DE19637483A1

DE19637483A1 - External aircraft skin protective layer sequence

Info

Publication number: DE19637483A1
Application number: DE1996137483
Authority: DE
Inventors: Gabriele Dr Rer Arnolds-Mayer; Wilfried Tomforde
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1996-09-14
Filing date: 1996-09-14
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2016-09-15
Also published as: DE19637483C2

Abstract

In a layer sequence, for external aircraft skin protection, comprising a top layer and a substrate formed of or including a bond layer, the top layer is a 50-200 microns thick, hard and ductile layer with a scratch hardness of greater than 100 N.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schichtenfolge zum Schutz der Außenhaut eines Flugzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit ihr wird primär der Erosions schutz der Flugzeug-Außenhaut realisiert.The invention relates to a layer sequence for protecting the outer skin of a Aircraft according to the preamble of claim 1. It is primarily erosion protection of the aircraft outer skin implemented.

Es sind Lösungen bekannt, bei denen durch das Aufbringen eines Oberflächenschutzes die Außenhaut eines Flugzeuges vor äußeren Einflüssen geschützt wird. Dabei wird die Außenhaut, die das äußere Erscheinungsbild des Flugzeuges (Rumpf, Tragflügel, Leit werk, Triebwerke etc.) repräsentiert, mit einer mehrlagig aufgebauten Lackschicht überzogen. Der Lack muß glatt, haltbar und kratzfest sein und besonders hohe Elastizi tätswerte aufweisen. Außerdem muß der Lack noch den Temperaturdifferenzen der Außentemperatur, denen ein Flugzeug am Boden oder in der Luft (in Parkstellung oder im Start-/Reise-/Lande-Mode) unterschiedlich begegnet, vertragen. Eine stabile und umfassende Abdeckung der Außenhaut ist überaus wichtig, da verursachte mechani sche Beschädigungen des Lackaufbaus durch unvorhersehbar auf die Außenhaut einwir kende Körper (Sand, Stein oder -rudimente), die die Lackoberfläche beschädigen und zuweilen bis in die Nähe oder auf die Struktur dringen, eine Ursache für Erosion oder Korrosion bilden. Dringt dabei an den meistens kaum sichtbaren beschädigten Stellen Feuchtigkeit ein, dann kann sich eine Situation einstellen, nach der die Feuchtigkeit schichtweise den Lackaufbau unterwandert oder sogar bis an die Struktur dringt. Bei einer beispielsweise metallenen Struktur sind dann die Voraussetzungen geschaffen, daß die Korrosion zu wuchern beginnt, sofern nicht durch Reparatur der Schadstellen des Lackaufbaus entsprechende Abhilfe geschaffen wird. Eine kostenintensive und mühsame Arbeit, wobei oftmals noch schadhafte Strukturteile oder -elemente zusätzlich zu erneuern sind.Solutions are known in which by applying a surface protection the outer skin of an aircraft is protected from external influences. The Outer skin, the outer appearance of the aircraft (fuselage, wing, guide plant, engines, etc.), with a multi-layer paint layer overdrawn. The varnish must be smooth, durable and scratch-resistant and particularly high elasticity have actual values. In addition, the paint must still the temperature differences Outside temperature to which an aircraft is on the ground or in the air (in park position or encountered differently in start / travel / landing mode), tolerated. A stable and Comprehensive coverage of the outer skin is extremely important, as mechani damage to the paint structure due to unpredictable effects on the outer skin bodies (sand, stone or rudiments) that damage the paint surface and sometimes penetrate into the vicinity or onto the structure, a cause of erosion or Form corrosion. Penetrates in the mostly barely visible damaged areas Moisture, then a situation can arise, after which the moisture layer by layer undermines the paint structure or even penetrates to the structure. At A metal structure, for example, then creates the conditions that the corrosion begins to spread, unless by repairing the damaged areas appropriate remedy of the paint structure is created. An expensive and tedious work, often with damaged structural parts or elements are to be renewed.

Bestimmte Bereiche der Außenhaut des Flugzeuges sind während des Fluges besonde ren Belastungen ausgesetzt. Dazu zählen der Vorderkantenbereich der Tragflügel und des Höhen- und Seitenleitwerkes sowie der Nasenbereich des vorderen Rumpfes (Ra dom) und der Triebwerksgondeln. Dabei wird die Lackierung dieser Bereiche durch Regen, Stäube und andere Partikel besonders stark belastet. Certain areas of the outer skin of the aircraft are special during the flight exposed to stress. These include the leading edge area of the wings and of the vertical and vertical tail as well as the nose area of the front fuselage (Ra dom) and the engine nacelles. The painting of these areas is done by Rain, dust and other particles are particularly heavily contaminated.

Innerhalb kurzer Zeit treten dort Schäden an der Außenhaut, beispielsweise am Faser verbund-Grundwerkstoff des Leitwerkes bzw. am Aluminium der Rumpfstruktur, oder zumeist an den ihnen aufliegenden organischen Beschichtungen auf. Diesen Schäden wird mit besonders weichen Antierosionslacken und mit hochelasti schen Polyurethanfolien, die typischerweise eine Dicke von 0,3 mm besitzen, oder auch mit Blechstreifen entgegengewirkt, die als Deckschichten auf die hoch belasteten Berei che aufgebracht werden. Die Beschichtung der schadhaften Bereiche ist aufgrund der elastischen Verformung des zu schützenden Substrats notwendig, damit einwirkende Kräfte, Reibungserscheinungen und Partikeleinflüsse keine oder nur eine geringe Aus wirkung auf die Beschichtung zeigen. Dabei soll die Beschichtung die Stoßenergie und/oder die Zerstörungsenergie elastisch aufnehmen.Damage to the outer skin, for example to the fiber, occurs there within a short time composite base material of the tail unit or on the aluminum of the fuselage structure, or mostly on the organic coatings on top of them. This damage is repaired with particularly soft anti-erosion varnishes and with highly elastic rule polyurethane foils, which typically have a thickness of 0.3 mm, or also counteracted with sheet metal strips that act as cover layers on the heavily used area che be applied. The coating of the damaged areas is due to the elastic deformation of the substrate to be protected is necessary so that it acts Forces, signs of friction and particle influences no or only a small amount show effect on the coating. The coating is intended to absorb the impact energy and / or absorb the destructive energy elastically.

Die bekanntermaßen traditionell verwendeten Systeme zum Schutz der Außenhaut eines Flugzeuges sind wenig zufriedenstellend. Der Schutz durch den Erosionsanstrich auf (dem Substrat) der Außenhaut wird als ungenügend bewertet und/oder es stellen sich während des Flugbetriebes aufgrund der unterschiedlich einwirkenden Umgebungs einflüsse flächenartig Haftungsverluste ein. Die Reparatur der schadhaften Lackdefekte aufgrund mechanischer Beschädigung(en) im Erosions-Deckanstrich ist aufwendig. Das Abdecken (der Schadstellen) mit Blechstreifen beeinträchtigt das optische Aussehen, wobei es beim Aufbringen dicker Haftvermittler zu Eindellungen kommen kann. Das optische Ansehen von hochelastischen Polyurethanfolien verschlechtert sich mit zuneh mender Zeitdauer durch unschönes Vergilben, wodurch das äußere Erscheinungsbild eines Flugzeuges leidet bzw. die Möglichkeiten der Farbauswahl halten sich in Grenzen. Die Verlängerung der Standzeit der einem Substrat aufgetragenen Deckschicht wäre wünschenswert, wodurch sich anfallende Reparaturen - sowohl von Lack als auch häufig Substrat - an der Außenhaut verringern lassen.The traditionally used systems for protecting the outer skin of an airplane are unsatisfactory. Protection by erosion painting on (the substrate) the outer skin is rated as insufficient and / or put it during flight operations due to the differently acting environment influences areal loss of liability. Repair of defective paint defects due to mechanical damage (s) in the erosion topcoat is complex. The Covering (the damaged areas) with sheet metal strips affects the visual appearance, which can lead to indentations when thick adhesive agents are applied. The optical appearance of highly elastic polyurethane foils deteriorates with increasing short period of time due to unsightly yellowing, which creates the external appearance an aircraft suffers or the possibilities of color selection are limited. This would extend the service life of the top layer applied to a substrate desirable, resulting in repairs - both of paint and often substrate - let reduce on the outer skin.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schichten folge zum Schutz der Außenhaut eines Flugzeuges derart zu verbessern, daß die einem Substrat anhaftende Deckschicht wesentlich den im Flug betrieb auftretenden Ver schleißvorgängen durch Erosion entgegenwirkt bzw. dem kombiniert auftretenden Erosion-Korrosion-Verschleiß vorbeugt, wobei eine längere Standzeit der Deckschicht oder eine längere Lebensdauer des Substrats bei Aufnahme von Stoßenergie und/oder Zerstörungsenergie gegenüber traditionellen Schichtsystemen angestrebt wird. Dabei soll die Stabilität der Deckschicht durch Abstellen der bekannten Mängel verbessert werden. Accordingly, the invention has for its object a generic layers follow to protect the outer skin of an aircraft so that the one Substrate-adhering cover layer essentially the Ver occurring in flight operation counteracts wear processes by erosion or the combined occurrence Prevents erosion-corrosion wear, with a longer service life of the top layer or a longer life of the substrate when absorbing impact energy and / or Destructive energy compared to traditional layer systems is sought. Here the stability of the top layer should be improved by eliminating the known defects will.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Ansprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angege ben.This object is achieved by the measures specified in claim 1. In the Appropriate configurations of these measures are given for further claims ben.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Sie geht davon aus, daß die Verwendung von harten Deckschichten die Standzeit der Deckschicht erheblich verlängert. Der Gebrauch einer harten Deckschicht erfolgt trotz des Wissens um die Gefahr der Absplitterung bei (unvorhersehbarer) mechanischer Einwirkung durch Stäube oder andere Partikel auf die Oberfläche des Schichtenaufbaus, wobei die Unsicherheit der möglichen Absplitterung, die durch die verschiedenen Elastizitäten des Substrates, das der Außenhaut eines Flugzeuges anhaftet, und durch die ständigen mechanischen Beanspruchungen, denen die (Schichtenfolge auf der) Außenhaut im Flug betrieb unter liegt, sowie durch die Inelastizität der Deckschicht entsteht, sich in verträglichen Gren zen bewegen wird.The invention is described in more detail in an exemplary embodiment. She assumes that the use of hard cover layers significantly increases the service life of the cover layer extended. Despite the knowledge of the, a hard top layer is used Danger of splintering due to (unpredictable) mechanical effects from dust or other particles on the surface of the layer structure, the uncertainty the possible chipping caused by the different elasticities of the substrate, that adheres to the outer skin of an aircraft, and through the constant mechanical Stresses that the (layer sequence on the) outer skin in flight operation under lies, as well as arises from the inelasticity of the cover layer, in tolerable sizes zen will move.

Die Schichtenfolge umfaßt eine Deckschicht und ein Substrat, das auf der Außenhaut eines Flugzeuges haftet. Das Substrat baut sich mindestens aus einer Haftschicht auf, wobei traditionell wenigstens ein grüner, hauchdünner Schutzlack, der sogenannte Primer, auf der Außenhaut haftet. Beispielsweise wird bei Seitenleitwerk-Orginalbautei len aus Faserverbundwerkstoffen (FVW) der Primer zusätzlich mit Antistatiklack und farbgebenden Decklack beschichtet, die den Substrataufbau verkörpern.The layer sequence comprises a cover layer and a substrate, which is on the outer skin of an airplane is liable. The substrate builds up at least from an adhesive layer, traditionally at least a green, wafer-thin protective lacquer, the so-called Primer adheres to the outer skin. For example, with rudder tail original building len from fiber composite materials (FVW) the primer additionally with antistatic paint and colored topcoat, which embody the substrate structure.

Der oberen Schicht des Substrates wird ein transparenter, harter, organischer Zweikom ponentenpolymer als Deckschicht aufgebracht. Es können ebenso andere aus einem ein- oder mehrkomponentigem organischen Material bestehende Deckschichten dem Sub strat aufgebracht werden. Mit dem Einsatz eines derartigen Zweikomponentenpolymer wird eine Verbesserung der Lebensdauer der bedeckten organischen Beschichtung eintreffen, die an einer dem Steinschlagtest (mit Zinngranulat) ausgesetzten Probe, bei spielgemäß an einer mit vorgenanntem Schichtenaufbau versehenen Flügelvorderkante, in praxi sich nachweisen läßt. Dabei soll keine Optimierung der Herstellungs- und Schichtparameter, beispielsweise bezüglich der Dicke des Schichtenaufbaus, betrieben werden. Das Aufbringen der organischen Deckschicht geschieht (in der Regel) unmittel bar auf dem Substrat. Mit einer dieser Deckschicht unterlegten Adhäsivschicht auf der Substratoberfläche wird dem Haftungsversagen an der Deckschicht-Grenzfläche (pro phylaktisch) vorgebeugt. The upper layer of the substrate becomes a transparent, hard, organic two-component Component polymer applied as a top layer. Others from a single or multi-component organic material existing top layers of the sub be applied strat. With the use of such a two-component polymer will improve the life of the covered organic coating arrive at a sample exposed to the stone chip test (with tin granules) according to play on a wing leading edge provided with the aforementioned layer structure, can be demonstrated in practice. No optimization of manufacturing and Layer parameters operated, for example with respect to the thickness of the layer structure will. The organic top layer is applied (usually) immediately bar on the substrate. With an adhesive layer underlaid on this top layer Substrate surface is the adhesion failure at the top layer interface (per preventive).

Die aus einem organischen Material eingesetzten Deckschichten lassen sich duktil verarbeiten, so daß sich das Aufbringen auf das Substrat vereinfacht. Ihre Ritzhärte liegt bei größer 100 N, wodurch (gegenüber traditionell im Flugzeugbau eingesetzten Deckschichten) die Standzeit der Deckschicht verlängert bzw. die Lebensdauer des Sub strats wächst. Die organische Deckschicht haftet auf der Substratoberfläche mit einer Dicke, die im Bereich zwischen 50 µm und 200 µm liegt. Sie ist dem Substrat ein- oder mehrlagig aufgetragen und weist einen ungefärbten Zustand auf. Dadurch entfällt der (traditionell nachteilige) Einfluß der Farbe des Substrates auf das farbliche Aussehen der der Deckschicht. Mit der transparente Ausführung der organischen Deckschicht kann die Farbauswahl auf dem bedeckten Substrat unabhängig von der Deckschicht getrof fen werden. Das Vergilben der solchermaßen eingesetzten Deckschicht wird durch ihr zugesetzte UV-Stabilisatoren verhindert.The cover layers made of an organic material can be ductile process so that the application to the substrate is simplified. Your scratch hardness is greater than 100 N, which (compared to traditionally used in aircraft construction Cover layers) extends the service life of the cover layer or the service life of the sub strats is growing. The organic cover layer adheres to the substrate surface with a Thickness that ranges between 50 µm and 200 µm. It is on or the substrate applied in multiple layers and has an undyed state. This eliminates the (traditionally disadvantageous) influence of the color of the substrate on the color appearance of the the top layer. With the transparent design of the organic top layer the color selection on the covered substrate was made independently of the top layer be opened. The yellowing of the top layer used in this way is caused by it added UV stabilizers prevented.

Grundsätzlich besteht gleichermaßen die Möglichkeit, das Substrat mit einer harte Deckschicht aus anorganisch aufgebautem Material zu beschichten. Im Anwendungsfall eignen sich dafür Stoffsorten, nach denen sich die Deckschicht aus Silizium-Oxiden und/oder Silizium-Oxicarbiden oder Silizium-Oxinitriden und/oder kohlenstoffhaltigen Schichten zusammensetzt.Basically, there is also the possibility of using a hard substrate To coat the top layer of an inorganic material. In use are suitable types of material, according to which the top layer consists of silicon oxides and / or Silicon oxicarbides or silicon oxynitrides and / or carbon-containing Layers.

Die Verwendung der vorbeschriebenen Deckschicht(en) geschieht primär deshalb, um einen ausreichenden Erosionsschutz der Außenhaut eines Flugzeuges zu erreichen. Dabei bezieht sich die Maßnahme nicht nur auf die Bereiche der besonderen mechani schen Belastungen, denen die Primärstrukturen eines Flugzeuges, wie beispielsweise die Vorderkantenbereiche des Leitwerkes und der Tragflügel bzw. die Nasenbereiche der Triebwerksgondeln und des Vorderrumpfes, unterliegen.The use of the cover layer (s) described above is primarily to to achieve adequate protection against erosion of the outer skin of an aircraft. The measure does not only refer to the areas of special mechani loads that the primary structures of an aircraft, such as the Front edge areas of the tail unit and the wing or the nose areas of the Engine nacelles and the front fuselage.

Claims

1. Layer sequence for protecting the outer skin of an aircraft, which comprises a cover layer and a substrate which is built up from at least one adhesive layer and which surrounds the outer skin, characterized in that the cover layer is hard and ductile, which has a scratch hardness of greater than 100 N has that the cover layer with a thickness in the range between 50 microns and 200 microns is placed on the substrate surface.

2. Layer sequence according to claim 1, characterized in that the Cover layer adheres directly to the substrate surface and with at least a layer is applied.

3. Layer sequence according to claim 1, characterized in that the top layer consists of a single or multi-component, organic Composing material that is essentially transparent and has an undyed state.

4. Layer sequence according to claim 3, characterized in that the Cover layer is designed as an organic two-component polymer.

5. Layer sequence according to claim 3, characterized in that UV stabilizers are added to the top layer, which yellowing the deck prevent shift.

6. Layer sequence according to claim 1, characterized in that the Cover layer with an underlying adhesive layer on the substrate surface is liable.

7. Layer sequence according to claim 1, characterized in that the top layer is composed of an inorganic material sets that of Si oxides and / or Si oxycarbides or Si oxynitrides and / or carbon-containing layers is built up.