表面的至少一部分上形成导电层300。基底200包括空气动力学结构(例如，叶片100)的复合材料。将导电层300构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置。形成导电层的步骤可以包括形成CEMF层。形成CEMF层的步骤可包括形成包括铝或铜的CEMF层。

在框1204处，方法1200包括：在导电层300上沉积绝缘层500。在一个示例中，沉积绝缘层500的步骤可包括沉积包括树脂的粘合剂层，所述树脂包括聚氨酯、环氧树脂、热塑性塑料、酚醛树脂、硅树脂材料等，其特征在于耐用且可在高温下操作。

在框1206处，方法1200包括：去除绝缘层500的暴露部分602和604，以在绝缘层500以及导电层300的对应暴露部分700和702中形成相应间隙。

在框1208处，方法1200包括：在绝缘层500上形成电阻加热器层900，使得电阻加热器层900填充绝缘层500中的相应间隙并接触导电层300的部分700和702，使得当向导电层300提供电力时，电力被传递到电阻加热器层900，从而从中产生热量以使空气动力学结构(例如，叶片100)除冰。

图13是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1210处，操作包括：打磨穿过绝缘层500以去除绝缘层500的暴露部分602和604并暴露导电层300的部分700和702。

图14是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1212处，操作包括：形成蚀刻掩模600以部分地覆盖绝缘层500，从而使绝缘层的暴露部分602和604暴露。在框1214处，操作包括：蚀刻绝缘层500的暴露部分602和604。在框1216处，操作包括：去除蚀刻掩模600。

图15是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1218处，操作包括：在导电层300中形成间隙404以将导电层300分成代表相应电极的段400和402。

图16是根据一个示例实施方式的可利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1220处，操作包括：将电阻加热器层900分成多个独立激励的加热区域(例如，加热区域1102-1112)。

图17是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1222处，操作包括：在导电层300中形成多个隔离的导电线(例如，线1114和1116)，以便独立地向电阻加热器层900的多个独立激励的加热区域11102-1112中的每个加热区域提供电力。

图18是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1224处，形成电阻加热器层的操作包括：形成至少一个导电聚合物层。形成至少一个导电聚合物层的操作可包括：形成由PANI-DNNSA、聚(亚乙基二氧噻吩)--聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT-PSS)、聚苯胺--十二烷基苯磺酸(PANI-DBSA)、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒制成的层。

图19是根据一个示例实施方式的可以利用方法1200执行的增材操作的流程图。在框1226处，形成电阻加热器层的操作包括：形成包括多个导电聚合物层的多层堆叠，每个导电聚合物层均介于相应的绝缘层之间。每个导电聚合物层均具有相应的电阻，使得当相应的导电聚合物层并联连接到电力的电源时，相应的导电聚合物层的合成电阻小于每个相应的电阻。

在一个示例中，形成多层堆叠的操作可以包括：形成多层叠层以在导电聚合物层与电源并联连接时改变基底200上的电阻率。在一个示例中，形成多层堆叠以改变基底200上的电阻率的操作可包括：在基底200的不同区域处沉积不同数量的层。

附加地或另选地，形成多层堆叠以改变基底200上的电阻率的操作可包括：在基底200的不同区域处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层。在另一个示例中，形成多层堆叠以改变基底200上的电阻率的操作可包括：在基底200的不同区域处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。

图20图示了根据一个示例实施方式的系统1300的框图。系统1300包括耦合到电源1304和传感器1306的控制单元1302。系统1300可包括形成在系统1300的空气动力学结构或部件上的多个层。例如，该部件可以是翼型，或者是用于设备、装置、机器或飞行器(例如，飞行器、旋翼机、风轮机等)的任何其他部件。

该部件可具有基底1308。基底1308可代表该部件或其外层。基底200可以是基底1308的一个示例。多个层还包括形成在基底1308上或耦合到基底1308的导电层1310。导电层1310被构造成导电的，并且导电层300可以是导电层1310的一个示例。

多个层还包括电阻加热器层1314。电阻加热器层1314形成在绝缘层1312上或者耦合到绝缘层1312。电阻加热器层1314还电耦合到导电层1310。

控制单元1302可以被构造成操作用于空气动力学结构或部件的加热器系统，并且从电源1304向导电层1310提供电力以这样做。电阻加热器层1314电耦合到导电层1310，因此提供给导电层1310的电力也提供给电阻加热器层1314。电阻加热器层1314然后产生热能，以防止在该部件上形成冰或者使在其上形成的冰融化。

控制单元1302可以接收来自传感器1306的输出，以确定何时开始加热器系统的操作。作为一个示例，传感器1306可以包括用于检测环境空气温度的温度传感器，或用于检测空气中或部件上的水含量的水含量传感器。传感器1306可更一般地包括用于确定部件的环境的结冰条件的传感器。

此外，本公开包括根据以下条款的示例：

条款1、一种方法，该方法包括：在基底的表面的至少一部分上形成导电层，其中所述基底包括空气动力学结构的复合材料，并且其中所述导电层被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；在所述导电层上沉积绝缘层；去除所述绝缘层的一个或多个部分，以在所述绝缘层中形成相应间隙并且暴露所述导电层的一个或多个对应部分；以及在所述绝缘层上形成电阻加热器层，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述相应间隙并且接触所述导电层的所述一个或多个对应部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量为所述空气动力学结构除冰。

条款2、根据条款1所述的方法，其中，去除所述绝缘层的一个或多个部分的步骤包括：打磨穿过所述绝缘层以去除所述绝缘层的所述一个或多个部分并且暴露所述导电层的所述一个或多个对应部分。

条款3、根据条款1或2所述的方法，其中，去除所述绝缘层的一个或多个部分的步骤包括：形成蚀刻掩模以部分地覆盖所述绝缘层，由此使所述绝缘层的所述一个或多个部分暴露；蚀刻所述绝缘层的所述一个或多个部分；以及去除所述蚀刻掩模。

条款4、根据条款1至3中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：在所述导电层中形成间隙以将所述导电层分成代表相应电极的相应段。

条款5、根据条款4所述的方法，其中，形成导电层的步骤包括：形成连续膨胀金属箔(CEMF)层。

条款6、根据条款5所述的方法，其中，形成CEMF层的步骤包括：形成包括铝或铜的CEMF层。

条款7、根据条款1至6中的任一项所述的方法，其中，沉积绝缘层的步骤包括：沉积包括树脂的粘合剂层，所述树脂包括聚氨酯、环氧树脂、热塑性塑料、酚醛树脂或硅树脂材料。

条款8、根据条款1至7中的任一项所述的方法，其中，形成电阻加热器层的步骤包括：将所述电阻加热器层分成多个独立激励的加热区域。

条款9、根据条款8所述的方法，所述方法进一步包括：在所述导电层中形成多个隔离的导电线，以独立于所述电阻加热器层的所述多个独立激励的加热区域的每个加热区域提供所述电力。

条款10、根据条款1至9中的任一项所述的方法，其中，形成电阻加热器层的步骤包括：形成至少一个导电聚合物层。

条款11、根据条款10所述的方法，其中，形成至少一个导电聚合物层的步骤包括：形成由聚苯胺-二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)、聚(亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT-PSS)、聚苯胺-十二烷基苯磺酸(PANI-DBSA)、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒制成的层。

条款12、根据条款10所述的方法，其中，形成电阻加热器层的步骤包括：形成包括多个导电聚合物层的多层堆叠，每个导电聚合物层均插入在相应的绝缘层之间，其中每个导电聚合物层均具有相应的电阻，使得当相应的所述导电聚合物层并联连接到所述电力的电源时，相应的所述导电聚合物层的合成电阻小于每个相应的电阻。

条款13、根据条款12所述的方法，其中，形成多层堆叠的步骤包括：形成多层堆叠以在所述导电聚合物层与所述电源并联连接时改变所述基底上的电阻率。

条款14、根据条款13所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变所述基底上的电阻率的步骤包括：在所述基底的不同区域处沉积不同数量的层。

条款15、根据条款13所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变所述基底上的电阻率的步骤包括：在所述基底的不同区域处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层。

条款16、根据条款13所述的方法，其中，形成多层堆叠以改变所述基底上的电阻率的步骤包括：在所述基底的不同区域处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。

条款17、一种装置，该装置包括：基底，所述基底包括复合材料；导电层，所述导电层形成在所述基底的表面的至少一部分上；绝缘层，所述绝缘层沉积在所述导电层上，其中所述绝缘层包括暴露所述导电层的部分的至少一个间隙；以及电阻加热器层，所述电阻加热器层形成在所述绝缘层上，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层的所述部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量。

条款18、根据条款17所述的装置，其中，所述电阻加热器层被分成多个独立激励的加热区域，并且其中所述导电层包括多个隔离的导电线以独立于所述电阻加热器层的所述多个独立激励的加热区域的每个加热区域提供所述电力。

条款19、一种空气动力学结构，该空气动力学结构包括：基底，所述基底包括复合材料；导电层，所述导电层形成在所述基底的表面的至少一部分上，其中所述导电层被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；绝缘层，所述绝缘层沉积在所述导电层上，其中所述绝缘层包括暴露所述导电层的部分的至少一个间隙；以及电阻加热器层，所述电阻加热器层形成在所述绝缘层上，使得所述电阻加热器层填充所述绝缘层中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层的所述部分，使得当向所述导电层提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层，由此从所述电阻加热器层中产生热量。

条款20、根据条款19所述的空气动力学结构，其中，所述空气动力学结构被包括在叶片中，并且其中从所述电阻加热器层中产生热量的步骤包括产生热量为所述叶片除冰。

以上详细描述参考附图描述了所公开系统的各种特征和操作。这里描述的说明性实施方式不意味着限制。所公开的系统的某些方面可以以各种不同的构造来布置和组合，所有这些都在本文中考虑。

此外，除非上下文另有所指，否则每个附图中图示的特征可彼此组合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个整体实施方式的组成方面，应理解并非所有图示的特征对每个实施方式都是必需的。

另外，本说明书或权利要求中的任何元件、框或步骤的列举是为了清楚的目的。因此，这种列举不应被解释为要求或暗示这些元件、框或步骤遵循特定布置或以特定顺序执行。

此外，可使用或构造装置或系统以执行附图中呈现的功能。在一些实例中，装置和/或系统的部件可被构造成执行功能，使得部件实际上被构造和结构化(利用硬件和/或软件)以实现这种性能。在其他示例中，装置和/或系统的部件可被布置成适于、能够或适合于比如当以特定方式操作时执行功能。

术语“基本上/大致”是指所述特征、参数或值不需要精确地实现，而是可以以不排除特征旨在提供的效果的量出现偏差或变化，包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素。

这里描述的布置仅用于示例的目的。因此，本领域技术人员将理解，可以替代地使用其他布置和其他元件(例如，机器、接口、操作、顺序和操作分组等)，并且可根据期望的结果完全省略一些元件。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可以以任何合适的组合和位置实现为离散或分布式部件或与其他部件结合。

虽然本文已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方式是出于说明的目的而不是限制性的，真正的范围由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来指示。另外，本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不是限制性的。

Claims (19)

1.一种集成式防雷和电气除冰方法（1200），该方法包括：

在基底（200）的表面的至少一部分上形成导电层（300），其中所述基底（200）包括空气动力学结构（100）的复合材料，并且其中所述导电层（300）被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；

在所述导电层（300）上沉积绝缘层（500）；

去除所述绝缘层（500）的一个或多个部分（602，604），以在所述绝缘层（500）中形成相应间隙并且使所述导电层（300）的一个或多个对应部分（700，702）暴露；以及

在所述绝缘层（500）上形成电阻加热器层（900），使得所述电阻加热器层（900）填充所述绝缘层（500）中的所述相应间隙并且接触所述导电层（300）的所述一个或多个对应部分（700，702），使得当向所述导电层（300）提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层（900），由此从所述电阻加热器层（900）中产生热量为所述空气动力学结构（100）除冰，

所述方法（1200）进一步包括：

在所述导电层（300）中形成间隙（404）以将所述导电层分成代表相应电极的相应段（400，402）。

2.根据权利要求1所述的方法（1200），其中，去除所述绝缘层（500）的一个或多个部分（602，604）的步骤包括：

打磨穿过所述绝缘层（500）以去除所述绝缘层（500）的所述一个或多个部分（602，604）并且使所述导电层（300）的所述一个或多个对应部分（700，702）暴露。

3.根据权利要求1所述的方法（1200），其中，去除所述绝缘层（500）的一个或多个部分（602，604）的步骤包括：

形成蚀刻掩模（600）以部分地覆盖所述绝缘层（500），由此使所述绝缘层（500）的所述一个或多个部分（602，604）暴露；

蚀刻所述绝缘层（500）的所述一个或多个部分（602，604）；以及

去除所述蚀刻掩模（600）。

4.根据权利要求1所述的方法（1200），其中，形成导电层的步骤包括：形成连续膨胀金属箔层即CEMF层。

5.根据权利要求4所述的方法（1200），其中，形成CEMF层的步骤包括：形成包括铝或铜的CEMF层。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法（1200），其中，沉积绝缘层（500）的步骤包括：沉积包括树脂的粘合剂层，所述树脂包括聚氨酯、环氧树脂、热塑性塑料、酚醛树脂或硅树脂材料。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法（1200），其中，形成电阻加热器层（900）的步骤包括：

将所述电阻加热器层（900）分成多个独立激励的加热区域（1102-1112）。

8.根据权利要求7所述的方法（1200），所述方法进一步包括：

在所述导电层（300）中形成多个隔离的导电线（1114，1116），以独立地向所述电阻加热器层（900）的所述多个独立激励的加热区域（1102-1112）中的每个加热区域提供所述电力。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法（1200），其中，形成电阻加热器层（900）的步骤包括：形成至少一个导电聚合物层。

10.根据权利要求9所述的方法（1200），其中，形成至少一个导电聚合物层的步骤包括：形成由聚苯胺-二壬基萘磺酸（PANI-DNNSA）、聚（亚乙基二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT-PSS）、聚苯胺-十二烷基苯磺酸（PANI-DBSA）、聚吡咯、石墨烯涂料、碳纳米管涂料、炭黑、导电氧化物或金属颗粒制成的层。

11.根据权利要求9所述的方法（1200），其中，形成电阻加热器层（900）的步骤包括：形成包括多个导电聚合物层的多层堆叠，每个导电聚合物层均介于相应的绝缘层之间，其中每个导电聚合物层均具有相应的电阻，使得当相应的所述导电聚合物层并联连接到所述电力的电源时，相应的所述导电聚合物层的合成电阻小于每个相应的电阻。

12.根据权利要求11所述的方法（1200），其中，形成多层堆叠的步骤包括：形成多层堆叠以在所述导电聚合物层与所述电源并联连接时改变所述基底（200）上的电阻率。

13.根据权利要求12所述的方法（1200），其中，形成多层堆叠以改变所述基底（200）上的电阻率的步骤包括：在所述基底（200）的不同区域处沉积不同数量的层。

14.根据权利要求12所述的方法（1200），其中，形成多层堆叠以改变所述基底（200）上的电阻率的步骤包括：在所述基底（200）的不同区域处沉积具有不同导电聚合物的导电聚合物层。

15.根据权利要求12所述的方法（1200），其中，形成多层堆叠以改变所述基底（200）上的电阻率的步骤包括：在所述基底（200）的不同区域处沉积具有不同厚度的导电聚合物层。

16.一种集成式防雷和电气除冰装置（1002），该装置（1002）包括：

基底（200），所述基底（200）包括复合材料；

导电层（300），所述导电层（300）形成在所述基底（200）的表面（202）的至少一部分上并被在所述导电层（300）中形成的间隙（404）分成代表相应电极的相应段（400，402）；

绝缘层（500），所述绝缘层（500）沉积在所述导电层（300）上，其中所述绝缘层（500）包括使所述导电层（300）的部分（700，702）暴露的至少一个间隙；以及

电阻加热器层（900），所述电阻加热器层（900）形成在所述绝缘层（500）上，使得所述电阻加热器层（900）填充所述绝缘层（500）中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层（300）的所述部分（700，702），使得当向所述导电层（300）提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层（900），由此从所述电阻加热器层（900）中产生热量。

17.根据权利要求16所述的装置（1002），其中，所述电阻加热器层（900）被分成多个独立激励的加热区域（1102-1112），并且其中所述导电层（300）包括多个隔离的导电线（1114，1116）以独立地向所述电阻加热器层（900）的所述多个独立激励的加热区域（1102-1112）中的每个加热区域提供所述电力。

18.一种空气动力学结构（100），该空气动力学结构（100）包括：

基底（200），所述基底（200）包括复合材料；

导电层（300），所述导电层（300）形成在所述基底（200）的表面（202）的至少一部分上并被在所述导电层（300）中形成的间隙（404）分成代表相应电极的相应段（400，402），其中所述导电层（300）被构造成提供导电路径以将由雷击产生的电流传导到电接地位置；

绝缘层（500），所述绝缘层（500）沉积在所述导电层（300）上，其中所述绝缘层（500）包括使所述导电层（300）的部分（700，702）暴露的至少一个间隙；以及

电阻加热器层（900），所述电阻加热器层（900）形成在所述绝缘层（500）上，使得所述电阻加热器层（900）填充所述绝缘层（500）中的所述至少一个间隙并且接触所述导电层（300）的所述部分（700，702），使得当向所述导电层（300）提供电力时，所述电力被传递到所述电阻加热器层（900），由此从所述电阻加热器层（900）中产生热量。

19.根据权利要求18所述的空气动力学结构（100），其中，所述空气动力学结构（100）被包括在叶片中，并且其中从所述电阻加热器层（900）中产生热量的步骤包括产生热量为所述叶片除冰。