RU2192991C2 - Method of protection of helicopter fuel tanks against thermal effect of lightning current - Google Patents

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; lightning protection of flying vehicles including protection of helicopter fuel tanks against thermal effect of lightning current. SUBSTANCE: method includes application of dielectric coat and conducting surface coat on surface of metal fuel tank. Non-conducting enamels are applied on dielectric coat, after which metal powder is applied by spraying on last layer before hardening for forming conducting surface layer. For deeper penetration of powder, it is sprayed at vibration of fuel tank. Optimal material for spraying is metallic nickel or other agent possessing low resistance to electrical current. Dielectric coat and conducting surface layer for fuel tanks of helicopter are located on lower part of tanks to height h = 0.35 to 0.45 H, where H is height of fuel tank and h is height of application of dielectric coat. EFFECT: enhanced efficiency of lightning protection at small mass of coat. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к молниезащите летательных аппаратов. The invention relates to aircraft, in particular to lightning protection of aircraft.

Известен способ молниезащиты внешних топливных баков летательных аппаратов (авторское свидетельство СССР N 1362681, МКИ 6 - В 64 В 45/02, 1986 г. ), заключающийся в установке электропроводящего кожуха с зазором относительно топливного бака с помощью диэлектрических дистанцирующих прокладок. A known method of lightning protection of the external fuel tanks of aircraft (USSR author's certificate N 1362681, MKI 6 - 64 V 45/02, 1986), which consists in installing an electrically conductive casing with a gap relative to the fuel tank using dielectric spacers.

Недостатком такого способа является значительная масса устанавливаемого молниезащитного кожуха и низкая эффективность такой молниезащиты вследствие возникновения местных нарушений целостности диэлектрических прокладок при эксплуатации. The disadvantage of this method is the significant mass of the installed lightning protection casing and the low efficiency of such lightning protection due to local disturbances in the integrity of the dielectric gaskets during operation.

Известен способ молниезащиты агрегатов летательного аппарата (Патент США N 3755713, МКИ - Н 05 F 1/02, 1973), который включает нанесение диэлектрического покрытия из полимерного композиционного материала, сверху которого размещают токопроводящий слой из проволочной сетки, выполненной трикотажным переплетением, в котором петли образованы из единичных алюминиевых проволочек аналогичных структуре ткани. A known method of lightning protection of aircraft assemblies (US Patent N 3755713, MKI - H 05 F 1/02, 1973), which includes applying a dielectric coating of a polymer composite material, on top of which is placed a conductive layer of wire mesh made by knitted weaving, in which the loop formed from single aluminum wires similar to the structure of the fabric.

Недостатком такого способа молниезащиты является высокая повреждаемость получаемого токопроводящего слоя, снижающая надежность защиты летательного аппарата при ударах молнии, изготовлении и эксплуатации. The disadvantage of this method of lightning protection is the high damageability of the resulting conductive layer, reducing the reliability of the protection of the aircraft during lightning strikes, manufacturing and operation.

Известен способ защиты летательных аппаратов от воздействий молниевых разрядов, наиболее близкий к заявляемому техническому решению (Голубева М.Г. , Засимов В. М. Методы защиты летательных аппаратов от вредных воздействий молниевых разрядов. Проблемы безопасности полетов. 1984, N11), включающий нанесение на металлическую обшивку защищаемого агрегата слоя диэлектрика, поверх которого нанесен слой электропроводящей краски, например на основе А1-пудры. A known method of protecting aircraft from the effects of lightning discharges, closest to the claimed technical solution (Golubeva MG, Zasimov V. M. Methods of protection of aircraft from the harmful effects of lightning discharges. Flight safety problems. 1984, N11), including applying to metal sheathing of the protected aggregate of the dielectric layer, on top of which a layer of electrically conductive paint is applied, for example, based on A1 powder.

При таком способе защиты молниезащитное покрытие имеет небольшую массу, но недостаточно эффективно вследствие невысокой проводимости слоя электропроводящей краски, включающей металлическую пудру. With this method of protection, lightning protection coating has a small mass, but is not effective enough due to the low conductivity of the layer of electrically conductive paint, including metal powder.

Настоящее изобретение направлено на создание эффективной молниезащиты топливных баков вертолета при небольшой массе молниезащитного покрытия. The present invention is directed to the creation of effective lightning protection of the fuel tanks of a helicopter with a small mass of lightning protection coating.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в способе защиты топливных баков вертолета от термического воздействия тока молнии, включающем нанесение на поверхность топливного бака диэлектрического покрытия и электропроводящего поверхностного слоя, на диэлектрическое покрытие наносят слои нетокопроводящей эмали, а затем на ее последний слой перед отверждением наносят напылением металлический порошок для образования электропроводящего поверхностного слоя. The problem is solved due to the fact that in the method of protecting the fuel tanks of the helicopter from the thermal effects of lightning current, including applying a dielectric coating and an electrically conductive surface layer to the surface of the fuel tank, layers of non-conductive enamel are applied to the dielectric coating, and then sprayed onto its last layer before curing metal powder to form an electrically conductive surface layer.

Напыление металлического порошка осуществляют при воздействии на топливный бак вибраций. The metal powder is sprayed by exposing the fuel tank to vibrations.

Электропроводящий поверхностный слой выполнен из порошка металлического никеля или другого вещества, имеющего низкое сопротивление электрическому току. The electrically conductive surface layer is made of nickel metal powder or other substance having a low resistance to electric current.

Для топливных баков вертолета Ми-8 диэлектрическое покрытие и электропроводящий поверхностный слой располагают на нижней части баков до высоты h= 0,35-0,45 Н, где Н - высота топливного бака, h - высота диэлектрического покрытия. For the fuel tanks of the Mi-8 helicopter, the dielectric coating and the electrically conductive surface layer are located on the lower part of the tanks to a height h = 0.35-0.45 N, where N is the height of the fuel tank, h is the height of the dielectric coating.

Диэлектрическое покрытие, выполненное в виде расчетного числа слоев конструкционной стеклоткани, приклеенной к металлической поверхности топливного бака, имеет изолирующие характеристики, защищающие его от прожогов, и требуемые весовые характеристики. Нанесенный на диэлектрическое покрытие слой эмали с напыленным поверхностным электропроводящим слоем обеспечивает проводимость для отвода тока молнии на корпус фюзеляжа вертолета. Размещение такого покрытия только на характерных для попадания молнии участках наружной поверхности топливного бака, в "зоне молниезащиты", обеспечивает его надежную молниезащиту при оптимальных весовых характеристиках. Например, при его размещении в указанных относительных размерах зоны молниезащиты для топливных баков вертолета Ми-8, установленных на основе многократных испытаний и статистических данных, обеспечивается надежная молниезащита топливных баков. Напыление на последний слой нетокопроводящей эмали перед его отверждением слоя металлического порошка позволяет подучить поверхностный электропроводящий слой, обеспечивающий надежную защиту при ударах молнии благодаря более высокой проводимости такого электропроводящего слоя в сравнении с проводимостью слоя электропроводящей краски на основе, например, А1-пудры. Оптимальным с точки зрения снижения повреждаемости покрытия при попадании молнии является использование для получения поверхностного электропроводящего слоя порошка металлического никеля. Воздействие на топливный бак вибраций обеспечивает более плотное внедрение порошка в неотвержденный слой эмали при напылении. Для надежного отвода тока молнии на металлические элементы фюзеляжа вертолета по границе электропроводящего слоя приклеивают плетеную сетчатую ленту из латунной проволоки, соединяемую с фюзеляжем вертолета. The dielectric coating, made in the form of the estimated number of layers of structural fiberglass glued to the metal surface of the fuel tank, has insulating characteristics that protect it from burns, and the required weight characteristics. An enamel layer deposited on a dielectric coating with a sprayed surface electrically conductive layer provides conductivity to divert lightning current to the helicopter fuselage body. Placing such a coating only on the areas of the outer surface of the fuel tank, characteristic of lightning, in the "lightning protection zone", ensures its reliable lightning protection with optimal weight characteristics. For example, when it is placed in the indicated relative dimensions of the lightning protection zone for the fuel tanks of the Mi-8 helicopter, established on the basis of repeated tests and statistical data, reliable lightning protection of the fuel tanks is ensured. Spraying the last layer of non-conductive enamel before it cures a layer of metal powder allows one to obtain a surface conductive layer that provides reliable protection against lightning strikes due to the higher conductivity of such an electrically conductive layer in comparison with the conductivity of a layer of electrically conductive paint based on, for example, A1-powder. Optimal from the point of view of reducing the damage to the coating due to lightning is the use of metallic nickel powder to obtain a surface electrically conductive layer. The impact on the fuel tank of vibrations provides a more dense introduction of the powder into the uncured enamel layer during spraying. To reliably drain lightning current onto the metal elements of the fuselage of the helicopter, a braided mesh tape made of brass wire is glued to the helicopter fuselage at the boundary of the electrically conductive layer.

Предлагаемый способ защиты топливных баков вертолета от термического воздействия тока молнии поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - общий вид топливного бака, вид сбоку;
на фиг.2 - сечение Б-Б фиг.1;
на фиг.3 - сечение А-А фиг.1;
на фиг.4 - вид спереди на топливный бак.The proposed method of protecting the fuel tanks of a helicopter from the thermal effects of lightning current is illustrated by the drawings, which show:
figure 1 - General view of the fuel tank, side view;
figure 2 is a section bB of figure 1;
figure 3 is a section aa of figure 1;
figure 4 is a front view of the fuel tank.

На поверхность металлического топливного бака 1 в зоне молниезащиты 2, то есть на характерные для попадания молнии участки поверхности топливного бака, наносят диэлектрическое покрытие 3, для чего на металлическую поверхность этих участков сначала приклеивают эпоксидным клеем расчетное, из условия отсутствия пробоя, число слоев нетокопроводящего конструкционного материала, например раскроенные из составных частей с нахлестом полотнища стеклоткани или полимерной пленки. Указанные участки, характерные для попадания молний, выявляют на основе экспериментальных исследований с точностью до 98%. Например, для топливного бака вертолета Ми-8 зона молниезащиты расположена на нижней части баков 1 до высоты зоны молниезащиты h=0,35-0,45 высоты топливного бака. A dielectric coating 3 is applied to the surface of the metal fuel tank 1 in the lightning protection zone 2, that is, to the areas of the fuel tank surface characteristic of lightning, for which the calculated number of layers of a non-conductive structural layer is first glued to the metal surface of these areas with epoxy adhesive, material, for example, cut out of components with an overlap of a cloth of fiberglass or a polymer film. The indicated areas characteristic of lightning strikes are identified on the basis of experimental studies with an accuracy of 98%. For example, for the fuel tank of the Mi-8 helicopter, the lightning protection zone is located on the lower part of the tanks 1 to the height of the lightning protection zone h = 0.35-0.45 of the height of the fuel tank.

По границе зоны молниезащиты 2 приклеивают, например, клеем КТП-1, плетеную сетчатую ленту 4 из латунной проволоки, кроме мест расположения крепежных стальных лент (не показаны) крепления топливного бака 1 к фюзеляжу 5. Поверх приклеенных по периметру зоны молниезащиты 2 плетеных сетчатых лент 4 приклеивают защитные полосы 6. At the border of the lightning protection zone 2, for example, glued KTP-1 glue, braided mesh tape 4 made of brass wire, except for the locations of the fastening steel tapes (not shown) of the fuel tank 1 attached to the fuselage 5. On top of the 2 braided mesh tapes glued around the perimeter of the lightning protection zone 4 stick protective strips 6.

Затем на полученное в зоне молниезащиты 2 диэлектрическое покрытие 3 с приклеенными плетеными сетчатыми лентами 4 наносят слои 7 нетокопроводящей эмали, например эпоксидной смолы горячего или холодного отверждения, типа ЭП-140. Перед высыханием последнего слоя эмали на него наносят напылением слой порошка металлического никеля (ПНК-1). Степень дисперсности порошка и толщина слоя порошка при напылении выбирают из условия обеспечения требуемой проводимости для защиты диэлектрического покрытия 3 от прожога. Например, толщиной 0,05-0,06 мм для топливного бака вертолета Ми-8. Для более плотного внедрения порошка в верхний слой эмали рекомендуется во время напыления подвергать топливный бак вибрации. Then, a dielectric coating 3 with glued woven mesh tapes 4 obtained in the lightning protection zone 2 is coated with layers 7 of non-conductive enamel, for example, hot or cold cured epoxy resin, type EP-140. Before the last enamel layer has dried, a layer of metallic nickel powder (PNK-1) is sprayed onto it. The degree of dispersion of the powder and the thickness of the powder layer during sputtering is selected from the condition of ensuring the required conductivity to protect the dielectric coating 3 from burnout. For example, a thickness of 0.05-0.06 mm for the fuel tank of a Mi-8 helicopter. For a more dense introduction of the powder into the top layer of enamel, it is recommended to vibrate the fuel tank during spraying.

При монтаже топливного бака 1 на фюзеляж 5 вертолета неприклеенные участки плетеной сетчатой ленты 4 пропускают под крепежные ленты, которыми бак 1 крепится к фюзеляжу 5, соединяя таким образом наружный токопроводящий слой 7 зоны молниезащиты 2 с металлическим фюзеляжем 5 для отвода тока молнии. When mounting the fuel tank 1 on the fuselage 5 of the helicopter, the non-glued sections of the woven mesh tape 4 are passed under the fastening tapes, which the tank 1 is attached to the fuselage 5, thereby connecting the outer conductive layer 7 of the lightning protection zone 2 with the metal fuselage 5 to drain the lightning current.

На поверхность топливного бака 1 вне зоны молниезащиты 2 наносят лакокрасочное покрытие 8. On the surface of the fuel tank 1 outside the lightning protection zone 2, a paintwork 8 is applied.

В применяемых материалах клеях, тканях, лаках и красках не должно содержаться токопроводящих наполнителей. Glues, fabrics, varnishes and paints used should not contain conductive fillers.

Проведенные испытания показали высокую устойчивость электропроводящего слоя, полученного напылением металла, к термическому воздействию тока молнии. Особенно эффективным является напыленный слой никеля, который показал более высокую в сравнении с алюминием и другими металлами устойчивость к прожогу током молнии. Кроме того, испытания показали достаточность молниезащиты только упомянутой зоны на поверхности топливного бака. Это снижает вес конструкции и расход материалов. The tests showed a high resistance of the electrically conductive layer obtained by spraying the metal to the thermal effects of lightning current. Particularly effective is the sprayed nickel layer, which showed higher resistance to burning through a lightning current in comparison with aluminum and other metals. In addition, tests showed the sufficiency of lightning protection only of the aforementioned zone on the surface of the fuel tank. This reduces the weight of the structure and the consumption of materials.

Claims (4)

1. Способ защиты топливных баков вертолета от термического воздействия тока молнии, включающий нанесение на поверхность топливного бака диэлектрического покрытия и электропроводящего поверхностного слоя, отличающийся тем, что на диэлектрическое покрытие наносят слои нетокопроводящей эмали, а затем на ее последний слой перед отвердением наносят напылением металлический порошок для образования электропроводящего поверхностного слоя. 1. A method of protecting helicopter fuel tanks from the thermal effects of lightning current, including applying a dielectric coating and an electrically conductive surface layer to the surface of the fuel tank, characterized in that layers of non-conductive enamel are applied to the dielectric coating, and then metal powder is sprayed onto its last layer before curing to form an electrically conductive surface layer. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напыление металлического порошка осуществляют при воздействии на топливный бак вибраций. 2. The method according to p. 1, characterized in that the spraying of the metal powder is carried out when exposed to vibrations on the fuel tank. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электропроводящий поверхностный слой выполнен из порошка никеля или другого вещества, имеющего низкое сопротивление электрическому току. 3. The method according to p. 1, characterized in that the conductive surface layer is made of nickel powder or another substance having a low resistance to electric current. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для топливных баков вертолета Ми-8 диэлектрическое покрытие и электропроводящий поверхностный слой располагают на нижней части баков до высоты
h= 0,35÷0,45 Н,
где Н - высота топливного бака;
h - высота нанесения диэлектрического покрытия.4. The method according to p. 1, characterized in that for the fuel tanks of the Mi-8 helicopter a dielectric coating and an electrically conductive surface layer are located on the lower part of the tanks to a height
h = 0.35 ÷ 0.45 N,
where H is the height of the fuel tank;
h is the dielectric coating height.

Images