针对放电保护由复合材料制造的燃料罐的方法.pdf

本发明涉及一种针对放电保护布置在全部或部分由复合材料制造的例如飞行器内的油箱的燃料罐(11)内的金属装置(13，15)组的方法。所述方法包括以下组成步骤：a)在金属装置(13，15)固定/连接到燃料罐(11)的多个点上包括绝缘元件(21)，以确保所述金属装置(13，15)相对于燃料罐(11)电绝缘；b)在例如管道的线型金属装置(13)中包括绝缘插入件(23)，从而将线型金属装置(13)分为彼此绝缘的多个部分(31，33，35)；和c)将包括具有非常低的电阻的金属分结构(25)的连接件设置在金属装置(13，15)组内彼此绝缘的多个部分(31，33，35)中的每一个内。

1.  一种针对放电保护布置在全部或部分由复合材料制造的燃料罐(11)内的金属装置(13，15)组的方法，所述方法特征在于：
a)在金属装置(13，15)固定/连接到燃料罐(11)的多个点上包括绝缘元件(21)，以确保所述金属装置(13，15)相对于燃料罐(11)电绝缘；
b)在线型金属装置(13)中包括绝缘插入件(23)，从而将线型金属装置(13)分为彼此绝缘的多个部分(31，33，35)；和
c)将包括具有非常低的电阻的金属分结构(25)的连接件设置在金属装置(13，15)组内彼此绝缘的多个部分(31，33，35)中的每一个内。

2.  一种根据权利要求1所述的保护布置在燃料罐(11)内的金属装置(13，15)组的方法，其特征在于：多个绝缘插入件(23)提供超过100兆欧姆的电阻。

3.  一种根据权利要求2所述的保护布置在燃料罐(11)内的金属装置(13，15)组的方法，其特征在于：将线型装置(13)分成多个部分(31，33，35)的步骤执行为在多个部分中的每一个与金属分结构(25)之间具有小于10毫欧姆的电阻。

4.  一种根据权利要求1-3中任一项所述的保护布置在燃料罐(11)内的金属装置(13，15)组的方法，其特征在于：所述燃料罐位于飞行器机翼内和/或稳定器内。

针对放电保护由复合材料制造的燃料罐的方法
技术领域
本发明涉及一种针对雷击引起的放电保护由低导电性材料制成的燃料罐的方法，并且特别地涉及一种保护在燃料罐内部的例如管道、阀或泵的装置的方法。
背景技术
复合材料与金属材料相比具有高电阻。由于金属材料的重量给出的机械特性，金属材料通常用在航空领域以制造用作燃料储存器的结构。
复合材料固有的高电阻在燃料罐内的内部系统上引起高度相关的感应效应。此效应将诱导对于整个结构整体性可能产生灾难性故障或现象的内部电流。
所述现象与在雷击的情况下产生的温和或剧烈放电相关，在由低导电性材料制造的结构中需防止出现所述放电，以确保在罐内所有重要电气装置的结构完整或确保在罐内不发生电弧。所述现象是：
热点：在结构某特殊位置(例如接头(joint)或交叉元件(intersectionelement))上的高电流密度可以产生高温点。如果温度超过200℃(由FAA/JAA认证的燃料自燃点)，在罐内存在合适的化学计量浓度的情况下，燃料会达到其闪点。
电弧(火花)：电流流过具有不同电阻的材料和流进几何结构上间隔开的位置中会导致彼此之间的电压降，这以电弧形式放电并引燃在贮存在结构中的燃料/易燃液体。
电气装置故障：由雷击产生的放电产生通过外部结构的高水平的电流并且可以因此通过分流或通过感应引导电流通过内部系统。这些效应能导致严重的装置事故，产生灾难性故障。
发明内容
本发明的目的在于针对放电保护位于飞行器机翼内和/或稳定器内、由复合材料制造并且设置有不同电气装置的飞行器燃料罐，但是其可应用到由低导电性材料构造并且在其内具有可燃流体、以及在其内具有以及电气系统和/或流体动力系统的任何结构。
由于所使用材料在制造中的固有特性，新一代材料，特别是低导电性的复合材料致使在燃料罐中存在具有不同机械和电气性能的结构。当罐由低导电性非金属材料制造时，位于罐内部的装置由高导电性材料制造，例如由铝管制成的燃料系统和具有金属外壳的装置。
以上说明了在很多情况下由雷击引起的飞行器燃料罐内的放电产生的灾难性事故的缺点。当使用的结构由不导电材料制造时有很高的风险，即电流将流过通常由金属材料制造的内部系统。这种情况会产生电弧、内部发光颗粒、热点或重要装置故障，从而产生会引起爆炸和随后的结构破坏的潜在点火源。
本发明提出了一种针对放电保护位于全部或部分由合成材料制造的燃料罐内部的金属装置组的方法，该方法包括以下步骤：
a)在金属装置固定/连接到燃料罐上的多个点上包括绝缘元件，以确保所述金属装置相对于燃料罐电绝缘；
b)在线型金属装置中包括绝缘插入件，从而将线型金属装置分为彼此绝缘的多个部分；和
c)将包括具有非常低的电阻的金属分结构的连接件设置在金属装置组内彼此绝缘的多个部分中的每一个内。
通过下面参照附图详细描述实现上述目的的说明性实施例，本发明的其它特征和优点将更容易理解。
附图说明
图1示意性图示了将根据本发明的方法应用到设置有多个装置的燃料罐；
图2图示了位于根据本发明的方法受到保护的燃料罐内部的管道；和
图3图示了位于根据本发明的方法受到保护的燃料罐的壁内的支撑件。
具体实施方式
参照图1，可以看见由低导电性材料制造的燃料罐11，由燃料管道以及由具有金属外壳的一个器材组成的装置15组成的装置13。装置13、15组代表位于罐11内部对于控制燃料必需的金属设施。
根据本发明的方法目的，在装置13和15固定/连接到罐11上的多个点处具有由塑料材料制造的绝缘元件21，以使所述装置13和15与罐11绝缘。
图3图示了在罐11的固定点上的绝缘元件21的具体示例。
作为管道13的一部分，在管道13中包括了由不导电材料(例如塑料)制成的几个绝缘插入件23，确保在其间的部分31、33和35彼此绝缘。
图2图示了在管道13中位于具有分结构25的两个连接件之间的绝缘插入件23的例子，所述分结构25具有参考电势。
最后，提供了用于管道13的部件31、33和35以及装置15的、具有带参考电势(“0伏特”)的分结构25的多个连接件，所述装置15可视作与剩余装置绝缘的部分。在罐11接收放电后作为产生静电荷的结果，可以没入燃料中的装置13、15可以聚积电荷到一定水平，但是所述连接件防止电弧产生以及通过排出静电荷防止所述电荷增加到某个容许能量级(200微焦耳)并且防止电荷在系统组件中聚积。
根据本发明的方法的根本是防止作为由例如雷击引起的电荷的结果的流过燃料罐11的外壁的电流Ce分流到装置13、15所在的内部区域。
由于由与罐11的主体结构绝缘的装置13和15组成的整个设施在内部，外部电流Ce的唯一路径是连接点通到具有参考电势的分结构25(金属的)的路径。
与所述电连接点相关的感应现象和低断面以及在燃料管道13中的绝缘插入件23的存在使外部电流通过处于极低电位的分流器Cs流向内部。因此罐内部系统的金属元件经受的唯一电流是对应于感应效应Ci的电流。
另一方面在燃料管道13或任何其他线型装置中的绝缘插入件23防止在高密度电流环流重复出现的情况下电流Ci形成闭路的可能性。
绝缘插入件23必须保持一定的长度尺寸以防止电弧。特别地，在由空中客车(Airbus)设计并生产的飞行器燃料罐中已经试验并应用的可适用的间距范围包含在25-80mm之间。
绝缘插入件23必须由绝缘材料制造，所述绝缘材料为了经受由于剧烈放电产生的可能的电势差能够提供超过100兆欧姆的电绝缘。
绝缘插入件23必须放置的点位置的确定需要详细研究存在系统中的电阻以及研究在外部放电的非常紧急的情况下在系统的每个区域上的感应电流水平。然而可以设想的是，通用规则为：小于10毫欧姆的电阻必须存在于分结构25(参考电势)的任意金属部分与位于燃料罐11内布置在两个绝缘插入件23之间的管道13的各个部分31、33、35或任意其他线型装置之间。
必须指出的是，假定绝缘插入件23防止存在流过属于燃料罐内部系统的金属部分的很高电流，则在此申请中提出的技术的实质是基于这些绝缘插入件23。在某些情况下，这些绝缘组件必须具有十分新颖的设计/材料/几何结构，因为它们必须处于十分小的区域内或十分短的管道部分中。
所申请的技术方案的效果得到通过由申请公司对于位于不同型飞机的水平稳定器内的燃料系统执行的多个试验的支持。
对上述优选实施例也可以做出包括在由下面的权利要求限定的保护范围内的修改。