JP7214460B2 - 空力構造のための統合された雷保護および電気除氷 - Google Patents

空力構造のための統合された雷保護および電気除氷 Download PDF

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Description

本開示は、概して、着氷防止または除氷を提供する航空機またはロータクラフトシステムに関する。さらなる例では、除氷を雷保護システムと統合するための方法およびシステムが提供される。
寒い天候は、ビークル表面に氷が蓄積するのを助長する。氷を除去するため、融解を促進するために大量の化学物質が氷にスプレーされることが多い。追加的または代替的に、氷を溶かすためのビークル表面の電気加熱は、十分な除氷を促進するために大きなエネルギー消費を伴う。大量の化学物質および／またはエネルギー消費は、それぞれビークルの使用者にとってコスト負担となる。
除氷は、ヘリコプターなどのロータクラフトビークルのロータブレードなどの翼および翼型にとって特に困難なものである。除氷は、電熱防氷システムを介して航空機およびロータクラフトに実装することができる。
電熱防氷システムは、ブレードの複合構造内に設置されたヒータを含む。除氷プロセスでは、ヒータの目的は氷とロータとの界面の温度を３２°Ｆ以上に素早く上げることである。通常は５０°Ｆを超える温度が求められる。加熱プロセスは氷の界面を溶かすだけで、回転するブレードの遠心力によって表面から氷が除去することができる。
ヒータは、別個のシステムとしてロータクラフトのブレード内に設置される。電熱防氷システムは、ロータブレードの１つ以上の構成要素に電気エネルギーを印加するための発電機を備える。ロータブレード構造に応じて、最小の電源投入時間で必要な表面温度を達成するために約２５ワット／平方インチ（ＷＳＩ）の電力密度が生成される。そのような電力密度は、ロータクラフトの電気システムに大きな要求を課す。
さらに、ヒータはブレードの複合構造の奥深くに設置される。その結果、ブレードの表面に到達して氷を溶かすのに十分な量の熱を発生させるために大量のエネルギーが使用される。さらに、ブレードの奥深くに配置されたヒータの構成により、ヒータに手を伸ばして修理または保守作業を行うことが困難になる。
また、ヒータは、ブレードの製造中にスパー内に設置される。ブレードスパー製造プロセスは、除氷ヒータおよび部品を高い硬化温度にさらす。したがって、除氷ヒータおよび部品を保護するために、硬化温度を低温（例えば２５０°Ｆ）に制限するか、または除氷ヒータおよび部品を高い硬化温度に耐えることができる材料で製造することになり、ロータクラフトの製造工程が複雑になるかまたはコストが増加する。
本明細書で行われる開示が提示するのは、これらおよび他の考慮事項に関するものである。
本開示は、航空機およびロータクラフト構造のための統合された雷保護および電気除氷に関する例を説明する。
一態様では、本開示は方法を説明する。この方法は、（ｉ）基板の表面の少なくとも一部分上に導電層を形成するステップであって、基板は空力構造の複合材料を含み、導電層は落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導する導電経路を提供するように構成される、ステップと、（ｉｉ）導電層上に絶縁層を堆積するステップと、（ｉｉｉ）絶縁層内にそれぞれの間隙を形成し、導電層の対応する１つ以上の部分を露出させるために絶縁層の１つ以上の部分を除去するステップと、（ｉｖ）導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって空力構造を除氷するための熱がそこから発生するように、抵抗加熱層が絶縁層内のそれぞれの間隙を充填して導電層の対応する１つ以上の部分に接触するように、絶縁層上に抵抗加熱層を形成するステップとを含む。
別の態様では、本開示は装置を説明する。この装置は、（ｉ）複合材料を含む基板と、（ｉｉ）基板の表面の少なくとも一部分上に形成された導電層と、（ｉｉｉ）導電層上に堆積された絶縁層であって、絶縁層は、導電層の一部分を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層と、（ｉｖ）抵抗加熱層は、導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、絶縁層内の少なくとも１つの間隙を充填して導電層の一部分に接触するように絶縁層上に形成される抵抗加熱層とを含む。
さらに別の態様では、本開示は空力構造を説明する。空力構造は、（ｉ）複合材料を含む基板と、（ｉｉ）基板の表面の少なくとも一部分上に形成された導電層であって、導電層は、落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導するための導電経路を提供するように構成される、導電層と、（ｉｉｉ）導電層上に堆積された絶縁層であって、絶縁層は、導電層の一部分を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層と、（ｉｖ）抵抗加熱層は、導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、絶縁層内の少なくとも１つの間隙を充填して導電層の一部分に接触するように絶縁層上に形成される抵抗加熱層とを含む。
前述の概要は例示的なものに過ぎず、決して限定することを意図するものではない。上記の例示的な態様、例、および形態に加えて、さらなる態様、例、および形態は、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。
例示的な実施例の特性と考えられる新規な形態は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかし、例示的な実施例、ならびに好ましい使用モード、そのさらなる目的および説明は、添付の図面と併せて読まれるとき、本開示の例示的な実施例の以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解されるであろう。
例示的な実施形態による、ブレードの形態の例示的な空力構造を示す図である。 例示的な実施形態による基板を示す図である。 例示的な実施形態による、落雷保護システムの導電層を基板上に形成するステップを示す図である。 例示的な実施形態による、別々の電極に分割された導電層を示す図である。 例示的な実施形態による、導電層上に形成された絶縁層を示す図である。 例示的な実施形態による、絶縁層の部分の上に形成され、それによって絶縁層の部分を露出するエッチングマスクを示す図である。 例示的な実施形態による、絶縁層の除去された露出部分を示す図である。 例示的な実施形態による、除去されたエッチングマスクを示す図である。 例示的な実施形態による、絶縁層上に形成され、導電層の露出部分と接触している抵抗加熱層を示す図である。 例示的な実施形態による、装置を形成するために追加された保護層を示す図である。 例示的な実施形態による、図１０の構成の様々な構成要素を示すために展開されたブレードを示す図である。 例示的な実施形態による、空力構造を形成するための方法のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実装形態による、図１２の方法で実行することができる追加の動作のフローチャートである。 例示的な実施形態によるシステムのブロック図を示す図である。
電熱除氷システムは、航空機、ロータクラフト、風力タービンなどの空力構造内に設置されたヒータまたは加熱要素を含む。例示的な空力構造は、「翼型」を含むことができる。翼型は、曲面を有し、かつ風力タービンおよび同様のシステムに加えて、ほとんどのロータクラフトおよび航空機の翼、フィン、ブレード、および水平安定板の基本形態として使用される空力構造であり得る。一例では、空力構造は、翼またはブレード（例えば、プロペラ、ロータ、風力タービンなど）の形態の基板を含むことができる。本明細書で提示される説明では、開示されたシステムおよび方法を例示するために、ロータクラフトのブレードが例示的な空力構造として使用されている。しかし、システムおよび方法は、航空機、ロータクラフト、風力タービンなどの他の任意の構成要素または空力構造にも適用できることを理解されたい。
ロータクラフトのブレードは外面を有する。除氷システムのヒータは、ブレードの奥深く（例えば、その外面から３分の１の距離）に設置することができ、ロータクラフトの他のシステムとは別のシステムを形成することができ、したがって、航空機のコストが増加する。ヒータがブレードの外面から離れている結果として、ブレードの表面に到達して氷を溶かすのに十分な量の熱を発生させるために大量のエネルギーが使用される。さらに、ブレードの奥深くに配置されたヒータの構成により、ヒータに手を伸ばして修理または保守作業を行うことが困難になる。このように、除氷システム構成要素は、ブレード除氷システム全体を修復不可能にする可能性がある。結果として、除氷システムを修理することは、通常、１つ以上の新しいブレードを設置すること、またはロータクラフトが寒冷地で飛行することを許可しないこと（すなわち、除氷システムを必要としないかもしれない暖かい地方にロータクラフトの運用を移動すること）を含むことができる。
本明細書で説明される例の中では、除氷システムは、別個のシステムであるのとは対照的に、ロータクラフトの別のシステムと統合される（例えば、共通の構成要素を有する）。特に、ロータクラフトの落雷保護システムは、航空機のブレード内に配置され、かつ落雷がロータクラフトに衝突するロータクラフトの部分を、落雷の電荷が放電されるロータクラフトの別の箇所に電気的に接続する導電経路を形成するように構成される導電要素を含むことができる。言い換えれば、落雷によって生成された電流は、落雷が航空機に衝突する航空機のある箇所から放電されるべき別の箇所に導電要素によって案内され得る。
本明細書で開示されるのは、落雷保護システムの導電要素を、除氷システムのヒータへの電気エネルギーの供給を容易にする導体として利用するシステムである。このように、除氷システムは落雷保護システムと統合され、両システムは共通の部品を使用し、それによってロータクラフトの全体的なコストが削減される。さらに、落雷の導電要素を使用することにより、除氷システムのヒータをブレードの外面の近くまたは外面に（例えば、外面から０．１ミリメートル～２．５ミリメートルの間に）配置することが可能になる。この構成では、氷を溶かすのに十分な熱を発生させるのに使用される電気エネルギーの量は、ヒータがブレードの奥深くに配置される他のシステムと比較して減少する。さらに、ヒータがブレードの外面の近くまたは外面に配置されるため、ヒータにアクセス可能であり、保守および修理作業を実行することが可能になる。
図１は、例示的な実施形態による、ブレード１００の形態の例示的な空力構造を示す。翼幅方向および翼弦方向の軸が示されており、前縁部はよどみ線の側にあり、後縁部は前縁部の反対側にある。ブレード１００は、他の可能な複合材料の中でも、炭素繊維またはガラス繊維などの複合材料から作られる複合構造として構成することができる。
一般航空機、ロータクラフト、大型商用ジェット機、および風力タービンは、落雷に対して脆弱である。これらの用途における複合構造は、金属構造とは異なり、落雷によって発生する極端な電流および電磁力を容易には伝導しないかもしれない。複合材料は、導電性ではない（例えばガラス繊維）か、金属よりも著しく導電性が低い（例えば炭素繊維）。
保護されていない構造物に雷が落ちた場合、最大２００，０００アンペアの電流が最小抵抗の経路を求める。そのような大きさの電流は、他の影響の中でも、金属制御ケーブルを蒸発させ、制御表面上にヒンジを溶接し、直撃領域内の樹脂を蒸発させ得る。さらに、落雷は、構造内に磁場および電位差をもたらし、それによって非遮蔽電子機器に影響を及ぼし得る過渡電圧を誘発する可能性がある。このような影響からロータクラフトを保護するために、落雷保護システムをブレード１００などのロータクラフトの様々な構成要素に結合することができる。
落雷保護システムは、落雷によって発生した電流がブレード１００の表面またはその近くに残るのに十分な導電経路を提供するために、ブレード１００内に配置された導電層を含むことができる。落雷保護システムはさらに、導電経路の間隙をなくして取り付け点でのアーク放電を防ぎ、配線、ケーブルおよび繊細な機器を注意深い接地によってサージまたは過渡現象から保護するように構成されてもよい。ブレード１００の複合構造内の導電経路は、金属（例えば、アルミニウム）箔をブレード１００の複合構造に接合することによって確立することができる。例えば、ブレード１００を形成する複合材料の外側プライ上にエキスパンド箔を堆積させ、一体成形させることができる。一例では、アルミニウムエキスパンド箔は、ブレード１００の複合材料に結合（例えば、接着）させることができ、ここで複合材料は、アルミニウムエキスパンド箔用の基板として構成される。別の例では、薄い金属メッシュまたは箔を、ブレード１００の複合構造の外層に堆積、形成、または結合することができる。
導電層（例えばエキスパンド箔）は、落雷がロータクラフトに影響を与える可能性が最も高いロータクラフトの鋭い縁部（例えばブレード１００の先端）に配置された電極に結合することができる。導電層はまた、落雷によって発生した電流がロータクラフトを安全に出る（例えば、導電層に電気的に接続されかつロータクラフトの特定の部分に配置された芯を通してロータクラフトから排出される）ために十分な数の経路を与えるために、ロータクラフトの他の部分にも電気的に接続される。例えば、導電層は、電荷を排出するために導電層を内部電気「接地面」またはシンクに接続するために金属結合ストリップを使用することによって、ロータクラフトの他の部分に電気的に接続され得る。
ブレード１００に結合されたヒータに電力を供給するように構成された別個の除氷システムを有するのではなく、開示されたシステムおよび方法は、ヒータに電力を供給するために落雷保護システムを利用する。このようにして使用する構成要素を減らすことによって、ロータクラフトの信頼性が高まる。さらに、ヒータをブレード１００の外面またはその近くに配置することで保守作業が容易になり、氷を溶かすのに十分な電力量が減る。
図２～図９は、例示的な実施形態による、除氷ヒータまたは加熱要素をロータクラフトの落雷保護システムと統合する段階を示す図である。図２～図９に示す図は、除氷ヒータを落雷保護システムと統合するために作られる順次形成された層を示すために、断面図で一般的に示される。層は、他の可能な技術の中でも例えば電気めっき、フォトリソグラフィ、堆積、および／または蒸着製造プロセス、スピンコーティング、スプレーコーティング、ロールツーロールコーティング、インクジェット、直接書き込みなどの微細加工および／または製造技術によって作ることができる。
さらに、実施例では、層の様々な材料は、材料を特定の配置でパターン形成するためのフォトレジストおよび／またはマスクを使用するパターンによって形成することができる。さらに、導電層の端部または縁部を電気接点（例えば、金属パッドまたは電気リード）で被覆するために、電気めっき技術を用いることもできる。例えば、導電性電気接点を形成するために、堆積および／またはフォトリソグラフィプロセスによって形成された導電性材料の構成を金属材料でめっきすることができる。
図２～図９に関連して図示および説明する様々な層の相対厚さおよび幅を含めた寸法は、一定の縮尺では描かれていない。むしろ、図２～図９の図面は、説明のみを目的として様々な層の順序を概略的に示している。
図２は、例示的な実施形態による基板２００を示す。基板２００は、例えば翼幅軸に沿って、ブレード１００またはブレード１００の外層を表すことができる。上述のように、本明細書ではブレード１００を空力構造の例として使用し、基板２００は、航空機、ロータクラフト、風力タービンなどの他の任意の空力構造（例えば翼型または他の任意の構成要素）の一部とすることができる。
例として、基板２００は、炭素繊維、ガラス繊維、または他の複合材料などの複合構造材料から作ることができる。一例では、基板２００は、繊維強化複合材料を含むことができる。
基板２００は、その上に他の層を形成または堆積する前に洗浄することができる。基板２００は、第１の流体に浸すこと、第２の流体ですすぐこと、およびガスで乾燥させることなどの様々な方法で洗浄することができる。一部の例では、第１の流体はアセトンなどの溶媒を含むことができる。さらに、一部の例では、第２の流体はイソプロピルアルコールを含むことができる。さらに、一部の例では、ガスは窒素を含むことができる。すすぎは、タンク内の槽に浸すこと、自動スプレーすること、噴出瓶を介して手動で行うことなどの様々な方法で行うことができる。
基板２００は、ブレード１００の複合材料の外面を表す表面２０２を有する。
図３は、例示的な実施形態による、落雷保護システムの導電層３００を基板２００上に形成するステップを示す。導電層３００は、落雷がブレード１００に衝突する可能性が最も高いブレード１００の箇所からロータクラフト内の電気的に接地された箇所までの導電経路を提供するように導電性であるように構成される。
導電層３００は、金属材料（例えば、銅）または金属材料のメッシュ（例えば、銅または他の導電性合金メッシュ）から作ることができる。他の例では、導電層３００は、メッシュを形成する有孔箔を含む連続エキスパンドアルミニウム箔（ＣＥＡＦ）のようなエキスパンド箔から作ることができる。本明細書ではアルミニウムを例として使用しているが、連続エキスパンド金属箔（ＣＥＭＦ）を形成するために他の任意の金属を使用することができる。別の例では、導電層３００は、分散された金属材料（例えば、アルミニウムの糸または粒子）をその中に有してネットワークを形成する樹脂材料（例えば、エポキシ）から作られ得る。他の材料および構成も可能である。導電層３００は、約４０００～５０００分の１インチ（すなわち、４～５ミル）の厚さを有することができる。
図４は、例示的な実施形態による、別々の電極に分割された導電層３００を示す。導電層３００は、それぞれの電極を表す１つ以上のそれぞれのセグメントに分割することができる。例えば、図４に示すように、導電層３００は、間隙４０４によって互いに分離された第１のセグメント４００と第２のセグメント４０２とに分割される。間隙４０４は、空気または他の誘電体などの誘電材料を含むことができる。
間隙４０４は、電流が一方のセグメント（例えば第１のセグメント４００）から間隙４０４を通って他方のセグメント（例えば第２のセグメント４０２）に流れることを可能にするのに十分に小さくなるように構成される。例えば、間隙４０４は、導電層３００をそれぞれの電極に分割するために０．１５インチ未満であり得るが、それでも電流は一方のセグメントから他方のセグメントに流れることができる。落雷によって発生した電流は、間隙４０４内の材料の抵抗を克服して、導電層３００の１つのセグメントから次のセグメントへと流れる。例では、導電層３００は、３つ以上のセグメントに分割されてもよい。導電層３００は、次に説明するように絶縁層を受けるように構成された表面４０６を有することができる。
図５は、例示的な実施形態による、導電層３００上に形成された絶縁層５００を示す。絶縁層５００は、例えば樹脂材料により形成することができる。樹脂材料の例としては、エポキシ、熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、またはシリコーン樹脂が挙げられ、これらは、耐久性があり、高温で使用可能であることを特徴とする。絶縁層５００を耐熱性樹脂材料で構成することが望ましい場合がある。例では、絶縁層５００は、透明または部分的に透明な材料から作ることができる。
一例では、絶縁層５００は、後述するように、導電層３００に接着し、さらなる層がそこに接着するのを容易にする接着層として構成することができる。絶縁層５００は、はけ塗り、塗装、パターン形成、印刷、任意の付加的製造方法などの様々な方法で導電層３００上に堆積させることができる。実施例では、導電層３００上に絶縁層５００を形成した後、絶縁層５００を硬化させる（例えば、７０℃などの特定の温度で硬化させる）ことができる。硬化は、他のプロセスの中でもとりわけ、熱または化学添加剤による絶縁材料の強化または硬化を含むことができる。用途と実装に応じて、硬化は部分的な場合もあれば完全な場合もある。
絶縁層５００は、後述するように抵抗加熱層を受けるように構成された表面５０２を有することができる。絶縁層５００を介して抵抗加熱層を導電層３００に接続するために、絶縁層５００を特定の箇所で機械的に研磨することができる。別の例では、次に説明するようにエッチングマスクを使用することができる。
図６は、例示的な実施形態による、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４を提供するために絶縁層５００の部分の上に形成されたエッチングマスク６００を示す。したがって、エッチングマスク６００は、露出部分６０２および６０４を提供するために絶縁層５００を部分的に覆う。
エッチングマスク６００は、シクロペンタノンを含む１つのフォトレジスト層などの１つ以上のフォトレジスト層を含むことができる。別の例では、エッチングマスク６００は、１つ以上の金属層および／または１つ以上の窒化物層を含むことができる。さらに、エッチングマスク６００は、１００～１５０マイクロメートルの厚さなどの様々な厚さを有するように作ることができる。
一例では、エッチングマスク６００は、スピンコーティングおよびパターン形成によって形成することができる。エッチングマスク６００は、例えば露光および現像によってパターン形成することができる。しかしながら、他の例では、エッチングマスク６００は、蒸発および／またはスパッタリングなどの微細加工プロセスによって形成することができる。
実施例では、絶縁層５００は、エッチングマスク６００を形成する前に洗浄することができる。例えば、洗浄は、第１の流体に浸すこと、第２の流体中ですすぐこと、およびガスで乾燥させることを含むことができる。一部の例では、第１の流体はアセトンなどの溶媒を含むことができる。さらに、一部の例では、第２の流体はイソプロパノール（ＩＰＡ）を含むことができる。さらに、一部の例では、ガスは窒素を含むことができる。さらに、エッチングマスク６００を形成する前に、図５に示す部分的に製造されたブレードを焼成することができる。部分的に製造されたブレードは、例えば、特定の温度（例えば、摂氏９０度）で一定の期間（例えば、５分）焼成されてもよい。エッチングマスク６００を形成した後、図６に示す部分的に製造されたブレードを流体中ですすぎ、ガスで乾燥させ、そして特定の温度で一定の期間焼成することができる。
図７は、例示的な実施形態による、絶縁層５００の除去された露出部分６０２および６０４を示す。図７に示すように、図７に示す部分的に製造されたブレードを得るために、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４（すなわち、エッチングマスク６００によって覆われていない絶縁層５００の部分）を除去する。
絶縁層５００の露出部分６０２および６０４は、一定の期間、特定の電力レベルで誘導結合プラズマを使用するエッチングによって除去される。一部の例では、誘導結合プラズマは、酸素プラズマを含むことができる。一例では、エッチングは、部分的に製造されたブレードを冷却できるように、エッチング期間とそれに続く休止期間とを含む１つ以上のサイクルを含むことができる。一部の例では、１つ以上のサイクルを順番に適用することができる。プラズマアッシャー、反応性イオンエッチャーなどの他のプラズマおよび／または他のタイプのプラズマも同様に使用することができる。
絶縁層５００の露出部分６０２および６０４を除去すると、絶縁層５００内に間隙が形成され、導電層３００の部分が露出する。したがって、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４の除去することにより、対応する露出部分７００および７０２を介して導電層３００へのアクセスが提供される。２つの露出部分６０２、６０４（および対応する露出部分７００、７０２）が図に示されているが、より多くのまたはより少ない部分または間隙を使用することができる。例えば、エッチングマスク６００は、絶縁層５００内の１つ部分を露出するように形成することができ、そのような部分が除去されると、絶縁層内に１つの間隙が形成される。他の例も可能である。露出部分または間隙の数にかかわらず、絶縁層５００を介して導電層３００にアクセスが提供される。
図８は、例示的な実施形態による、除去されたエッチングマスク６００を示す。絶縁層５００の露出部分６０２および６０４が除去された後、図８に示すようにエッチングマスク６００が除去されてもよい。エッチングマスク６００は、例えば、誘導結合プラズマによって除去することができる。
実施例では、上述のように、エッチングマスク６００を使用するのではなく、絶縁層５００を介して研磨するなどの他の方法で、（露出部分６０２および６０４の除去と同様に）絶縁層５００に間隙を形成することができる。別の例では、絶縁層５００の部分を除去するためにレーザアブレーションを使用することができる。別の例では、絶縁層５００が熱可塑性材料から作られている場合、絶縁層５００内に間隙を作り出すために、絶縁層５００は局所的に溶融され、次に機械的に分離され得る。別の例では、絶縁層５００は、後でその部分を除去するのと対照的に、最初に導電層３００に選択的に接合することができる。例えば、絶縁層５００は、刻み目が付けられ（または予め切り目を入れられ）そして剥離される感圧接着剤から作ることができる。あるいは、局所的に接着されるフィルム接着剤を使用することができる。
図９は、例示的な実施形態による、絶縁層５００上に形成され、導電層３００の露出部分と接触している抵抗加熱層９００を示す。抵抗加熱層９００は、ブレード１００を含むロータクラフトの除氷システムのヒータまたは加熱要素として構成される。本明細書では、用語「抵抗加熱器」は、ジュール加熱（オーム加熱としても知られる）によって熱が発生する、つまり抵抗加熱層９００を通る電流の通過が熱を発生させることを示すために使用される。抵抗加熱層９００によって生成される加熱電力は、その電気抵抗と電流の二乗との積に比例する。
図９に示すように、絶縁層５００の露出部分６０２、６０４を除去し、導電層３００の対応する露出部分７００、７０２を露出させる結果として、抵抗加熱層９００は導電層３００と接触する。特に、抵抗加熱層９００は、絶縁層５００の露出部分６０２の除去された材料によって占められていた絶縁層５００内の間隙を充填する第１の部分９０２を含む。抵抗加熱層９００はまた、絶縁層５００の露出部分６０４の除去された材料によって占められていた絶縁層５００内の間隙を充填する第２の部分９０４を含む。したがって、部分９０２および９０４は、ロータクラフトの動作中に破損または切断される可能性がある追加の配線またはケーブルを使用することなく、抵抗加熱層９００と導電層３００との間に確実に電気的接触を提供する。
この構成では、導電層３００に供給された電流が抵抗加熱層９００に伝達され、抵抗加熱層９００を発熱させてブレード１００（基板２００を含む）上の氷を溶かす。例えば、熱は、図９に示す加熱領域９０６内で発生させることができる。
抵抗加熱層９００は導電性材料から作られる。例として、抵抗加熱層９００は、いくつかの導電性ポリマーのうちのどれからでも作ることができる。例えば、抵抗加熱層９００は、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＳＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＢＳＡ）、ジノニルナフチルスルホン酸（ＤＮＮＳＡ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、それらの混合物、またはそれらの塩から作ることができる。他の例では、抵抗加熱層９００は、グラフェン塗料、カーボンナノチューブ塗料、カーボンブラック、導電性酸化物、または金属粒子から作ることができる。
抵抗加熱層９００は、固有導電性ポリマー（ＩＣＰ）から作ることができる。ＩＣＰは、電気を通すように構成された合成有機ポリマーを含む。他の例では、抵抗加熱層９００は、外因性導電性ポリマーから作ることができる。外因性導電性ポリマーは、そのような絶縁性ポリマーを導電性にするために特定の添加剤（例えば、金属粒子充填剤）を天然の絶縁性ポリマーに添加することによって得られる。他の例では、抵抗加熱層９００は、内因性および外因性導電性ポリマーの混合物から作ることができる。
説明のための特定の例として、抵抗加熱層９００は、ポリアニリン－ジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＮＮＳＡ）から作ることができる。ＰＡＮＩは、半可撓性ロッドポリマーファミリーの導電性ポリマーであり、高い導電性を特徴とする。ＤＮＮＳＡは有機化学薬品、例えばアリールスルホン酸である。実施例では、ＤＮＮＳＡは２５９．５℃の融点、６００．４℃の沸点を有し、低い水溶性を有し得る。ＤＮＮＳＡは、低い揮発性および蒸気圧を有し得、１００℃を超えて安定である。ＤＮＮＳＡは、ナフタレンとノネンとの反応により調製することができ、ジイソノニルナフタレンを生じる。次いで、ジイソノニルナフタレンはスルホン化を受ける。流体の導電率を高めるために、ＤＮＮＳＡをＰＡＮＩ流体に添加することができる。本明細書ではＰＡＮＩ－ＤＮＮＳＡを例として使用するが、上述の導電性ポリマーなどの他の任意の導電性ポリマーを使用することができる。
他の例では、抵抗加熱層９００は、２つのそれぞれの保護カプセル化絶縁層の間に挿入された導電性ポリマー層を有する層ごとの積層体から作ることができる。これらの例では、特定の電気抵抗を達成し、特定量の熱を発生させるために、導電性ポリマー層を電力供給源に並列に接続することができる。並列に接続された導電性ポリマー層が増えると全体的な電気抵抗を減少させることができ、その逆もまた同様である。したがって、特定数の導電性ポリマー層を有するように抵抗加熱層９００を構成することによって、所定の電気抵抗および所定量の熱を発生させることができる。
一部の例では、ブレード１００の抵抗加熱層９００および他の層を環境から保護するために、カプセル化層またはカプセル化パッケージを追加することができる。図１０は、例示的な実施形態による、装置１００２を形成するために追加された保護層１０００を示す。様々な層（例えば、基板２００、導電層３００、絶縁層５００、および抵抗加熱層９００）をロータクラフトの周囲環境から保護する（例えば、砂、雨、浸食、腐食などに対する保護）ために、保護層１０００（または保護パッケージ）をブレード１００の周りに形成することができる。一例では、保護層１０００は、図９に示す積層体の表面にスプレー、浸漬塗布、スクリーン印刷などによって塗布されるポリウレタン、ポリイミド、ポリエステル、またはエポキシの共形絶縁コーティングとして構成することができる。その後、保護層１０００を紫外線によって硬化させるか、または熱硬化させることができる。別の例では、保護層１０００は、積層体の表面に接着する感圧接着剤を使用する、図９に示す積層体の表面に対するポリマーフィルム（例えば、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエステルなど）を含むことができる。これらの例は説明のためだけであって、他の材料および構成が保護層１０００に可能である。
装置１００２は、いくつかの機能強化を提供する。ブレード１００の製造中にブレード１００内に別個の加熱要素を配置するのではなく、ブレード１００の複合材料を形成した後に加熱要素（すなわち抵抗加熱層９００）をコーティング材料として塗布することができる。したがって、抵抗加熱層９００は、複合材料を製造するために行われる製造工程に制限を加えない（例えば、硬化温度レベルまたは抵抗加熱層９００に使用される材料のタイプに対する制限）。また、抵抗加熱層９００は、除氷システムを備えていないレガシーロータクラフトのブレードに追加して、そのようなロータクラフトに除氷能力を後付けすることができる。
また、除氷システムは落雷保護システムと統合される。特に、ロータクラフト、航空機、風力タービンなどは、ブレードの一箇所で落雷によって発生した電流をロータクラフト内の電気的に接地された箇所に案内または伝導するのを容易にする導電層３００を有するように構成できる。したがって、ロータクラフトは、導電層３００を電気的に接地された箇所に電気的に接続する配線およびケーブルを含む。交流（ＡＣ）電力供給源のような電力供給源は、例えばＡＣ電流を導電層３００に供給することを可能にするために、同じ配線およびケーブルに接続されてもよい。
次いで、電流は、導電層３００と接触している部分９０２および９０４を介して抵抗加熱層９００に伝達される。抵抗加熱層９００の電気抵抗により、抵抗加熱層９００が加熱される。このように、電力供給源からの電力が抵抗加熱層９００からの熱電力として放散され、それによってブレード１００上の氷が溶ける。この構成では、除氷システムは落雷保護システム（例えば、導電層３００ならびに関連する配線およびケーブル）と統合される。この構成は、両方のシステムが各システムに対して別々の配線および構成要素を有するのではなく、共通の配線および構成要素を使用するので、ロータクラフトのコストを削減することができる。
さらに、装置１００２の構成では、基板の表面２０２がブレード１００の複合材料の外面を含むことができるので、抵抗加熱層９００はブレード１００の外面の近くまたは外面に配置される。例えば、抵抗加熱層９００によって発生した熱エネルギーは、１つの層、すなわち保護層１０００を横切り、ブレード１００の上に形成された氷に影響を与える。そのため、氷を溶かすのに十分な熱を発生させるのに使用される電気エネルギーの量は、ヒータがブレード１００の奥深くに配置される他のシステムと比較して減少する。電力の減少は、従来の除氷システムで使用される電力の約３０％～５０％に達する可能性があると推定される。電力要件がそのように低減することにより、従来の除氷システムを駆動する電力量を生成することができないであろうより軽いロータクラフトおよび航空機に除氷システムを配置することが可能になる。
さらに、抵抗加熱層９００がブレード１００の外面の近くまたは外面に（例えば、外面から０．１ミリメートルから５ミリメートルの間に）配置されるため、抵抗加熱層９００にアクセス可能である。図１０の実施例では、抵抗加熱層９００は、ブレード１００の外面（例えば保護層１０００の外面）から１層離れている。言い換えれば、保護層１０００は、抵抗加熱層９００を外面から分離するものである。したがって、この構成によって、保守および修理作業の実行が容易になる。抵抗加熱層９００の誤動作が発生した場合、抵抗加熱層９００にアクセスし、これを修理または保守するために、保護層１０００またはその一部分を除去する。次にブレード１００を修復するために、別の保護層１０００を追加することができる。したがって、図１０の構成は、ヒータがブレードの奥深くに配置される従来の除氷システムとは対照的であり、そのような従来のシステムで誤動作が発生した場合、保守作業を行うことができず、ブレード除氷システム全体の修理は不可能である。
図１１は、例示的な実施形態による、図１０の構成の様々な構成要素を示すために展開されたブレード１００を示す。図１１では、前縁部（図１参照）が図１１の中央に示す破線１１００にあるようにブレード１００が展開されている。また、図１１ではブレード１００が展開された構成で描かれているので、導電層３００によって覆われている基板２００は示されていない。
図４に関して上述したように実施例において導電層３００を分割する間隙４０４もまた、線１１００に沿って配置される。さらに、図１１の構成では、絶縁層５００は透明であり、したがって図１１では区別できない。言い換えれば、絶縁層５００は導電層３００上に取り付けられているが、絶縁層５００は透明であるので、導電層３００は絶縁層５００を通して透けて見える。さらに、抵抗加熱層９００が導電層３００と接触する部分９０２および９０４を区別するために、部分９０２および９０４は、抵抗加熱層９００の他の部分とは異なる塗りつぶしパターンで陰影を付けられている。保護層１０００は図１１には示していない。
図１１に示すように、抵抗加熱層９００は、ブレード１００の前縁部に沿って配置されてもよいが、ブレード１００の後縁部までずっと延伸していなくてもよい。言い換えれば、実施例では、抵抗加熱層９００は、ブレードの上に形成された氷を溶かすか、またはブレードの上に氷が形成されるのを防ぐために、ブレード１００の前面または先端部分を覆うことができる。
上述のように、除氷システムは、導電層３００を介して抵抗加熱層９００に電気エネルギーを供給するための発電機または供給源を含む。実施例では、約２５ワット／平方インチ（ＷＳＩ）の電力密度は、最小の電源投入時間で十分な表面温度を達成することができる。しかしながら、そのような電力密度は、ロータクラフトの電気システムに大きな要求を課すことがある。ピーク電力需要を低減するために、抵抗加熱層９００を加熱領域に分割することができる。これらの領域は、ブレード１００を除氷するために特定の順序で加熱され、この順序は着氷状態に合わせて調整することができる。
一例として、図１１に示すように、抵抗加熱層９００は、６つの加熱領域１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０、および１１１２に分割することができる。本明細書では、単に例示のために６つの加熱領域を使用する。より多くのまたはより少ない加熱領域を実装することができる。
抵抗加熱層９００、ひいては加熱領域１１０２～１１１２はブレード１００の外面またはその近くに配置されるので、加熱領域１１０２～１１１２は、加熱要素が表面から離れてブレード１００内の奥深くに配置される従来の構成と比較して、より少ない量の熱を発生させるように構成することができる。特に、抵抗加熱層９００は外面の近くに配置されるので、表面に到達する前に浪費または放散される熱が少ないのに対して、従来の構成では、外面に達する前に熱が放散および浪費される可能性がある。言い換えれば、外面に近接して抵抗加熱層９００を配置することにより、除氷システムのエネルギー効率が向上する。結果として、加熱領域１１０２～１１１２は、従来の除氷システムの領域と比較してより小さくすることができる。加熱領域１１０２～１１１２は、ブレード１００上に翼弦方向、翼幅方向、または両方の組み合わせで配置することができる。
加熱領域１１０２～１１１２の各々に別々に電力を供給するために、個々の絶縁リード線または導線を導電層３００に通すことができ、各線は電力を特定の加熱領域に接続する。例えば、図１１に示すように、他の加熱領域１１０２～１１１０とは独立して加熱領域１１１２に電力を供給するために、線１１１４および１１１６を導電層３００に通すことができる。同様に、他の加熱領域１１０２～１１１０のそれぞれは、図１１に示すように各加熱領域に独立して電力を供給するように構成された対応する線を有することができる。
抵抗加熱層９００を独立して作動する加熱領域に分割することに加えてまたは代替的に、抵抗加熱層９００は、異なる領域において異なる量の熱を発生させるように構成されてもよい。抵抗加熱層９００の異なる領域を異なる電気抵抗を有するように構成することによって、異なる領域において異なる量の熱を発生させることができる。
例えば、抵抗加熱層９００がそれぞれの絶縁層の間に挿入された複数の導電性ポリマー層を含むことができる上述の例では、異なる領域に異なる数の層を使用することができる。１つの領域により多くの（電力供給源に並列に接続される）導電性ポリマー層を有することは、その領域における電気抵抗が、より少ない導電性ポリマー層を有する異なる領域におけるそれぞれの電気抵抗よりも低くなり得ることを示し得る。異なる領域において異なる数の層を使用する結果として、ブレード１００にわたって加熱勾配が発生する可能性がある。そのような配置は、一部の箇所を他の場所よりも熱くできるようにするために、様々な領域において異なる数の層をパターン形成（例えば、印刷）することによって実施することができる。
別の例では、領域間で同数の層を使用することができるが、異なる導電率を有する異なる導電性ポリマー材料を異なる領域において使用することができる。その結果、異なる領域において異なる電気抵抗が発生する可能性があり、ブレード１００にわたって加熱勾配が発生する可能性がある。
追加的または代替的に、ある領域の導電性ポリマー層を導電性向上剤で処理してもよく、別の領域の導電性ポリマー層を別の導電性向上剤で処理しなくてもよく、または別の導電性向上剤で処理してもよい。導電性向上剤の例は、ＩＰＡのような形態向上剤を含むことができる。別の例示的な導電性向上剤は、導電性ポリマー層の電子正孔移動度を向上させるためのバンド改質剤を含むことができる。
追加的または代替的に、ある領域における抵抗加熱層９００の厚さは、別の領域における抵抗加熱層９００のそれぞれの厚さと異なってもよい。異なる厚さは、異なる領域における異なる導電率および異なる電気抵抗を示し得る。したがって、基板２００上（したがってブレード１００上）の導電性および抵抗率を修正し、抵抗加熱層９００の異なる領域で異なる量の熱を発生させるために、いくつかの技術を使用することができる。
上記の説明は除氷システムに関連して提供されているが、上記の構成は、防氷システムにも使用することができる。防氷システムでは、氷が最初に基板上に形成されるのを防ぐために上記の構成を使用することができる。
図１２は、例示的な実施形態による、空力構造を形成するための方法１２００のフローチャートである。方法１２００は、例えば、空力構造（例えば、ブレード１００）または装置１００２を形成するために使用することができる方法の一例を提示する。方法１２００は、ブロック１２０２～１２２６のうちの１つ以上によって示されるように、１つ以上の動作、機能、または行為を含むことができる。ブロックは順番に示されているが、これらのブロックは、並行して、および／または本明細書に記載されたものとは異なる順序で実行されてもよい。また、所望の実装に基づいて、様々なブロックをより少数のブロックに結合し、追加のブロックに分割し、および／または除去することができる。本明細書に開示されたこのおよび他のプロセスおよび方法について、フローチャートは本実施例の１つの可能な実施の機能性および動作を示すことを理解されたい。当業者に合理的に理解されるように、含まれる機能に応じて、実質的に同時または逆の順序を含む、示されるまたは説明されるものとは異なる順序で機能を実行することができる代替の実装が、本開示の実施例の範囲内に含まれる。
ブロック１２０２において、方法１２００は、基板２００の表面の少なくとも一部分上に導電層３００を形成することを含む。基板２００は、空力構造（例えば、ブレード１００）の複合材料を含む。導電層３００は、落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導するための導電経路を提供するように構成される。導電層を形成することは、ＣＥＭＦ層を形成することを含むことができる。ＣＥＭＦ層を形成することは、アルミニウムまたは銅を含むようにＣＥＭＦ層を形成することを含むことができる。
ブロック１２０４において、方法１２００は、導電層３００上に絶縁層５００を堆積することを含む。一例では、絶縁層５００を堆積させることは、耐久性があり高温で使用可能であることを特徴とするポリウレタン、エポキシ、熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、シリコーン材料などを含む樹脂を含む接着剤層を堆積させることを含むことができる。
ブロック１２０６において、方法１２００は、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４を除去して、絶縁層５００と導電層３００の対応する露出部分７００および７０２とにそれぞれ間隙を形成することを含む。
ブロック１２０８において、方法１２００は、抵抗加熱層９００が絶縁層５００内のそれぞれの間隙を充填し、導電層３００の部分７００および７０２に接触するように、抵抗加熱層９００を絶縁層５００上に形成することを含み、その結果、電力が導電層３００に供給されると、電力が抵抗加熱層９００に伝達され、それによってそこから熱が発生して空力構造（例えば、ブレード１００）を除氷する。
図１３は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２１０において、動作は、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４を除去し、かつ導電層３００の部分７００および７０２を露出させるために、絶縁層５００を研磨することを含む。
図１４は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２１２において、動作は、絶縁層５００を部分的に覆うようにエッチングマスク６００を形成し、それによって絶縁層の露出部分６０２および６０４を露出させたままにすることを含む。ブロック１２１４において、動作は、絶縁層５００の露出部分６０２および６０４をエッチングすることを含む。ブロック１２１６において、動作はエッチングマスク６００を除去することを含む。
図１５は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２１８において、動作は、導電層３００をそれぞれの電極を表すセグメント４００および４０２に分割するために、導電層３００に間隙４０４を形成することを含む。
図１６は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２２０において、動作は、抵抗加熱層９００を複数の独立して通電された加熱領域（例えば、加熱領域１１０２～１１１２）に分割することを含む。
図１７は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２２２では、動作は、抵抗加熱層９００の複数の独立して通電された加熱領域１１０２～１１１２の各加熱領域に独立して電力を供給できるように、導電層３００内に複数の絶縁導電線（例えば線１１１４および１１１６）を形成することを含む。
図１８は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２２４において、抵抗加熱層を形成する動作は、少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成することを含む。少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成することは、ＰＡＮＩ－ＤＮＮＳＡ、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ）、ポリアニリン－ドデシルベンゼンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＢＳＡ）、ポリピロール、グラフェン塗料、カーボンナノチューブ塗料、カーボンブラック、導電性酸化物、または金属粒子の層を形成することを含むことができる。
図１９は、例示的な実施形態による、方法１２００で実行することができる追加の動作のフローチャートである。ブロック１２２６において、抵抗加熱層を形成する動作は、複数の導電性ポリマー層を含む多層スタックを形成することを含み、各導電性ポリマー層は、それぞれの絶縁層の間に挿入される。各導電性ポリマー層はそれぞれの電気抵抗を有するので、それぞれの導電性ポリマー層が電力の供給源に並列に接続されたときに、それぞれの導電性ポリマー層の合成電気抵抗は、それぞれの電気抵抗の各々よりも小さくなる。
一例では、多層スタックを形成することは、導電性ポリマー層が電力供給源に並列に接続されているときに基板２００上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成することを含むことができる。一例では、基板２００上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成することは、基板２００の異なる領域に異なる数の層を堆積することを含むことができる。
追加的または代替的に、基板２００上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成することは、基板２００の異なる領域に異なる導電性ポリマーを有する導電性ポリマー層を堆積することを含むことができる。別の例では、基板２００上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成することは、基板２００の異なる領域に異なる厚さを有する導電性ポリマー層を堆積することを含むことができる。
図２０は、例示的な実施形態によるシステム１３００のブロック図を示す。システム１３００は、電源１３０４およびセンサ（単数または複数）１３０６に結合された制御ユニット１３０２を含む。システム１３００は、システム１３００の空力構造または構成要素上に形成された複数の層を含むことができる。構成要素は、例えば翼型とすることができ、または機器、装置、機械、もしくは飛行機（例えば、航空機、ロータクラフト、風力タービンなど）の他の任意の構成要素とすることができる。
構成要素は、基板１３０８を有してもよい。基板１３０８は、構成要素またはその外層を表してもよい。基板２００は、基板１３０８の一例であり得る。複数の層はまた、基板１３０８上に形成された、またはそれに結合された導電層１３１０を含む。導電層１３１０は導電性を有するように構成され、導電層３００は導電層１３１０の一例であり得る。
複数の層は、抵抗加熱層１３１４をさらに含む。抵抗加熱層１３１４は、絶縁層１３１２上に形成されるかまたはそれに結合される。抵抗加熱層１３１４はまた、導電層１３１０に電気的に結合される。
制御ユニット１３０２は、空力構造または構成要素用の加熱システムを作動させるように、およびそのために電源１３０４から導電層１３１０に電力を供給するように構成することができる。抵抗加熱層１３１４は導電層１３１０と電気的に結合されるので、導電層１３１０に供給される電力は抵抗加熱層１３１４にも供給される。そして抵抗加熱層１３１４は、構成要素上に氷が形成されるのを防ぐ、または構成要素上に形成された氷を溶かすために熱エネルギーを発生させる。
制御ユニット１３０２は、加熱システムの動作をいつ開始するかを決定するためのセンサ１３０６からの出力を受信することができる。一例として、センサ１３０６は、周囲空気温度を検出するための温度センサ、あるいは空気中または構成要素上の水分量を検出するための水分量センサを含むことができる。センサ１３０６は、より一般的には、構成要素の環境の着氷状態を決定するためのセンサを含むことができる。
さらに、本開示は、以下の条項に従う実施例を含む。
条項１．基板の表面の少なくとも一部分上に導電層を形成するステップであって、基板は空力構造の複合材料を含み、導電層は落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導する導電経路を提供するように構成される、ステップと、導電層上に絶縁層を堆積するステップと、絶縁層内にそれぞれの間隙を形成し、導電層の対応する１つ以上の部分を露出させるために絶縁層の１つ以上の部分を除去するステップと、導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって空力構造を除氷するための熱がそこから発生するように、抵抗加熱層が絶縁層内のそれぞれの間隙を充填して導電層の対応する１つ以上の部分に接触するように、絶縁層上に抵抗加熱層を形成するステップとを含む、方法。
条項２．絶縁層の１つ以上の部分を除去するステップは、絶縁層の１つ以上の部分を除去して導電層の対応する１つ以上の部分を露出させるために絶縁層を研磨するステップを含む、条項１に記載の方法。
条項３．絶縁層の１つ以上の部分を除去するステップは、絶縁層を部分的に覆い、それによって絶縁層の１つ以上の部分を露出させたままにするためのエッチングマスクを形成するステップと、絶縁層の１つ以上の部分をエッチングするステップと、エッチングマスクを除去するステップとを含む、条項１または条項２に記載の方法。
条項４．導電層をそれぞれの電極を表すそれぞれのセグメントに分割するために導電層内に間隙を形成するステップをさらに含む、条項１から条項３のいずれか一項に記載の方法。
条項５．導電層を形成するステップは、連続エキスパンド金属箔（ＣＥＭＦ）層を形成するステップを含む、条項４に記載の方法。
条項６．ＣＥＭＦ層を形成するステップは、アルミニウムまたは銅を含むようにＣＥＭＦ層を形成するステップを含む、条項５に記載の方法。
条項７．絶縁層を堆積するステップは、ポリウレタン、エポキシ、熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、またはシリコーン材料を含む樹脂を含む接着剤層を堆積するステップを含む、条項１から条項６のいずれか一項に記載の方法。
条項８．抵抗加熱層を形成するステップは、抵抗加熱層を複数の独立して通電された加熱領域に分割するステップを含む、条項１から条項７のいずれか一項に記載の方法。
条項９．抵抗加熱層の複数の独立して通電された加熱領域の各加熱領域に独立して電力を供給できるように、導電層内に複数の絶縁導電線を形成するステップをさらに含む、条項８に記載の方法。
条項１０．抵抗加熱層を形成するステップは、少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成するステップを含む、条項１から条項９のいずれか一項に記載の方法。
条項１１．少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成するステップは、ポリアニリン－ジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＮＮＳＡ）、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ）、ポリアニリン－ドデシルベンゼンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＢＳＡ）、ポリピロール、グラフェン塗料、カーボンナノチューブ塗料、カーボンブラック、導電性酸化物、または金属粒子の層を形成するステップを含む、条項１０に記載の方法。
条項１２．抵抗加熱層を形成するステップは、複数の導電性ポリマー層を含む多層スタックを形成するステップを含み、各導電性ポリマー層はそれぞれの絶縁層の間に挿入され、各導電性ポリマー層はそれぞれの電気抵抗を有するので、それぞれの導電性ポリマー層が電力の供給源に並列に接続されたときに、それぞれの導電性ポリマー層の合成電気抵抗は、それぞれの電気抵抗の各々よりも小さくなる、条項１０に記載の方法。
条項１３．多層スタックを形成するステップは、導電性ポリマー層が電力供給源に並列に接続されているときに基板上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成するステップを含む、条項１２に記載の方法。
条項１４．基板上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成するステップは、基板の異なる領域に異なる数の層を堆積するステップを含む、条項１３に記載の方法。
条項１５．基板上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成するステップは、基板の異なる領域に異なる導電性ポリマーを有する導電性ポリマー層を堆積するステップを含む、条項１３に記載の方法。
条項１６．基板上の電気抵抗率を修正するために多層スタックを形成するステップは、基板の異なる領域に異なる厚さを有する導電性ポリマー層を堆積するステップを含む、条項１３に記載の方法。
条項１７．複合材料を含む基板と、基板の表面の少なくとも一部分上に形成された導電層と、導電層上に堆積された絶縁層であって、絶縁層は、導電層の部分を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層と、絶縁層上に形成された抵抗加熱層であって、導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、抵抗加熱層が絶縁層内の少なくとも１つの間隙を充填して導電層の部分に接触するように形成される、抵抗加熱層とを備える装置。
条項１８．抵抗加熱層が複数の独立して通電された加熱領域に分割され、抵抗加熱層の複数の独立して通電された加熱領域の各加熱領域に独立して電力を供給できるように、導電層が複数の絶縁導電線を含む、条項１７に記載の装置。
条項１９．複合材料を含む基板と、基板の表面の少なくとも一部分上に形成された導電層であって、導電層は、落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導するための導電経路を提供するように構成される導電層と、導電層上に堆積された絶縁層であって、絶縁層は、導電層の部分を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層と、抵抗加熱層であって、導電層に電力が供給されるときに電力が抵抗加熱層に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、抵抗加熱層が絶縁層内の少なくとも１つの間隙を充填して導電層の部分に接触するように形成される抵抗加熱層とを含む、空力構造。
条項２０．空力構造はブレード内に含まれ、抵抗加熱層から熱を発生させることは、ブレードを除氷するために熱を発生させることを含む、条項１９に記載の空力構造。
上記の詳細な説明は、添付の図面を参照して開示されたシステムの様々な形態および動作を説明している。本明細書に記載の例示的な実施形態は、限定的であることを意図していない。開示されたシステムのいくつかの態様は、多種多様な異なる構成で配置および組み合わせることができ、それらすべてが本明細書において企図されている。
さらに、文脈が他に示唆しない限り、各図に示される形態は互いに組み合わせて使用することができる。したがって、図は、一般に、１つ以上の全体的な実施形態の構成要素態様として見なされるべきであり、すべての図示された形態が各実施形態に必要であるとは限らない。
さらに、本明細書または特許請求の範囲における要素、ブロック、またはステップの任意の列挙は、明確さを目的とするものである。したがって、そのような列挙は、これらの要素、ブロック、またはステップが特定の構成に準拠していること、または特定の順序で実行されることを要求または示唆すると解釈されるべきではない。
さらに、装置またはシステムは、図に提示された機能を実行するために使用または構成され得る。一部の例では、装置および／またはシステムの構成要素は、そのような性能を可能にするために構成要素が実際に（ハードウェアおよび／またはソフトウェアによって）構成および構造化されるように機能を実行するように構成され得る。他の例では、装置および／またはシステムの構成要素は、特定の方法で動作しているときなどに、機能を実行するように適合される、能力がある、またはそれに適するように構成され得る。
「実質的に」という用語は、列挙された特性、パラメータ、または値が正確に達成される必要はないが、例えば許容誤差、測定誤差、測定精度限界および当業者に公知の他の要因を含む偏差または変動が、特性が提供することを意図した効果を排除しない量で発生する可能性があることを意味する。
本明細書に記載されている構成は、例示のみを目的とするものである。したがって、当業者であれば、他の構成および他の要素（例えば、機械、インターフェース、動作、順序、および動作のグループ化など）を代わりに使用することができ、望ましい結果に応じて一部の要素を完全に省略できることを理解されよう。さらに、説明されている要素の多くは、任意の適切な組み合わせおよび箇所で、個別の構成要素または分散型の構成要素として、または他の構成要素と併せて実装され得る機能エンティティである。
本明細書では様々な態様および実装形態が開示されているが、他の態様および実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的としており、限定を意図するものではなく、その真の範囲は、特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに特許請求の範囲によって示される。また、本明細書で使用する用語は、特定の実装形態のみを説明するために使用され、限定することを意図するものではない。
１００ ブレード、空力構造
２００ 基板
２０２ 表面
３００ 導電層
４００ 第１のセグメント
４０２ 第２のセグメント
４０４ 間隙
４０６ 表面
５００ 絶縁層
５０２ 表面
６００ エッチングマスク
６０２ 露出部分
６０４ 露出部分
７００ 露出部分
７０２ 露出部分
９００ 抵抗加熱層
９０２ 第１の部分
９０４ 第２の部分
９０６ 加熱領域
１０００ 保護層
１００２ 装置
１１００ 破線
１１０２ 加熱領域
１１０４ 加熱領域
１１０６ 加熱領域
１１０８ 加熱領域
１１１０ 加熱領域
１１１２ 加熱領域
１１１４ 線
１１１６ 線
１２００ 方法
１３００ システム
１３０２ 制御ユニット
１３０４ 電源
１３０６ センサ
１３０８ 基板
１３１０ 導電層
１３１２ 絶縁層
１３１４ 抵抗加熱層

Claims (19)

  1. 基板（２００）の表面の少なくとも一部分上に導電層（３００）を形成するステップ（１２０２）であって、前記基板（２００）は空力構造（１００）の複合材料を含み、前記導電層（３００）は落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導する導電経路を提供するように構成される、ステップ（１２０２）と、
    前記導電層（３００）上に絶縁層（５００）を堆積するステップ（１２０４）と、
    前記絶縁層（５００）内にそれぞれの間隙を形成し、前記導電層（３００）の対応する１つ以上の部分（７００、７０２）を露出させるために前記絶縁層（５００）の１つ以上の部分（６０２、６０４）を除去するステップ（１２０６）と、
    前記導電層（３００）に電力が供給されるときに前記電力が抵抗加熱層（９００）に伝達され、それによって前記空力構造（１００）を除氷するための熱がそこから発生するように、前記抵抗加熱層（９００）が前記絶縁層（５００）内の前記それぞれの間隙を充填して、前記導電層（３００）の前記対応する１つ以上の部分（７００、７０２）に接触するように、前記絶縁層（５００）上に前記抵抗加熱層（９００）を形成するステップ（１２０８）と、
    前記導電層をそれぞれの電極を表すそれぞれのセグメント（４００、４０２）に分割するために前記導電層（３００）内に間隙（４０４）を形成するステップ（１２１８）と、
    を含む、方法（１２００）。
  2. 前記絶縁層（５００）の前記１つ以上の部分（６０２、６０４）を除去するステップ（１２０６）は、
    前記絶縁層（５００）の前記１つ以上の部分（６０２、６０４）を除去して前記導電層（３００）の前記対応する１つ以上の部分（７００、７０２）を露出させるために前記絶縁層（５００）を研磨するステップ（１２１０）を含む、請求項１に記載の方法（１２００）。
  3. 前記絶縁層（５００）の前記１つ以上の部分（６０２、６０４）を除去するステップ（１２０６）は、
    前記絶縁層（５００）を部分的に覆い、それによって前記絶縁層（５００）の前記１つ以上の部分（６０２、６０４）を露出させたままにするためのエッチングマスク（６００）を形成するステップ（１２１２）と、
    前記絶縁層（５００）の前記１つ以上の部分（６０２、６０４）をエッチングするステップ（１２１４）と、
    前記エッチングマスク（６００）を除去するステップ（１２１６）と
    を含む、請求項１または２に記載の方法（１２００）。
  4. 前記導電層を形成するステップ（１２０２）は、連続エキスパンド金属箔（ＣＥＭＦ）層を形成するステップを含む、請求項３に記載の方法（１２００）。
  5. 前記ＣＥＭＦ層を形成するステップ（１２０２）は、アルミニウムまたは銅を含むように前記ＣＥＭＦ層を形成するステップを含む、請求項４に記載の方法（１２００）。
  6. 前記絶縁層（５００）を堆積するステップ（１２０４）は、ポリウレタン、エポキシ、熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、またはシリコーン材料を含む樹脂を含む接着剤層を堆積するステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（１２００）。
  7. 前記抵抗加熱層（９００）を形成するステップ（１２０８）は、
    前記抵抗加熱層（９００）を複数の独立して通電された加熱領域（１１０２～１１１２）に分割するステップ（１２２０）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（１２００）。
  8. 前記抵抗加熱層（９００）の前記複数の独立して通電された加熱領域（１１０２～１１１２）の各加熱領域に独立して前記電力を供給できるように、前記導電層（３００）内に複数の絶縁導電線（１１１４、１１１６）を形成するステップ（１２２２）をさらに含む、
    請求項７に記載の方法（１２００）。
  9. 前記抵抗加熱層（９００）を形成するステップ（１２０８）は、少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成するステップ（１２２４）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（１２００）。
  10. 前記少なくとも１つの導電性ポリマー層を形成するステップ（１２２４）は、ポリアニリン－ジノニルナフタレンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＮＮＳＡ）、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）－ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ）、ポリアニリン－ドデシルベンゼンスルホン酸（ＰＡＮＩ－ＤＢＳＡ）、ポリピロール、グラフェン塗料、カーボンナノチューブ塗料、カーボンブラック、導電性酸化物、または金属粒子の層を形成するステップを含む、請求項９に記載の方法（１２００）。
  11. 前記抵抗加熱層（９００）を形成するステップ（１２０８）は、複数の導電性ポリマー層を含む多層スタックを形成するステップ（１２２６）を含み、各導電性ポリマー層はそれぞれの絶縁層の間に挿入され、各導電性ポリマー層はそれぞれの電気抵抗を有するので、それぞれの前記導電性ポリマー層が前記電力の供給源に並列に接続されたときに、前記それぞれの導電性ポリマー層の合成電気抵抗は、それぞれの電気抵抗の各々よりも小さくなる、請求項９に記載の方法（１２００）。
  12. 前記多層スタックを形成するステップ（１２２６）は、前記導電性ポリマー層が電力供給源に並列に接続されているときに前記基板（２００）上の電気抵抗率を修正するために前記多層スタックを形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法（１２００）。
  13. 前記基板（２００）上の前記電気抵抗率を修正するために前記多層スタックを形成するステップ（１２２６）は、前記基板（２００）の異なる領域に異なる数の層を堆積するステップを含む、請求項１２に記載の方法（１２００）。
  14. 前記基板（２００）上の前記電気抵抗率を修正するために前記多層スタックを形成するステップ（１２２６）は、前記基板（２００）の異なる領域に異なる導電性ポリマーを有する導電性ポリマー層を堆積するステップを含む、請求項１２に記載の方法（１２００）。
  15. 前記基板（２００）上の前記電気抵抗率を修正するために前記多層スタックを形成するステップ（１２２６）は、前記基板（２００）の異なる領域に異なる厚さを有する導電性ポリマー層を堆積するステップを含む、請求項１２に記載の方法（１２００）。
  16. 複合材料を含む基板（２００）と、
    前記基板（２００）の表面（２０２）の少なくとも一部分上に形成され、間隙（４０４）によって互いに分離されたそれぞれの電極を表すそれぞれのセグメント（４００、４０２）に分割された導電層（３００）と、
    前記導電層（３００）上に堆積された絶縁層（５００）であって、前記絶縁層（５００）は、前記導電層（３００）の部分（７００、７０２）を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層（５００）と、
    前記絶縁層（５００）上に形成された抵抗加熱層（９００）であって、前記導電層（３００）に電力が供給されるときに前記電力が前記抵抗加熱層（９００）に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、前記抵抗加熱層（９００）が前記絶縁層（５００）内の前記少なくとも１つの間隙を充填して前記導電層（３００）の前記部分（７００、７０２）に接触するように形成される、抵抗加熱層（９００）と
    を備える装置（１００２）。
  17. 前記抵抗加熱層（９００）が複数の独立して通電された加熱領域（１１０２～１１１２）に分割され、前記抵抗加熱層（９００）の前記複数の独立して通電された加熱領域（１１０２～１１１２）の各加熱領域に独立して前記電力を供給できるように、前記導電層（３００）が複数の絶縁導電線（１１１４、１１１６）を含む、請求項１６に記載の装置（１００２）。
  18. 複合材料を含む基板（２００）と、
    前記基板（２００）の表面（２０２）の少なくとも一部分上に形成され、間隙（４０４）によって互いに分離されたそれぞれの電極を表すそれぞれのセグメント（４００、４０２）に分割された導電層（３００）であって、前記導電層（３００）は、落雷によって発生した電流を電気的に接地された箇所に伝導するための導電経路を提供するように構成される、導電層（３００）と、
    前記導電層（３００）上に堆積された絶縁層（５００）であって、前記絶縁層（５００）は、前記導電層（３００）の部分（７００、７０２）を露出させる少なくとも１つの間隙を含む、絶縁層（５００）と、
    抵抗加熱層（９００）であって、前記導電層（３００）に電力が供給されるときに前記電力が前記抵抗加熱層（９００）に伝達され、それによって熱がそこから発生するように、前記絶縁層（５００）内の前記少なくとも１つの間隙を充填して前記導電層（３００）の前記部分（７００、７０２）に接触するように前記絶縁層（５００）上に形成される前記抵抗加熱層（９００）と
    を含む空力構造（１００）。
  19. 前記空力構造（１００）はブレード（１００）内に含まれ、前記抵抗加熱層（９００）から熱を発生させることは、前記ブレード（１００）を除氷するために熱を発生させることを含む、請求項１８に記載の空力構造（１００）。
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