ТОПЛИВНЫЙ БАК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FUEL TANK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к топливному баку летательного аппарата.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Практически все используемые в последние годы топливные баки летательных аппаратов представляют собой так называемые встроенные баки, например, баки, описание которых приведено в патентной литературе 1, где собственно конструкция корпуса летательного аппарата образует контейнер-бак. В одном примере встроенного бака часть, огражденная передним лонжероном, задним лонжероном, а также верхней и нижней обшивками крыла, формирующими секции основного крыла, использована в качестве бака. Другими словами, эти конструкции использованы в качестве контейнера для содержания топлива.
С другой стороны, материалы, которые являются легкими, прочными и обеспечивают высокую износостойкость, пользуются спросом в качестве материалов для корпуса летательного аппарата, например для основного крыла летательного аппарата, при этом в последние годы получили широкое распространение материалы из смол, армированных волокном, или композитные материалы.
В частности, армированные углеродным волокном пластики (АУВП), выполненные посредством включения углеродных волокон в эпоксидную смолу, или подобную ей, широко используют в качестве этих композитных материалов.
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Патентная литература
1. Поданная в Японии заявка на изобретение, публикация №2003-226296
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
Если для обшивок основного крыла использован АУВП, а, например, для внутренних конструкций использован алюминиевый сплав, то разница в электродных потенциалах двух материалов создает гальванический ток, проходящий через участки соприкосновения АУВП и алюминиевого сплава с возникновением электрохимической коррозии алюминиевого сплава.
Для решения этой проблемы предложен способ, в котором на внутренней поверхности обшивок в местах соприкосновения внутренних конструкций, выполненных из алюминиевого сплава, и на участках, прилегающих вокруг к местам соприкосновения, выполняют слой из изоляционного материала, например армированного стекловолокном пластика (АСВП), выполненного посредством включения стекловолокон в эпоксидную смолу, или аналогичное этой смоле вещество. Кроме того, вследствие своей прочности, АУВП предрасположен к образованию заусенцев при сверлении, однако существует возможность воспрепятствовать образованию заусенцев за счет прикрепления АСВП к АУВП посредством ламинирования.
Тем не менее, поскольку внутренние поверхности обшивок входят в соприкосновение с топливом, то при выполнении внутренних поверхностей из изоляционного материала, например, из АСВП, электрический заряд, образованный за счет электризации между АСВП и топливом, стремится накапливаться на АСВП. Следовательно, в этом случае нельзя игнорировать опасность возникновения электрического разряда, действующего в качестве источника воспламенения топлива.
Изобретение предложено в виду вышеуказанных обстоятельств, и, соответственно, целью изобретения является предоставление топливного бака летательного аппарата, обеспечивающего подавление образования электростатических зарядов, возникающих вследствие, например, электризации, создаваемой топливом, и в то же время обеспечивающего подавление электрохимической коррозии внутренних конструкций.
Решение задачи
В соответствии с вышеуказанной целью изобретение включает следующие аспекты.
Согласно изобретению предложен топливный бак летательного аппарата, содержащий обшивку, которая обладает электропроводностью и образует часть контейнера для содержания топлива, внутреннюю конструкцию, изготовленную из металла, и внутренний поверхностный слой, который обладает полупроводниковыми или изоляционными свойствами и выполнен как составная часть на внутренней поверхности обшивки в местах соприкосновения обшивки с внутренней конструкцией, в котором внутренний поверхностный слой выполнен, по меньшей мере на прилегающем участке, из материала с полупроводниковыми свойствами.
В соответствии с изобретением, поскольку внутренний поверхностный слой, который обладает полупроводниковыми или изоляционными свойствами выполнен как неотъемлемая часть на внутренней поверхности обшивки в местах соприкосновения обшивки с внутренней конструкцией и на прилегающих к ним участках, то внутренний поверхностный слой, который обладает полупроводниковыми или изоляционными свойствами и поэтому имеет большее электрическое сопротивление по сравнению с проводником электрического тока, помещен между обшивкой и внутренней конструкцией, которая обладает электропроводностью. Такое решение обеспечивает подавление гальванического тока между обшивкой и внутренней конструкцией, и, в соответствии с этим, подавление электрохимической коррозии внутренней конструкции.
Кроме того, во внутреннем поверхностном слое те места, которые входят в соприкосновение с внутренней конструкцией, не входят в соприкосновение с топливом, однако, участки, прилегающие вокруг к этим местам соприкосновения, входят в соприкосновение с топливом. Согласно изобретению, поскольку по меньшей мере прилегающие участки выполнены из материала с полупроводниковыми свойствами, то более вероятно прохождение тока через указанный прилегающий участок, а не через изолятор. Соответственно, даже если в результате соприкосновения прилегающего участка с проходящим топливом возникает электризация, то, поскольку ток скорее проходит через прилегающий участок, а не через изолятор, то обеспечена возможность рассеивать без затруднений любой электрический заряд, который накоплен в результате электризации с топливом. Такое решение предоставляет возможность подавления электрических разрядов, могущих служить источником воспламенения топлива.
Как вариант, для улучшения работоспособности весь внутренний поверхностный слой изготовлен с использованием материала, обладающего полупроводниковыми свойствами. В этом случае, даже если топливо проникнет к местам, входящим в соприкосновение с внутренней конструкцией, и вызовет электризацию в результате соприкосновений, то обеспечена возможность без труда рассеять указанную электризацию.
Помимо этого, благодаря использованию внутреннего поверхностного слоя, обеспечена возможность воспрепятствовать образованию заусенцев, возникающих при обработке, в частности, при сверлении использованного в качестве обшивки армированного углеродными волокнами пластика (АУВП),
Как вариант, в качестве материала с полупроводниковыми свойствами использованы полупроводники, аналогичные полупроводникам на основе карбида кремния (SiC), на основе германия, арсенида галлия (GaAs), фосфида арсенида галлия или нитрида галлия (GaN). Кроме того, предусмотрен вариант использования волокон, обладающих полупроводниковыми свойствами, которые выполнены посредством обработки любых непроводящих неорганических или органических волокон, обеспечивающей слабую проводимость, например, посредством включения токопроводящего порошка или выполнения обработки, создающей поверхностную проводимость.
0
10
Согласно изобретению вышеуказанный материал предпочтительно имеет объемное удельное сопротивление в диапазоне 1×10-1×10 Ом·см.
0
10
При объемном удельном сопротивлении материала менее 1×10 Ом·см электрический ток легко проходит через данный материал, при этом повышена опасность возникновения электрохимической коррозии внутренней конструкции. С другой стороны, при объемном удельном сопротивлении, превышающем 1×10 Ом·см, рассеивание статического электричества становится недостаточным и, например, потенциал заряда наружной панели может возрасти, увеличивая опасность электростатического разряда.
2
4
Исходя из требований повышения безопасности минимальное значение объемного удельного сопротивления составляет, предпочтительно, не менее 1×10 Ом·см, а значение не менее 1×10 Ом·см является еще более безопасным.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением, внутренний поверхностный слой с полупроводниковыми или изоляционными свойствами выполнен как неотъемлемая часть на внутренней поверхности обшивки в местах соприкосновения обшивки с внутренней конструкцией, изготовленной из металла, и на прилегающих вокруг к ним участках, благодаря чему обеспечено подавление гальванического тока между обшивкой и внутренней конструкцией, с возможностью подавления электрохимической коррозии.
Кроме того, во внутреннем поверхностном слое, по меньшей мере прилегающий участок, входящий в соприкосновение с топливом, выполнен из материала с полупроводниковыми свойствами, при этом, соответственно, обеспечена возможность без труда рассеять любой электрический заряд, который накоплен вследствие электризации, создаваемой топливом. Такое решение предоставляет возможность подавления электрических разрядов, могущих служить источником воспламенения топлива.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 Вид основного крыла в соответствии с вариантом осуществления изобретения, в аксонометрической проекции.
Фиг.2 Поперечный разрез, взятый по линии Х-Х, показанной на Фиг.1.
Фиг.3 Верхняя обшивка или нижняя обшивка в соответствии с вариантом осуществления изобретения, местный поперечный разрез.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено описание топливного бака 1, в соответствии с вариантом осуществления изобретения и ссылками на Фиг.1-3.
Топливный бак 1 является встроенным баком, использующим конструкционные элементы собственно летательного аппарата, выполненным внутри основного крыла 3.
Форма основного крыла 3 образована за счет верхней обшивки 5 (обшивки) и нижней обшивки 7 (обшивки). Для обеспечения прочности между верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7 по вертикали и по горизонтали расположены внутренние конструкции 19. Внутренние конструкции 19 содержат ряд лонжеронов 9, проходящих вдоль крыла, ряд нервюр 11, проходящих в поперечном направлении относительно лонжеронов, стрингеры 13, проходящие по длине крыла аналогично лонжеронам 9, и соединительные или срезные элементы. Часть из этих внутренних конструкций 19 изготовлена, например, из металла, в частности, алюминиевого сплава. Помимо этого, другие элементы изготовлены частично из металла или выполнены полностью из армированного волокнами пластика, например, АУВП.
Топливный бак 1 ограничен сверху верхней обшивкой 5 и снизу - нижней обшивкой 7, а спереди и сзади - передним и задним лонжеронами 9. Топливный бак 1 разделен на ряд отсеков нервюрами 11.
Верхняя обшивка 5 и нижняя обшивка 7 выполнены из АУВП, обладающего свойством электропроводимости. Как показано на Фиг.3, в тех местах внутренней поверхности верхней обшивки 5 и нижней обшивки 7 на внутренней стороне топливного бака 1, в которых обшивка входит в соприкосновение с внутренними конструкциями 19, изготовленными из металла, и на участках, прилегающих к местам соприкосновения, внутренний поверхностный слой 15, обладающий полупроводниковыми свойствами выполнен как заодно с ними.
Поскольку фактическое место соприкосновения внутренней конструкции 19 закрыто внутренней конструкцией 19, то оно не входит в соприкосновение с топливом. Соответственно, опасность возникновения электризации, обусловленной соприкосновением с топливом, отсутствует и, следовательно, обеспечена возможность выполнения участка соприкосновения из изоляционного материала, такого как АСВП.
Внутренний поверхностный слой 15 выполнен из эпоксидной смолы, в которой в качестве упрочняющего материала использован, например, полупроводник на основе карбида кремния (SiC), такой, как волокно Tyranno (зарегистрированный товарный знак).
Внутренний поверхностный слой 15 выполнен, например, с использованием ткани с предварительной пропиткой смолами, в которой тканый материал из волокна Tyranno (зарегистрированный товарный знак) пропитан эпоксидной смолой, причем указанная предварительно пропитанная смолой ткань объединена с верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7, после чего отверждена.
Как вариант, тканый материал из волокна Tyranno (зарегистрированный товарный знак) выполнен как неотъемлемая часть вместе с адгезивом из пленки на основе эпоксидной смолы на верхней обшивке 5 и на нижней обшивке 6 с последующим отверждением.
6
Объемное удельное сопротивление волокна Tyranno (зарегистрированный товарный знак), использованного в поверхностном слое 15, составляет, например, 1×10Ом·см.
0
10
Установленный диапазон объемного удельного сопротивления поверхностного слоя 15 составляет 1×10-1×10 Ом·см.
Описанные примеры полупроводниковых материалов не ограничены полупроводниками на основе карбида кремния (SiC), как вариант, возможно использование полупроводниковых материалов на основе германия, арсенида галлия (GaAs), фосфида арсенида галлия или нитрида галлия (GaN) и аналогичных материалов. Кроме того, предусмотрен вариант использования обладающих полупроводниковыми свойствами волокон, которые выполнены посредством обработки любых непроводящих неорганических или органических волокон, обеспечивающей слабую проводимость, например, посредством включения токопроводящего порошка или выполнения обработки, создающей поверхностную проводимость.
Функционирование топливного бака 1, имеющего вышеописанный тип конструкции, а также его эффективность рассмотрены ниже.
Поскольку на внутренних поверхностях верхней обшивки 5 и нижней обшивки 7 в местах соприкосновения обшивок с металлическими внутренними конструкциями 19, а также на прилегающих к местам соприкосновения участках предусмотрено выполнение внутреннего поверхностного слоя 15 с полупроводниковыми свойствами, то электрический ток проходит через внутренний поверхностный слой, а не через изоляционный материал, например, АСВП. Соответственно, даже при возникновении на прилегающих участках электрического заряда, обусловленного электризацией между верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7 и топливом, обеспечена возможность рассеивать без труда любой электрический заряд, накопленный на внутренних поверхностях верхней обшивки 5 и нижней обшивки 7, через внутренний поверхностный слой 15.
Такое решение предоставляет возможность подавления электрических разрядов, могущих служить источником воспламенения топлива.
Кроме того, поскольку внутренний поверхностный слой 15, обладающий полупроводниковыми свойствами, расположен между верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7, которые обладают свойствами электропроводимости, и металлическими внутренними конструкциями 19, а также на прилегающих участках, то гальванический ток, проходящий между верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7 и указанными внутренними конструкциями 19, ограничен по сравнению с током, проходящим между двумя проводниками. За счет подавления гальванического тока между верхней обшивкой 5 и нижней обшивкой 7 и металлическими внутренними конструкциями 19 обеспечена возможность подавления электрохимической коррозии внутренней конструкции 19.
0
10
0
10
При этом установленный диапазон объемного удельного сопротивления внутреннего поверхностного слоя 15 составляет 1×10-1×10 Ом·см. При объемном удельном сопротивлении внутреннего поверхностного слоя 15 меньше 1×10 Ом·см электрический ток легко проходит через данный слой, при этом повышается опасность возникновения электрохимической коррозии металлической внутренней конструкции 19. С другой стороны, при объемном удельном сопротивлении внутреннего поверхностного слоя 15 больше 1×10 Ом·см рассеивание статического электричества становится недостаточным и, например, потенциал заряда внутреннего поверхностного слоя 15 может возрасти, увеличивая опасность электростатического разряда.
Как было упомянуто выше, во внутреннем поверхностном слое 15 те участки, с которыми внутренние конструкции 19 входят в соприкосновение, и которые, следовательно, не входят в соприкосновение с топливом, как вариант, выполнены из материала с изоляционными свойствами, например, АСВП.
В этом случае степень подавления гальванического тока между указанными участками верхней обшивки 5 и нижней обшивки 7 и внутренними конструкциями 19, для которых отсутствует опасность электризации за счет соприкосновения с топливом, еще выше, а значит, улучшено и подавление электрохимической коррозии внутренних конструкций 19.
Внутренние конструкции 19 прикреплены к верхней обшивке 5 и нижней обшивке 7 крепежными средствами, выполненными из металла, например, заклепками. Соответственно, сквозные отверстия 17, через которые вставлены стержни крепежных средств, выполнены в верхней обшивке 5, нижней обшивке 7 и внутренних конструкциях 19.
При этом, поскольку верхняя обшивка 5 и нижняя обшивка 7 выполнены из АУВП, имеется предрасположенность к образованию заусенцев при выполнении в нем сквозных отверстий 17, однако внутренний поверхностный слой 15 препятствует возникновению заусенцев.
Изобретение не ограничивается вышеуказанными вариантами осуществления, и предусмотрена возможность внесения модификаций в зависимости от конкретных условий, без отклонения от объема патентной защиты изобретения.
Номера позиций
1
Топливный бак
3
Основное крыло
5
Верхняя обшивка
7
Нижняя обшивка
9
Лонжерон
11
Нервюра
13
Стрингер
15
Внутренний поверхностный слой
17
Сквозное отверстие
19
Внутренняя конструкция