JP5155833B2

JP5155833B2 - 航空機の燃料タンク

Info

Publication number: JP5155833B2
Application number: JP2008306573A
Authority: JP
Inventors: 弘晃山口; 祐一郎神納; 徹橋上; 和幸小栗
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: US20110284694A1; BRPI0921127A2; EP2354003A1; WO2010064463A1; JP2010126133A; BRPI0921127B1; EP2354003A4; CA2745375A1; US8678320B2; CA2745375C; EP2354003B1

Description

本発明は、航空機の燃料タンクに関するものである。

近年の航空機の燃料タンクは、たとえば、特許文献１に示されるようにインテグラル・タンク（ｉｎｔｅｇｒａｌｔａｎｋ）と呼ばれる機体構造物自体が容器の一部とされているものがほとんどである。インテグラル・タンクは、たとえば、主翼の部分では前桁、後桁、翼上下板で囲まれた部分をタンクとし、すなわち、これらの機体構造物が燃料を収納する容器として用いられている。
このタンクの内部には、燃料を供給する燃料配管、イナートガスを供給するイナートガス配管等の配管が設置されている。

一方、航空機の主翼等の機体材料は、軽量で、高強度で、耐久性を備えているものが求められており、たとえば、アルミニウム合金等の軽い金属材料が用いられている。
近年これらの要求が強まるに連れて、機体材料として繊維で強化された樹脂材料（複合材料）の使用が増加している。
この複合材料としては、たとえば、炭素繊維をエポキシ樹脂などで固めた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）がよく用いられている。

特開２００３−２２６２９６号公報

ところで、主翼の外板および桁としてＣＦＲＰが用いられ、たとえば、良導電体であるアルミニウム合金製の配管が用いられる場合、配管が機体構造に結合（ボンディング）されると、落雷による雷電流が配管等に流れ込み、たとえば、配管の継手で放電（スパーク）を発生する恐れがある。
また、配管の結合を適切にしないと抵抗値の違いにより、ＣＦＲＰ構造とアルミニウム合金製の配管との間の電位差が拡大し、放電（スパーク）が発生する恐れがある。

これを防止するために、配管を、たとえば、ガラス繊維をエポキシ樹脂などで固めたガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）のような絶縁体によって形成することが考えられる。
しかしながら、配管がＧＦＲＰのような絶縁体で形成されると、ＧＦＲＰと燃料との流動帯電によって生じる帯電電荷がＧＦＲＰ上に集積する。これにより、燃料への引火源となる静電気放電が発生する恐れを無視できない。

本発明は、上記の事情に鑑み、落雷時における雷電流の流れによる配管でのスパークの発生を抑制するとともに燃料との流動帯電等による配管での静電気帯電を抑制できる航空機の燃料タンクを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の一態様は、導電性を有する外板および桁を利用して収容部が形成される航空機の燃料タンクであって、前記収容部内に配置され、複数箇所で接地されている配管と、該配管の外表面に一体的に形成され、その電気抵抗が前記外板や桁よりも大きく、絶縁体よりも小さい、半導体特性を有する配管外表面層と、を備えている、航空機の燃料タンクである。

本態様によれば、配管の外表面に、一体的に形成された半導体特性を有する配管外表面層が備えられているので、配管の外表面は、導電性を有する外板や桁よりも大きな抵抗を有することになる。このため、配管が機体構造にどういう形で結合されていたとしても、落雷時における雷電流が配管へ流れ込むことを抑制することができる。
また、たとえば、燃料タンク内の燃料と配管外表面との間に流動帯電が発生しても、配管外表面層は絶縁体に比べて電気が流れるので、燃料との流動帯電によって配管の外表面に集積する帯電電荷を容易に拡散することができる。これにより、燃料への引火源となる静電気放電を抑制することができる。
このように、雷電流の流れ込みによるスパークの発生を抑制できるとともに燃料との流動帯電等による静電気放電を抑制できるので、安全性を向上させることができる。
なお、配管外表面層としては、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）系、ゲルマニウム系、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系、ガリウム砒素リン系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系、等の半導体が用いられる。
また、各種絶縁性の無機繊維や有機繊維に若干の導電性処理、たとえば導電粉の混入、表面導電処理等、を施した半導体特性を有する繊維を用いることが出来る。

上記態様では、前記配管外表面層は、隣り合う接地間の抵抗値が１０^３Ω以上１０^９Ω以下とされていることが望ましい。

隣り合う接地間の抵抗値が１０^９Ωを超えると、隣り合う接地間で静電気の拡散が不十分となるので、たとえば、帯電電位が大きくなり静電気放電を発生する恐れがある。
一方、配管外半導体層の隣り合う接地間の抵抗値が１０^３Ωよりも小さいと、落雷時における雷電流が配管に流れ込む恐れが強くなる。
なお、この最大値は、より安全には、１０^８Ωとした方がよい。また、この最小値は、より安全には、１０^４Ωとした方がよいし、さらに安全には、１０^５Ωとした方がよい。

上記態様では、前記配管は、その内表面に一体的に形成され、その電気抵抗が前記外板や桁よりも大きく、絶縁体よりも小さい、半導体特性を有する配管内表面層を備えている構成としてもよい。

たとえば、燃料を供給する配管では、燃料が配管内部を通過することになる。本構成では、配管は、その内表面に一体的に形成された半導体特性を有する配管内表面層を備えているので、配管の内表面と内部を通過する燃料との流動帯電により配管の内表面に集積する帯電電荷を容易に拡散することができる。これにより、燃料への引火源となる静電気放電を抑制することができる。
また、配管の接続の仕方によっては、配管の内表面に雷電流が流れ込む構造となることもあるが、導電性を有する外板および桁よりも大きな抵抗を有するので、この場合でも落雷時における雷電流が外板から配管へ流れ込むことを抑制することができる。

上記構成では、前記配管内表面層は、管材の長手方向中心位置から接地までの抵抗値が１０^３Ω以上１０^９Ω以下とされていることが望ましい。

管材の中心から接地までの抵抗値が１０^９Ωを超えると、静電気の拡散が不十分となるので、たとえば、流動帯電により帯電電位が大きくなり静電気放電を発生する恐れがある。
一方、管材の中心から接地までの抵抗値が１０^３Ωよりも小さいと、落雷時における雷電流が配管に流れ込む恐れが強くなる。
なお、この最大値は、より安全には、１０^８Ωとした方がよい。また、この最小値は、より安全には、１０^４Ωとした方がよいし、さらに安全には、１０^５Ωとした方がよい。
なお、「管材」とは、それが、たとえば、フェルール等で接続されて配管を形成するものである。配管内表面層は、たとえば、フェルール経由、配管外表面層でアースされている。

本発明によれば、配管の外表面に、一体的に形成された半導体特性を有する配管外表面層が備えられているので、配管が機体構造にどういう形で結合されていたとしても、落雷時における雷電流が機体構造から配管へ流れ込むことを抑制することができる。
また、たとえば、燃料タンク内の燃料と配管外表面との間に流動帯電が発生しても、燃料との流動帯電によって配管の外表面に集積する帯電電荷を容易に拡散することができ、燃料への引火源となる静電気放電を抑制することができる。

以下に、本発明の一実施形態にかかる航空機の翼に形成された燃料タンク１について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、左翼の燃料タンク１の構造を模式的に示す平断面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。図３は、図１のＹ部を拡大して示す側断面図である。
燃料タンク１は、航空機の構造体自体を用いるインテグラル・タンクであり、主翼３の内部に備えられている。

主翼３の構造を構成する主要部材として、上外板（外板）５、下外板（外板）７、桁９、リブ１１がある。上外板（外板）５、下外板（外板）７と桁９は、たとえば、炭素繊維をエポキシ樹脂などで固めた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で形成され、導電性を有している。
燃料タンク１は、上外板５と下外板７とで、上下が区画され、前後の桁９によって前後が区画され、翼端側および翼元側のリブ１１によって翼長方向が区画され、本発明の収容部が形成されている。
燃料タンク１は、リブ１１によって仕切られ、分割されている。

燃料タンク１内には、燃料の補給を行う燃料補給配管（配管）１７と、燃料をエンジンへ送り出す燃料供給配管（配管）１９と、防爆用のイナートガスを供給するイナートガス配管（配管）２１等、が設置されている。
燃料補給配管１７およびイナートガス配管２１等は、たとえば、クランプによって機体構造に取り付けられて、アース（接地）２７されている。アース２７は、たとえば、５０ｃｍ間隔である。

燃料補給配管１７およびイナートガス配管２１等は、図３に示されるように、複数の管材２３がフェルール２５によって結合されて形成されている。フェルール２５は、たとえば、アルミニウム合金製とされている。

管材２３は、中空円筒形状の基礎構造部２９と、基礎構造部２９の外表面にそれと一体的に形成された半導体特性を有する配管外表面層３１と、基礎構造部２９の内表面にそれと一体的に形成された半導体特性を有する配管内表面層３３と、で構成されている。
したがって、燃料補給配管１７およびイナートガス配管２１等の外表面および内表面は、半導体特性を有する配管外表面層３１および配管内表面層３３で構成されている。
また、たとえば、半導体特性を有する配管外表面層３１と配管内表面層３３は、フェルールの箇所で電気的に結合されている。すなわち、配管内表面層３３は、フェルール経由、配管外表面層３１でアースされている。

基礎構造部２９は、たとえば、絶縁性を有するＧＦＲＰで形成されている。配管外表面層３１および配管内表面層３３は、たとえば、チラノ繊維（登録商標）を織物としてエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグとし、基礎構造部２９と一体化し硬化させたものである。あるいは、配管外表面層３１および配管内表面層３３は、たとえば、チラノ繊維（登録商標）や、チラノ繊維を織物としたものを基礎構造部に巻いてから、樹脂を含浸させて一体化し硬化させたものである。
配管外表面層３１の隣り合うアース２７間の抵抗値が、たとえば、１ＭΩとなるようにされている。
このようにすると、配管外表面層３１のみで考えた場合、最大２０ｋＶ／ｍの電位勾配に対しても、配管を流れる電流は１０ｍＡ以下に抑えられる。

なお、配管外表面層３１の隣り合うアース２７間の抵抗値、および配管内表面層３３における管材２３の長手方向中心位置からアース２７までの抵抗値は、１０^３Ω以上１０^９Ω以下の範囲で適宜選択される。
なお、より安全を図るには、抵抗値が１０^４Ω以上１０^８Ω以下とされていることがより望ましく、さらに、１０^５Ω以上１０^８Ω以下とされていることが最も望ましい。

また、配管外表面層３１および配管内表面層３３を構成する半導体としては、炭化珪素（ＳｉＣ）系に限るものではなく、ゲルマニウム系、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系、ガリウム砒素リン系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系、等が用いられる。また、配管外表面層３１あるいは配管内表面層３３は、各種絶縁性の無機繊維あるいは有機繊維に若干の導電性処理、たとえば導電粉の混入、表面導電処理等、を施した半導体特性を有する繊維を用いることが出来る。

なお、燃料供給配管１９等、この他の燃料タンク内の配管も、燃料補給配管１７およびイナートガス配管２１と略同様な構造とされている。
また、たとえばイナートガス配管２１では、燃料が接触する外表面にのみ配管外表面層３１を形成し、燃料が接触しない内表面には配管内表面層３３を形成しないようにしてもよい。

以上のように構成された燃料タンク１では、次のような作用・効果を奏する。
燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の燃料タンク内の配管の外表面には、一体的に形成された半導体特性を有する配管外表面層３１が備えられているので、これらの配管の外表面、すなわち、配管外表面層３１は、導電性を有するＣＦＲＰ製の上外板５、下外板７および桁９よりも大きな抵抗を有することになる。
このため、燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の燃料タンク内の配管が機体構造にどういう形で結合されていたとしても、落雷時における雷電流が機体構造から燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の燃料タンク内の配管へ流れ込むことを抑制することができる。

また、燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の外表面は燃料タンク１内に収容された燃料と接触することになる。たとえば、燃料タンク１内の燃料が移動すると燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の配管外表面との間に流動帯電が発生することになる。
燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の配管外表面層３１は絶縁体に比べて電気が流れるので、燃料との流動帯電によって燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１の外表面に集積する帯電電荷を容易に拡散することができる。
これにより、燃料への引火源となる静電気放電を抑制することができる。

このように、雷電流の流れ込みによるスパークの発生を抑制できるとともに燃料タンク１内に収容された燃料との流動帯電等による静電気放電を抑制できるので、安全性を向上させることができる。

燃料補給配管１７および燃料供給配管１９等の燃料配管では、燃料が配管内部を通過することになる。燃料補給配管１７および燃料供給配管１９では、その内表面に一体的に形成された半導体特性を有する配管内表面層３３を備えているので、燃料補給配管１７および燃料供給配管１９の内表面と内部を通過する燃料との流動帯電により燃料補給配管１７および燃料供給配管１９の内表面に集積する帯電電荷を容易に拡散することができる。これにより、燃料への引火源となる静電気放電を抑制することができる。
なお、イナートガス配管２１の内部は、通常燃料が通過することはないので、必ずしも配管内表面層３３を形成しておく必要はない。

また、燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の燃料タンク内の配管の接続の仕方によっては、配管の内表面に雷電流が流れ込む構造となることもあるが、配管内表面層３３は導電性を有するＣＦＲＰ製の上外板５、下外板７および桁９よりも大きな抵抗を有するので、この場合でも落雷時における雷電流が機体構造から燃料補給配管１７、燃料供給配管１９およびイナートガス配管２１等の燃料タンク内の配管へ流れ込むことを抑制することができる。

このとき、配管外表面層３１における隣り合うアース２７間、または、配管内表面層３３における管材２３の長手方向中心位置から接地までの抵抗値が１０^９Ωを超えると、静電気の拡散が不十分となるので、たとえば、帯電電位が大きくなり静電気放電を発生する恐れがある。
一方、配管外表面層３１の隣り合うアース２７間、または管材２３の長手方向中心位置から接地までの抵抗値が１０^３Ωよりも小さいと、落雷時における雷電流が配管に流れ込む恐れが強くなる。
なお、この最大値は、より安全には、１０^８Ωとした方がよい。また、この最小値は、より安全には、１０^４Ωとした方がよいし、さらに安全には、１０^５Ωとした方がよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の一実施形態にかかる燃料タンク１の構造を模式的に示す平断面図である。図１のＸ−Ｘ断面図である。図１のＹ部を拡大して示す側断面図である。

符号の説明

１燃料タンク
３主翼
５上外板
７下外板
９桁
１１リブ
１７燃料補給配管
１９燃料供給配管
２１イナートガス配管
２３管材
２５フェルール
２７アース
２９基礎構造部
３１配管外表面層
３３配管内表面層

Claims

導電性を有する外板および桁を利用して収容部が形成される航空機の燃料タンクであって、
前記収容部内に配置され、複数箇所で接地されている配管と、該配管の外表面に一体的に形成され、その電気抵抗が前記外板や桁よりも大きく、絶縁体よりも小さい、半導体特性を有する配管外表面層と、を備えている航空機の燃料タンク。
前記配管外表面層は、隣り合う接地間の抵抗値が１０^３Ω以上１０^９Ω以下とされている請求項１に記載の航空機の燃料タンク。
前記配管は、その内表面に一体的に形成され、その電気抵抗が前記外板や桁よりも大きく、絶縁体よりも小さい、半導体特性を有する配管内表面層を備えている請求項１または請求項２に記載の航空機の燃料タンク。
前記配管内表面層は、管材の長手方向中心位置から接地までの抵抗値が１０^３Ω以上１０^９Ω以下とされている請求項３に記載の航空機の燃料タンク。