專利名稱：對(duì)用于制造飛行器的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的方法
對(duì)用于制造飛行器的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的方法本發(fā)明涉及用于制造飛行器的復(fù)合材料。現(xiàn)在人們?cè)诹D使用復(fù)合材料來(lái)制造飛行器，這特別是由于其重量輕而且機(jī)械性能優(yōu)異。這樣的復(fù)合材料是由合成材料比如環(huán)氧樹(shù)脂制造的基質(zhì)構(gòu)成，在其中包埋進(jìn)比如碳纖維之類的纖維。當(dāng)將這樣的材料置入飛行器結(jié)構(gòu)中時(shí)，了解其在電阻方面的性能是很有用的。為此，目前是按如下的方式進(jìn)行操作的。制造由多層堆積而形成的復(fù)合材料棒。此層數(shù)是已知的，而且這些層的方向按照比如45° /0° /-45° /90° ....的順序。在該棒的兩端用良性電導(dǎo)體金屬進(jìn)行電解沉積。借助于電壓表來(lái)測(cè)量在向與電流表串聯(lián)的棒上通入電流時(shí)在此兩個(gè)電解沉積之間施加的電位差。因此，知道了電壓和電流值，就可根據(jù)Ohm定律R = U/I得到棒的電阻。然而，已經(jīng)證實(shí)在棒的端部很難進(jìn)行電解沉積。此操作是費(fèi)時(shí)、昂貴而且可靠性得不到保證。特別是，由這種電解沉積構(gòu)成的表面，其處理的質(zhì)量在很大程度上受到制備棒時(shí)所給予的關(guān)注程度的制約，在實(shí)際上這就意味著要正確地制造出這樣的沉積，就得實(shí)施大約十幾個(gè)不同的步驟。這些步驟要求專門(mén)的人才和專門(mén)的工具，而這些本身則要付出不菲的成本。再有，已觀察到，所獲得的結(jié)果有時(shí)是缺乏條理的，而且取決于所制造的沉積層質(zhì)量的實(shí)際情況。另外，已知道，利用夾子來(lái)向棒的兩端引入電流以及測(cè)量電壓的，電解沉積層會(huì)迅速老化，使得有時(shí)實(shí)驗(yàn)很難重復(fù)。本發(fā)明的目的就是使復(fù)合材料的電氣表征更加容易。為此，本發(fā)明提出了一種對(duì)用于制造飛行器的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的方法，其中-將兩個(gè)墊塊壓靠在至少一個(gè)由復(fù)合材料制造的試樣上；-測(cè)量由該墊塊和試樣形成的組合體的電阻值；以及-由該值得出該復(fù)合材料的電阻值。因此，使用在墊塊和試樣之間的接觸壓力來(lái)代替電解沉積。當(dāng)然，在每一個(gè)墊塊和試樣之間的接觸產(chǎn)生了接觸電阻。然而，此數(shù)值可選擇性地通過(guò)計(jì)算加以控制或者消除，使得此操作模式能夠可靠地得到復(fù)合材料的電阻值。此方法與使用電解沉積的方法相比更加簡(jiǎn)便快捷，能夠提供可靠的結(jié)果，并且使測(cè)量可以重復(fù)。有利的是，施加壓力使得該試樣或每個(gè)試樣都受到超過(guò)預(yù)定閾值的接觸壓力。實(shí)際上，意外地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增大墊塊之間的試樣所受的壓縮應(yīng)力時(shí)，組合體的電阻迅速地降低，接近一條漸近線。這表明，當(dāng)壓力超過(guò)一個(gè)閾值時(shí)，在每一個(gè)墊塊和試樣之間的接觸電阻基本上是一個(gè)恒定值，甚至于變?yōu)榭珊雎缘臄?shù)值。因此，接觸電阻的存在并不影響對(duì)復(fù)合材料本身電阻的表征。有利的是，在該試樣或每一個(gè)試樣的孔中插入至少一個(gè)墊塊，在墊塊和孔之間形成緊密配合。這就構(gòu)成用于降低每一個(gè)墊塊和試樣之間接觸電阻的簡(jiǎn)單而便利的裝配方式。有利的是，該墊塊的直徑大于孔的直徑。
按照優(yōu)選的方式，該墊塊的直徑c和該孔的直徑e滿足(c_e)/c 彡 0. 0025。如此，每一個(gè)墊塊和試樣之間的接觸電阻就可以忽略不計(jì)。按照優(yōu)選的方式，在用相同復(fù)合材料制造的至少兩個(gè)試樣上施加壓力。如此，將用該試樣得到的結(jié)果合并，就省略了對(duì)接觸電阻的計(jì)算，因此就不用考慮此參數(shù)。 按照有利的方式，保持墊塊中的一個(gè)的位置不變，對(duì)兩個(gè)試樣相繼施加壓力。如此就減少了操作的次數(shù)。再有，減少了墊塊和試樣之間接觸的斷裂，這就改善了結(jié)果的可靠性。按照優(yōu)選的方式，該兩個(gè)試樣構(gòu)成單個(gè)零件的一部分。如此就降低了在兩個(gè)試樣中出現(xiàn)性能差異的風(fēng)險(xiǎn)，改善了結(jié)果的可靠性。按照優(yōu)選的方式，在一個(gè)零件上放置三塊墊塊，其位置相互呈一條直線。此方法使得可通過(guò)特別簡(jiǎn)單的計(jì)算得到該材料的電阻值。本發(fā)明還提供一種包括編碼指令的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，適合于控制本發(fā)明方法的至少某些步驟的實(shí)施。本發(fā)明還提供數(shù)據(jù)記錄載體，其包括呈記錄形式的程序。本發(fā)明還提供將此程序置于通訊網(wǎng)絡(luò)中以進(jìn)行下載。本發(fā)明還提供一種制造飛行器的方法，其中借助于按照本發(fā)明的方法進(jìn)行電氣表征的復(fù)合材料，并且考慮到由此方法得到的該材料的電阻值制造飛行器。按照優(yōu)選的方式，將飛行器的電氣設(shè)備與由復(fù)合材料形成的零件進(jìn)行連接，并且將此飛行器布置為使得該設(shè)備的故障電流(courant de defaut)流經(jīng)該零件。本發(fā)明還提供一種對(duì)用于制造飛行器的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的裝置，該裝置包括-至少兩個(gè)墊塊；-用于將兩個(gè)墊塊壓靠在試樣上的機(jī)構(gòu)，以及-用于對(duì)由該墊塊和試樣形成的組合體的電阻值進(jìn)行測(cè)定的機(jī)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種借助于用本發(fā)明方法進(jìn)行電氣表征的復(fù)合材料制造的飛行器。按照優(yōu)選的方式，該飛行器包括一個(gè)與該零件相連接的電氣設(shè)備，并且該電氣設(shè)備被布置為得使得該設(shè)備的故障電流流經(jīng)該零件。此發(fā)明可用于例如以下方面。飛行器包括許多不同種類的電氣設(shè)備或裝置。這些設(shè)備或裝置可以是電機(jī)或諸如計(jì)算機(jī)之類的電子裝置。在這些設(shè)備中，許多都通入單相電流。為此，這些設(shè)備借助于電纜連接著發(fā)電機(jī)的正極。當(dāng)與發(fā)電機(jī)的負(fù)極相連接時(shí)，該設(shè)備的另一極與飛機(jī)的金屬體相連接，發(fā)電機(jī)的負(fù)極也與其相連接。這就構(gòu)成了所謂工作電流電路。對(duì)可能的與該設(shè)備有關(guān)的故障電流進(jìn)行排除也是很重要的。此類電流比如是漏電電流(courant de fuite)或短路電流(courant de court-circuit)，它們可在異常的情況下出現(xiàn)。當(dāng)飛機(jī)的主要部分是用金屬制造時(shí)，可用與排除工作電流同樣的方法來(lái)排除故障電流，使該設(shè)備與飛機(jī)的金屬零件相連接。
但是，當(dāng)希望用包括了由非金屬纖維增強(qiáng)的塑料材料基質(zhì)的復(fù)合材料制造飛機(jī)零件時(shí)，情況就不同了。實(shí)際上，這樣的材料作為良性電導(dǎo)體比不上金屬。為了將此類飛行器的設(shè)備與該裝置的金屬體相連接，并且如此來(lái)排除工作電流， 每一個(gè)設(shè)備都借助于專門(mén)的電纜與此金屬體相連接。比如已知要設(shè)計(jì)一種專門(mén)的金屬網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)在機(jī)身上被稱為結(jié)構(gòu)電氣網(wǎng)絡(luò)，即，英語(yǔ)ESN (electrical structure network)。另外，應(yīng)該預(yù)見(jiàn)到設(shè)備可能產(chǎn)生的故障電流進(jìn)入金屬體中。為此，使用了被稱為故障金屬網(wǎng)絡(luò)(英語(yǔ)MBN(metallie bonding network))的專門(mén)網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)與飛機(jī)的結(jié)構(gòu)金屬零件，比如座椅軌道，部分地混合在一起，用于形成能夠排除設(shè)備故障電流的飛機(jī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在此方面，已知要設(shè)計(jì)專門(mén)的部件，比如在飛機(jī)的每個(gè)框架和每一根橫梁上的金屬帶， 使得盡管存在著復(fù)合材料，還是能保證可實(shí)現(xiàn)由飛機(jī)主體排除故障電流的金屬零件之間的電氣連續(xù)性。但是，這些金屬零件的總和構(gòu)成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，并且產(chǎn)生了許多問(wèn)題。比如，增加專門(mén)的部件會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)增加重量。這會(huì)增加組裝操作的整體時(shí)間。與此有關(guān)的成本也是可觀的。這些零件還使電流的返流網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜。最后，這些零件在確定尺寸、維修、腐蝕和與ESN零件之間的連接方面還要進(jìn)行研究。因此，按照有利的方式，設(shè)想飛行器包括至少一個(gè)電氣設(shè)備和與該設(shè)備相連接的由復(fù)合材料制成的零件，該復(fù)合材料由本發(fā)明進(jìn)行表征，該飛行器被布置為使得該設(shè)備的故障電流流經(jīng)該零件。因此，借助于由復(fù)合材料和金屬形成的混合網(wǎng)絡(luò)，排除設(shè)備可能產(chǎn)生的故障電流。 該網(wǎng)絡(luò)的金屬零件對(duì)應(yīng)于飛行器的金屬體。這涉及到主網(wǎng)絡(luò)。這些由復(fù)合材料制造的零件形成了傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)⒐收想娏鲗?dǎo)向主網(wǎng)絡(luò)。因此，正是由復(fù)合材料構(gòu)成的零件本身起著排除設(shè)備故障電流的作用。在此利用的是飛行器上的復(fù)合材料，其電性能使得不能將工作電流排向飛行器的機(jī)體，反而是能夠排除故障電流。這樣做無(wú)須增加大量專門(mén)的部件。這不會(huì)造成超重，對(duì)裝配操作的時(shí)間也沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的增加。沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的超額成本，電流返流的網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)復(fù)雜化。最后，無(wú)須對(duì)ESN零件之間的連接進(jìn)行精密的研究。將如上所述對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征，以使其能夠用于這樣的應(yīng)用中。按照有利的方式，飛機(jī)行包括至少一個(gè)接觸構(gòu)件，該構(gòu)件與該設(shè)備相連接并借助于該構(gòu)件與零件的緊密配合與該零件組合在一起。因此，保證該設(shè)備與由復(fù)合材料制成的零件的良好連接，為的是能夠方便地排除故障電流。更準(zhǔn)確說(shuō)，這樣的配合使得能夠降低該構(gòu)件與零件之間的接觸電阻，甚至于使其可忽略不計(jì)，這使得由復(fù)合材料制成的零件更容易排除故障電流。按照優(yōu)選的方式，該接觸構(gòu)件在零件的一個(gè)孔中延伸，該構(gòu)件的直徑ν和孔的直徑 e 滿足(v-e) /ν 彡 0. 0025。直徑之間如此的關(guān)系保證接觸電阻可忽略不計(jì)。按照有利的方式，復(fù)合材料包括由碳纖維增強(qiáng)的塑料材料。按照優(yōu)選的方式，故障電流的大部分流過(guò)通道——在通道長(zhǎng)度方面——包括飛行器的金屬零件。因此，該網(wǎng)絡(luò)主要部分由飛行器的金屬零件構(gòu)成，特別是由結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，這就導(dǎo)致盡可能小的閉合回路(maille)電阻。
按照有利的方式，電氣設(shè)備和復(fù)合材料零件的數(shù)量至少為兩個(gè)，而飛行器包括與復(fù)合材料零件相連接的金屬結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)設(shè)備的故障電流流過(guò)通道經(jīng)過(guò)相關(guān)聯(lián)的零件和金屬結(jié)構(gòu)，而不經(jīng)過(guò)與每個(gè)其他設(shè)備相關(guān)聯(lián)的零件。按照優(yōu)選的方式，飛行器包括適于檢出與設(shè)備有關(guān)的故障電流的監(jiān)測(cè)裝置。此裝置能夠保護(hù)該設(shè)備避免作為可能的后果而出現(xiàn)的故障電流。按照優(yōu)選的方式，該裝置適合于當(dāng)檢測(cè)到與該設(shè)備有關(guān)的故障電流時(shí)中斷該設(shè)備的電源。按照有利的方式，該監(jiān)測(cè)裝置構(gòu)成該設(shè)備的一部分。該裝置是該設(shè)備專用的。在有故障電流的情況下，能夠隔離開(kāi)該設(shè)備而不會(huì)中斷其它設(shè)備的運(yùn)行。這無(wú)須在操作鏈上進(jìn)行專門(mén)的裝配操作。按照有利的方式，在前述本發(fā)明方法的實(shí)施過(guò)程中，使飛行器的電氣設(shè)備與被本發(fā)明表征的復(fù)合材料制造的零件相連接，而且飛行器被布置為使得設(shè)備的故障電流流經(jīng)此零件。按照優(yōu)選的方式，將至少一個(gè)接觸構(gòu)件與該設(shè)備相連接，并借助于該構(gòu)件與該零件的緊密配合使接觸構(gòu)件與該零件組裝成一體。參照附圖，通過(guò)如下對(duì)作為非限定性實(shí)施例給出的實(shí)施方案和應(yīng)用的敘述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清晰，在附圖中-

圖1是由本發(fā)明的方法表征的復(fù)合材料制造的飛機(jī)的透視圖；-圖2是本發(fā)明的表征裝置的示意圖；-圖3是圖2裝置的試樣堆電阻隨著施加在該堆上應(yīng)力而變化的曲線圖；-圖4和圖5表示實(shí)施本發(fā)明方法的實(shí)施例的兩個(gè)步驟；-圖6表示在圖4和圖5的裝配過(guò)程中偶聯(lián)電阻(r6sistancede couplage)隨干擾而變化的曲線圖；-圖7是說(shuō)明設(shè)備與圖1的飛機(jī)機(jī)上相連接的電氣示意圖；-圖8是該設(shè)備及其與圖1的飛機(jī)部分結(jié)構(gòu)相連接狀態(tài)的視圖；-圖9是該連接沿著圖8的IX-IX平面的斷面圖；-圖10是說(shuō)明在一個(gè)變型方案中的監(jiān)測(cè)裝置原理的電氣示意圖；以及-圖11是包含所述監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)備連接的電氣示意圖。在圖1中說(shuō)明了飛行器2，在此情況下是一個(gè)重飛行器，具體為一個(gè)飛機(jī)。該飛機(jī)包括機(jī)身4、兩個(gè)機(jī)翼6和兩個(gè)在本實(shí)施例中由機(jī)翼攜帶的發(fā)動(dòng)機(jī)8。該飛機(jī)的至少某些部分，比如機(jī)身4或機(jī)翼6本身是由至少一種復(fù)合材料以及其他材料制造的。在本實(shí)施例中，這種材料包括一種形成基質(zhì)的塑料材料，比如環(huán)氧樹(shù)脂，在該基質(zhì)中包埋有纖維，在此情況下比如是碳纖維。在此，這涉及到CFRP型材料，這相當(dāng)于英語(yǔ)“碳纖維增強(qiáng)塑料”，即，由碳纖維增強(qiáng)的塑料材料。在后面介紹了一種本發(fā)明方法的實(shí)施方案，旨在對(duì)這樣的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征，這借助于在圖2中說(shuō)明的裝置10。此裝置包括比如壓力機(jī)之類的加壓機(jī)械12。該機(jī)械特別包括在它們之間施加壓縮應(yīng)力的兩塊平板20和能夠識(shí)別到所施加壓縮應(yīng)力的顯示屏 14。該裝置包括兩塊由良性電導(dǎo)體金屬制造的墊塊16。按照優(yōu)選的方式，這使用延性金屬， 艮P，比較容易變形的金屬。
在本發(fā)明的方法中，使用了用復(fù)合材料制成的試樣18，其形式為例如斷面呈矩形或圓形的型材元件。這就涉及到比如按照45° /0° /-45° /90° ...的方向順序的多層組合而形成的復(fù)合材料棒。將試樣18以?shī)A層的形式放置在兩塊墊塊16之間，使墊塊位于試樣縱向的兩端，如此就形成了一個(gè)試樣堆。將此組合體放置在機(jī)械12的兩塊平板20之間，以在墊塊16上， 在相反并都指向該試樣堆的方向上，即，在墊塊彼此朝向?qū)Ψ降姆较蛏希┘觾蓚€(gè)應(yīng)力22。該裝置10還包括測(cè)量該試樣堆兩端電位差的機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)包括比如分別與兩個(gè)墊塊16相連的電壓表23。該裝置還包括電流發(fā)電機(jī)對(duì)，它適于經(jīng)由兩塊墊塊向該試樣堆通入電流。在此電路中串聯(lián)上測(cè)量電流強(qiáng)度的機(jī)構(gòu)比如電流表26。使用此裝置，對(duì)在兩個(gè)墊塊16之間的試樣18進(jìn)行加壓。表盤(pán)14能夠顯示出施加在此試樣堆上的應(yīng)力22的強(qiáng)度。Ohm定律能夠從電壓表和電流表得到的電壓和電流強(qiáng)度在每個(gè)瞬間給出由兩塊墊塊和試樣構(gòu)成的試樣堆的總電阻。如此就由實(shí)驗(yàn)得到在下表中列出的結(jié)果，在該表的兩列中分別示出以N為單位的壓縮應(yīng)力22和以πιΩ計(jì)的測(cè)量電阻
權(quán)利要求
1.一種對(duì)用于制造飛行器O)的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的方法，其特征在于-將兩個(gè)墊塊(16)壓靠在至少一個(gè)由復(fù)合材料制造的試樣(18 ；18a、18b)上；-測(cè)定由該墊塊與試樣形成的組合體的電阻值(R ；RUR2)，以及-由所述值得出該復(fù)合材料的電阻值(Rcfkp)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中施加壓力，使得該試樣或每一個(gè)試樣(18a、 18b)受到超過(guò)預(yù)定閾值的接觸壓力。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在至少一塊墊塊(16)和所述試樣或每一個(gè)試樣(18a、18b)的孔(3 之間形成緊密配合。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中該墊塊的直徑大于該孔的直徑，墊塊的直徑c 和孔的直徑e優(yōu)選滿足(c-e)/c 彡 0. 0025。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在由相同復(fù)合材料制造的至少兩個(gè)試樣(18a、18b)上施加壓力，優(yōu)選在保持墊塊(16)中的一個(gè)的位置不變的情況下相繼對(duì)兩個(gè)試樣(18a、18b)施加壓力。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中兩個(gè)試樣(18a、18b)構(gòu)成單個(gè)零件(30)的一部分。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的方法，其中在該零件(30)上的彼此呈一條直線的位置 (32)上放置3個(gè)墊塊(16)。
8.—種制造飛行器O)的方法，其特征在于，借助于根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行電氣表征的復(fù)合材料、并考慮到由此方法得到的該材料的電阻值(Rcfkp)制造飛行器，優(yōu)選將該飛行器的電氣設(shè)備(11 與由該復(fù)合材料形成的零件(116)相連接，并且將該飛行器布置為使得設(shè)備的故障電流(144)流經(jīng)該零件。
9.一種對(duì)用于制造飛行器( 的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的裝置(10)，該裝置的特征在于，它包括-至少兩塊墊塊(16)；-用于使兩塊墊塊壓靠試樣(18 ；18a、18b)的機(jī)構(gòu)(12)；以及-用于測(cè)定由該墊塊和試樣組成的組合體的電阻值(Rcfkp)的機(jī)構(gòu)03、對(duì)、26)。
10.一種飛行器O)，其特征在于，它包括至少一個(gè)由復(fù)合材料形成的零件(16)，該材料借助于根據(jù)權(quán)利要求ι至7中任何一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行電氣表征，優(yōu)選該飛行器包括與該零件相連接的電氣設(shè)備(112)，并且該飛行器被布置為使得設(shè)備的故障電流的通道 (144)通過(guò)該零件。
全文摘要
在對(duì)用于制造飛行器的復(fù)合材料進(jìn)行電氣表征的方法中，將兩塊墊塊(16)壓靠在至少一個(gè)由復(fù)合材料制造的試樣(18)上，測(cè)定由該墊塊和試樣組成的組合體的電阻值，以及由此值得出該復(fù)合材料的電阻值。
文檔編號(hào)G01N27/04GK102549415SQ201080034080
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者F·旁斯, N·萊路斯 申請(qǐng)人:空中客車運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化股份公司