Шина молниезащитная для присоединения панели из композита к металлическому каркасу агрегата
LIGHTNING-PROOF BUS FOR ATTACHMENT OF COMPOSITE PANEL TO METAL FRAME OF UNIT

Изобретение относится к средствам защиты композитных панелей с аэродинамической поверхностью и предназначено, в частности, для защиты летательного аппарата от удара молнии.
Из уровня техники известна композитная панель с аэродинамической внешней поверхностью летательного аппарата и расположенный на ней молниезащитный слой, содержащий вязаную сетку из электропроводящего проволочного материала, который коррозионно совместим и механически прикреплен к металлической конструкции летательного аппарата (US 3755713, МПК B64D 45/02, H05F 3/02, 28.08.1973).
Недостатком упомянутого выше известного технического решения является клеевое соединение углеродного покрытия панели с электропроводящим слоем сетки, что ставит под сомнение надежность крепления и передачи электрического заряда от сетчатого молниеприемника на металлоконструкцию летательного аппарата.
Из уровня техники известна шина молниеотвода ветролопасти из полимерного композита, которая встроена в поверхность лопасти и электрически связана с молниеприемником, представляющая собой эластичную полосу, которая состоит из 2-4-х электрически связанных слоев трикотажной сетки, изготовленной из пучка 2-5 медных проволок, диаметром 0,08-0,12 мм и паяной легкоплавким припоем (UA 97496, Н02Н 1/04, F03D 11/00, 25.03/2015) - прототип.
Недостатком известной шины молниеотвода является, прежде всего, завышенный вес, обусловленный наличием 2-4 электрически связанных слоев трикотажной сетки из пучка 2-5 медных проволок. Кроме того, узел крепления композитной панели с металлическим каркасом агрегата усложнен наличием прокладочного материала между слоями сетки и ненадежностью осуществления контакта с каркасом металлоконструкции летательного аппарата.
В авиационной технике в целях облегчения молниезащитных покрытий применяют вязаные и вязано-паяные сетки, изготовленные из одиночной медной проволоки. Такие тонкие сетки входят в молниезащитное покрытие полимерного композита, расположенное на аэродинамической поверхности летательного аппарата.
Весьма сложной задачей является обеспечение непрерывного электрического контакта тонкой молниезащитной сетки или молниеприемника и несущей конструкции агрегата, например, самолета, для беспрепятственного отвода электрических зарядов молнии в металлоконструкцию агрегата. Вязаные сетки, изготовленные из тонкой медной проволоки, представляют собой редкое сетчатое полотно, которое довольно сложно надежно электрически соединить с металлоконструкцией самолета более массивными контактными крепежными винтами. Кроме того, весьма трудно предотвратить изолирующее влияние связующего (диэлектрика), попадающего в зазоры между сеткой и металлоконструкцией, чтобы обеспечить надежный токоотвод от молниезащитной сетки.
Задачей настоящего изобретения является создание молниезащитной шины для присоединения полимерной композитной панели к металлоконструкции агрегата и отвода зарядов молнии от композитной панели к металлическому каркасу, например летательного аппарата, обеспечивающей надежную передачу электрических зарядов от сетчатого молниеприемника, расположенного на поверхности композитной панели, на металлический каркас летательного аппарата.
Техническим результатом при использовании изобретения является повышение надежности контакта молниеприемника и несущей конструкции агрегата для беспрепятственного отвода электрических зарядов молнии в металлоконструкцию агрегата при одновременном упрощении узла крепления композитной панели и снижении массы.
Указанный технический результат достигается тем, что в шине молниезащитной для присоединения полимерной композитной панели к металлическому каркасу агрегата, содержащей трикотажное сетчатое вязано-паяное полотно из медной проволоки, импрегнированной в поверхность панели, согласно изобретению, в месте присоединения к каркасу агрегата панель имеет утолщение, образованное перегибами непрерывного сетчатого полотна, заполненное связующим, при этом высота утолщения не превышает высоту контактной части присоединяющего винта, а ширина утолщения равна 1,5-2,0 максимальным диаметрам головки винта, причем утолщение панели плотно сопряжено с профилем поверхности металлического каркаса агрегата.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что сетчатое вязано-паяное полотно выполнено из одиночной медной проволоки или пучка проволок; медная проволока имеет диаметр 0,08-0,12 мм; утолщение образовано 2-5 перегибами непрерывного сетчатого полотна.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
Наружная поверхность летательного аппарата состоит из полимерной композитной панели 1, соединенной с металлическим каркасом 2 агрегата посредством присоединяющего винта 3.
В месте присоединения композитной панели 1 к металлическому каркасу 2 образовано утолщение 4 из 2-5 перегибов непрерывного вязано-паяного сетчатого полотна 5, выполняющего функцию молниеприемника и токоотводящую функцию.
Высота утолщения 4 выполнена не превышающей высоту контактной части присоединяющего винта 3, а ширина утолщения 4 равна 1,5-2,0 максимальным диаметрам головки винта 3. Утолщение 4 плотно сопряжено с профилем поверхности металлического каркаса 2, который может быть любой формы, включая криволинейную.
На готовую композитную панель 1 с токоотводящим сетчатым полотном 5 нанесены наружный грунт и лакокрасочное покрытие 6.
Молниеприемник или токоотводящее трикотажное сетчатое полотно 5, связано из медной проволоки диаметром 0,08-0,12 мм, покрытой легкоплавким припоем, например, марки ПОС-61, и пропаянное тем же припоем. Трикотажное полотно выполнено, например, переплетением «ластик 1+1». Между композитной панелью 1 и металлическим каркасом 2 расположен диэлектрический слой 7.
Присоединяющий винт 3 прижимает композитную панель 1 к уголку металлического каркаса 2, в результате чего осуществляется надежный контакт непрерывного токоотводящего сетчатого полотна 5 с уголком каркаса.
Перегибы непрерывного вязано-паяного сетчатого полотна 5 разделены эпоксидным связующим, заполнившим их при формовании композитной панели 1, однако, как показано на фигуре, это не препятствует их контакту с присоединяющим винтом 3. Сквозное отверстие в композитной панели 1 имеет коническую форму под коническую головку винта 3 и проходит сквозь утолщения 4 и уголок металлического каркаса 2 из алюминиевого сплава. Все перегибы сетчатого полотна 5 рассверлены и обработаны зенкером под коническую головку винта 3, плотно соприкасающуюся со всеми слоями шины, которые надежно передают заряды от сетчатого токоотводящего полотна 5 на металлический каркас 2, например, летательного аппарата.
Таким образом, для предотвращения нарушения электропередачи используют одно непрерывное (цельное) токоотводящее сетчатое полотно и как молниеприемник на поверхности панели из композита, и как токоотвод зарядов в металлический каркас агрегата.
Работает шина молниезащитная следующим образом.
При попадании молнии на полимерную композитную панель 1 агрегата медные проволоки вязано-паяного сетчатого полотна 5 отводят заряды от места поражения и рассеивают электрическую энергию удара молнии. Вследствие Джоулева нагрева композитной панели 1 происходит испарение легкоплавкого припоя, распайка петель сетчатого полотна 5 и релаксация механических напряжений в панели 1. Эти энергоемкие процессы предотвращают чрезмерное разрушение композитной панели 1. Однако большая часть электрических зарядов молнии должна быть отведена в металлический каркас 2 агрегата. Все слои шины, образованные перегибами токоотводящего сетчатого полотна 5 и размещенные в утолщении 4, надежно передают электрические заряды от молниеприемника 5 на металлический каркас 2 агрегата.
Использование заявленного изобретения повышает надежность электропередачи заряда от удара молнии путем применения одного непрерывного токоотводящего сетчатого полотна как в виде молниеприемника на поверхности композитной панели, так и в виде токоотвода в металлический каркас агрегата.
Вязано-паяное строение и высокая эластичность сетчатого полотна в сочетании с хорошей способностью к формоизменению путем перегибов сетчатого полотна и способностью сохранять форму шины с укладкой в несколько слоев требуемой ширины и формы при последующем формовании композитной панели отличается высоким качеством. Наличие в структуре сетчатого полотна припоя создает благоприятные условия для сверления отверстий под контактный винт в месте крепления панели к металлическому каркасу летательного аппарата.
Предложенное изобретение упрощает конструкцию узла крепления композитной панели (нет лишних деталей), снижает массу, увеличивает надежность беспрепятственной передачи электрических зарядов от сетчатого молниеприемника на металлический каркас летательного аппарата, а, следовательно, повышает надежность молниезащиты.