DE69307798T2

DE69307798T2 - Blitzschutzschild

Info

Publication number: DE69307798T2
Application number: DE69307798T
Authority: DE
Inventors: Christophe Domine
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2013-07-22
Also published as: DE69307798D1; GB9215827D0; EP0580417B1; ES2097451T3; US5499782A; EP0580417A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Blitzschutz und insbesondere auf ein faserverstärktes Plastiklaminat, das einen solchen Blitzschutz bildet, und auf eine aerodynamische Außenwand eines Flugzeugs, die ein solches Laminat aufweist.
Es ist bekannt, zum Schutz gegen Blitzeinschläge für Brennstoff, elektrische Ausrüstung und Kabelbäume, die in einem festen Vorderkantenaufbau eines Flugzeugtragflügels untergebracht sind, nicht-leitende Felder an der Außenwand anzubringen, beispielsweise aus faserverstärkten Plastikmaterialien, wobei eine Schicht aus einem metallischen Maschenmaterial, beispielsweise einem gestreckten Aluminiumgeflecht, auf einer äußeren Oberfläche des Feldes der Außenhaut aufgebracht wird, um als Blitzabschirmung zu wirken. Ein derartiges Geflecht leitet einen Blitzeinschlag längs der Oberfläche des Außenhautfeldes auf einen Stromverteilungspfad innerhalb des Flugzeugs, gewöhnlich über die Befestigungsmittel der Haut des Flugzeugs, die aus leitendem Material bestehen.
Ein Nachteil einer solchen Anordnung besteht bei der Benutzung auf aerodynamischen Oberflächen darin, daß zur Erzielung eines ausreichenden elektrischen Kontaktes mit dem Maschengeflecht über die Befestigungsmittel notwendigerweise Unterlegscheiben großen Durchmessers auf der Oberfläche der Flugzeughaut angeordnet werden müssen, um eine genügend große Kontaktfläche zu erzeugen. Diese Unterlegscheiben beeinträchtigen die aerodynamische Strömung über der Außenwand des Flugzeugs, und außerdem ist das Anbringen der Unterlegscheiben zeitaufwendig und erfordert geschulte Kräfte, um das Plastikmaterial so zu behandeln, daß das Maschengeflecht elektrisch zufriedenstellend kontaktiert wird.
Eine ähnliche Anordnung ist in der EP-A-0 248 122 beschrieben. Darin ist ein gelochtes Metallmaterial in einer Matrix aus einer äußeren Lage der Außenwand eingebettet und liegt außerhalb von Verstärkungsgraphitfasern, was ähnliche Nachteile, wie sie oben erwähnt wurden, ergibt.
Es ist auch bekannt, eine leitfähige Schicht innerhalb eines Plastiklaminats einzubetten, um eine elektrische Abschirmung zu erzeugen. Beispiele hiervon sind in der EP-A-0 318 839, der FR-A-2 582 987 und in der DE-A-3 608 938 beschrieben. Ein Nachteil der in der EP-Veröffentlichung beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die leitfähige Schicht unter wenigstens drei Laminaten zu liegen kommt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, daß der Blitzeinschlag eine größere Beschädigung herbeiführt, und weitere Kosten und Aufwendungen getroffen werden müssen, um den beschädigten Aufbau zu reparieren. Die DE-Veröffentlichung unterscheidet sich von der vorliegenden Anordnung dadurch, daß sie keine Laminatkonstruktion beschreibt. Die FR-Veröffentlichung beschreibt ein Laminat mit nur zwei Schichten, jedoch ist der Anspruch 1 gegenüber dieser Veröffentlichung abgegrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blitzschutz für nicht-leitfähige Laminate der beschriebenen Art zu schaffen, wodurch die Nachteile des bekannten Standes der Technik überwunden werden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Blitzschutz vorgesehen, der ein faserverstärktes Plastiklaminat mit einer Reihe von Laminaten aus faserverstärktem Material aufweist, die durch ein Matrixmaterial aus Plastik zusammengehalten werden. Dieser Blitzschutz ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material zwischen eine äußere Schicht und die nächst benachbarte Schicht gefügt ist, daß der Blitzschutz wenigstens eine versenkte Öffnung in der äußeren Schicht aufweist, daß die wenigstens eine Öffnung teilweise durch die Versenkung definiert ist, die einen Randbereich aus einer Schicht elektrisch leitfähigen Materials freilegt, um eine Berührung mit einem Befestigungsmittel zu bewirken, welches durch die Öffnung geführt ist.
Demgemäß wird ein Blitzschutz für die Ausrüstung geschaffen, die von dem Laminat eingeschlossen ist, wodurch die Gefahr der Schichtentrennung des Laminats unter der Schicht aus elektrisch leitfähigem Material vermindert wird.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung ist ein fester Vorderkantenaufbau für einen Flugzeugtragflügel vorgesehen, und dieser Aufbau ist am Vorderholm des Tragflügels befestigbar und weist einen Hilfsholm auf, der nach vorn eine aerodynamische Profilwand mit D-förmiger Vorderseite und nach hinten obere und untere Vorderkantenwände aufweist, wobei wenigstens eine der Wände einen Blitzschutz gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung aufweist.
So wird die elektrische Ausrüstung und die Verdrahtung innerhalb des Aufbaus gegenüber Blitzschlag durch das Laminat oder die Laminate gemäß der Erfindung geschützt.
Die Abschirmung oder jede Abschirmung kann elektrisch mit dem Aufbau über eine Reihe von Befestigungsgliedern aus leitfähigem Material verbunden sein, die durch die Versenklöcher im Laminat geführt sind, wobei jedes Senkloch einen Randbereich der Schicht aus elektrisch leitfähigem Material aufweist, um einen elektrischen Kontakt mit dem Befestigungsglied herzustellen. So wird die elektrische Verbindung erreicht, ohne die Luftströmung zu stören. Ein Versenklochwinkel von etwa 100 Grad hat sich als zweckmäßig erwiesen.
Die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material kann ein metallisches Geflecht sein, welches aus Aluminium besteht und eine Dichte von etwa 78 g pro Quadratmeter Geflecht aufweist.
Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung ist ein Flugzeugtragflügel vorgesehen, der ein Flügelkastenprofil und einen Hinterkantenaufbau hinter dem Kastenprofil und einen festen Vorderrandaufbau gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung besitzt, der vor dem Kastenaufbau des Tragflügels befindlich ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Flugzeugtragflügels gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht des festen Vorderkantenaufbaus gemäß der Erfindung, und
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III gemäß Fig. 2 in größerem Maßstab.
Ein Flugzeugtragflügel 1 weist ein Tragflügelkastenprofil 2 mit einem Frontholm 3, einem rückwärtigen Holm 4 und obere und untere das Profil bildende Außenwände 5, 6 auf.
Das Kastenprofil 2 trägt hinter dem rückwärtigen Holm 4 einen Hinterkantenaufbau 7, der obere und untere Hinterkantenverkleidungswände 8, 9, einen Spoiler 10 und eine Klappe 11 aufweist.
Der Frontholm 3 trägt nach vorn gerichtet einen festen Vorderkantenaufbau 12, bestehend aus einer Außenwand 13 mit D-förmigem aerodynamischem Profil sowie obere und untere Vorderrandaußenwände 14, 15 sowie einen Hilfsholm 16. Der Hilfsholm 16 ist am Frontholm 3 durch obere und untere Vorderrandaußenwände 14, 15 und durch mehrere in Spannrichtung im Abstand zueinander verlaufende Rippen 17 festgelegt.
Der Tragflügel 1 trägt eine Vorderkantenauftriebserhöhung in Gestalt eines Vorflügels 18.
In Fig. 2 ist ein fester Vorderkantenaufbau 12 im Vertikalschnitt in Spannrichtung betrachtet ersichtlich. Der Aufbau umfaßt drei Außenwände, nämlich eine im Profil D-förmige aerodynamische Nasenwand 13, eine obere Vorderkantenwand 14 und eine untere Vorderkantenwand 15. Alle diese drei Wände bestehen aus faserverstärkten Verbundkörpern, wobei die D-förmige Nasenwand 13 und die obere Vorderkantenwand 14 eine Schicht aus einem Aluminiumnetz 19, 20 aufweist, die jeweils zwischen einer äußeren oder einer Schichtoberfläche 21 und der am nächsten benachbarten Schicht 22 liegen (Fig. 3).
Die Wände 13, 14 und 15 sind sämtlich an einem Hilfsholm montiert, der in Spannrichtung des Tragflügels 1 verläuft. Der Hilfsholm 16 besitzt einen Hauptteil 24 aus faserverstärktem Plastikmaterial und einen oberen Träger 25, der wiederum aus faserverstärktem Plastikmaterial besteht und eine Schicht einer leitfähigen Folie 26 aufweist, die auf dessen innerer Oberfläche 27 aufgebracht ist. Ein Abstandshalter 28 ist zwischen einen unteren Träger 29 des Hilfsholms 16 und die D-förmige Nasenwand 13 gefügt. Der Hauptabschnitt 24 des Hilfsholms 16 besitzt außerdem eine Schicht aus leitfähiger Folie 30, die sich längs des unteren Trägers 29 erstreckt.
Die Wände 13, 14, 15 und der Hilfsholm 16 werden durch Befestigungsglieder in Gestalt von Bolzen 31, 32, 33 zusammengehalten. Ein Bolzenloch 34 (siehe Fig. 3) empfängt einen weiteren (nicht dargestellten) Bolzen, um die D-förmige Nasenwand 13 am Hilfsholm 16 und einem metallischen Arm 35 festzulegen, der zusammen mit zahlreichen anderen, im Abstand in Spannrichtung zueinander angeordneten weiteren Armen im Tragflügel angeordnet ist.
Ein leitfähiger Pfad für einen Blitz, der auf die D-förmige Nasenwand 13 oder die obere Vorderrandwand 14 auftrifft, verläuft durch die Schichten des Maschengewebes 19, 20 in die Haltebolzen 31 und über deren Muttern 36 in jeden Metallarm 35 und dann längs der Folienschicht 26 nach einem sicheren leitfähigen Pfad für den Blitzstrom innerhalb des Flugzeugs.
Versuche haben gezeigt, daß ein Blitzeinschlag auf den faserverstärkten Wänden 13, 14 unwahrscheinlich ist, außer an den Befestigungspunkten mit dem Hilfsholm 16 über die Bolzen. Nichtsdestoweniger kann ein solcher Blitzschutz für die faserverstärkten Wände erforderlich sein, um die Ausrüstung zu schützen, die innerhalb dieser Wände angeordnet ist, und wenn ein Blitzeinschlag auf einer solchen faserverstärkten Wand im Versuch auftrat, indem eine tiefe Kerbe in der obersten Schicht 21 der Wand angebracht wurde, um das Metall des Geflechtes freizulegen, dann ergab sich eine zufriedenstellende Stromleitung in den sicheren Verteilungspfad innerhalb des Flugzeugaufbaus hinein. Der simulierte Blitzeinschlag erzeugte im Versuch nur eine lokale Schichtentrennung der Schichten 21, 22, zwischen denen das Metallgeflecht angeordnet war, und es ergab sich kein Eindringen in die Wand. In der Praxis bildet das äußere Laminat eine Isolierschicht, um einen Blitzeinschlag zu verhindern, was in Kombination mit der Nähe der Verbundwände mit den Metallkomponenten einen Blitzeinschlag am Tragflügel auf die Verbundwände unwahrscheinlich macht, wobei jedoch der Blitzschutz, der durch die erfindungsgemäße Anordnung geschaffen wurde, sich als in jeder Weise zufriedenstellend erwies.
Einer der Gründe der Anordnung der Schicht aus Metallmaschengeflecht 19, 20 mit einer Schicht unterhalb der Oberfläche besteht darin, einen optimalen Berührungsbereich zwischen dem metallischen Maschengeflecht und einem leitfähigen Bolzen oder einem Befestigungsglied zu schaffen, welches die Wände an Ort und Stelle festhält.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß je größer der Durchmesser der benutzten Berührungsfläche 37 ist, desto größer die Zahl der Stränge des Maschengewebes 19 ist, die das Befestigungsglied kontaktieren. Fig. 2 zeigt jede Wand 13, 14, 15 mit einer Versenkbohrung 38 ausgerüstet, die einen konischen Bolzenkopf 39 aufnimmt. Durch Festziehen der Mutter 36 wird der Bolzenkopf 39 gegen die konische Versenkfläche 38 des Loches 34 gezogen, und hierdurch wird eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Bolzen 31 und den Strängen des Fasermetallgeflechts 19 erreicht. Die Wirkung der versenkten Ausbildung des Loches 34 mit einem (nicht dargestellten) Versenkwerkzeug führt dazu, die Stränge des Maschengewebes 19 von den Schichten 21, 22 an die Oberfläche der Versenkung 38 zu ziehen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Hierdurch wird die verfügbare Kontaktberührungsfläche zwischen dem Bolzen 31 und jedem Strang des metallischen Maschenmaterials 19 vergrößert.
Dadurch, daß die Maschenschicht gemäß der Erfindung plaziert wird, verhindert man einen Blitzeinschlag auf der Wand, und in Kombination mit den Versenkbohrungen der Befestigungsglieder wird eine gute elektrische Kontaktverbundung zwischen dem Maschengewebe und den Befestigungsgliedern gewährleistet, wobei gleichzeitig die Luftströmung behindernde Vorsprünge auf den aerodynamischen Oberflächen vermieden werden.

Claims

1. Blitzschutz, bestehend aus einem faserverstärkten Plastiklaminat (13, 14), welches mehrere Schichten (21, 22) aus faserverstärktem Material aufweist, die durch ein Plastikmatrixmaterial miteinander verbunden sind, wobei eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material (19) zwischen eine äußere Schicht (21) und die nächst benachbarte Schicht (22) eingelegt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Blitzschutz wenigstens ein durchgehendes Versenkloch (34) aufweist und daß das wenigstens eine Versenkloch teilweise durch eine konische Versenkung (38) gebildet ist, die einen Randbereich der Schicht aus elektrisch leitfähigem Material (19) freilegt, damit diese in Kontaktberührung mit einem Befestigungsglied (31, 32, 33) gelangt, welches durch das Loch hindurchgeführt wird.

2. Blitzschutz nach Anspruch 1, bei welchem der Versenklochwinkel im wesentlichen 100 Grad beträgt.

3. Blitzschutz nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material ein Maschengeflecht (19) aufweist.

4. Blitzschutz nach Anspruch 3, bei welchem das Maschengeflecht aus Aluminium besteht und eine Dichte von im wesentlichen 78 g pro Quadratmeter besitzt.

5. Fester Vorderkantenaufbau (12) für einen Flugzeugtragflügel, wobei der Aufbau an einem Frontholm (3) des Flügels befestigbar ist und einen Hilfsholm (16) aufweist, der eine D-förmige aerodynamische Nasenprofilwand (13) nach vorn gerichtet trägt, wobei obere und untere Vorderkantenwände (14, 15) vom Hilfsholm nach hinten vorstehen und wenigstens eine der Wände (13, 14, 15) einen Blitzschutz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

6. Flugzeugtragflügel mit einem Tragflügelkastenprofilholm (2), einem Hinterkantenaufbau (7), der hinter dem kastenförmigen Holm (2) liegt, und mit einem festen Vorderkantenaufbau (12) gemäß Anspruch 5, der vor dem kastenförmigen Profilholm liegt.