RU2535236C2

RU2535236C2 - Способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата

Info

Publication number: RU2535236C2
Application number: RU2012107460/28A
Authority: RU
Inventors: Франсуа ПОН; Николя ЛАРРОЗ
Original assignee: ЭРБЮС ОПЕРАСЬОН (сосьете пар аксьон семплифье)
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2014-12-10
Also published as: CA2769562A1; FR2948770B1; CN102549415A; US9618467B2; CN102549415B; JP5719362B2; RU2012107460A; JP2013501216A; US20120119761A1; EP2459995B1; EP2459995A1; WO2011012794A1; FR2948770A1

Abstract

Изобретение может быть использовано при изготовлении летательных аппаратов. Способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, в котором, по меньшей мере, к одному образцу, выполненному из композитного материала, прижимают две накладки, осуществляя плотную подгонку, по меньшей мере, одной из накладок и отверстия этого или каждого образца, определяют значение электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом, и выводят на основании полученного значения значение электрического сопротивления композитного материала. Изобретение обеспечивает упрощение определения электрической характеристики композитного материала. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение касается композитных материалов, используемых при изготовлении летательных аппаратов.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время проявляется тенденция в изготовлении летательных аппаратов с использованием композитных материалов, в частности, благодаря их небольшому весу и механическим свойствам. Эти композитные материалы выполнены из матрицы синтетического материала, например из эпоксидной смолы, в которую погружены волокна, такие как углеродные волокна.

Если в конструкции самолета должен присутствовать такой материал, то следует знать его поведение с точки зрения электрического сопротивления. Сегодня для этого применяют следующий способ. Из композитного материала изготавливают брусок, выполненный в виде пакета из нескольких слоев. Число слоев известно, и они ориентированы, например, в следующей последовательности 45°/0°/-45°/90° и т.д. На оба конца бруска электролитическим методом наносят металл, являющийся хорошим электрическим проводником. При помощи вольтметра измеряют разность потенциалов между этими двумя покрытиями, пропуская электрический ток через брусок, установленный последовательно с амперметром. Зная напряжение и силу тока, можно определить сопротивление бруска по закону Ома R=U/I.

Однако электролитическое нанесение покрытия на концы бруска является относительно трудной операцией. Действительно эта операция является продолжительной, дорогой и не гарантирует надежности. В частности, качество поверхностной обработки, выполняемой при этом электролитическом нанесении, в значительной степени зависит от тщательности подготовки бруска, что на практике приводит к осуществлению десятка разных этапов, чтобы обеспечить это нанесение правильным образом. Эти этапы требуют привлечения квалифицированного персонала и специальных средств, что уже само значительно повышает стоимость операции. Кроме того, отмечается, что полученные результаты не всегда однородны и в действительности зависят от качества нанесенного покрытия. Кроме того, учитывая, что подачу тока и измерение напряжения на концах бруска производят при помощи зажимов, электролитическое покрытие быстро стареет, что затрудняет повторное проведение экспериментов.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является облегчение определения электрической характеристики композитного материала.

Согласно изобретению, предложен способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, в котором:

по меньшей мере, к одному образцу, выполненному из композитного материала, прижимают две накладки,

определяют значение электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом, и

выводят, на основании полученного значения, значение электрического сопротивления композитного материала.

Таким образом, электролитическое нанесение покрытия заменяют созданием контактного давления между накладками и образцом. Разумеется, контакт между каждой накладкой и образцом приводит к появлению контактного электрического сопротивления. Однако эту величину можно по выбору контролировать или исключить посредством вычислений, поэтому этот способ обеспечивает надежное получение значения электрического сопротивления композитного материала. Этот способ является более легким и более быстрым в применении, чем способ, связанный с электролитическим нанесением покрытия. Он дает надежные результаты и воспроизводимые измерения.

Предпочтительно сжатие осуществляют таким образом, чтобы подвергать этот или каждый образец контактному давлению, превышающему заранее определенный порог.

Действительно, как неожиданно выяснилось, при увеличении усилия сжатия между накладками, которому подвергается образец, электрическое сопротивление всей сборки быстро снижается, приближаясь к асимптоте. Это показывает, что контактное электрическое сопротивление между каждой накладкой и образцом по существу остается постоянным, когда давление превышает порог, и может даже стать ничтожной величиной. Таким образом, наличие контактного электрического сопротивления не мешает определению характеристики сопротивления самого композитного материала.

Предпочтительно, по меньшей мере, одну из накладок вставляют в отверстие одного или каждого образца и осуществляют плотную подгонку накладки в отверстии.

В данном случае, речь идет о простом и удобном монтаже для снижения контактного электрического сопротивления между каждой накладкой и образцом.

Предпочтительно, накладка имеет диаметр, превышающий диаметр отверстия.

Предпочтительно, диаметр «с» накладки и диаметр «е» отверстия отвечают следующему условию:

(с-е)/с≥0,0025.

Таким образом, контактное электрическое сопротивление между каждой накладкой и образцом становится ничтожным.

Предпочтительно, сжатию подвергают, по меньшей мере, два образца, изготовленных из одинакового композитного материала.

Таким образом, комбинируя результаты, полученные для образцов, можно исключить вычисления контактного электрического сопротивления и отказаться, таким образом, от учета этого параметра.

Предпочтительно, последовательно осуществляют сжатие двух образцов, оставляя без изменения положение одной из накладок.

Таким образом, уменьшают число манипуляций. Кроме того, сокращая разрывы контакта между накладками и образцами, повышают надежность результатов.

Предпочтительно, оба образца являются частью одной и той же детали.

Таким образом, снижают риски проявления различий в свойствах двух образцов и повышают надежность результатов.

Предпочтительно, на деталь устанавливают три накладки в местах, находящихся на одной линии.

Этот способ позволяет путем исключительно простых вычислений получить значение электрического сопротивления материала.

Согласно изобретению, предложена также компьютерная программа, содержащая кодовые команды для выполнения, по меньшей мере, некоторых этапов способа в соответствии с настоящим изобретением, когда он исполняется компьютером.

Согласно изобретению, предложен также носитель данных, содержащий записанную на нем такую программу.

Изобретением предусмотрено также размещение такой программы в телекоммуникационной сети с целью ее дистанционной загрузки.

Согласно изобретению, предложен также способ изготовления летательного аппарата, в котором летательный аппарат изготавливают из композитного материала, имеющего электрическую характеристику, определенную по способу, в соответствии с настоящим изобретением, и с учетом значения электрического сопротивления композитного материала, полученного при помощи этого способа.

Предпочтительно электрическое оборудование летательного аппарата соединяют с деталью, изготовленной из композитного материала, и летательный аппарат выполняют таким образом, чтобы контур паразитного тока оборудования проходил через эту деталь.

Согласно изобретению, предложена также установка для определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, при этом установка содержит:

по меньшей мере, две накладки,

средства для прижатия двух накладок к образцу, и

средства для определения значения электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом.

Согласно изобретению, предложен также летательный аппарат, изготовленный из композитного материала, имеющего электрическую характеристику, определенную по способу в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно летательный аппарат содержит электрическое оборудование, соединенное с деталью и выполненное таким образом, чтобы контур паразитного тока оборудования проходил через деталь.

Это изобретение может находить свое применение, например, в следующем контексте.

Самолет содержит многочисленное электрическое оборудование или приборы различного назначения. Речь может идти о двигателях или об электронных устройствах, таких как компьютеры.

Среди этих приборов многие получают питание однофазным электрическим током. Для этого прибор подключают к положительному полюсу генератора при помощи провода. Что касается соединения с отрицательным полюсом генератора, то его осуществляют посредством соединения другого полюса прибора с металлической массой самолета, с которой также соединяют отрицательный полюс генератора. Речь идет о контуре так называемых функциональных токов.

Необходимо также предусмотреть удаление возможных паразитных токов, связанных с приборами. Ток этого типа является, например, током утечки или током короткого замыкания и может появляться в случае неисправности. Если основная часть самолета выполнена из металла, паразитные токи можно удалять так же, как и функциональные токи, поскольку прибор соединен с металлическими деталями самолета.

Иначе обстоит дело, если часть самолета выполняют из композитного материала, который содержит матрицу из пластического материала, усиленную неметаллическими волокнами. Действительно, такой материал проводит электрический ток хуже, чем металл.

Чтобы подключить на металлическую массу летательного аппарата приборы, присутствующие на самолете такого типа, и удалять, таким образом, функциональные токи, каждый прибор соединяют с этой массой при помощи специального провода. Как известно, для этого предусматривают специальную металлическую сеть, которую на уровне фюзеляжа называют иногда термином «конструктивная электрическая сеть» или ESN.

Кроме того, необходимо предусмотреть, чтобы возможный паразитный ток прибора смог достичь металлической массы. Для этого используют специальную сеть, называемую металлической сетью паразитного тока или MBN. Эта сеть частично совпадает с конструктивными металлическими деталями самолета, такими как направляющие кресел, для реализации структуры сети самолета, позволяющей удалять паразитные токи приборов. В этом контексте, как известно, предусматривают специальные компоненты, такие как металлические полосы на каждой раме или на каждой поперечной балке самолета, чтобы, несмотря на присутствие композитного материала, обеспечивать электрическую непрерывность между металлическими деталями, которая позволяет удалять паразитные токи через массу самолета.

Однако в совокупности эти металлические элементы образуют сложную сеть и создают много проблем. Так, добавление специальных компонентов приводит к увеличению веса самолета. Оно увеличивает также продолжительность совокупности операций монтажа. Соответственно увеличиваются расходы. Эти элементы усложняют также цепь обратного пути тока. Наконец, эти элементы требуют специального проектирования, касающегося размерности, обслуживания, коррозии и соединения частей сети ESN между собой.

Поэтому преимущественно предусматривают, чтобы летательный аппарат содержал, по меньшей мере, один электрический прибор и деталь из композитного материала, с которой соединяют прибор, при этом композитный материал, имеющий электрическую характеристику, определяемую при помощи изобретения, при этом летательный аппарат выполнен таким образом, чтобы контур паразитного тока прибора проходила через эту деталь.

Таким образом, удаление возможных паразитных токов прибора происходит при помощи смешанной сети, выполненной из композитного материала и металла. Металлическая часть сети соответствует металлической массе летательного аппарата. Речь идет о главной сети. Деталь или детали из композитного материала образуют сеть доставки, позволяющую направлять паразитные токи к этой главной сети. Таким образом, сами детали из композитного материала служат для удаления паразитных токов приборов. Изобретение исходит из того, что электрические свойства композитных материалов на борту летательных аппаратов не позволяют им удалять функциональные токи на массу летательного аппарата, но зато позволяют удалять паразитные токи. Реализация изобретения не требует добавления большого числа специальных компонентов. Она не приводит к чрезмерному увеличению веса или к значительному увеличению продолжительности операций монтажа. Расходы существенно не увеличиваются, и обратный контур тока не становится сложным. Наконец, нет необходимости в вышеуказанном специальном проектировании для соединения между собой частей сети ESN. Электрическую характеристику композитного материала определяют, как было указано выше, что позволяет использовать его для этого назначения.

Предпочтительно, летательный аппарат содержит, по меньшей мере, один контактный узел, подключенный к прибору и соединенный с деталью посредством плотной подгонки узла с деталью.

Таким образом, обеспечивают хорошее электрическое соединение прибора с деталью из композитного материала для нормального удаления паразитных токов. В частности, эта подгонка позволяет свести к минимуму и даже практически делает ничтожным контактное сопротивление между узлом и деталью, что облегчает удаление паразитных токов через деталь из композитного материала.

Предпочтительно контактный узел проходит в отверстии детали, при этом диаметр «v» узла и диаметр «е» отверстия отвечают следующему условию:

(v-e)/v≥0,0025

Такое соотношение между диаметрами обеспечивает ничтожность контактного сопротивления.

Предпочтительно композитный материал содержит пластический материал, усиленный углеродными волокнами.

Предпочтительно контур паразитного тока в основном, если рассматривать по длине контура, содержит металлические детали летательного аппарата.

Таким образом, сеть в основном состоит из металлических элементов, в частности конструктивных элементов летательного аппарата, что обеспечивает ей минимально возможное электрическое сопротивление ячейки.

Предпочтительно, минимальное число электрических приборов и деталей из композитного материала равно двум, при этом летательный аппарат содержит металлическую конструкцию, соединенную с деталями из композитного материала таким образом, чтобы контур паразитного тока каждого прибора проходил через связанную с ним деталь и металлическую конструкцию, но не проходил через деталь, связанную с каждым другим прибором.

Предпочтительно, летательный аппарат содержит устройство контроля, выполненное с возможностью детектирования паразитного тока, связанного с прибором.

Это устройство позволяет предохранять прибор от возможных последствий появления паразитного тока.

Предпочтительно устройство выполнено с возможностью отключения питания прибора током, когда оно детектирует паразитный ток, связанный с прибором.

Предпочтительно, устройство контроля является частью прибора.

Таким образом, устройство предназначено для прибора. В случае появления паразитного тока оно может изолировать прибор, не останавливая работу других приборов. Кроме того, оно не требует специальной операции монтажа на конвейере.

Предпочтительно, в рамках вышеуказанного способа выполнения в соответствии с настоящим изобретением, электрический прибор летательного аппарата соединяют с деталью из композитного материала, охарактеризованного изобретением, и летательный аппарат выполняют таким образом, чтобы контур паразитного тока прибора проходил через деталь.

Предпочтительно, с прибором соединяют, по меньшей мере, один контактный узел и контактный узел соединяют с деталью посредством плотной подгонки узла с деталью.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает общий вид самолета, изготовленного с применением композитного материала, характеризованного с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 изображает схему установки для определения характеристик в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3 изображает кривую, показывающую изменение сопротивления сборки установки, показанной на фиг.2, в зависимости от силы, действующей на эту сборку;

Фиг.4 и 5 изображают два этапа при применении способа в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6 изображает кривые, показывающие изменение сопротивления связи в зависимости от взаимодействия в монтажных схемах, показанных на фиг.4 и 5;

Фиг.7 изображает электрическую схему подключения прибора на борту самолета, показанного на фиг.1;

Фиг.8 изображает общий вид прибора и его соединения с частью конструкции самолета, показанного на фиг.1;

Фиг.9 изображает вид соединения в разрезе по плоскости IХ-IХ по фиг.8;

Фиг.10 изображает электрическую схему, иллюстрирующую вариант принципа действия устройства контроля;

Фиг.11 изображает электрическую схему подключения прибора, содержащего это устройство контроля.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 показан летательный аппарат 2, который в данном случае является летательным аппаратом тяжелее воздуха и, в частности, самолетом. Самолет содержит фюзеляж 4, два крыла 6 и два двигателя 8, установленные в данном примере на крыльях.

По меньшей мере, некоторые части самолета, такие как фюзеляж 4 или крылья 6, выполнены, в том числе, по меньшей мере, из одного композитного материала. В настоящем примере такой материал содержит пластический материал, такой как эпоксидная смола, образующая матрицу, в которую погружены волокна, такие как углеродные волокна. В данном случае речь идет о материале типа CFRP (пластический материал, усиленный углеродными волокнами).

Далее следует описание варианта применения способа в соответствии с настоящим изобретением, предназначенного для определения электрической характеристики такого композитного материала при помощи установки 10, показанной на фиг.2. Эта установка содержит машину 12 для сжатия, такую как пресс. Машина содержит, в частности, две площадки 20, между которыми создают усилие сжатия, и экран 14, позволяющий контролировать создаваемое усилие сжатия. Установка содержит две накладки 16, выполненные из металла, являющегося хорошим проводником электричества. Предпочтительно используют пластичный металл, то есть металл, легко поддающийся деформации.

В способе согласно изобретению используют образец 18 из композитного материала, например, в виде профилированного элемента с прямоугольным или квадратным сечением. Речь идет, например, о бруске из композитного материала, выполненном путем сборки нескольких слоев, ориентированных, например, в следующей последовательности 45°/0°/-45°/90° и т.д.

Осуществляют сборку, располагая образец 18 между двумя накладками 16, установленными на продольных концах образца. Эту сборку располагают между двумя площадками 20 машины 12, которые действуют на накладки 16 двумя усилиями 22 противоположного направления, направленными в сторону сборки, то есть от одной накладки к другой.

Кроме того, установка 10 содержит средства измерения разности потенциалов между границами сборки, причем эти средства содержат, например, вольтметр 23, соединенный с двумя соответствующими накладками 16. Установка содержит также генератор 24 тока, выполненный с возможностью подачи электрического тока в эту сборку через две накладки. Последовательно в цепи подключены средства измерения силы тока, такие как амперметр 26.

При помощи этой установки образец 18 сжимают между двумя накладками 16. На шкале 14 считывают значение усилия 22, действующего на сборку. На основании измерений напряжения и силы тока при помощи вольтметра и амперметра, согласно закону Ома, в каждый момент определяют общее сопротивление сборки, образованной двумя накладками и образцом.

Таким образом, экспериментально получают результаты, приведенные в нижеследующей таблице, содержащей два столбца соответственно для усилия 22 сжатия в ньютонах и сопротивление в миллиомах.

Усилие сжатия в Н	Сопротивление в мОм
100	17500
200	6700
300	2900
400	1770
500	1410
600	1210
700	1060
800	944
900	845
1000	766
1100	706
1200	659

Эти данные отображены на кривой графика фиг.3, который показывает на оси ординат изменение сопротивления в мОм в зависимости от создаваемого усилия, показанного на оси абсцисс. Отмечается, что сопротивления резко снижается примерно при значении усилия в 400 Н и, затем, соответствует асимптоте, приближая ее к значению 600 Ом.

Например, можно вычислить получаемое контактное давление для усилия 22 в 1000 Н. Поскольку в данном случае сечение образца равно S=123,41 мм², получают контактное давление ε=F/S=1000/123,41=8 МПа.

Если считать электрическое сопротивление накладок 16 ничтожным, измеренное таким образом общее сопротивление R отвечает следующему условию:

R=2*R_c+R_CFRP*L,

где R является общим электрическим сопротивлением сборки, полученным в результате измерений;

R_c является контактным электрическим сопротивлением между образцом и каждой из накладок 16;

R_CFRP является линейным электрическим сопротивлением материала образца; и

L является длиной образца.

Естественно, чем больше создаваемое усилие, тем больше контактное давление. Кривая на фиг.3 показывает, что начиная от порога усилия сжатия, установленного, например, в значении 400 Н в настоящем примере, контактное электрическое сопротивление R_c можно считать постоянным и даже рассматривать как ничтожную величину. Отсюда следует, что начиная от этого порога можно считать значение контактного сопротивления сведенным к минимуму и контролируемым, что позволяет определить электрическую характеристику самого композитного материала 18.

Это определение характеристики можно осуществлять разными способами. Один из ее примеров представлен ниже. Как показано на фиг.4 и 5, используют два образца 18а и 18b, которые в данном примере выполнены заодно из одной детали 30, выполненной из характеризуемого композитного материала. Эта деталь имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Деталь содержит места 32 для размещения накладок 16. В данном случае, эти места выполнены в виде отверстий или гнезд, в каждое из которых помещают накладку 16, выполненную в виде вставки. Отверстия имеют цилиндрическую форму с круглым сечением, так же как и накладки 16 в настоящем примере. Оси отверстий параллельны между собой, и в данном случае отверстия выходят на одну сторону детали. Отверстия являются идентичными по форме и размерам. В данном случае гнезда 32 выполнены в детали 30 в количестве трех. Они расположены в линию таким образом, чтобы расстояние L, разделяющее первое и второе гнезда 32, составляло половину расстояния 2L, разделяющего второе и третье гнезда.

Ставится задача подвергнуть каждый образец 18а, 18b контактному давлению, превышающему заранее определенный порог. Для этого размеры отверстий и накладок определяют таким образом, чтобы произвести плотную подгонку каждой накладки с соответствующим отверстием. Иначе говоря, реализуют так называемое крепление за счет «взаимодействия». В данном случае накладка имеет диаметр «с», превышающий диаметр «е» отверстия, и они отвечают следующему условию:

(с-е)/с≥0,0025

Значение 0,0025 позволяет пренебречь контактным сопротивлением. Еще лучших результатов можно добиться, продолжая уменьшать контактное сопротивление, сделав минимальное значение равным 0,0030 и даже 0,0035. Естественно, с другой стороны, предпочтительно ограничить соотношение (с-e)/с таким образом, чтобы оно не превышало, например, 0,0083, чтобы не превышать пределы механической прочности пластического материала.

На фиг.6 показаны две экспериментальные кривые, показывающие по оси ординат изменение сопротивления связи или контактного сопротивления в зависимости от плотности соединения между накладкой или вставкой и отверстием, в которое ее вставляют. На оси абсцисс показана величина (с-e)/с, обозначаемая термином «взаимодействие» и измеряемая в процентах. Верхняя кривая 37 показывает результаты испытаний на термопластическом материале, тогда как нижняя кривая 38 касается термопластического материала. Отмечается, что начиная от значения взаимодействия 0,25% сопротивление связи устанавливается в значении ниже 5 мОм для обоих материалов.

Способ в соответствии с настоящим изобретением применяют следующим образом.

Две накладки 16 вставляют в первое и второе отверстия 32. Плотно подгоняют посадку с помощью такого инструмента, как пресс. Благодаря полученным таким образом соединениям в паз на образец, расположенный между двумя накладками, действуют усилием сжатия от одного к другому из гнезд в направлении, соответствующем длине L. Таким образом, создают радиальное давление между каждой накладкой и получают контактное давление между накладкой и отверстием композитного материала. Вышеуказанный выбор диаметров позволяет добиться значения, превышающего 100 МПа. Таким образом, при помощи установки 10 создают такое давление, при котором полученное усилие превышает заранее определенный порог, чтобы контактное сопротивление было по существу постоянным и ничтожным.

Как и в предыдущем случае, между двумя накладками 16 пропускают ток, измеряя его силу, а также измеряют разность потенциалов между двумя накладками, что позволяет получить значение сопротивления R₁ для сборки, образованной двумя накладками и частью 18а детали 30, образующей первый образец.

Как показано на фиг.5, на следующем этапе производят такие же операции, вставляя на этот раз накладки 16 во второе и третье гнезда 32. Измерения силы тока и разности потенциалов позволяют получить значение сопротивления R₂ для сборки из двух накладок и образца 18b, образованного частью детали, находящейся между двумя соответствующими гнездами.

Таким образом, получают нижеследующую систему из двух уравнений:

R₁=2*R_c+R_CFRP*L,

R₂=2*R_c+R_CFRP*2L,

Где R₁ и R₂ - измеренное электрическое сопротивление;

R_c - контактное электрическое сопротивление на уровне каждой накладки;

R_CFRP - электрическое сопротивление, отнесенное к единице длины - композитного материала; и

L - межосевое расстояние, в данном случае равное 50 мм.

Учитывая, что на этапах, показанных на фиг.4 и 5, в каждом отверстии создаваемое давление (100 МПа) было одинаковым, это же можно сказать и о величине R_c. Следовательно, ее можно исключить, чтобы получить электрическое сопротивление, отнесенное к единице длины композитного материала. Комбинируя два уравнения, получаем:

R_CFRP=(R₂-R₁)/L.

Следует отметить, что накладка 16, находящаяся во втором гнезде 32, может оставаться на своем месте во время перехода от этапа, показанного на фиг.4, к этапу, показанному на фиг.5, что позволяет повысить надежность результата.

Один или несколько этапов способа в соответствии с настоящим изобретением можно осуществлять при помощи компьютерной программы, содержащей команды, позволяющие управлять выполнением этих этапов, когда программа исполняется на компьютере. Эту программу можно записать на носителе данных или можно разместить в телекоммуникационной сети с целью ее дистанционной загрузки.

Принцип определения характеристик можно, например, применять следующим образом.

Самолет 2 содержит на борту множество электрических приборов, представляющих собой самые разные устройства и оборудование. Речь идет, например, о двигателях или об электронных устройствах, таких как компьютеры. Один из этих приборов 12 показан на фиг.8.

Конструкция самолета содержит конструктивные детали из металла, такие как направляющая 14 кресел, показанная на фиг.8. Самолет содержит также конструктивные детали из композитного материала, такие как поперечная балка 16, показанная на этой же фигуре.

В данном случае под композитным материалом следует понимать соединение, по меньшей мере, двух материалов, не смешивающихся друг с другом, но обладающих способностью сильного сцепления. Композитный материал содержит каркас или усиление, которое обеспечивает его механическую прочность, и защитную матрицу. В данном случае матрица является пластическим материалом, а усиление образовано углеродными волокнами. Таким образом, материал здесь является пластическим материалом, усиленным углеродными волокнами. Направляющая 14 опирается на поперечную балку 16 и расположена перпендикулярно к ней, будучи закрепленной на этой балке при помощи конструктивного соединительного элемента 18.

На фиг.7 показана электрическая схема подключения прибора 12 к генератору 20 тока на борту самолета 2. В данном случае речь идет об однофазном генераторе. Прибор 12, символически показанный на схеме своим сопротивлением ZI, подключен к положительному полюсу генератора через проводник, такой как провод 22, имеющий сопротивление Rf. Кроме того, он соединен с отрицательным полюсом генератора через проводник заземления, такой как провод 24, имеющий сопротивлением Rg. В свою очередь, этот провод подсоединен к сети ESN 26 самолета, которая на обратном пути протекания функционального тока прибора 12 представлена сопротивлением Rr. Эти элементы образуют цепь заземления прибора 12 для обеспечения обратного пути протекания функциональных токов, при этом цепь показана на фиг.7 сплошной линией и обозначена позицией 28. Речь идет о нормальном пути, по которому следует электрический ток, выдаваемый генератором 20 и питающий прибор 12 во время его нормальной работы.

На чертеже показана ветвь 30, проходящая параллельно ветви 32, в которой последовательно подключены прибор 12 и провод 24. Ветвь 30 иллюстрирует возможность короткого замыкания, символически показанного установленным на ней выключателем 34. Во время такого короткого замыкания ток от положительного полюса генератора 20, по меньшей мере, частично проходит через ветвь 30, затем через этот выключатель в замкнутом положении и следует по контуру паразитного тока, проходящему через сборку 36, символически показанную сопротивлением Rb, затем через сеть ESN 26.

В данном случае, как показано на фиг.8, элемент 36 представляет собой соединение прибора 12 с деталью 16 из композитного материала при помощи провода 40, который, в свою очередь, соединен с металлическим элементом 42, таким как пластина, закрепленная на детали 16. Это крепление осуществляют при помощи нескольких металлических элементов, таких как винты 43, каждый из которых проходит через пластину 42 и проникает в деталь 16.

Как показано на фиг.9, осуществляют плотную подгонку винта 43 и детали 16. Для этого в данном случае винт 43 содержит на своем стержне гладкий цилиндрический участок, входящий в контакт с деталью 16. В данном случае резьба 45 выполнена только на части стержня винта, а именно на его дистальном концевом участке. Винт заходит в калиброванное отверстие 41 детали, выполненное до установки винта. Диаметр «v» винта 43 и диаметр «е» отверстия отвечают следующему отношению:

(v-e)/v≥0,0025.

Такая плотная подгонка позволяет создать давление между стороной винта и стороной отверстия детали из композитного материала. Таким образом, создают радиальное давление между винтом и деталью, чтобы получить контактное давление между винтом и отверстием, которое превышает 100 МПа. Этот порог обеспечивает по существу постоянное и минимальное электрическое контактное сопротивление между винтом и деталью.

Значение 0,0025 позволяет сделать ничтожным контактное сопротивление. Еще лучших результатов можно добиться, продолжая уменьшать контактное сопротивление, сделав минимальное значение равным 0,0030 и даже 0,0035. Естественно, с другой стороны, предпочтительно ограничить соотношение (v-e)/v таким образом, чтобы оно не превышало, например, 0,0083, чтобы не превышать пределы механической прочности пластического материала.

Таким образом, прибор 12 оказывается электрически соединенным с деталью 16, которая соединена через направляющую 14 с сетью ESN 26 самолета. Элемент 36, показанный в цепи на фиг.7, в данном случае образован проводом 40, пластиной 42, винтами 43 и участком детали 16, через который, в случае необходимости, может проходить паразитный ток.

Таким образом, при появлении короткого замыкания, символически показанного замыканием выключателя 34, ток проходит не по ветви 32, а по ветви 30. Таким образом, паразитный ток удаляется посредством контура, проходящего, в частности, через деталь 16 из композитного материала. Этот контур 44 паразитного тока показан на фиг.7 пунктирной линией.

В варианте, показанном на фиг.10 и 11, можно предусмотреть защиту прибора 12 от паразитных токов при помощи устройства 46 контроля. Конструкция и работа такого устройства показаны на фиг.10 для случая питания трехфазным током. Однако принцип остается таким же, как и при питании однофазным током. Так, ветвями 48, 50 и 52 показаны три вывода А, В и С бортового трехфазного источника питания. Устройство 46 содержит тор 54, через который проходят эти три ветви. Источник 20 питания однофазным током показан с его положительным полюсом, обозначенным ветвью х1, тогда как масса показана в виде ветви х2. Устройство 46 содержит центральный модуль 47 управления, обмотку 56 вокруг тора 54, соединенную с модулем 47 и с массой, и катушку 58, соединенную с источником 20 питания и с модулем 47. Когда на эту катушку подают ток, она приводит в действие выключатели 60, расположенные на каждой из ветвей А, В и С и обеспечивающие прерывание тока в каждой из ветвей.

В режиме нормальной работы, то есть в трехфазном симметричном режиме, сумма токов, протекающих в фазах А, В и С, равна нулю. Следовательно, в торе 54 отсутствует какой-либо магнитный поток. Выключатели 60 остаются, таким образом, замкнутыми.

В случае неисправности, например, если на уровне нагрузки, питаемой этим трехфазным током, возникает короткое замыкание, сумма токов в фазах А, В и С больше не равна нулю, поэтому в торе 54 появляется магнитный поток. Этот магнитный поток генерирует ток в обмотке 56, который передается на модуль 47. Этот модуль включает питание током катушки 58 для размыкания выключателей 60, которые прерывают протекание тока в ветвях А, В и С.

Устройство 46 содержит тестовую ветвь, проходящую параллельно ветви, питающей катушку 58. Тестовая ветвь соединена с ветвью х1 источника 20 питания и содержит кнопку 61 и обмотку 62 вокруг тора 54. Эта обмотка также соединена с массой. При нажатии на кнопку 61 обмотка 62 начинает получать питание током от генератора 20, что приводит к появлению магнитного потока в токе 54 и к появлению тока в обмотке 56. Как и в предыдущем случае, ток в каждой из ветвей А, В и С прерывается.

На фиг.11 этот принцип показан для подключения прибора 12. Этот прибор получает питание током от положительного полюса генератора 20 через провод 22, имеющий сопротивления Rf1 и Rf2.

В режиме нормальной работы ток удаляется на массу самолета через провод 24 с сопротивлениями Rg1 и Rg2. На каждом из проводов 22 и 24 установлено устройство 46 контроля. При наличии паразитного тока, ток не проходит через провод 22, а проходит через контур паразитного тока, содержащий элемент 36 с сопротивлением Rb.

Устройство 46 контроля содержит выключатель 60 для каждого из проводов 22 и 24. В режиме нормальной работы эти два выключателя замкнуты, поэтому провода 22 и 24 пропускают ток. В случае неисправности ток проходит через контур паразитного тока провода 36, что приводит к нарушению симметрии токов, проходящих через провода 22 и 24. Как следствие, устройство 46 контроля подает команду на размыкание двух выключателей 60, прерывая, таким образом, любое соединение прибора 12 с генератором. Таким образом, прибор 12 оказывается защищенным.

Принцип, представленный на фиг.10, можно применять для любого режима питания током, то есть для питания переменным током или постоянным током.

Вычисление размерности различных элементов, в частности калибра выключателей 60, будет зависеть от сопротивления Rb, которое, в свою очередь, связано с качеством контактного сопротивления между винтом 43 и деталью 16 и с сопротивлением последней, которое тоже является важной величиной для протекания тока в композитный материал.

Данное решение должно также постоянно обеспечивать протекание относительно большого тока.

Например, устройство 46 можно расположить на уровне путевых контакторов питания приборов, в том числе прибора 12. Однако недостатком этого варианта выполнения является отключение электрического питания от всех приборов, связанных с одним и тем же контактором, когда в одном из приборов появляется паразитный ток.

Поэтому предпочтительно предусматривать функциональное действие устройства 46 на уровне каждого прибора. Следовательно, можно предусмотреть устройство контроля, предназначенное для каждого прибора с целью его защиты от токов перегрузки. Например, это устройство контроля можно выполнить в виде твердотельного силового контактора.

Понятно, что каждый из приборов самолета можно соединить с деталью 16, отличной от детали, с которой соединен, по меньшей мере, один другой прибор самолета, и даже предназначенной только для этого прибора, причем эти приборы используют одну сеть ESN.

Как следует из вышесказанного, изобретение позволяет избежать усложнения обратных контуров протекания паразитного тока.

Разумеется, в изобретение можно вносить разнообразные изменения, не выходя за его рамки.

Можно комбинировать измерения, которые были произведены на разных деталях.

Учитывая, что контактное сопротивление исключают при преобразовании уравнений, эти же операции можно производить с усилием, меньшим заранее определенного порога.

Гнезда 32 не обязательно должны находиться на одной линии.

Изобретение можно применять для получения других величин, отличных от значения сопротивления, например для получения значения проводимости или полного сопротивления.

Claims

1. Способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, в котором:
по меньшей мере, к одному образцу, выполненному из композитного материала, прижимают две накладки, осуществляя плотную подгонку, по меньшей мере, одной из накладок и отверстия этого или каждого образца,
определяют значение электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом, и
выводят на основании полученного значения значение электрического сопротивления композитного материала.

2. Способ по п.1, в котором сжатие осуществляют таким образом, чтобы этот или каждый образец был подвергнут контактному давлению, превышающему заранее определенный порог.

3. Способ по п.2, в котором накладка имеет диаметр, превышающий диаметр отверстия, при этом диаметр «с» накладки и диаметр «е» отверстия отвечают следующему условию:
(с-е)/с≥0,0025.

4. Способ по п.1, в котором осуществляют сжатие, по меньшей мере, двух образцов, выполненных из одинакового композитного материала, и предпочтительно сжатие двух образцов осуществляют последовательно, оставляя неизменным местоположение одной из накладок.

5. Способ по п.4, в котором оба образца являются частью одной и той же детали.

6. Способ по п.5, в котором на деталь устанавливают три накладки в местах, находящихся на одной линии.

7. Способ изготовления летательного аппарата, в котором летательный аппарат изготавливают из композитного материала с электрической характеристикой, определенной способом по п.1 и с учетом значения электрического сопротивления композитного материала, полученного этим способом, и, предпочтительно, электрическое оборудование летательного аппарата соединяют с деталью, выполненной из композитного материала, причем летательный аппарат выполняют таким образом, чтобы контур паразитного тока оборудования проходил через эту деталь.

8. Установка для определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, содержащая:
по меньшей мере, две накладки,
средства для прижатия двух накладок к образцу,
причем средства выполнены таким образом, что сжатие осуществлено с плотной подгонкой, по меньшей мере, одной из накладок и отверстия этого или каждого образца и установка содержит средства для определения значения электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом.