JP2019060343A - 雷保護装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、導電性でないか、または誘電体で覆われる構造体用の雷保護のための高温環境で信頼性のある方法を提供する。【解決手段】本発明は、保護用の構造体（１００）に配置するための雷保護構造（２００）であって、導電性塗料（２０２）の少なくとも１つの層を備える第１のコーティングと、表面コーティングに堆積され、熱絶縁性および導電性の材料を備える第２のコーティング（２０４）とを備える、雷保護構造。【選択図】図２Ｅ

Description

本発明は、高温環境で使用するための雷に対する保護の分野に関する。本発明の特定の、しかし非限定的な分野は、スペースランチャー、タクティカルランチャー、等のためのスラスタに、または航空機用エンジンに存在する高温部品のための雷に対する保護を提供する分野である。

そのタイプのランチャーのスラスタ、または航空機用エンジンのアフターボディ部品は、飛行時に落雷を受けやすい。落雷を受ける部品が複合材料などの導電性でない材料で作られる場合、またはこれが誘電材料で覆われる場合は、部品の構造体は、雷によって生じる電気アークのインパルス成分および連続成分によってひどく損傷される場合がある。

保護用の構造体を通さないで保護のため流れるように、かつ、熱的および機械的応力を低減するために雷アークの落雷点の大きさを速やかに大きくするように、雷電流を強化するという主な目的を持つ、いくつかの技術が、雷に対する保護を提供するために既に存在する。

既存の解決策の中に、
・保護のための部品の表面に固締される金属織布と、
・保護されるべき部品の表面に同様に固締されるグリッドを形成するために、スロットを付けられ、引き伸ばされている金属シートから作られるエキスパンドメタルグリッドと、
・その伝導率を増加させるために保護されるべき部品の表面に、金属粒子、たとえばニッケル粒子を堆積させることによって作られる導電層と、
・雷アークの着弾点を分散させるのに適した部品の表面で多数の小さな点を形成するように保護するための複合材料部品の強化のため繊維組織に直接織られる金属繊維と
によって構成される雷保護コーティングが見出されることになる。

それにもかかわらず、それらのさまざまなコーティングは、一定の欠点を有し、主要な欠点は、高温に耐える能力が低いことである。加えて、それらのコーティングのいくつかは、形状が複雑な構造体に導入するのが困難である。

また、それらの解決策は、修理するのが困難であるという欠点を有する。

本発明は、導電性でないか、または誘電体で覆われる構造体用の雷保護を提供するための解決策を提案し、高温環境で信頼性のある方法でそうしようと努めるものである。

このために、本発明は、保護用の構造体に配置するための雷保護装置であって、少なくとも、
・導電性塗料の少なくとも１つの層を備える第１のコーティングと、
・第１のコーティングに堆積され、熱絶縁性および導電性の材料を備える第２のコーティングと
を備える、雷保護装置を提案する。

特に、落雷を受けると大量の電流を速やかに放電することができる導電性塗料が使用されるので、これは、雷による攻撃に対して有効な保護を提供する。

加えて、熱絶縁性である第２のコーティングの存在のため、高い熱流束に曝される構造体に使用される場合でも、本発明の保護装置の完全性が保たれる。また、保護コーティングは導電性であるので、これは、装置の露出表面と導電性塗料との間の電気的導通を確保することによって、装置の全体的な電気的効率に寄与する。

そのうえ、その設計によって、装置は、任意のタイプの形状、非常に複雑な形状にも適応することができる。

本発明の装置の第１の態様においては、第２のコーティングは、０．１ワット／メートル／ケルヴ_イン（Ｗｍ^−１Ｋ^−１）よりも小さい熱伝導率を有する。

本発明の装置の第２の態様においては、第２のコーティングは、２００オームよりも小さい表面抵抗率を有する。

また、本発明は、高温環境で動作することになる雷検知構造体であって、それの少なくとも一部には、本発明の雷保護装置が設けられることを特徴とする、構造体を提供する。構造体は、特にスラスタのノズル、アフターボディ、またはシュラウドに対応する。

また、本発明は、保護用の構造体に雷保護装置を製造する方法であって、少なくとも、
・導電性塗料の少なくとも１つの層を備える第１のコーティングを、保護用の構造体に堆積させるステップと、
・第２のコーティングを第１のコーティングに堆積させるステップであって、第２のコーティングが熱絶縁性および導電性の材料を備える、ステップと
を含む、方法を提供する。

本発明の方法の第１の態様においては、第２のコーティングは、０．１Ｗｍ^−１Ｋ^−１よりも小さい熱伝導率を有する。

本発明の方法の第２の態様においては、第２のコーティングは、２００オームよりも小さい表面抵抗率を有する。

加えて、本発明の方法はまた、本発明のコーティングを修理するのに有利に使用されることができ、この種の修理は、この場合、特に容易に行うことができる。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例示として、添付の図面を参照して与えられる、本発明の特定の実施形態の次の説明から明らかになる。

図２Ａ〜図２Ｅに示されるように本発明の雷保護装置を製作する方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の実施のための雷保護装置を製作する方法の略図である。 本発明の実施のための雷保護装置を製作する方法の略図である。 本発明の実施のための雷保護装置を製作する方法の略図である。 本発明の実施のための雷保護装置を製作する方法の略図である。 本発明の実施のための雷保護装置を製作する方法の略図である。

本発明の雷保護装置は、電気を伝導しないか、またはたとえばランチャーに使用される熱保護コーティングに適用されるように電気的絶縁材料または層で保護するためのその表面（複数可）に覆われる、材料で作られる任意の構造体に使用されることが好ましいが、これに限定されるものではなく、構造体はまた、高温環境で使用される。

本発明の実施形態による雷保護装置を製作する方法は、図１および図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明される。

図２Ａは、雷に対して保護されることになる構造体に対応する軸対称部品１００を示している。部品１００は、たとえばエンジンから生じる高温ガスによって発生される高温に曝されるロケットエンジンのまたは航空機用エンジンのサブアセンブリに対応する、電気を伝導しない熱構造複合材料で作られる。

例示として、部品１００は、知られている方法でＳｉＣマトリックスによって高密度化されたＳｉＣ繊維の補強材を備える材料である、炭化ケイ素／炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）複合材料で作られる。ＳｉＣ／ＳｉＣ材料などの熱構造複合材料は、構造部品を構成するのに適するようにするそれらの強い機械的特性によって、およびまた高温でそれらの機械的特性を保護するそれらの能力によって特徴付けられる。

電気を伝導しない材料によって構成されるその外側表面を有する部品１００は、落雷を受けることもある。万一部品が落雷を受けるか、または部品が組み込まれているアセンブリが落雷を受ける場合には、このように形成される電気アークが（直接的または間接的であるかもしれない効果によって）損傷されるかまたは破壊される部品をもたらす場合がある。同じことが、保護されるべき構造体の表面に存在する誘電コーティングに当てはまる。

このために、および本発明の実施形態においては、高温に耐えるのに適している雷保護装置は、部品１００の外側表面に形成され、この実施例においては、この外側表面は、雷に対して保護されることになる部品１００の一部に相当する。

保護装置は、初めに、この明細書において下記で「導電性塗料」と呼ばれるメタリックまたは導電性塗料２０２の層を、保護のための部品１００の外側表面に堆積させることによって作られる（ステップＳ２、図２Ｃ）。現在説明されている実施例においては、プライマー２０１、たとえばシラン−エタノール型接着用プライマーの層が、導電性塗料の堆積を強化するために部品１００の表面に予め堆積される（ステップＳ１、図２Ｂ）。それにもかかわらず、保護用の部品がメタリック塗料の展着に適合する表面状態を有する場合には、プライマーを堆積させることによって始める必要がなく、導電性塗料は、部品の表面に直接堆積され得る。

導電性塗料、およびもしあればプライマーは、空気圧スプレーまたは手によって堆積され得る。導電性塗料は、たとえば銀、アルミニウム、銅、等の粒子などの金属粒子に基づく顔料を混合するアクリル樹脂によって構成されることができ、塗料は、塗布される前にケトン溶媒で希釈される可能性がある。この種の組成の塗料（アクリル樹脂、銀色顔料、およびケトン溶媒の混合物）は、特に供給業者ＭＡＰによって販売されている製品Ｍａｐｅｌｅｃ（Ｒ）ＳＳＳ−４７またはＭａｐｅｌｅｃ（Ｒ）ＳＳＳ−０２に存在する。

加えて、導電性塗料の複数の層が、層に所望される厚さを得るために、およびしたがって、単位面積当たりの伝導率の設計値を得るために連続的に堆積され得る。

保護装置の準備は、保護コーティング２０４を導電性塗料２０２の層に堆積させることによって続く（ステップＳ４、図２Ｅ）。保護コーティング２０４は、周囲の熱流束から導電性塗料を保護するために熱絶縁性であるのみならずまた、塗料で電気伝導を強化するために導電性である。保護コーティング２０５は、０．１Ｗｍ^−１Ｋ^−１よりも小さい熱伝導率と、２００オーム（または平方当たり２００オーム）よりも小さい表面抵抗率とを有することが好ましい。これは、所望の厚さを、およびしたがって、単位面積当たりの設計伝導率を得るために複数の連続する層として堆積され得る。保護コーティング２０５は、特に、導電性フィラー（ＱＳ １１２３ Ｅｌｅｃ ＬＤ）のおよびケトン溶媒の、銀の粒子、または官能化シリコーンポリマーの混合物などの導電性粒子が混ぜられたシリコーン樹脂を用いて作られ得る。

現在説明されている実施例においては、プライマー２０３の、たとえば、導電性粒子で充填されるエポキシプライマー、または供給業者ＭＡＰによる参照符号Ｍａｐｓｉｌ（Ｒ）Ｐ２５５として入手可能な官能化シランおよびエタノールの混合物によって構成されるプライマーの層は、保護コーティング２０４の堆積を強化するために、導電性塗料２０２の層に堆積されることが好ましい（ステップＳ３、図２Ｄ）。

図２Ｅに示されるように、保護装置２００は、次いで、部品１００の表面１００ａに得られ、構造は、
・この実施例においては、第１のプライマー２０１、メタリック塗料２０２の層、および第２のプライマー２０３によって構成される第１のコーティングと、
・周囲の熱流束から第１のコーティングを保護する第２のコーティング２０５と
を含む。

保護層の厚さは、３０マイクロメートル（μｍ）から６０μｍの範囲にあることができるが、そのまたは各プライマーは、約１ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有することができる。周囲の熱流束から第１のコーティングを保護する第２のコーティングは、１ｍｍから５ｍｍの範囲にある厚さを有することができる。

Claims (8)

1. 保護用の構造体（１００）に配置するための雷保護装置（２００）であって、少なくとも、
   導電性塗料（２０２）の少なくとも１つの層を備える第１のコーティングと、
   第１の表面コーティングに堆積され、熱絶縁性および導電性の材料を備える第２のコーティング（２０４）と
   を備える、雷保護装置。
2. 第２のコーティング（２０４）が、０．１Ｗｍ^−１Ｋ^−１よりも小さい熱伝導率を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 第２のコーティング（２０４）が、２００オームよりも小さい表面抵抗率を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 高温環境で動作することになる雷検知構造体（１００）であって、それの少なくとも一部には、請求項１から３のいずれか一項に記載の雷保護装置（２００）が設けられることを特徴とする、雷検知構造体。
5. 次のスラスタ要素、すなわちノズル、アフターボディ、およびシュラウドのうちの少なくとも１つを構成することを特徴とする、請求項４に記載の構造体。
6. 保護用の構造体（１００）に雷保護装置（２００）を製造する方法であって、少なくとも、
   導電性塗料（２０２）の少なくとも１つの層を備える第１のコーティングを、保護用の構造体に堆積させるステップと、
   第２のコーティング（２０４）を第１のコーティングに堆積させるステップであって、第２のコーティングが熱絶縁性および導電性の材料を備える、ステップと
   を含む、方法。
7. 第２のコーティング（２０４）が、０．１Ｗｍ^−１Ｋ^−１よりも小さい熱伝導率を有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 第２のコーティング（２０４）が、２００オームよりも小さい表面抵抗率を有することを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の装置。

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