用于在飞行器结构中提供电流返回网络的方法和装置制造方法

用于在飞行器结构中提供电流返回网络的方法和装置制造方法
【专利摘要】根据一个实施例，对于具有预定潜在雷击区域的飞行器，电流返回网络组件被安装在预定雷击区域内。电流返回网络组件包括导电中心核，其将电流传导通过所述组件和预定潜在雷击区域。电流由飞行器上在预定潜在雷击区域处的雷击引起。根据一个实施例，飞行器具有预定潜在雷击区域。电流返回网络组件在该区域内。导电蜂窝中心核经提供用于将电流传导通过所述组件和通过该区域，其中电流由飞行器上在区域处的雷击引起。
【专利说明】用于在飞行器结构中提供电流返回网络的方法和装置

【技术领域】
[0001]本公开的某些方面大体涉及飞行器中的电流返回网络。更具体地，本公开的某些实施例涉及这样的方法和组件，其中电流返回网络同时起到电流返回网络(CRN)和作为飞行器的至少一部分的承重支撑的作用。

【背景技术】
[0002]空中旅行最大的变量可能是天气。天气状况可具有许多因素，包括风、温度、闪电、雷、结冰状况、雨、雪、锋面引起的湍流、雾、烟雾、龙卷风和飓风。天气状况不仅对乘客重要，对航空公司、空中交通管制人员、气象员、飞行员和机组人员也很重要。
[0003]闪电是空中旅行期间可出现的一种特定天气元素。据报道，平均一年中飞行器被闪电击中仅约一次。历史上，商用飞行器一般包括导电性的铝蒙皮。如果铝蒙皮飞行器上出现雷击，雷击通常进入飞行器的一个末端，诸如机头或其他区域。雷击所携带的电能或电流通常穿过飞行器的铝导电蒙皮，然后在另一末端退出飞行器，如在机尾。通常不会对乘客或机载任何设备造成损伤。
[0004]在诸如外蒙皮上使用至少一些复合材料的现代飞行器的情况中，通常采取额外措施，因为当与铝蒙皮飞行器相比时，此种复合材料是不导电的。一个这种措施包括可被提供在部分复合材料飞行器上不同位置处的电流返回网络组件。应该理解是，复合材料飞行器不是完全复合的，而是在飞行器的某些部分中存在诸如铝等导电材料的区域。
[0005]在飞行器的设计中，不同部件的重量通常非常重要。在本身可包括大部分该电流返回网络，通常不会高度关注飞行器上所提供的电流返回网络组件，特别是在铝飞行器上。但是，在复合材料飞行器的情况中，高度期望提供不会增加飞行器重量的电流返回网络组件，因为飞行器重量的减轻通常会增加燃油效率。
[0006]通过将常规和传统方法与在含有附图的本申请剩余部分中所阐述的本公开相比较，此种方法的进一步局限和缺点对于本领域的技术人员将变得显而易见。


【发明内容】

[0007]根据一个实施例，对于具有预定潜在雷击区域的飞行器，电流返回网络组件被安装在预定雷击区域内。电流返回网络组件包括导电蜂窝中心核，其将电流传导通过该组件和预定潜在雷击区域二者。该电流是由飞行器上在预定潜在雷击区域处的雷击引起。
[0008]根据进一步的实施例，具有预定潜在雷击区域的飞行器具有内部。电流返回网络组件被安装在该区域并且在预定潜在雷击区域的内部内。导电蜂窝中心核部分被提供作为电流返回网络组件的部件。中心核部分将电流传导通过蜂窝核，并且还通过该区域。被传导的电流是由飞行器上在该区域处的雷击引起。
[0009]根据又一实施例，提供一种用于构造飞行器中所使用的电流返回网络组件的方法。该方法包括首先识别飞行器上的潜在雷击区域的步骤，其中该区域是由至少部分低导电性材料制成。该方法包括在该区域内识别可替代构件的步骤，其中该构件能够有效地被电流返回网络组件所代替。下一步骤包括在该区域内确定可替代构件的至少一个物理要求。接下来的步骤是提供具有导电蜂窝中心核的电流返回网络组件，当在该区域因雷击引起电流时，该组件能够将电流传导通过该核和该区域。最后一个步骤是构造具有飞行器可替代构件的物理要求的组件。
[0010]进一步，本公开包括根据以下条款的实施例:
[0011]条款I在具有预定潜在雷击区域和具有用于在该区域内安装的电流返回网络组件的飞行器中，所述组件包括:
[0012]导电蜂窝中心核，其用于将电流传导通过该组件和该区域，所述电流由飞行器上在该区域处的雷击引起。
[0013]条款2根据条款I所述的电流返回网络组件，其中蜂窝中心核由铝构成。
[0014]条款3根据条款I所述的电流返回网络组件被构造成为预定潜在雷击区域提供承重支撑。
[0015]条款4根据条款3所述的电流返回网络组件，其中蜂窝中心核具有通过端、侧互连的隔开端和隔开侧；端和核配合从而至少部分提供承重支撑。
[0016]条款5根据条款4所述的电流返回网络组件包括安装在核的端上的导电端盖，从而与核配合将电流传导通过该组件，端盖构件至少部分提供额外的承重支撑。
[0017]条款6根据条款5所述的电流返回网络包括侧薄板，其部分导电且被粘合至核的侧，侧薄板、端盖和核配合，从而提供承重支撑并且配合将电流传导通过该组件和该区域。
[0018]条款7根据条款I所述的电流返回网络组件，其中飞行器至少部分由该区域中的复合材料构成。
[0019]条款8根据条款7所述的电流返回网络组件，其中该区域包括飞行器的竖直稳定器。
[0020]条款9在飞行器中，飞行器包括:
[0021]预定潜在雷击区域，其具有内部；
[0022]电流返回网络组件，其被安装在内部内的区域中；以及
[0023]导电蜂窝中心核部分，其作为用于将电流传导通过核和通过区域的电流返回网络组件的部件，电流由飞行器上在该区域处的雷击引起。
[0024]条款10根据条款9所述的飞行器，其中该区域至少部分由该区域内的复合材料构成。
[0025]条款11根据条款9所述的飞行器，其中该区域包括飞行器的竖直稳定器。
[0026]条款12根据条款11所述的飞行器，其中蜂窝中心核包括由端和侧互连的隔开端和隔开侧；并且核配合，用于至少部分为竖直稳定器提供承重支撑。
[0027]条款13根据条款12所述的飞行器，其中电流返回网络包括安装在核端上的多个导电端盖，从而与核配合将电流传导通过该组件，电流返回网络还包括侧构件，该侧构件部分导电且被粘合至核侧，侧构件、端盖和核配合将电流传导通过该组件。
[0028]条款14根据条款9所述的飞行器，其中该组件被构造成为飞行器的潜在雷击区域提供结构承重支撑。
[0029]条款15用于构造用于飞行器中的电流返回网络组件的方法，该方法包括步骤:
[0030]识别飞行器上潜在雷击区域，该区域由至少部分低导电性材料制成；
[0031]识别该区域中可替代构件，其能够有效地被电流返回网络组件所替代；
[0032]确定该区域内可替代构件的至少一个设计参数；
[0033]提供具有导电蜂窝中心核的电流返回网络组件，其能够将电流传导通过核和通过该区域，其中电流由雷击引起；以及
[0034]构造具有至少一个可替代构件的设计参数的组件。
[0035]条款16根据条款15所述的方法，其中确定至少一个设计参数的步骤包括确定可替代构件的多个尺寸，以及构造步骤包括构造具有所述尺寸的电流网络组件。
[0036]条款17根据条款15所述的方法，其中确定步骤包括确定可替代构件的多个设计参数，并且该方法包括将电流返回网络组件安置在飞行器区域中最初为可替代构件所设计的位置中的步骤，如果在该区域中有未来雷击，则该电流返回网络组件在该区域内具有可替代构件设计参数且具有电流返回网络能力，并且如果在该区域中有未来雷击，则核将电流从雷击区域传导通过该区域和通过蜂窝核。
[0037]条款18根据条款15所述的方法，其中飞行器的潜在雷击区域是竖直稳定器。
[0038]条款19根据条款15所述的方法，其中该区域中的可替代构件是承重构件。
[0039]条款20根据条款15所述的方法，其中确定至少一个设计参数的步骤包括确定可替代构件的承重要求，以及构造步骤包括构造电流返回网络组件，从而包括可替代构件的承重要求。
[0040]条款21根据条款20所述的方法，其中确定至少一个设计参数的步骤包括确定可替代构件的多个尺寸的进一步步骤，以及构造步骤包括构造具有可替代构件尺寸的电流返回网络组件。
[0041]条款22 —种根据权利要求1所述的包括电流返回网络组件的飞行器。
[0042]上面讨论的特征、功能和优点可在不同实施例中独立地实现，或可在其他实施例中被组合，参考以下描述和附图可看出其进一步细节。

【专利附图】

【附图说明】
[0043]图1是具有一个或更多在其内可安置电流返回网络组件的区域的飞行器的图示；
[0044]图2是图1所示的飞行器竖直稳定器的图示，其中可安置电流返回网络组件；
[0045]图3是沿图2的线3-3所截取的放大横截面图，其示出图2中的现有技术竖直稳定器的前缘，其中提供辅助支撑翼梁；
[0046]图3A是类似于图3的视图，其示出替代了图3所示现有技术中的翼梁的电流返回网络组件的使用；
[0047]图4是图3A所示回路网络组件的透视图；
[0048]图5是示出图4的一部分电流返回网络的放大视图；
[0049]图6是图5中示出的电流返回网络组件的上端部分的进一步放大视图；
[0050]图7是示出图3A和图4至图6的电流返回网络组件的下端部分的图示，且特别示出其中的蜂窝核的局部横截面视图；
[0051]图8是示出在图3A和图4至图7的组件一端处的π连接和端盖；以及
[0052]图9是图3Α和图4至图8的组件的蜂窝核的部分详细视图。

【具体实施方式】
[0053]以下描述和下面展示的附图提供电流返回网络组件的细节和用于制作这种组件的方法。如下所述的该描述不被认为具有限制意义，而是仅提供用于说明与所述电流网络组件和制造方法相关的权利要求的一般原则的目的。本公开的范围将由随附【具体实施方式】的权利要求限定。
[0054]电流返回网络组件的描述主要针对与包括在机身、机翼和尾区段上使用大量的复合材料的商用飞行器类型一起使用。然而，应该理解的是，电流返回网络还可用于相对于复合材料部件，主要由铝部件所构造的飞行器中。
[0055]参考图1，提供了一般用50指代的飞行器的图示。如上讨论的飞行器50主要针对使用大量诸如碳纤维强化塑料(CFRP)材料等复合材料的现代设计的飞行器。如本文所用，CFRP同样可指碳纤维增强聚合物、碳纤维强化塑料、碳纤维强化热塑性塑料或碳填充塑料，以描述包含或可填有碳纤维的强劲而轻量的纤维增强聚合物。飞行器50包括一般用52指代的中区段机身，机身具有鼻区段54，该鼻区段具有一对侧向伸出的机翼56，该机翼被牢固地固定在机身52的相反侧。喷气发动机58被牢固地安装在每个机翼56上。飞行器50还包括一般用60指代的尾区段，该尾区段包括一对侧向伸出的水平稳定器62和通常用64指代的竖直稳定器(有时指尾翼)，该竖直稳定器从飞行器50机身52的中心后部向上伸出，是尾区段60的一部分，且其包括前缘部分66。
[0056]参考图3，示出竖直稳定器64的前缘部分66的放大横截面图。特别地，图3是沿图2线3-3的现有技术区段，其示出被部分剖开的竖直稳定器64的前缘部分66。设置在竖直稳定器64的前缘部分66的后方，提供常规设计的一般用68所指代的辅助性铝翼梁。翼梁68具有坚固的一体中心腹板区段70，该一体中心腹板区段具有侧向隔开的一体凸缘72。翼梁68通常为竖直稳定器64的机翼前缘66提供结构支撑，如图1至图3中所示。
[0057]飞行器50的某些区域可具有较高的潜在罕见雷击发生率，雷击发生在飞行器50上使用大量复合材料的位置上，包括在机身52、机翼56和尾区段60上。以下描述涉及飞行器50上所使用的电流返回网络组件100的使用。如更加详细地描述，电流返回网络组件100具有双重功能，即电流返回网络组件100为图3所示的铝翼梁68提供结构替代或替换，以及为在竖直稳定器64处可发生的任何罕见雷击进一步提供电流返回网络。
[0058]电流返回网络组件
[0059]如上所述，飞行器50上的雷击区域可包括机翼56的外部尖端、水平稳定器64、竖直稳定器62和机鼻56。这些区域是可有益地安置本发明电流返回网络组件100的飞行器50的区域。应该理解的是，除了上面所指明的位置外，可选择其他位置。进一步，应该理解的是，主要预期在包含复合材料的飞行器上，如飞行器的蒙皮上使用电流返回网络组件100，但并不试图将电流返回网络组件100的使用局限于这些使用。
[0060]参考图4，示出电流返回网络路组件100，且其被用于一个或多个潜在雷击区域。本文为了说明目的，结合图4中示意性示出的竖直稳定器64内的装置，描述电流返回网络组件100。进一步，应该理解的是，根据飞行器50上的使用电流返回网络组件的特定区域，电流返回网络组件100的具体尺寸和形状可与本文描述不同。
[0061]参考图3A和图4，电流返回网络组件包括一般用102指代的中心核区段、一般用104指代的左侧支撑凸缘组件以及一般用106指代的右侧支撑凸缘。参考图3A，如图所示，凸缘104由右至左向内成角度，而凸缘106由右至左向内成角度。凸缘104和凸缘106成角度的原因是凸缘104和凸缘106被用作支撑构件来替代铝翼梁68，该铝翼梁具有如图3所示现有技术的向内成角度的翼梁72。将在本文中更加详细地描述该方面。
[0062]如图5至图8尤其是图7所示，中心核102包括由最佳如图7和图9示出的空心六边形互连结构式一体管所构成的中心蜂窝核区段108。相对于侧向相对侧110横向设置中心蜂窝核区段108，其中由侧向相对侧110执行对于中心核组件102的承重结构。蜂窝区段108的侧110被一对外支撑薄板114封装，该外支撑板114覆盖侧110并为蜂窝核108提供增加的结构支撑。蜂窝核108的端116同样被最佳如图8所示的端盖118覆盖。图7中为了说明目的移除端盖118。然而，图7确实示出封装蜂窝结构108的端116的支撑侧薄板114。蜂窝核区段108、侧薄板114和端盖108配合提供结构合理的中心核区段，其按尺寸和形状形成不仅适于用作电流返回网络(CRN)，还适于用作替代图3中示出的铝翼梁68的承重支撑。
[0063]参考图4、图5和图8，以大体上相同的方式构造上凸缘104和下凸缘106。参考图8，示意性示出下凸缘106，且其包括连接构件120和复合木板构件122。木板构件122被固定地安装在η连接构件120下方并抵靠连接构件120，且被粘合至其上。应该理解的是，上凸缘104具有类似的连接构件120和粘合于连接构件120的木板构件122。
[0064]每个Ji连接构件120均包括板部分124和一对直立侧向隔开部分126，该直立侧向隔开部分126限定其间的中央空间，以分别通过上凸缘组件104和下凸缘组件106牢固地接收并且支撑中心核区段102的上端和下端。直立部分126与板部分124 —体形成。
[0065]由于电流返回网络组件100提供由竖直稳定器64区域中的雷击所产生的电流通道，中心核区段102由导电材料构成。优选地，中心蜂窝核108由铝构造。也可使用钛，虽然钛不具有高导电性。电流返回网络组件的侧薄板114优选由钛或碳纤维强化塑料(CFRP)材料制成，所述两种材料具有相对低的导电性。优选地，用于上凸缘104和下凸缘106的π连接构件120由碳纤维强化塑料材料或钛构造。在上凸缘104和下凸缘106处粘合至π连接构件120的木板构件122优选由碳纤维强化塑料材料构成。木板构件122被设计成靠压在竖直稳定器64的相对内侧，如图3Α所示。端盖118优选地由铝制成，虽然也可使用铜。这两种金属都具有导电性，但是优选铝，因为铝在重量上比铜轻。
[0066]在竖直稳定器64的区域发生雷击的情况下，电流返回网络组件100将导致来自雷击的电流从竖直稳定器64的一侧外部穿过蜂窝核，并且向外，如穿过电流返回网络组件100的相反侧，并且穿过竖直稳定器64的壁。
[0067]构造和安置电流返回网络组件的方法
[0068]如上已经描述，优选在飞行器50上的潜在雷击区域设计、构造和安置电流返回网络组件。在竖直稳定器64中安置电流回路组件100的情况下，电流返回网络组件100被设计成替代使用如图3所示现有技术的铝翼梁68。通过用电流返回网络组件100替代铝辅助翼梁68，减轻了重量并节约了成本，因为电流返回网络组件100代替竖直稳定器区域64中的铝翼梁68起承重支撑作用，并且还起到飞行器50的电流返回网络(CRN)作用。
[0069]用于构造承重电流返回网络组件100的方法首先要求识别飞行器50上的潜在雷击区域的步骤。一旦识别这样的区域，下一步骤是识别可被电流返回网络组件100替代的飞行器50的现有部件。如上所讨论，潜在的雷击区域包括飞行器50的竖直稳定器64，并且辅助翼梁68被识别为能够被适当设计的电流返回网络组件100有效替代的飞行器部件。
[0070]一旦辅助翼梁68被识别为可被合适设计的电流返回网络组件100有效替代，电流返回网络组件100的设计参数将基于之前建立的辅助翼梁68的设计参数。电流返回网络组件100的设计参数在广泛范围内延伸且包括，但不限于，(I)电流返回网络组件100整体尺寸，其被要求用于适当地纳入竖直稳定器64内的可用空间以及竖直稳定器内的相邻其他结构，(2)承重要求，其用于支撑竖直稳定器64，(3)电流返回网络100所要求的热膨胀系数，从而成为辅助翼梁68的替代，(4)电流返回网络组件100的耐蚀性要求，(5)电流返回网络组件100制造、安置和维修期间的损伤容限，以及其他可能的设计参数。一旦确定设计参数，则设计和构造具有识别的设计参数的电流返回网络组件100，所以电流返回网络组件100用于替代辅助翼梁68是可接受的。应当理解的是，辅助翼梁68仅是飞行器50的一个可替代部件，基于经选择安装电流返回网络组件100的飞行器50上的具体位置，可由适当设计的电流返回网络组件100替代该辅助翼梁。
[0071]电流返回网络组件100由中心核区段102和具有支撑侧薄板114和端盖118的蜂窝核108构造。最后，中心核区段102的顶部和底部被安置在先前结合的连接构件120和木板构件122上，其限定上凸缘104和下凸缘106。然后电流返回网络组件100为安置做准备，且其替代辅助翼梁68被安置在飞行器50的位置上，其中设计和构造了电流返回网络组件100，即在竖直稳定器64内部作为如图3所示的铝翼梁68的替代。
[0072]虽然已参考确定实施例描述本公开，但本领域技术人员将理解的是，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可作出改变且可用等效物替换。另外，可在不偏离本发明的范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或材料适于本发明的教导。因此，意图是本发明不局限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.在具有预定潜在雷击区域并且具有安装在所述区域内的电流返回网络组件(100)的飞行器(50)中，所述组件(100)包括: 导电蜂窝中心核(108)，其用于将电流传导通过所述组件(100)和所述区域，所述电流由所述飞行器(50)上在所述区域处的雷击引起。
2.根据权利要求1所述的电流返回网络组件(100)被构造成为所述预定潜在雷击区域提供承重支撑。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电流返回网络组件(100)，其中所述蜂窝中心核(108)具有由所述端(116)和所述侧(110)互连的隔开端(116)和隔开侧(110);所述端(116)和所述核(102)配合从而至少部分提供所述承重支撑。
4.根据权利要求3所述的电流返回网络组件(100)包括安装在所述核(102)的所述端(116)上的导电端盖(118)，从而与所述核(102)配合将所述电流传导通过所述组件(100)，所述端盖(118)至少部分提供额外的所述承重支撑。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流返回网络组件包括侧薄板(114)，其部分导电且被粘合至所述核(102)的所述侧(110)，所述侧薄板(114)、所述端盖(118)和所述核(102)配合，从而提供所述承重支撑并且配合将所述电流传导通过所述组件(100)和所述区域。
6.用于构造飞行器(50)中使用的电流返回网络组件(100)的方法，所述方法包括所述步骤: 识别所述飞行器(50)上的潜在雷击区域，所述区域由至少部分低导电性材料制成； 识别所述区域中可替代构件，其能够有效地被所述电流返回网络组件(100)所替代； 确定所述区域内的所述可替代构件的至少一个设计参数； 提供具有导电蜂窝中心核(108)的所述电流返回网络组件(100)，其能够将电流传导通过所述核(102)和通过所述区域，其中所述电流由所述雷击引起；以及 构造具有所述可替代构件的所述至少一个设计参数的所述组件(100)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述至少一个设计参数的所述步骤包括确定所述可替代构件的多个尺寸，以及所述构造步骤包括构造具有所述尺寸的所述电流网络组件(100)。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述确定步骤包括确定所述可替代构件的多个设计参数，并且所述方法包括将所述电流返回网络组件(100)安置在所述飞行器(50)区域中最初为所述可替代构件所设计的位置中的步骤，如果在所述区域中有未来雷击，则所述电流返回网络组件(100)在所述区域内具有所述可替代构件设计参数且具有所述电流返回网络能力，并且如果在所述区域中有未来雷击，则所述核(102)从所述雷击区域将电流传导通过所述区域和通过蜂窝核(108)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中所述区域中的所述可替代构件是承重构件。
10.一种飞行器(50)，其包括权利要求1至5中的任一项所述的电流返回网络组件(100)。
【文档编号】B64D45/02GK104071343SQ201410123024
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】G·A·福尔茨, K·B·卡吉塔, P·S·格雷格, A·C·戴, M·J·皮尔 申请人:波音公司