CN110606215A - 带有飞行器机身、翼组和尾翼以及包含避雷装置的表面结构的飞行器 - Google Patents

Abstract

提供一种飞行器(2)，带有飞行器机身(4)、翼组(6)和尾翼(8)以及包含避雷装置(12)的表面结构(10)，所述表面结构布置在所述飞行器机身(4)、所述翼组(6)和所述尾翼(8)上。所述避雷装置(12)具有多个导电元件(14)，所述导电元件至少以一组(16，20，21)元件(14)的形式布置在所述表面结构(10)中，其中所述属于一组(16，20，21)的导电元件(14)至少区段式地相互平行地布置并且至少在两个区域中彼此之间具有相互不同的间距(d1，d2，d3，e1，e2，e3)。

Description

带有飞行器机身、翼组和尾翼以及包含避雷装置的表面结构 的飞行器

技术领域

本发明涉及一种带有飞行器机身、翼组和尾翼以及包含避雷装置的表面结构的飞行器。

背景技术

飞行器通过避雷装置被保护免受雷击。所述飞行器被实施为导电表面并且由此可以在表面附近传导电流并由此显著地减小电流穿透飞行器结构的危险。这种装置通常利用由高导电性材料制成的箔来实现，这些箔集成在飞行器的结构上或结构中。由此可以防止机身结构受损。

飞行器上的雷击通常表现为：闪电击中某一末端例如进入机头雷达或机翼尖端的末端，由此引发的电流沿着飞行器传导并且通常经过其他的末端(例如舵帽或APU排气管)向大气或地面中放电。鉴于这种雷击主要以类似形式出现，通常限定特定的避雷区，这些避雷区特别受雷击影响并且因此具有避雷装置。

DE 10 2016 121 923 A1例如示出了一种材料组合，这种材料组合也可以在飞行器中用于生产避雷器。

DE 10 2007 057 491 A1示出了一种用于飞行器的构件，该构件具有嵌入碳纳米管中的树脂基质，以实现该构件的高的导电性。

发明内容

利用已知的装置可以在飞行器的表面上提供具有经局部适配的避雷的不同区域。因此本发明的目的在于，提供一种飞行器，所述飞行器配备有替代性的避雷装置，并且能够特别有利且非常灵活地局部地适配于不同的避雷风险。

该目的通过一种具有独立权利要求1所述特征的飞行器来实现。有利的改进方案由从属权利要求和下文的说明中得出。

提供了一种飞行器，带有飞行器机身、翼组和尾翼以及包含避雷装置的表面结构，所述表面结构布置在所述飞行器机身、所述翼组和所述尾翼上，所示避雷装置具有多个导电元件，所述导电元件至少以一组元件的形式布置在所述表面结构中，其中所述属于一组的导电元件至少区段式地相互平行地布置并且至少在两个区域中彼此之间具有相互不同的间距。

所述飞行器可以具有任意的结构形式，并且由基本的主要部件(飞行器机身、翼组和尾翼)构成。这并不意味着，排除其他元件或组件。翼组和尾翼也可能相互组合，并且不一定以分开的且相互间隔开的方式实现。所述飞行器机身、翼组和尾翼同样可能具有一体式的形式，其中尤其飞行器机身向翼组中过渡，或反过来。

在本发明的意义上，表面结构可以被理解成飞行器的接近表面的表面构造。所述表面结构可能包含例如机身蒙皮、翼组蒙皮或尾翼蒙皮的表面，所述表面带有一个布置在其上的避雷装置和一个或多个布置在其上的保护层。因此，表面结构的概念也可以根据飞行器的类型，根据飞行器机身、翼组和尾翼的材料而发生变化。但对于本发明的核心来说，表面结构的确切组成并不重要。在此应当指出，通过布置避雷装置不会在空气动力学方面对飞行器的外表面造成影响。当然，应在不放弃避雷装置的有利布置的情况下保持在空气动力学方面有利的表面。导电元件的厚度、其在表面结构中的嵌入情况以及带有一个或多个保护层的盖板可以彼此适配，其方式为使得外表面按所希望的方式设计并且尤其是平整的。

避雷装置的一个主要方面在于使用多个导电元件，这些导电元件位于表面结构中并且能够传导电流。为了预防飞行器结构受损，可以由所述导电元件以接近表面的方式在表面结构处传导因雷击产生的电流。在此，所述避雷装置的导电元件一起构成至少一个组，这些导电元件能够至少区段式地相互平行地延伸。各个导电元件之间的不同间距可以用于局部地适配避雷作用。

当然，也可以在表面结构中布置多组导电元件。这些导电元件可能并排地、前后相继地或上下相叠地(即以重叠布置的方式)位于表面结构中。

在对于避雷的需求明显更高的区域中，所述导电元件之间的间距例如可以选择得小于在其他区域中。如果各个导电元件之间的间距被设置到零，则这可能对应于带有箔或金属网格的传统解决方案。这些区域可能尤其位于飞行器的正面或上侧。

在对于对应避雷作用的需求明显更低的区域中，所述导电元件之间的间距可能选择得明显大于在其他区域中。这可能涉及到飞行器的侧面或飞行器机身下侧的前半部。

因此，飞行器的整个表面结构可能配备有避雷器，其中所述避雷器可以局部地适配于不同的避雷要求。由此，即使覆盖飞行器的主要部分，但总的来说可以节省材料和重量，并且还可以使避雷理想地(即，在金属箔等的厚度不发生变化的情况下)适配于需求。

在一个有利的实施方式中，所述导电元件是带状地实施的。就此而言，所述导电元件是长形并且扁平的，具有主延伸方向并且被两个彼此相对的边缘区域限制。所述导电元件的宽度，即彼此相对的边缘区域之间的间距，明显小于其长度。因此，所述导电元件可以在飞行器的表面结构中以条带形式延伸，其中多个条带至少区段式地相互平行地延伸。通过使用带状的导电元件还可以实现更复杂的表面结构的覆盖形状。不一定必须准备和实施预先确定的几何面，而是还可以在制造表面结构时以曲折形或以具有特定的弧形形状的方式布置条带。

优选地，所述导电元件连续地在表面结构中延伸。当然也可以存在单独的元件，这些元件是在走向上中断的或沿着走向与其他元件之间间隔开。

所述导电元件可以具有金属性质的材料。所述金属性质的材料尤其可能具有铜、基于铜的合金(如青铜)、铝或其他金属性质的材料。在选择时，尤其要考虑足够高的特定导电性和足够的可实现的电流密度。

所述导电元件还可以具有带导电涂层的塑料。所述塑料可能以带涂层的带材或条带的形式实现。所述带材或条带通常可以由一种单独的塑料或包含多种塑料的分层结构构成。在此，所述导电元件的表面可以具有中断部、开口、缺口、凹陷部等。只要涂层可以实现足够的电流强度或导电性，则塑料的类型在此并不重要。可能提出，使用由热塑性塑料或热固性塑料形成的条带，这种条带是柔性的并且具备弯曲弹性，从而可以在飞行期间跟随飞行器的变形。当然，还可以使用聚酰胺、凯夫拉或其他材料。所述涂层例如可以通过金属蒸镀来实现。

此外，还可能可以设想使用可结合到表面结构中的碳同素异形体。所述碳同素异形体例如以碳纳米管或石墨的形式实现。

在一个有利的实施方式中，所述导电元件具有多种纤维，所述纤维形成无纺布、纺织物、机织物、针织物、编织物或钩织物。利用这种结构类型可以创造能够非常灵活地适配于表面结构中所希望的形状和所希望的走向的表面组织这种表面组织具有以编织、纺织或相互缝合的形式规则或不规则地存在的纤维。这些结构类型尤其可以涉及到设有导电涂层的塑料纤维，或涉及到金属性质的纤维。

但在一个有利的实施方式中，所述导电元件也可以是实心的。这样的变体尤其涉及条带状的区段，这些区段并非由各独的纤维组合成，而是由实心材料制成。为了减轻特定的重量，这种实心材料可能是通过机械方法加工的。可能提出，设置带有开口的板或箔并使其延展变形。由此形成具备格栅状构造的延展金属。通过这种方式进行加工的铜箔也是在术语“延展铜箔(expanded copper foil)”(ECF)下已知的。

在一个有利的实施方式中，设计有第一组导电元件，所述导电元件平行于所述飞行器机身的纵向轴线延伸并且沿圆周方向分布在所述飞行器机身上。因此，所述第一组中的各个导电元件可以基本沿纵向方向在机身上延伸。这些导电元件不一定必须具有严格地呈直线的且与纵向轴线完全平行的取向。但所述导电元件的整体延伸方向可以优选明显沿纵向轴线方向而延伸。在此，例如可以设想彼此相对布置的、呈直线的并且相互平行地延伸的两条包络线，这些包络线沿其主延伸方向包围导电元件，并在此平行于纵向方向延伸或与该纵向方向围成最大达25°的角度。在此，可能存在与纵向轴线的局部的角度偏差。例如，导电元件可以沿纵向轴线方向延伸并在此具有一个或多个弧形部，这些弧形部环绕飞行器机身中一个或多个窗口。总的来说，所述导电元件还可以具有锯齿形结构或以曲折形布置。但是提出，相关联的组的所有导电元件布置成使其在相邻导电元件之间具有基本相等的间距。

导电元件在圆周方向上的分布可以被实施成使得基本沿纵向轴线延伸的导电元件布置在分布于飞行器机身的整个圆周上的位置上。

可以设计有第二组导电元件，这些导电元件沿圆周方向环绕飞行器机身并沿纵向轴线分布在飞行器机身上。有利的是，将第二组布置在也包含翼根的机身区段上。与以上所示的第一组类似，第二组导电元件可以布置成使得两个相邻的导电元件相互之间具有相等的间距。因此，所述导电元件可以呈现环状或螺旋线状的布置方式，这些导电元件不是仅布置在一个位置上，而是沿纵向轴线布置在多个位置上。

可以设计有第三组导电元件，这些导电元件从飞行器机身朝向翼组尖端延伸。根据翼组的后掠角，所述第三组导电元件可以基本横向于纵向轴线布置。由此可以在翼组尖端之间导通电流。该第三组的各个导电元件可以是相互平行的。替代性地，这组元件也可以沿翼展方向分别平行于翼弦线(Profilsehne)延伸，所述翼弦线属于各自的、相对的翼深度。在此还可以存在曲折形的结构或锯齿形结构，并且呈直线的且相互平行的包络线可以相互平行或沿翼弦线延伸。所述导电元件也可以与上述第二组的这些导电元件部分地重合，例如在翼组的下侧。

可以提出，在避雷装置中至少两组导电元件重叠或交叉。在一个有利的实施方式中，重叠的组的元件可以相互连接。尤其，这可以在表面结构的包含从翼根到机身的过渡部的区域中进行。例如，沿着翼组沿翼弦线方向传导的电流可以被传导到沿着飞行器机身的纵向方向延伸的元件中。元件之间的连接应当具有尽可能低的电阻。在所述场景中，可以将电流扩展到较大的面上，其中雷击之后的维修成本可能较低。

在一个同样有利的实施方式中，重叠的组的元件可以是相互绝缘的。在此，雷击时的电流集中到较小的面上。由此尤其可以减少制造和维护时的成本。

所述导电元件之间的各个间距可以适配于不同的要求。例如可能提出，为特定的区域配备优于表面结构的其他区域的避雷器。例如，所述飞行器可以具有从表面结构起位于径向内侧的至少一根电线，其中在所述表面结构的径向邻接的区域内，所述导电元件之间的间距小于所述表面结构的与之更远地间隔开的区域中的间距。因此，紧挨着位于电线的径向外部的避雷相对于相邻区域局部地被增强。

所述至少一根电线例如可以是导电汇流排。

飞行器机身还可以具有外蒙皮，该外蒙皮的厚度在圆周方向上并非恒定的，其中所述导电元件之间的间距在厚度较大的区域内大于在厚度较小的区域内。在材料厚度较厚的区域内雷击时的损坏可能性小于在材料厚度较小的区域内。因此可能提出，使对所涉及区域的覆盖以所提及的形式适配于所述材料厚度。

最后，飞行器机身、翼组和尾翼中的至少一者可以至少部分地具有塑料。所述塑料可以是热塑性塑料或热固性塑料，并且可选地具有纤维增强。所述避雷器尤其提出用于由非导电性材料构成的或包含导电材料的结构，但所述材料并不适合吸收和传导更强的电流。通过配备例如外置的、由碳纤维复合材料构成的表面结构，可以保护更深层的并且必要时可导电的结构层。

附图说明

本发明的其他特征、优点和应用可能性由以下对实施例和附图的说明得出。在此，所有所描述的和/或图示的特征自身和以任意组合构成本发明的主题，而与其在单独权利要求中或其所引用的权利要求中的关系无关。此外，在附图中相同的附图标记代表相同或相似的物体。

图1以侧视图展示了一种飞行器，在该侧视图中带有以示意性方式布置的导电元件。

图2a和2b展示了导电元件的细节设计。

图3以分割的俯视图展示了飞行器的上侧和下侧，在该俯视图中带有以示意性方式布置的导电元件。

图4以剖面图展示了飞行器机身，在该剖面图中带有以示意性方式布置的导电元件。

具体实施方式

图1展示了一种带有飞行器机身4、翼组6以及尾翼8的飞行器2。示例性地，飞行器2被实施成交通飞行器，所述交通飞行器在对应的天气条件下可能遭受雷击。

在表面结构10上，以极其示意性的方式布置有避雷装置12，该避雷装置示例性地在飞行器2的主要部分上延伸。避雷装置12具有多个带状地实施的导电元件14。在细节图中以及部分剖面图中，可以看到扁平的、带状的结构。

示例性地，存在第一组16导电元件14，这些导电元件沿飞行器2的纵向轴线18延伸。在此，导电元件14可能平行于纵向轴线18延伸，或者至少基本沿纵向轴线18延伸。这可以表示，导电元件14的大体上的延伸方向沿纵向方向18延伸。整体上，可以与纵向轴线成例如最大达25度的角度。但必要时，该角度在局部上还可以更大。

在各个导电元件14之间存在间距d1、d2、d3等。根据对避雷的要求，间距d1至d3可以相互不同。在需要更强地避雷的表面结构10的区域内，可以减小对应的间距d1、d2或d3，而在其他区域内可以增大该间距。

图2a示例性地展示了相互间隔开的并且彼此平行地延伸的两个导电元件14，这些导电元件具有曲折形的走向。两个元件14可以分别被呈直线的并接触元件14的边缘的包络线15包围。所述包络线示例性地相互平行地延伸，并且可能平行于纵向轴线18延伸。如上面所示，包络线15还可能与纵向轴线18围成最大达25°的角度。

图2b展示了布置在窗口17附近的导电元件14的另外一个实例。导电元件14可能具有例如环绕着窗口17的弧形部19。但总的来说，所述导电元件可能沿纵向轴线18延伸。

在图3中，在图纸平面的上半部中示例性地展示了飞行器2的上侧，在图纸平面的下半部中示例性地展示了飞行器2的下侧。在此，除了第一组16导电元件14外还设置有第二组20导电元件14，所述第二组导电元件沿飞行器机身4的圆周方向延伸。因此，元件14环绕着飞行器机身4并且还部分地环绕翼组6或翼根25的区域。所述第二组20的这些元件相互之间具有间距e1、e2和e3。为了使避雷适配于局部要求，各个元件14之间的间距e1、e2或e3同样可以进行调整。第二组主要位于机身4的表面结构10的区域中，所述区域还包含翼根25。

如从图3中可看到的，第二组20的导电元件14可以与第一组16的导电元件重叠，由此形成多个交叉点。重叠的组16和20的这些元件可以在这些交叉点上实现相互导电连接，以便形成更大面积的电流。这可能降低雷击后存在的维修成本。

替代性地，也可以为了集中电流而将交叉点实施为绝缘的。由此可以降低制造和维护成本。

另外还展示了两个在翼组6上延伸的第三组21。各个导电元件14示例性地在翼组6的各半部的整个翼展延伸部分内延伸并且分别接触翼组尖端23。如在此所示，导电元件14可能平行于各个翼弦线延伸并且在此分别遵循相对的翼深度。在翼根25的区域中，第三组21的导电元件14可以与第二组20的导电元件重合或由其补充。因此，与第一组16或第二组20的元件14之间也可能形成交叉点，根据上述标准，这些交叉点可以被实施为绝缘的或导电的。

图4以极简示意图展示了飞行器机身4的横截面。在此还须再次说明：飞行器机身4的外表面并非阶梯状或波纹状，而是在空气动力学方面有利地、协调地并且尤其是平滑地成形的。图4的图示应当仅仅说明：飞行器机身4的材料厚度是可以改变的，并且在该飞行器机身的不同位置上可以安置有导电元件14。

飞行器机身4具有拥有不同材料厚度的外蒙皮22。在下部区段24中，机身外蒙皮22的材料厚度大于例如在上部区段26中的材料厚度。为了适配于可变的材料厚度，各个导电元件14的间距d1至d12可以选择得小于在下侧24处。在此，针对机身4的每个侧面用d1至d12表示元件14之间的间距，其中d1表示最上方的导电元件14与在圆周方向上跟随的元件14之间的间距，而d12代表两个最下方的元件14之间的间距。

示例性地展示了：间距d8、d9、d10、d11和d12属于机身下半24，并且明显大于机身上半部26中的间距d1到d7。另外，在上侧26的径向内侧，示例性地在飞行器机身4的两侧上布置有多根导电汇流线(汇流排)28，其中在紧挨着的径向外部区域中，间距d3、d4和d5明显小于在所有其他区域中。由此可以最大限度地限制雷击对于汇流线28的影响。

补充性地可以指出，“具有”并不排除其他的元件或步骤，并且“一个”或“一种”不排除多数。此外还可以指出，可以使用已经参照上述实施例之一描述的特征还有与上文描述的另外实施例的其他特征的组合。权利要求书中的附图标记不应视为限制。

Claims (15)

1.一种飞行器(2)，带有飞行器机身(4)、翼组(6)和尾翼(8)以及包含避雷装置(12)的表面结构(10)，所述表面结构布置在所述飞行器机身(4)、所述翼组(6)和所述尾翼(8)上，所述避雷装置(12)具有多个导电元件(14)，所述导电元件至少以一组(16，20，21)元件(14)的形式布置在所述表面结构(10)中，其中所述属于一组(16，20，21)的导电元件(14)至少区段式地相互平行地布置并且至少在两个区域中彼此之间具有相互不同的间距(d1，d2，d3，e1，e2，e3)。

2.根据权利要求1所述的飞行器(2)，其中所述导电元件(14)是带状地实施的。

3.根据权利要求1或2所述的飞行器(2)，其中所述导电元件(14)具有金属性质的材料。

4.根据权利要求1或2所述的飞行器(2)，其中所述导电元件(14)具有带导电涂层的塑料。

5.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中所述导电元件(14)具有多种纤维，所述纤维形成无纺布、纺织物、机织物、针织物、编织物或钩织物。

6.根据权利要求1至4之一所述的飞行器(2)，其中所述导电元件(14)是实心的。

7.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中设计有第一组(16)导电元件(14)，所述导电元件平行于所述飞行器机身(4)的纵向轴线(18)延伸并且沿圆周方向分布在所述飞行器机身(4)上。

8.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中设计有第二组(20)导电元件(14)，所述导电元件沿圆周方向环绕所述飞行器机身(4)并沿纵向轴线(18)分布在所述飞行器机身上。

9.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中设计有第三组(21)导电元件，所述导电元件从所述飞行器机身(4)朝向翼组尖端(23)延伸。

10.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中至少两组(16，20，21)导电元件(14)是重叠的，其中所述重叠的组(16，20，21)的元件(14)相互连接。

11.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中至少两组(16，20，21)导电元件(14)是重叠的，其中所述重叠的组(16，20，21)的元件(14)相互绝缘。

12.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，还具有从所述表面结构(10)起位于径向内侧的至少一根电线(28)，其中在所述表面结构(10)的径向邻接的区域内，所述导电元件(14)之间的间距(d1，d2，d3，e1，e2，e3)小于所述表面结构(10)的与之更远地间隔开的区域中的间距。

13.根据权利要求12所述的飞行器(2)，其中所述至少一根电线(28)是导电汇流线(28)。

14.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中所述飞行器机身(4)具有外蒙皮(22)，所述外蒙皮的厚度在圆周方向上并非恒定的，其中所述导电元件(14)之间的间距在厚度较大的区域内大于在厚度较小的区域内。

15.根据前述权利要求之一所述的飞行器(2)，其中所述飞行器机身(4)、所述翼组(6)和所述尾翼(8)中的至少一者至少部分地具有塑料。