CN101553681B - 飞行器管道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装在飞行器(20)管道***中的管道(26)，其特征在于它由一种含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料构成。

Description

飞行器管道
技术领域
本发明涉及一种飞行器管道，所述管道尤其被安装在承受高温的区域，例如飞行器的电动机区域。
背景技术
飞行器的电动机区域有无数的管道来引导不同的液体，所有这些管道被称作管道***。
考虑到在飞行器运营成本中碳氢燃料部分占有很大的比重，制造商们趋于减小飞行器重量来减少燃料消耗，特别是使用复合材料来制造管道***部分。
这些复合材料含有各种纤维，尤其是碳纤维、石墨纤维、玄武岩纤维、芳族聚酸胺纤维或玻璃纤维，这些纤维例如被浸入一些有机树脂基中，这些树脂例如是环氧树脂，热塑树脂或热固树脂。根据情况，这些纤维可以制成织物形式或无纺层的形式。
为了今后的使用，这些纤维通常会被涂层。实际上，在纤维制造过程中，这些纤维的表面情况会被破坏从而损坏了有机树脂的粘附性。此外，例如在编织纤维时，未加工的纤维的操作是很困难的，因为一些小纤维会从主纤维束中脱离。同样地，干燥的纤维也被处理以恢复表面情况，并接着涂上一层有利于化学粘附的有机树脂。这个涂抹涂层的过程被称为上胶。这些上胶的商业用纤维是平滑的且备于使用。
用于对纤维和环氧树脂实施上胶的工业技术已被发展。掌握和使用这些技术能够得到可与等效的金属相媲美的纤维管件制作成本。
此外，这些复合材料制成的管件具有至少和金属管件一样的机械特性且明显比后者更轻。
然而，用于制成管道***管件的复合材料在一些条件下使用时是有问题的，尤其上述管件被安装在承受高温的区域时，例如高于500℃的区域。在发动机周围的管道***尤其如此。在此温度下，这些含有有机树脂的复合材料管道会丧失它们的机械性能且变成多孔，这个多孔现象导致上述管道丧失可靠性。
发动机结构设计通常会考虑在高温情况下复合材料管道的可靠性缺失，例如通过加入挡板阻隔热量，来限制高温向管道方向蔓延。然而，这个解决方案并不能令人满意，这是因为它使发动机布局变得复杂且导致使用复合材料管道带来重量减轻的好处被额外增加的挡板抵消殆尽。
从安全原因考虑，这些管道会叠加布置，即也被称为内管的一主管道10被布置在一第二管道12的内侧，这个第二管道也被称为外管，如图1所示。因此即使内管出现泄漏，在第二管道中的液体循环仍会持续给装置供给。
当复合材料被用于制作内管10时，它被安置在用钛制作的外管12内，从而来保护内管，尤其在高温时。
然而，由于如下原因，这个解决方案也不能令人满意：
用于外管的钛使得在管道***中产生了额外重量和额外花费。
此外，在设计时，由于内外管的不同机械性能和不同结构，使得用于内外管的不同材料的装配会产生无数问题。这样，就需要预先设计一个***14来补偿管道和***之间连接或固定的复杂的相对位移(平移和转动)，以考虑在两个管道之间的膨胀差异。所有这些因素都使管道***变得复杂，导致了维修更复杂且时间更长，并使***重量增加。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供一种用于在高温下保证飞行器可靠性的管道来改善现有技术的不利。
为此，本发明涉及一种安装在飞行器管道***中的管道，其特征在于它由一种含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料构成。
附图说明
结合附图对实施例的下述描述将显现本发明的其他特点和优点，其中：
-图1是根据现有技术给出的管道***的纵剖图，包括含有有机树脂的复合材料内管和钛的外管；以及
-图2是根据本发明给出的管道***一个部件的纵剖图，包括含有矿物聚合物树脂基的复合材料内外管。
具体实施方式
在图2中，20表示安装在飞行器管道***上的一个部件。本发明描述的是应用在飞行器电动机区域的管道***，因为这类管道***是最具有说服力的，尤其在温度方面。在灼热情况下，管道***要承受高于500℃的温度。
然而，本发明不局限于此应用，也可用于飞行器的其他管道。
管道***的这个部件20保证了液体从一端22向另一端24的流动。每一端22或24都和其他部件相连，例如管道***的另一个部件，一个供液或产生液体的装置。
管道***的这个部件包含了至少一个保证液体流动的管道26。
根据本发明，管道26由一种含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料构成。
为了获得可以在高温下保持机械性能的材料，使用了矿物聚合物树脂(xSiO2，AlO2)，这里1.75≤x≤50。
有利地，可以利用由Cordi-géopolymère公司生产的名为MEYEB的商业树脂。
至于矿物聚合物树脂，可以是一种矿物聚合物树脂或多种矿物聚合物树脂混合物。
根据这些应用，纤维可以有不同断面和由不同材料制成，例如碳纤维，石墨纤维，玄武岩纤维，芳族聚酸胺纤维或玻璃纤维。
这些纤维可以是编织的、非编织的或叠层结构的形式。
在自然状态下，碳是一种含有毛刺的线状材料。为了今后的使用，这些纤维通常会被涂层。实际上，在纤维制造过程中，这些纤维的表面情况会被破坏从而损坏了有机树脂的粘附性。此外，例如在编织纤维时，未加工的纤维操作是很困难的，因为一些小纤维会从主纤维束中脱离。同样地，干燥的纤维也被处理以恢复表面情况，并接着涂上一层有利于化学粘附的有机树脂。这个涂抹涂层的过程被称为上胶。这些上胶的商业用纤维是平滑的且备于使用。
相比于上胶后的纤维质量，胶料的使用的量相对较少，仅为1％。另外，用于上胶的有机树脂特性由于生产厂商不同而不同。
为了增加矿物聚合物树脂和纤维之间更好的粘合性，清洗部分胶料的过程是必要的，因为这些有机树脂和矿物聚合物树脂是不亲和的。
用化学或热处理方式去除胶料可广泛用于商业编织树脂。
根据一种实施方式，去除胶料的方法是进行加热处理，这种加热是把纤维加热到足以热降解树脂的温度，使得纤维不再粘合树脂。更有利地，是在惰性气体环境下进行热处理。
这种处理过程可以对大多数商业纤维进行处理，只要针对上胶后的纤维适当调整温度和/或温度循环过程就可以了。一个相对较快的热处理过程在几分钟左右。
用于上胶的树脂热降解温度接近于碳纤维的氧化温度，这就决定了纤维的温度和/或温度循环过程。实际上，纤维的过度降解会严重损坏已有产品的特性。
通常地，在清胶处理循环结束时，纤维降解循环就开始了。
为了在令人满意的粘附性和纤维有限的降解之间得到更好的平衡，要清除50％到90％的胶料。
为了确定加热温度，需要对样品进行实验。由于采用了一个结合(或不结合)质谱学的热解质量分析(ATG)，能够确定用于胶料的混合物成分，和确定去除胶料质量的处理的起始和结束温度。
热处理包括在惰性气体环境下加热产品，同时要控制好由热解质量分析过程确定的托架上平均炉温。质量损耗的最终检测可以验证整个过程的有效性。
根据另一个操作的模式，清洗胶料的处理可以由化学处理来实现，尤其利用一种溶剂。
首先，确定用于胶料的合成物成分是必要的，这是为了确定选择溶剂。这个鉴别过程可以用热解质量分析来得到。化学方法相对于手工更简单且至少需要一次溶剂浴，例如用二氯甲烷溶剂。这个处理的持续时间由用于胶料的合成物确定。
为了减少处理时间，以在令人满意的粘附性和纤维有限的降解之间得到更好的平衡，要去除50％到90％的胶料。
根据本发明的另一个特性，为了更好地浸润纤维，可以用为树脂体积3％至7％的水来改善上述树脂的稠度，从而得到在纤维中树脂的均匀流动。这个额外加水量参照树脂生产商提供的树脂中的含水量来确定。
由纤维加强的矿物聚合物树脂基制成的管道26可以承受高温，同时保持机械和结构特性以及孔隙率。与先前管道在高温时孔隙率变大不同，根据本发明制成的管道的孔隙率可以允许是不漏水的。
根据各种变化改进，管道26可以具有(或不具有)一个圆形截面，并包括笔直部分和/或弯曲部分。
根据一种实施方式，管道***的这个部件包括两个管道，被称为内管的第一管道26安装在被称为外管的第二管道28内，这两个管道由含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料制成，且两个管道最好同心放置。这个结构使得在内管漏液情况下的管道***更加安全可靠，液体总会由第二管道28传送。
这种用相同材料预先制成的两个管道，可以简化管道设计，因为不需考虑提供装置来补偿相对位移，在使用由不同膨胀系数的材料制成的管道时可能会发生这种相对移位。此外，使用涂覆了矿物聚合物树脂基的碳纤维制成的管道可以减少元件的尺寸变化，碳不会膨胀，这样各个端部的连接装置就被简化了。

Claims (6)

1.一种安装在飞行器管道***中的管道的制造方法，所述管道由一种含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料构成，所述管道由浸润过矿物聚合物树脂xSiO2，AlO2的纤维的复合材料制成，这里1.75≤x≤50，其特征在于，所述纤维在浸入矿物聚合物树脂之前至少部分地清胶。
2.根据权利要求1所述的管道的制造方法，其特征在于，所述纤维至少部分地清胶的步骤包括清除50％到90％的胶料。
3.根据权利要求1或2所述的管道的制造方法，其特征在于，用为树脂体积3％至7％的水来改善上述树脂的稠度，从而得到在纤维中树脂的均匀流动。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法获得的安装在飞行器管道***中的管道。
5.一种飞行器管道***，该管道***至少含有一个根据权利要求4所述的管道。
6.根据权利要求5所述的飞行器管道***，其特征在于，所述管道***包括两个管道，该管道由一种含有纤维加强的矿物聚合物树脂基的复合材料制成，在称为内管的第一管道(26)内流动液体，所述内管(26)安装在被称为外管的第二管道(28)内。
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