JP5089592B2 - 落雷保護用の銅グリッド修復技術 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、航空機を落雷から保護する技術、より詳細には、航空機の複合スキンパネルにおける銅グリッドの修復技術に関する。

炭素繊維の複合材として知られる炭素繊維強化プラスチック（「ＣＦＲＰ」）を構成部材に使用することが、民間航空機で増えている。これは、従来のアルミニウム構成体に比べて、高い強度と重量との比、並びに、スチフネスと重量との比が、炭素繊維の複合により可能にされたためである。

航空機への落雷により、代表的に１００，０００ａｍｐｓのオーダーであり得る高い電流が、航空機のフレームに流れる。アルミニウムよりも約２０００倍の抵抗を有する炭素繊維の複合構成体においては、炭素繊維のプライは、非常に高い抵抗を有する導体として機能し、また、プライ間の樹脂が、炭素繊維の複合材への落雷がプライ構成体全体に渡って増加する電位差を形成する高静電性の誘電体層として機能する。しかし、電流を放出するための有効な導電パスは形成されていない。従って、電流は、スキンパネルと航空機の下部構造との間の留め具に集中しがちであり、これは、留め具が、補強のために、高導電性の合金で一般に形成されているためである。雷のエネルギーが、十分に早い速度で分散され得ないとき、アーク放電や危険な火花が生じ得る。

これは、大きな問題であり、特に、前記下部構造が、燃料タンクの壁部である場合には、アーク放電が、火花、溶融材料、並びに熱ガスを燃料タンク中に放出するという非常に危険なリスクを抱えている。

非金属構造体への落雷の影響を減じる１つの知られた方法は、フレーム溶射若しくはめっきにより、アルミニウムのような導電層をスキンパネルの外面に形成することである。このフレーム溶射若しくはめっきに関連した問題は、これらフレーム溶射やめっきが、すでに組み合わされた構造体に導電性の層を形成するのに用いられる二次動作を要することである。更に、これら処理の一方を使用して十分な電気的結合を達成することは、難しい。保護用の導電層は、また、組み合わされた構造体に強度を与えることなく、質量を増加し、環境損傷に対して脆弱であり、また、保全が困難である。かくして、このような処理の形成並びにメンテナンスは、明らかに費用がかかる。

非金属面への落雷の影響を減じる他の知られた方法は、スキンパネルの外面に導電性の織物のスクリーン、即ちフォイルを導入することである。しかし、織物のスクリーン、即ちフォイルの使用は、非金属構造体が、非構造重量を更に加える腐食を防止するように、炭素層を金属から電気的に絶縁する炭素からなっているとき、ガラス繊維の更なるプライの使用を必要とする。

更なる他の方法は、例えば米国特許第４，８９１，７３２号に開示されているような留め具の種々の特別な設計を用いる方法である。この特許文献に開示されている留め具は、スキンパネルの表面内にこれと密着した状態で埋設されるための傾斜ヘッドと、留め具を所定の位置に取着するためのナットとを使用している。このナットは、アーク放電が生じないように基部に電流を安全に伝達するように設計されている。再び、アーク放電の問題に関連したこの方法は、特別な留め具のデザインが必要とされるために、費用がかかる。

燃料システムを落雷から保護するための更に他の知られた方法が、Pridhamらによる米国特許第５，８４５,８７２号に開示され、この内容は参照により本明細書に組み込まれる。この特許文献は、以下の工程を含む、航空機用の外側の複合スキンを内側下部構造体に取着するための方法を開示している。この方法は、導電層を外側の複合スキンの外面内に組み込むかこの外面に形成する工程と、導電層並びに外側の複合スキンと内側下部構造体とを通してボルトを挿入する工程と、内側下部構造体の内面に直接若しくは間接的に係合するナットによりボルトを取着する工程と、ボルトのヘッド全体に渡って絶縁材料を形成する工程とを含んでいる。Pridhamらによる方法は、燃料システムを落雷から効果的に保護するが、提案されたシステムは、落雷の後、若しくは、他の機械的損傷の後に、銅グリッドのシステムを修復する必要性に対処していない。かくして、導電層の電気的導通が、落雷からの適切な保護を形成するように、再確立されなければならない。

かくして、落雷保護システムの整合性を維持して、落雷の電流を燃料タンクの下部構造体から逸らすのを助けるために、落雷からの保護のために銅箔を留め具の列に沿って使用し、落雷若しくは幾つかのタイプの機械的事故により破損された、航空機の外側の複合スキンを修復するための安価で強固な技術の必要性がある。

本発明は、導電層、好ましくは銅箔のストリップからできた以下のような銅箔グリッドの電気的導通を再確立するための方法を提供する。この銅箔グリッドは、留め具のラインに沿って航空機の複合ウィングに位置された留め具に結合並びに整合され、機械的な事故若しくは落雷により破損されている。本発明は、導電層の破損部分を交換するために、銅のパッチと特別な接着材とを使用する。

好ましい一実施形態では、修復は、最初に、下側の複合スキンに開口を形成するように、所定の面（ペイント層、プライマー層、ガラス繊維層）と、導電層の一部とを除去することにより、果たされる。破損部のすぐ近くのエリアの留め具も、また、除去される。不支持形式のフィルム状接着材と銅箔ストリップとからなる銅のパッチが、開口が形成された複合スキンに結合され硬化される。樹脂が含浸されたガラス繊維の1つのプライが、銅のパッチの表面を覆うように湿式で配置され硬化される。ホールが、硬化されたガラス繊維のプライと銅のパッチとの中に形成され、留め具が、再び導入される。これにより、留め具は、下側の複合スキンと銅箔とに再結合されることができる。プライマーとペイントとが、修復を完了するように、ガラス繊維上に再び与えられ硬化される。

他の好ましい実施形態では、修復は、下側の複合スキンに開口を形成するように、最初に、所定の面（ペイント層、プライマー層、ガラス繊維層）と導電層とを除去することにより、果たされる。破損エリアのすぐ近くのエリアの留め具も、また、除去される。不支持形式の接着フィルムと銅箔ストリップとからなる銅のパッチが、接着材が銅箔ストリップと下側の複合スキンとの間に狭持されるように、開口中に配置される。ガラス繊維のプリプレグ材の1つのプライが、銅のパッチを覆うように形成される。このプリプレグ材とフィルム状接着材とは、熱と圧力とを受けて単一の工程で同時に硬化されることが好ましいが、代わって、形成された後に個々に硬化されても良い。ホールが、ガラス繊維層と銅のパッチとを貫通するように形成され、留め具が、再び導入される。これにより、留め具は、下側の複合スキンと銅のパッチとに再び結合されることができる。プライマーとペイントとが、修復を完了するように、ガラス繊維のプリプレグ上に再び与えられ硬化される。

上述された好ましい実施形態の技術は、比較的シンプルであり、すでに運用された民間航空機を迅速かつ低コストで修復するのに有効である。この修復は、また、銅箔により形成された低い平行のパスの抵抗のために、互いに隣接した留め具に電流を分散させることにより、所定の留め具での低い電流密度を維持する。このような修復により、民間航空機は、最小の時間と費用とで、迅速に運行を再開することが可能である。

本発明の他の特徴、利点、並びに効果は、添付の図面並びに添付の請求項を参照した本発明の以下の説明から明らかである。

図１並びに図２には、燃料タンクの壁部を有する内側下部構造体１６、即ちスパー１６に、航空機構成体のスキンパネル１４を取着する複数の留め具１２を示している、民間航空機のウィング構成体１０の一部の斜視図と断面図とが、それぞれ示されている。

前記スキンパネル１４とスパー１６とは、本分野で良く知られる通常の方法により形成された、軽量、高強度並びに高スチフネスの炭素繊維複合材でできている。例えば、好ましい一形態では、このスキンパネル１４は、航空機特性の、マシンでレイアップされた構造性の炭素繊維/エポキシのテープからなる３４のプライから形成され、これらプライは、５０/４０/１０の方向(orientation)に配設され、約０．２５１６インチ（０．６３９０６４ｃｍ）の全厚を有している。一方、スパー１６は、航空機特性の構造性の炭素繊維/エポキシのテープの手動のレイアップ形式の４４のプライから構成されている。これらプライは、２５/５０/２５のレイアップで配設され、約０．３２５６インチ（０．８２７０２４ｃｍ）の全厚を有している。このスキンパネル１４とスパー１６とは、導入の前に、工具並びにバッグ側に与えられる。

前記留め具１２は、チタンのような金属で形成され、ボルト１８、好ましくは予め負荷がかかったシャー(preload shear)を備えたハイロックボルト(Hi-Lok)（即ち、例えばロックボルト(Lockbolt)、エディボルト(Eddiebolt)、又はスリーブ・ロックボルト(Sleeved Lockbolt)）を有している。このボルトは、傾斜されたヘッド（スキンパネル１４内に対応して成形された開口部２２中に埋設されている）２０と、スパー１６に係合した金属ナット２６により取着されるスキンパネル１４とスパー１６とを貫通したシャンク（１００度のシャーヘッドを有した０．２５インチ(０．６３５ｃｍ)の直径のベア(bare)・チタン）２４とを有している。シーラント（図示されず）が、スパー１６並びにスキンパネル１４中に導入される前に、シャンク２４に導入されている。約２ミル(０．００５０８ｃｍ)の厚さのシーム２８、好ましくは絶縁シームが、スキンパネル１４の厚さの差を補うフィラーとして、スキンパネル１４とスパー１６との間に狭持されている。このシーム２８は、取着(fay)シーラント３０を使用して、パネル１４と、スパー１６とにシールされている。

前記留め具１２は、また、導電層、好ましくは複数のストリップ３３の形態の銅箔のグリッド３２と、ガラス繊維のプライ層３４とを、スキンパネル１４にそれぞれ取着している。従って、このグリッド３２は、スキン１４の一体部分と考えられる。航空機のウィング構成体１０には、１つ以上のプライマーコート（単層のプライマー３６として図示されている）が、ガラス繊維のプライ層３４と、グリッド３２の外面と同一平面上の留め具１２のヘッド２０との両方をカバーするように、スキンパネル１４の外面全体に渡ってコーティングされている。そして、ペイントの１つ以上の層４２が、プライマー３６の外面全体に渡って形成されている。

前記銅箔のグリッド３２の各ストリップ３３は、Gould Electronics, Inc. of Chandler, Arizonaにより製造されたIPC-4562/CU-E-2-2-D-Sの銅箔のような、厚さ０．００２７インチ（０．００６８５８ｃｍ）の２オンス/ｆｔ^２の銅箔である。これらストリップ３３は、各々がそれぞれの留め具のライン３５に沿って個々に中央に配置され、単一の留め具１２のために約３．６インチ（９．１４４ｃｍ）の幅を有している。図示されていないが、これらストリップ３３は、スパー１６とスキンパネル１４とに沿って、それぞれの相対位置に応じて互いにオーバーラップしても良い。銅箔のグリッド３２は、安全性のある導電パスが、使用時に落雷によりもたらされる多くの電流を留め具のライン３５に沿って留め具１２の各々から逸らすのを確実にするように、IPC-4562のグレードの仕様に適合若しくはこれを超える十分な導電性を有している。

前記ガラス繊維のプライ層３４は、様式１２０のＥガラス(Style 120 E-glass)と、華氏２５０（摂氏１２１．１１）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂とで形成されたエポキシ−プリプレグ(epoxy-prepreg)材であることが好ましい。代わって、華氏２５０（摂氏１２１．１１）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂への同様のガラス織物（Ｅガラス、様式１０８）の湿式の積層(wet lay-up)が、使用されても良い。

前記プライマー３６は、通常の熱硬化性エポキシを基礎にした燃料タンク用のプライマーで構成されており、このプライマーは、航空産業の当業者に良く知られている。このプライマー３６には、１つ以上のコートが、約０．５ないし０．９ミル（０．０１２７ないし０．０２２８６ｃｍ）の厚さの乾燥したフィルムに形成されている。このプライマー３６は、皮膜用のペイント層４２が形成される前に、約４時間、空気乾燥される。

前記ペイント層、即ち層４２は、航空産業の当業者に良く知られた通常の航空グレードのポリウレタンエナメルであることが好ましい。このポリウレタンエナメルは、乾燥時の厚さ(dry thickness)が約２ミル＋/−０．１（０．００５０８＋/−０．００２５４ｃｍ）である単層として、予め乾燥されたプライマー３６全体に渡って形成されることが好ましい。プライマー３６の形成から４８時間を越える時間が経過した場合、ペイント４２を与える前に、プライマー３６の表面をイソプロピルアルコールのような溶媒でぬぐうことにより、この表面を再活性させる必要がある。このペイント４２は、完全な硬化を確実にするように、約４時間ないし７日間、空気乾燥される。

しかし、落雷の後、若しくは、幾つかの他のタイプの機械的な事故のために、前記銅箔のグリッド３２の１つ以上のストリップ３３並びに/若しくは１つ以上の留め具１２は、安全性のある導電性のパスが、電流を留め具１２から、また、ウィング構成体１０の表面に沿って下側の燃料タンクの下部構造体から逸らすように確立されることができないように、破損されるかもしれない。図３に示されているような破損エリア５０は、航空機の次の使用の前に、修復されなければならない。破損エリア５０を修復するための好ましい２つの方法が、以下に提案される。これら方法の各々は、銅箔のグリッド３２の銅箔ストリップ３３のいずれかの破損エリア５０を除去若しくは修復し、銅パッチ５３をこの破損エリアの場所に導入する。このことは、図４並びに６の論理的なフローチャートにそれぞれ示されている。従って、図４並びに６の論理的なフローチャートを使用して結果的に修復された構成体は、図５並びに７にそれぞれ示されている。

本発明の好ましい一方法を示している図４において、工程１００の開始により、ペイント層４２とプライマー層３６とが、最初に、ウィング構成体１０の破損エリア５０と、この破損エリアから径方向に最低でも２インチ（５．０８ｃｍ）のエリアとから、１５０グリットの、即ち比較的細かい研磨材により除去される。この研磨材は、ペイント４２とプライマー３６との全てが、下側のガラス繊維の層３４に影響を与えることなく除去されることを、確実にする。

次に、工程１１０で、複合プライのガラス繊維の層３４が、サンダー処理により除去される。この処理では、低温若しくは高温の圧力テープが、最初に、サンダー処理されるエリアの外形に沿って配設される。次に、サンダー処理が、様々なグリットのサンドペーパーと、ダイヤモンド若しくはカーバイド切断用のホイールとを使用して、手動若しくは機械的に果たされる。このサンダー処理は、破損の構造とその位置とに応じて、円形、楕円形、若しくは半円形のパターンで行われる。そして、このエリアは、２４０グリットの、即ち比較的細かいサンドペーパーにより、仕上げのサンダー処理がなされる。そして、残ったガラス繊維のプライ３４が、露出され、溶媒洗浄される。そして、サンダー処理がなされたエリアは、拭われて乾燥状態にされる。

次に、工程１２０で、１つ若しくは複数のストリップ３３のなかから破損された銅が、下側の炭素繊維のスキン１４を傷つけることなく、慎重に除去される。簡略のために、図３には、破損された１つのストリップ３３が、示されている。破損されたストリップ３３のなかから破損を受けなかった銅箔３３Ｂは、その位置で、修復エリア５４を囲むように炭素繊維のスキン１４の上面に保持される。

工程１３０で、留め具１２が、破損エリア５０のすぐそばのエリアで除去され、留め具用のホール１３をあけたままにしておく。尚、これら留め具１２は、落雷若しくは機械的な事故により、破損されたかもしれないし、破損されなかったかもしれない。これら留め具用のホール１３には、１／４インチ（０．６３５ｃｍ）のポリテトラフルオロエチレンのプラグが挿入される。ミルドグラスと、華氏１５０（摂氏５４．４４）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂とが、留め具用のホール１３の周りで皿穴を充填するように、プラグの周りに導入される。十分な温度の局部的な熱が、このエポキシ樹脂を硬化させるように、留め具用のホール１３近くに加えられる。

次に、工程１４０で、新品の銅箔の一部分５２が、修復エリア５４を囲んでいる下側の残りの銅箔ストリップ３３Ｂの外形部５８を覆う重なり部分５６と修復エリア５４とに適合するように、切断される。代表的に、この重なり部分５６は、０．５ないし１インチ（１．２７ないし２．５４ｃｍ）である。この銅箔部分５２は、もとの銅ストリップ３３（好ましくは、Gould IPC-４５６２/Cu-E-２-２-D-S-２（厚さ０．００２７インチ（０．００６８５８ｃｍ）、２オンス））と同じ材料並びに厚さで形成される。この銅箔部分５２は、銅箔部分５２が、次に、エポキシのフィルム状接着材６０に接着される準備のために、ソプロピルアルコールにより洗浄される。

工程１５０で、エポキシのフィルム状接着材６０が、銅パッチ５３を形成するように、前記銅箔部分５２と同じサイズに切断され、銅箔５２の下面に結合される。このエポキシのフィルム状接着材６０は、使用される材料の支持を必要としない(no carrier)ことを意味する不支持形式(unsupported)の接着材料である。好ましくは、このエポキシのフィルム状接着材６０は、約０．００５インチ（０．０１２７ｃｍ）の厚さと、１平方フット当り約０．０３０ポンド（０．０１３６２ｇ）の公称重量とを有する。好ましい不支持形式の別のエポキシのフィルム状接着材６０の１つは、FM300-2U、即ちCytec Engineered Materials of West Patterson, New Jerseyから利用可能な華氏２５０（摂氏１２１．１１）度で硬化する熱硬化性エポキシの接着材である。

別の実施形態では、華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシのフィルム状接着材６０が、使用され得る。このような華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシのフィルム状接着材６０は、Minnesota Mining & Manufacturing(3M) of St. Paul, Minnestotaから利用可能なAF555 Grade 15Uである。

工程１６０で、前記銅パッチ５３が、フィルム状接着材６０が、下側のスキン１４をカバーし、残った銅ストリップ３３Ｂの外形部５８の一部をオーバーラップするように、また、銅箔部分５２が、このフィルム状接着材６０全体をカバーするように、修復エリア５４に導入される。代表的に、この導入は、最初に、スキン１４を覆うようにフィルム状接着材６０を導入して残ったストリップ３３Ｂをオーバーラップし、次に、このフィルム状接着材６０上に銅箔部分５２を導入することにより、果たされる。代わって、フィルム状接着材６０が、最初に、パッチ５３を形成するように銅箔部分５２に結合され、これに続いて、パッチが、単一ユニットとして、接着材６０側がスキン１４に接触するようにスキン１４上に導入されても良い。

工程１７０において、図５に最良に示されているように、前記銅箔部分５２が、銅箔部分５２、即ち銅ストリップ３３Ｂの外形部５８と、下側のスキン１４とに対して、フィルム状接着材６０のエポキシ成分を硬化させることにより、重なり部分５６の修復エリア５４を覆うように、残りの下側の銅ストリップ３３Ｂに結合される。華氏２５０（摂氏１２１．１１）度で硬化する熱硬化性エポキシの接着材において、真空バッグの技術とヒートブランケット(heat blanket)とを使用した華氏約２５５＋/−１０（摂氏１２３．９＋/−１２）度の温度が、約９０分間、用いられる。最も好ましくは、真空バッグが、約２５ｉｎ-Ｈｇ（６３５ｍｍＨｇ）の負圧で使用並びに保持されながら、バッグ側の温度は、華氏約２５５（摂氏１２３．９）度のヒートブランケットの温度が達成されるまで、華氏５（摂氏２．７８）度ずつ上昇される。このヒートブランケットの温度は、十分な硬化を確実にするように、約９０分間、華氏２５５（摂氏１２３．９）度に維持される。そして、このヒートブランケットの温度は、真空バッグが除去される前に、華氏１４０（摂氏６０）度に徐々に減じられる。そして、ヒートブランケットは、真空バッグの後に除去される。適切な温度の制御を確実にするように、熱電対（図示されず）が、硬化の工程の前に、前記スパー１６のスキン側で、スパー１６に隣接するスキン１４に配設されることが好ましい。

華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシの接着材において、真空バッグの技術とヒートブランケットとを使用した華氏約３５５＋/−１０（摂氏１７９．４＋/−１２）度の温度が、約９０分間、用いられる。最も好ましくは、真空バッグが、約２５ｉｎ-Ｈｇ（６３５ｍｍＨｇ）の負圧で使用並びに保持されながら、バッグ側の温度が、華氏約３５５（摂氏１７９．４）度のヒートブランケットの温度が達成されるまで、華氏５（摂氏２．７８）度ずつ上昇される。そして、ヒートブランケットの温度は、十分な硬化を確実にするように、約９０分間、華氏３５５（摂氏１７９．４）度に維持される。そして、ヒートブランケットの温度は、真空バッグが除去される前に、華氏１４０（摂氏６０）度に徐々に減じられる。このヒートブランケットは、真空バッグの後に、除去される。適切な温度制御を確実にするために、熱電対（図示されず）が、硬化の工程の前に、前記スパー１６のスキン側で、このスパーに隣接するスキン１４に配設されることが好ましい。

次に、工程１８０で、樹脂が予め含浸されたガラス繊維の織物６２の層が、前記パッチ５３の外形をオーバーラップするように、０．５インチ（１．２７ｃｍ）の重なり部分を有し硬化された銅パッチ５３上に湿式で形成される(wet-layed)。

プライ６２として知られる、樹脂が予め含浸されたガラス繊維の織物６２を形成するために、含浸されたガラス繊維の織物のピースよりもあらゆる方向に少なくとも４インチ（１０．１６ｃｍ）大きい固体の成形フィルムが、最初に、平坦な面上に形成される。次に、華氏１５０度（摂氏５４．４４）で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂の層が、この成形フィルムに形成される。この次に、Ｅガラスのガラス繊維の織物の層が、このエポキシ樹脂の層上に形成される。そして、エポキシ樹脂の他の層が、このガラス繊維の織物上に形成される。樹脂とガラス繊維の織物との好ましい比は、織物１オンス当り、樹脂１ないし１．５オンスである。第２の成形フィルムの層が、第２の樹脂の層上に形成される。最後に、これら樹脂の層の樹脂が、ローラ、スクイジー、若しくは、同様の装置を使用して、ガラスの織物中に均一に含浸される。最も好ましくは、真空バッグが、含浸動作を容易にするように、この層体(assembly)を覆うように形成される。

次に、前記プライ６２が、前記銅パッチ５３上に湿式で形成される。これを完了するために、前記成形フィルムが、プライ６２の一側から除去され、露出された側面が、銅箔部分５２上に形成される。次に、プライ６２の前記第２の成形フィルムのピースが、パッチ５３とは反対側の面から除去される。層体６２は、更なるエポキシ樹脂のガラスの織物６２中への十分な含浸を完了するように、真空バッグ成形される(vacuum bagged)。

最後に、ヒートブランケットが、前記プライ６２に結合され、ガラス繊維の織物６２層のエポキシ成分が、真空状態で、華氏約２００＋/−１０（摂氏９３．３３＋/−１２度）のヒートブランケットの温度により、約２２０分間硬化される。そして、このヒートブランケットは、除去される。

次に、工程１９０で、新しい留め具用のホール６４が、硬化された前記ガラス繊維層６２と銅パッチ５３とスキン１４とを貫通して、更に、その下のシーム２８とスパー１６とを貫通するように形成される。これら新しい留め具用のホール６４は、位置の確認と、形状並びにサイズの確認とのために、検査される。

工程２００で、新しい新品の留め具１２が、通常の技術により、前記留め具用のホール６４中に湿式で挿入される。この技術は、全体的な接合面のシーラントをねじが形成されたエリアではなくシャンク２４に形成することを含む。これら留め具１２は、シーラントの可使時間内にトルクが与えられる。過剰なシーラントは、これら留め具１２の挿入が、適切なグリップ長さと、ヘッドのフラッシュ(flushness)と、トルク値と、シーラントの押し出し(squeeze out)とにおいて確認された後に、除去される。

最後に、工程２１０で、プライマー層３６とペイント層４２とが、元のペイント層とプライマー層との形成において上述されたのと同様の方法で、ガラス繊維層１２と留め具１２とを覆うように、再び与えられる。この結果の修復状態が、図５に示されている。

図６の論理的なフローチャートにおいて、図７に更に示されているように、本発明の他の好ましい方法で、工程３００ないし３６０が、最初に、同じ材料を使用して、上記の工程１００ないし１６０とまったく同じ形態で果たされる。

次に工程３７０で、ガラス繊維のプリプレグ８０の層が、形成された銅パッチ５３上に形成される。このガラス繊維のプリプレグ８０は、華氏２５０若しくは３５０（摂氏１２１．１１若しくは１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂が予め含浸されたＥガラスの織物により構成される。このガラス繊維のプリプレグ８０は、修復されたエリア５４の外形を覆うように、０．５インチ（１．２７ｃｍ）の重なり部分と適合するように切断される。

工程３８０で、前記ガラス繊維のプリプレグ８０と前記パッチ５３のエポキシのフィルム状接着材６０とのエポキシ成分が、真空バッグ技術とヒートブランケットとを使用して、同時に硬化される。このとき、不支持形式のフィルム状接着材と、プリプレグ８０のエポキシ成分との硬化温度は、同じである。華氏２５０（摂氏１２１．１１）度の硬化において、真空バッグ技術とヒートブランケットとを使用した華氏約２５５＋/−１０（摂氏１２３．９＋/−１２）度の温度が、約２時間、用いられる。また、華氏３５０（摂氏１７６．６６）度での硬化において、真空バッグ技術とヒートブランケットとを使用した華氏３５５＋/−１０（摂氏１７９．４＋/−１２）度の温度が、約２時間、用いられる。このヒートブランケットと真空バッグ技術とが、除去され、そして、プリプレグ８０と接着材６０との硬化された層が、冷却される。

代わって、工程３６５と工程３７５とに示されているように、不支持形式のフィルム状接着材６０の硬化温度が、プリプレグ８０のエポキシ成分の硬化温度と異なる場合、別の方法が用いられる。

最初に、工程３６５に示されているように、不支持形式のフィルム状接着材６０が、銅箔部分５２をスキン１４に結合するように、上記の工程１７０のような方法で硬化される。

次に、工程３７５で、エポキシのプリプレグ８０が、銅箔部分５２上に形成され、互いに別々に硬化される。華氏２５０＋/−１０（摂氏１２１．１１＋/−１２）度で硬化する熱硬化性エポキシ接着材の場合、真空バッグ技術とヒートブランケットとを使用した約２時間の華氏約２５５＋/−１０（摂氏１２３．９＋/−１２）度の温度が、使用される。また、華氏３５０＋/−１０（摂氏１７６．６６＋/−１２）度で硬化する熱硬化性エポキシ接着材の場合、真空バッグ技術とヒートブランケットとを使用した約２時間の華氏３５５＋/−１０（摂氏１７９．４＋/−１２）度の温度が、使用される。そして、プリプレグ８０と接着材６０との硬化された層が、冷却される。

次に、工程３７５若しくは工程３８０に続く工程３９０で、新しい留め具用のホール６４が、前記工程１９０で説明されたように、ガラス繊維のプリプレグ８０と銅箔部分５２とスキン１４とを貫通して、更に、その下のシーム２９とスパー１６とを貫通するように形成される。

工程４００で、留め具１２が、前記工程２００で説明されたように、再び挿入されて、実質的に固定される。

最後に、工程４１０で、プライマー層３６とペイント層４２とが、前記工程２１０で説明された技術を使用して、ガラス繊維のプリプレグ８０上に再び与えられ硬化され、留め具１２をカバーする。この結果修復されたウィング構成体１０が、図７に最良に示されている。

かくして、本発明は、落雷若しくは幾つかの他の機械的手段により破損された複合のウィング構成体１０を修復するための２つの好ましい方法を記載している。この修復は、比較的低い抵抗のパスをウィング面に沿って形成することにより、雷の電流を燃料タンクの下部構造体から逸らすのを助けるように、雷防止システムとの一体性を維持するのを助ける。この修復は、また、銅箔により形成された低い平行のパスの抵抗のために、互いに隣接した留め具に電流を分散可能にすることにより、所定の留め具での低い電流密度を維持する。

好ましい実施形態の方法は、標準的な複合の修復材料を使用し、比較的短時間で容易に果たされることができる。このため、これら方法は、比較的シンプルでコスト効果がある。これは、民間航空機を修復するための修復所要時間を制限し、より多くの時間を航空機並びに貨物を輸送するのに費やすことを可能にする。

本発明は、好ましい実施形態の観点で説明されているが、もちろん、本発明は、複数の変更が上述の教示の観点から当業者によりなされても良いので、好ましい実施形態に限定されないと、理解される。

民間航空機の初期状態の複合のウィング構造を示している斜視図である。 ２−２線に沿って切断された図１の一部の断面図である。 本発明の好ましい実施形態の一般の原理に従って図１のウィング構造の破損部分を修復するための一般的な方法を示している断面図である。 本発明の好ましい実施形態に従って図１のウィング構造を修復するための論理的なフローチャートである。 図４の論理的なフローチャートに従って修復された図１の修復されたウィング構造の断面図である。 本発明の他の好ましい実施形態に従って図１のウィング構造を修復するための論理的なフローチャートである。 図６の論理的なフローチャートに従って修復された図１の修復されたウィング構造の断面図である。

Claims (19)

1. 航空機の複合スキンに含まれた、銅箔グリッドを具備する導電層の、破損により低下したインピーダンスを再確立するための方法であって、
   前記導電層の破損部分を露出させるように、前記複合スキンの破損エリアを覆うペイントのプライ並びに/若しくはガラス繊維のプライを除去することと、
   前記破損部分中の前記銅箔グリッドの破損部を除去して、下側の複合スキンを露出させ、銅箔グリッドの非破損部を残すことと、
   銅のパッチを形成することと、
   前記銅のパッチの外側部分が、前記銅箔グリッドの非破損部に重なり、フィルム状接着材が、前記下側の複合スキン及び前記銅のパッチの外側部分と前記銅箔グリッドの非破損部の重なり領域に接するように、前記銅のパッチを前記下側の複合スキン上に導入することと、
   樹脂が含浸されたガラス繊維材の層を前記銅のパッチに結合することと、
   前記銅のパッチと前記樹脂が含浸されたガラス繊維材とを硬化させることとを具備する方法。
2. 留め具用のホールを空けたままにするように、前記破損部分中の１つ以上の留め具を除去することと、
   前記留め具用のホールを形成することと、
   交換用の銅箔部分とフィルム状接着材とから前記銅のパッチを形成することと、
   前記フィルム状接着材を硬化させることと、
   前記樹脂が含浸されたガラス繊維材を硬化させることと、
   樹脂が含浸され硬化された前記ガラス繊維材と、前記銅のパッチと、前記下側の複合スキンとに、１つ以上の留め具を挿入することと、
   前記樹脂が含浸され硬化されたガラス繊維材と、前記１つ以上の留め具とを覆うようにプライマー層を形成することと、
   前記プライマー層を乾燥させることと、
   前記プライマー層を覆うようにペイント層を形成することと、
   前記ペイント層を乾燥させることとを更に具備する請求項１の方法。
3. 前記フィルム状接着材は、前記樹脂が含浸されたガラス繊維材を硬化するのと同時に硬化される請求項１の方法。
4. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維材の層を前記銅のパッチに結合することは、
   樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を形成することと、
   前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を前記銅のパッチ上に湿式で配置することと、
   前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を硬化させることとを含む請求項２の方法。
5. 熱硬化性エポキシ樹脂の前記フィルム状接着材は、華氏２５０度（摂氏１２１．１１度）で硬化する熱硬化性エポキシのフィルム状接着材を含む請求項４の方法。
6. 前記熱硬化性エポキシ樹脂のフィルム状接着材は、華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシのフィルム状接着材を含む請求項４の方法。
7. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維材を銅のパッチに結合することは、
   樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を形成することと、
   前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を前記銅のパッチ上に湿式で配設することとを含む請求項２の方法。
8. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を形成することは、
   固体の成形フィルムの第1の層をほぼ水平な面上に配置することと、
   華氏１５０（摂氏５４．４４）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂の第１の部分を前記第１の層上に導入することと、
   前記第１の部分上にＥガラスの織物の層を導入することと、
   前記第１の部分と重量がほぼ等しく、華氏１５０（摂氏５４．４４）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂の第２の部分を、前記層上に導入することと、
   前記固体の成形フィルムの第２の層を前記第２の部分に結合することと、
   前記Ｅガラスの織物の層に、前記樹脂の第１の部分と前記樹脂の第２の部分とを均一に含浸させることを含む請求項７の方法。
9. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を前記銅パッチ上に湿式で配設することは、
   前記固体の成形フィルムの第１の層を単一のプライから除去することと、
   前記固体の成形フィルムの第２の層が、前記銅箔部分に接することがないように、樹脂が含浸された前記織物を銅のパッチの前記銅箔部分に結合することと、
   前記固体の成形フィルムの第２の層を、前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物から除去することとを含む請求項７の方法。
10. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を硬化させることは、
    前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物にヒートブランケットを結合することと、
    前記華氏１５０（摂氏５４．４４）度で硬化する熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させるように、約２２０分間、前記ヒートブランケットの温度を華氏約２００（摂氏９３．３３）度に上昇させることと、
    前記ヒートブランケットを除去することとを含む請求項９の方法。
11. 前記フィルム状接着材を硬化させることは、
    華氏２５０（摂氏１２１．１１）度で硬化する熱硬化性エポキシフィルムのフィルム状接着材を含む前記フィルム状接着材に、ヒートブランケットを結合することと、
    前記ヒートブランケットの温度を華氏約２５５（摂氏１２３．９）度に徐々に上昇させることと、
    前記フィルム状接着材を約９０分間加熱することと、
    前記ヒートブランケットを前記フィルム状接着材から除去することとを含む請求項１０の方法。
12. 前記フィルム状接着材を硬化させることは、
    華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシのフィルム状接着材を含む前記フィルム状接着材に、ヒートブランケットを結合することと、
    前記ヒートブランケットの温度を華氏約３５５（摂氏１７９．４）度に徐々に上昇させることと、
    前記フィルム状接着材を約９０分間加熱することと、
    前記ヒートブランケットを前記フィルム状接着材から除去することとを含む請求項１０の方法。
13. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維の織物を前記銅のパッチに結合することは、ガラス繊維のプリプレグ材を銅のパッチの前記交換用の銅箔部分に結合することを含む請求項６の方法。
14. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維材を硬化することは、
    華氏２５０（摂氏１２１．１１度）度で硬化する熱硬化性エポキシ成分を含む前記ガラス繊維のプリプレグ材にヒートブランケットを結合することと、
    前記ヒートブランケット中の温度を華氏約２５０（摂氏１２１．１１度）度に上昇させることと、
    前記ガラス繊維のプリプレグ材の、前記華氏２５０（摂氏１２１．１１度）度で硬化するエポキシ成分を硬化するように、前記ヒートブランケットを華氏約２０（摂氏−７）度に約１２０分間保持することと、
    前記ヒートブランケットを前記ガラス繊維のプリプレグ材から除去することを含む請求項１３の方法。
15. 前記樹脂が含浸されたガラス繊維材を硬化させることは、
    華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化する熱硬化性エポキシ成分を有する前記ガラス繊維のプリプレグ材にヒートブランケットを結合することと、
    前記ヒートブランケット中の温度を華氏約３５０（摂氏１７６．６６）度に上昇させることと、
    前記ガラス繊維のプリプレグの、前記華氏３５０（摂氏１７６．６６）度で硬化するエポキシ成分を硬化するように、前記ヒートブランケットを華氏約３５０（摂氏１７６．６６）度に約１２０分間保持することと、
    前記ヒートブランケットを前記ガラス繊維のプリプレグ材から除去することを含む請求項１３の方法。
16. 前記複合ウィングの破損エリア上に配置されたプライを除去することは、
    下側の複合プライのガラス繊維材を露出させるように、破損エリア上の外側のペイント層と外側のプライマーエリアと、径方向に２インチ（５．０８ｃｍ）延びたエリアとを、１５０グリット、若しくは比較的細かいサンドペーパーを使用して除去することと、
    前記下側の複合プライの部材を覆うように、径方向に延びた外周部若しくは下側の複合プライの部材に、これに沿って、高圧若しくは低圧の接着テープを結合することと、
    銅箔グリッドの下側の銅箔ストリップを露出させるように、前記下側の複合プライの部材をサンダー処理することと、
    前記下側の銅箔ストリップを囲んだガラス繊維のプライを露出させるように、前記高圧若しくは低圧の接着テープを除去することと、
    露出された前記ガラス繊維のプライを溶媒洗浄することとを含む請求項１の方法。
17. 前記留め具用のホールを修復することは、
    前記留め具用のホール中にポリテトラフルオロエチレンのプラグを導入することと、
    前記ポリテトラフルオロエチレンのプラグの周りに、華氏１５０度で硬化するエポキシ樹脂とミルドグラスとの混合物を導入することと、
    前記華氏１５０度で硬化するエポキシ樹脂を硬化させることとを含む請求項１の方法。
18. 前記非破損状態の１つ以上の留め具を結合することは、
    樹脂が含浸され硬化された前記ガラス繊維材と、前記銅のパッチと、前記下側の複合スキン材と、シームと、複合スパーとを貫通する新しい留め具用のホールを形成することと、
    前記新しい留め具用のホール中に非破損状態のボルトを湿式で導入することと、
    前記非破損状態のボルトのシャンク部分を金属ナットに取着することとを含む請求項１の方法。
19. 請求項２の方法に従って形成され、修復された請求項１ないし１８のいずれか１の複合ウィング。

Images