[发明专利]用于飞机机身的蒙皮板

说明书

技术领域

本发明涉及用于飞机机身的蒙皮板，该蒙皮板包括与金属加强元件相邻接的聚合物基、碳纤维增强的蒙皮构件的蒙皮结构。

背景技术

如将从以下说明中理解的，除非另作说明，铝合金名称和状态名称是指由铝业协会于2009年颁布的铝标准和数据及登记备案中的铝业协会名称。

关于任何对合金组成或优选合金组成的说明，提到百分比时都是指重量百分比，除非另作说明。

由于复合材料的一些性质(特别是其它性质中的重量轻、强度高和刚性、耐腐蚀性和阻尼特性)，复合材料结构在航空航天业中的应用已变得越来越普遍。目前，复合材料被考虑并且被用于机翼、水平和垂直稳定器、前端和后端的锥体以及其它的飞机结构元件。然而，复合材料结构的应用也有各种缺点，并且在实践中，这将意味着许多结构部件将被杂化，既包含复合材料部件又包含金属部件。

可以在翼盒中找到这样的实例。一种建议的方案是由复合材料制成加强杆、上翼罩以及下翼罩。然而，即使在这样的复合材料机翼设计中，肋件可能仍然是金属的。首先，因为各个肋件的尺寸不同，而以板材来加工更便宜更快；其次，由于金属肋件需要保持机翼的整体形状。因此，必须解决如何将金属结构与复合材料结构连接起来的问题。可以在机身中找到其它实例。

一些飞机制造者经常提出在与碳纤维增强聚合物片材(“CFRP”)连接起来时铝的腐蚀行为问题，并发觉当铝合金构件与CFRP相接触时存在严重的腐蚀问题。

据信Al-CFRP连接件的腐蚀与水中铝合金和石墨之间的巨大腐蚀电势差(即，电化学腐蚀的巨大驱动力)有关。此外，由于石墨是电的良导体并且在许多环境中都不受影响(即，相对钝化的)，因此石墨可以成为电化学腐蚀体系中的优秀阴极。这个情况在很久以前就被认为是航空航天业领域中潜在的问题。

铝与CFRP在跨越大范围的部件和飞机位置上的电化学偶合是不可避免的。例如，在波音-777商用飞机中，在水平与垂直的稳定器处，该问题通过利用绝缘操作来解决，所述绝缘操作被总结在由Adjorlolo著的“Corrosion in Commercial Aviation”的图17中，在ASM手册，第13C卷，Corrosion：Environments and Industries，ASM International，第一版，2006，第605页，此处将所述图17引入本文作为参考，并且需要专业人员极度关注细节。在该构型中，使用纤维玻璃片的将铝加强板与CFRP绝缘。还存在大量的底层涂料和密封剂。这导致连接件很复杂，制造昂贵而且给飞机增加了额外的重量。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供用于飞机机身的蒙皮板，该蒙皮板包括与金属加强元件相邻接的聚合物基、碳纤维增强的蒙皮构件的蒙皮结构，其中，铝-CFRP的连接件具有改进的耐腐蚀性。

本发明提供的用于飞机机身的蒙皮板实现或超越了上述目的和其它目的以及进一步的优点，所述蒙皮板包括与至少一个金属加强元件相连接的蒙皮结构，

所述蒙皮结构包括与金属加强元件相邻接的聚合物基、碳纤维增强的蒙皮构件，

其中，所述金属加强元件由含有约3.5％至7％的Mg的Al-Mg合金制成。

根据本发明，已发现，与用于构造飞机应用的其它铝合金(如AA2024、AA6013、AA7050、AA7081、AA7085和AA7075)相比，当与CFRP板连接时，含有至少约3.5％至7％的Mg的Al-Mg合金经受的电化学腐蚀明显更小。

此外，已发现，与用于构造飞机应用的其它铝合金(如AA2024、AA6013、AA7050、AA7081、AA7085和AA7075)相比，当与CFRP板连接时，特别是含有至少约3.5％至7％的Mg和约0.05％至1.5％的Sc的Al-Mg-Sc合金经受的电化学腐蚀明显更小。已发现，当将Al-Mg-Sc合金(如AA5024)用于本发明时，比没有特意加入Sc的Al-Mg合金(如AA5383和AA5059)表现得更好。

这是一个惊人的结果，因为在本领域中，过去认为铝与CFRP彼此的耐受性很差。到目前为止，唯一实用的、有效的防止腐蚀的方法是在可能提供排水的情况下，通过精整、密封、使用耐久性隔离材料(如纤维玻璃)来防止铝结构和碳纤维同时接触湿气。然而，根据本发明，已发现，当使用Al-Mg合金，优选地使用Al-Mg-Sc合金时，与碳纤维的电化学偶合明显没有预计的那么大，并且使Al-CFRP连接件的设计不那么复杂，因此能够节约成本。此外，提高了连接件的腐蚀性能。