Устройство защиты от молнии и способ его изготовления

Изобретение относится к защите от молний. Устройство (200) защиты от молнии для размещения на защищаемой конструкции (100) содержит первое покрытие и второе покрытие. Первое покрытие содержит по меньшей мере один слой токопроводящей краски (202). Второе покрытие (204) нанесено на первое покрытие. При этом второе покрытие (204) содержит материал, который является теплоизоляционным и электропроводящим. Изобретение повышает надежность в условиях высоких температур. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к области защиты от молнии для использования в условиях высоких температур. Определенной, но не исключительной,Ю областью настоящего изобретения является обеспечение защиты от молнии для горячих частей, имеющихся в двигателях для космических пусковых установок, тактических пусковых установок и т.д., или в авиадвигателях.

Двигатели пусковых установок этого типа или хвостовые части авиадвигателей склонны быть пораженными молнией в полете. Когда пораженная молнией часть изготовлена из материала, который не является токопроводящим, такого как композиционный материал, или когда она покрыта диэлектрическим материалом, конструкция части может быть сильно повреждена импульсом и непрерывными компонентами электрической дуги, созданной молнией.

Уже существуют некоторые методы для обеспечения защиты от молнии, и их главной целью является способствование протеканию тока молнии через защиту, а не через защищаемую конструкцию, и быстрого увеличения размера точки воздействия дуги молнии так, чтобы уменьшить тепловые и механические напряжения.

Среди существующих решений можно найти покрытия, защищающие от молнии, которые образованы посредством:

металлических материалов, прикрепленных к поверхности защищаемой части;

сеток цельнотянутого металла, изготовленных из листового металла, который сужается и растягивается для формирования сетки, которую аналогичным образом прикрепляют к поверхности защищаемой части;

токопроводящих слоев, изготовленных нанесением металлических частиц, например, никелевых частиц, на поверхность защищаемой части с целью увеличения ее проводимости; и

металлических волокон, вплетенных непосредственно в волокнистую текстуру усиления защищаемой части композитного материала так, чтобы сформировать множество мелких точек на поверхности части, пригодной для рассеивания точки воздействия дуги молнии.

Тем не менее, эти различные покрытия имеют определенные недостатки, и главным недостатком является плохая способность противостоять высоким температурам. Кроме того, некоторые из этих покрытий трудно размещать на конструкциях, которые имеют сложные формы.

Эти решения также имеют недостаток в сложности восстановления.

Объект и сущность изобретения

Следовательно, настоящее изобретение ориентировано на то, чтобы предложить решение для обеспечения защиты от молнии для конструкций, которые не являются токопроводящими или которые покрыты диэлектриком, и изготовления изобретения таким образом, чтобы оно являлось надежным в условиях высоких температур.

Для этой цели изобретение предлагает устройство защиты от молнии для размещения на защищаемой конструкции и содержащее по меньшей мере:

первое покрытие, содержащее по меньшей мере один слой токопроводящей краски; и

второе покрытие, нанесенное на первое покрытие и содержащее материал, который является теплоизоляционным и электропроводящим.

Обеспечивается защита, которая является эффективной против атаки молнии, в частности, потому, что используется токопроводящая краска, которая способна к быстрому освобождению большого количества тока при поражении молнией.

Кроме того, из-за наличия второго покрытия, которое является теплоизоляционным, целостность защитного устройства изобретения сохраняется, даже когда оно используется в конструкциях, которые подвергаются воздействию высоких тепловых потоков. Поскольку защитное покрытие также является электропроводящим, то оно способствует общей электрической эффективности устройства посредством обеспечения непрерывного электрического контакта между поверхностью устройства, подвергаемой воздействию и токопроводящей краской.

Кроме того, по своему исполнению, устройство может быть приспособлено к любому типу формы, даже формам, которые являются очень сложными.

В первом аспекте устройства изобретения второе покрытие имеет теплопроводность менее 0,1 Вт на метр на градус Кельвина (Wm^-1К^-1).

Во втором аспекте устройства изобретения второе покрытие имеет поверхностное удельное сопротивление меньше чем 200 Ом.

Изобретение также обеспечивает конструкцию, чувствительную к молнии, которая работает в условиях высоких температур, причем упомянутая конструкция, отличающаяся тем, что по меньшей мере ее часть обеспечивается устройством защиты от молнии изобретения. Конструкция соответствует, в частности, соплу, хвостовой части или кожуху двигателя.

Изобретение также относится к способу изготовления устройства защиты от молнии на защищаемой конструкции, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых по меньшей мере:

- наносят на защищаемую конструкцию первое покрытие, содержащее по меньшей мере один слой токопроводящей краски;

- наносят второе покрытие на первое покрытие, причем второе покрытие содержит материал, который является теплоизоляционным и электропроводящим.

В первом аспекте способа изобретения второе покрытие имеет теплопроводность менее 0,1 Вт·м^-1К^-1.

Во втором аспекте способа изобретения второе покрытие имеет поверхностное удельное сопротивление менее 200 Ом.

Кроме того, способ согласно изобретению также может быть выгодно использован для восстановления покрытия согласно изобретению, причем такое восстановление особенно легко выполняется.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего описания конкретных вариантов воплощения изобретения, приведенных в качестве неограничивающих примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, показывающую этапы способа изготовления устройства защиты от молнии согласно изобретению, как показано на Фиг. 2А-2Е; и

Фиг. 2А-2Е представляют собой схематические виды способа изготовления устройства защиты от молнии в варианте воплощения изобретения.

Подробное описание вариантов воплощения

Устройство защиты от молнии согласно изобретению предназначено предпочтительно, но не исключительно, для использования на любой защищаемой конструкции, изготовленной из материала, который не проводит электричество, или которая покрывается на поверхности(ях) электрически изолирующим материалом или слоем, как применяется, например, в тепловых защитных покрытиях, используемых на пусковых установках, а также на конструкции для использования в условиях высоких температур.

Способ изготовления устройства защиты от молнии в соответствии с вариантом воплощения изобретения описывается со ссылкой на Фиг. 1 и 2А-2E.

Фиг. 2А показывает осесимметричную часть 100, соответствующую конструкции, которая должна быть защищена от молнии. Часть 100 изготовлена из термоструктурного композитного материала, который не проводит электричество, например, соответствует узлу ракетного двигателя или авиационного двигателя, который подвергается воздействию высоких температур, генерируемых горячим газом, выходящим из двигателя.

В качестве примера, часть 100 изготовлена из композитного материала карбида кремния/карбид кремния (SiC/SiC), который, как известно, является материалом, содержащим усиление из армирующих SiC волокон, уплотненных посредством матрицы SiC. Термоструктурные композитные материалы, такие как SiC/SiC материал, характеризуются высокими механическими свойствами, которые делают их пригодными для изготовления конструктивных частей, и также способностью сохранять свои механические свойства при высоких температурах.

Часть 100, имеющая внешнюю поверхность, образованную из материала, который не проводит электричество, может быть поражена молнией. В случае, если часть поражена молнией, или блок, в который встроена часть, поражен молнией, электрическая дуга, сформированная в этом случае, может привести к поражению или разрушению упомянутой части (эффектами, которые могут быть прямыми или косвенными). То же самое относится и к диэлектрическим покрытиям, представленным на поверхностях защищаемых конструкций.

С этой целью и в варианте воплощения изобретения устройство защиты от молнии, пригодное для противостояния высоким температурам, формируется на наружной поверхности части 100, которая в данном примере соответствует участку части 100, которая должна быть защищена от молнии.

Защитное устройство изготовлено первоначально нанесением слоя металлизированной или электрически проводящей краски 202, упоминаемой ниже в этом описании как "токопроводящая краска", на внешнюю поверхность защищаемой части 100 (этап S2, Фиг. 2C). В описанном примере слой грунтовки 201, например, связывающей грунтовки типа силан-этанола, наносится заранее на поверхность части 100 для увеличения прилипания токопроводящей краски (этап S1, Фиг. 2B). Тем не менее, когда защищаемая часть имеет состояние поверхности, которое совместимо с закреплением металлизированной краски, нет необходимости начинать с нанесения грунтовки, и токопроводящая краска может быть нанесена непосредственно на поверхность части.

Токопроводящая краска и грунтовка, если таковая имеется, могут быть нанесены с помощью пневматического распыления или вручную. Токопроводящая краска может быть образована посредством акриловой смолы, включающей в себя пигменты на основе металлических частиц, таких как, например, как частицы: серебра; алюминия; меди и т.д.; краска может быть разбавлена кетоновыми растворителями перед применением. Краска такой композиции (акриловая смола, содержащий серебро пигмент и смесь кетоновых растворителей) имеется, в частности, в продуктах Mapelec® SSS-47 или Mapelec® SSS-02, продаваемых поставщиком MAP.

Кроме того, множество слоев токопроводящей краски может быть нанесено последовательно с целью получения желаемой толщины слоя и, следовательно, получения расчетного значения проводимости на единицу площади.

Подготовка устройства защиты продолжается путем нанесения защитного покрытия 204 на слой токопроводящей краски 202 (этап S4, Фиг. 2E). Защитное покрытие 204 является и теплоизоляционным для защиты токопроводящей краски от окружающих тепловых потоков и электропроводящим для повышения электропроводности с краской. Защитное покрытие 205 предпочтительно имеет теплопроводность менее 0,1 Вт·-1K-1 и поверхностное сопротивление менее 200 Ом (или 200 Ом на квадрат). Она может быть нанесена в виде множества последовательных слоев с целью получения желаемой толщины и, следовательно, расчетной проводимости на единицу площади. Защитное покрытие 205 может быть выполнено, в частности, с использованием силиконовой смолы, наполненной электропроводящими частицами, такими как частицы серебра или смеси замещенных силиконовых полимеров, проводящего наполнителя (QS 1123 Elec LD) и кетоновых растворителей.

В описанном примере слой грунтовки 203, например грунтовки эпоксидной смолы, содержащей наполнитель из электропроводящих частиц, или грунтовки, образованной смесью замещенных силанов и этанола, доступных под маркой Mapsil® P255 от поставщика MAP, предпочтительно наносится на слой токопроводящей краски 202 для увеличения прилипания защитного покрытия 204 (этап S3, Фиг. 2D).

Как показано на Фиг. 2Е, устройство защиты 200, таким образом, получают на поверхности 100А части 100, причем устройство содержит:

первое покрытие, представленное в данном примере первой грунтовкой 201, слоем металлизированной краски 202, и второй грунтовкой 203; и

второе покрытие 205, защищающее первое покрытие от окружающих тепловых потоков.

Толщина защитного слоя может лежать в диапазоне от 30 микрометров (мкм) до 60 мкм, в то время грунтовка или каждая грунтовка может иметь толщину около 1 миллиметра (мм). Второе покрытие, защищающее первое покрытие от окружающих тепловых потоков, может иметь толщину, лежащую в диапазоне от 1 до 5 мм.

1. Устройство защиты от молнии для размещения на защищаемой конструкции, причем упомянутое устройство содержит по меньшей мере:

первое покрытие, содержащее по меньшей мере один слой токопроводящей краски; и

второе покрытие, нанесенное на первое покрытие и содержащее материал, который является теплоизоляционным и электропроводящим.

2. Устройство по п. 1, в котором второе покрытие имеет теплопроводность менее 0,1 Вт·м^-1К^-1.

3. Устройство по п. 2, в котором второе покрытие имеет поверхностное удельное сопротивление менее 200 Ом.

4. Конструкция, чувствительная к молнии, которая работает в условиях высоких температур, в которой по меньшей мере ее часть снабжена устройством защиты от молнии по п. 1.

5. Конструкция по п. 4, которая имеет по меньшей мере один из следующих элементов: сопло, хвостовая часть и кожух.

6. Способ изготовления устройства защиты от молнии на защищаемой конструкции, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых по меньшей мере:

наносят на защищаемую конструкцию первое покрытие, содержащее по меньшей мере один слой токопроводящей краски;

наносят второе покрытие на первое покрытие, причем второе покрытие содержит материал, который является теплоизоляционным и электропроводящим.

7. Способ по п. 6, в котором второе покрытие имеет теплопроводность менее 0,1 Вт·м^-1К^-1.

8. Способ по п. 6, в котором второе покрытие имеет поверхностное удельное сопротивление менее 200 Ом.