将电力系统安装到飞行器机身中的方法及飞行器机身元件

摘要

本发明提出了一种用于将电力系统（1）安装到飞行器机身中的方法及飞行器机身元件。提供用于简单且快速地将电力系统安装到飞行器机身中的方法的目的通过以下步骤来实现，其中，该电力系统尽可能得轻且节省空间，并且其中，可存在电力系统的各种定制的替代物：提供机身元件（3），该机身元件沿着飞行器纵向轴线（5）延伸并且包括外部蒙皮（7）和内表面；提供电绝缘基板材料的箔片（11）；将所述箔片（11）附接在所述机身元件（3）的内侧（17）上；将导电材料颗粒（19）以预定图案施加到所述附加的箔片（11）的与外部蒙皮（7）相对的内表面（21）上，使得积聚的导电材料颗粒（19）沿着所述箔片（11）的所述内表面（21）形成电导体元件（23）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将电力系统安装到飞行器机身中的方法。本发明另一方面涉及一种设置有电力系统的飞行器机身元件。 

本发明意义内的电力系统可基本上为包括用于在整个所述机身中传导电流的电导体元件特别是通常布置在飞行器（aircraft，飞机）中介于机身结构（即，外部蒙皮和支撑件）与内部配件（即，舱室壁部分）之间的电导体元件和电路元件的任何种类的电力系统。 

背景技术

在现有技术中已知的安装在飞行器机身中的这样的电力系统通常包括在机身结构与平行于所述机身纵向轴线的内部配件之间延伸的多个大型缆线织机（cable loom，缆线梁），所述大型缆线织机的性能和尺寸适于特别定制的内部配件和相应飞行器的预定用途的要求。因此，现有技术中已知的机身的电力系统的一个缺点是缆线织机的高的延展度（这对于最新式飞行器中的电力、控制信号以及数据传送来说是必要的）包括对于相当大的重量和空间的要求，而这两者负面地影响飞行器设计的效率。 

现有技术的机身电力系统的另一缺点是，对于所述电力系统的部件的快速和简单的更换（这对于例如检修或定制而言可能是必要的）是相当困难的，因为必须移除或卸下整个缆线织机或其他电力系统部件，以便仅更换或添加例如单个缆线。出于检修或定制目的的这样的电力系统的拆卸是 耗时的且成本集中的。此外，定制的范围也由可用缆线、缆线织机、以及其他电力系统部件的预定尺寸及特性、所限制。 

现有技术的机身电力系统的另一缺点是，在飞行器的构建过程中，将所述系统安装到机身中是相当复杂且耗时的，因为必须设置、组装并大量的缆线和他电力部件（诸如插塞连接器或电路元件）并将其安装到所述机身中。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于简单且快速地将电力系统安装到飞行器机身中的方法，其中，该电力系统尽可能得轻且节省空间，并且其中，可存在电力系统的各种定制的替代物。 

该目标通过用于将电力系统安装到飞行器机身中的方法来实现，所述方法包括以下步骤： 

a.提供机身元件，该机身元件沿着飞行器纵向轴线延伸并且包括外部蒙皮和内表面， 

b.提供电绝缘基板材料的箔片（foil sheet）， 

c.将所述箔片附接在所述机身元件的内侧上， 

d.，将导电材料颗粒以预定图案施加道所述附接的箔片的与外部蒙皮相对的内表面上，使得积聚的导电材料颗粒沿着所述箔片的所述内表面形成电导体元件。 

通过将附接至机身元件内侧的柔性箔片用作基板元件并且通过随后将电导体元件涂覆到所述箔片上的方式提供了用于将电力系统安装到机身中的简单且快速的方法。涂覆有电导体元件的所述箔片可容易地去除并 由新的普通的未进行涂覆的箔片替代，该未进行涂覆的箔片随后可涂覆以例如最新的电导体元件或者涂覆以另外定制的电导体元件的组件。飞行器制造的过程中的将电力系统安装在机身中的过程可极大地加快并简化，因为导电材料颗粒施加到所述箔片的内表面上所呈现的预定图案可由计算机控制的颗粒施加设备执行。不再需要手动地连接缆线或缆线织机。还可轻易减少连接误差。 

此外，仅仅包括涂覆的箔片的机身电力系统仅仅占用比待由所述箔片替代的缆线织机小得多的极小的空间和重量。总之，通过根据本发明的方法，可显著提高飞行器构建和维修过程的效率以及所述飞行器在使用中的效率。 

本发明意义范围内的机身元件可为整个飞行器机身或仅为一机身区段。机身区段可为沿着机身纵向轴线方向的区段和/或成角度的区段，即，完整的圆周汽缸壳体或仅所述汽缸壳体的成角度的区段。 

基板材料可为任何柔性电绝缘材料。箔片可在附接至机身元件之前弯折，使得其适于机身元件的所述内侧。特别地，箔片可附接到外部蒙皮的内侧、支撑件（例如框架和桁条）上，或者可附接到连接至外部蒙皮或支撑件的单独的夹持件上。箔片优选地以使得该箔片不能在所述机身内移动或振动的方式附接至所述机身内侧。箔片的厚度可适于箔片所需的刚性。导电材料颗粒的施加由相应计算机控制的颗粒施加设备（诸如数字打印设备）来执行。这样的设备可适于在封闭的机身元件内定位和操作。 

本发明意义范围内的导电材料颗粒可为适于传导电流的任何种类的材料，特别是金属材料（诸如铜、铝、钨、黄铜、铁、铬、或相关合金）、半导体材料（诸如硅）、或非金属材料（诸如石墨）。 

预定图案（即表面形貌（topography））、横向尺寸以及宽度（导电材料颗粒根据它们而施加到飞行器结构部件上）由所述导电材料颗粒施加到 箔片的所述内表面上的位置的实时变化以及所述导电材料颗粒施加到箔片的所述内表面上的质量流率来控制。以这种方式，这样的图案控制延展度，特别是厚度、宽度、和长度，以及电导体元件延伸的方向和形状，即，预定图案限定电导体元件的路径和形状以及性能。 

根据优选实施例，在将导电材料颗粒施加到所述箔片的所述内表面上之后，执行以下步骤： 

e.将电绝缘材料颗粒以预定图案施加到所述箔片的内表面上并施加到电导体元件上，使得积聚的电绝缘材料颗粒形成用于电导体元件的绝缘层。 

本发明意义范围内的电绝缘材料颗粒可例如为塑料或陶瓷材料。然而，也可采用其他材料，诸如绝缘漆。用于施加的颗粒可由与箔片的基板材料相同的电绝缘材料制成。 

电绝缘材料颗粒可施加到箔片的内表面上并施加到形成电导体元件的导电材料颗粒上，从而该绝缘层使得电导体元件与环境隔绝。然而，该绝缘层可不连续地形成，使得在特定位置处，电导体元件并不绝缘并且可通过例如插塞或开关连接至另一电导体元件。 

特别地，优选的是，步骤d.和步骤e.以使得在所述箔片的内表面上形成具有分层结构的电路元件的顺序和预定图案重复地进行。本发明意义范围内的电路元件可为任何种类的电路元件，例如电阻器、二极管、晶体管、电容器、电感器、运算放大器、或其他的电路元件。特别地，可以这样的方式形成开关、传感器和致动器。 

电绝缘材料颗粒的层和导电材料颗粒的层可交替地施加至箔片的内表面，其中，每一层均以这样的方式形成，即，使得电导体元件的特定结构嵌入电绝缘材料的基体（matrix）中，由此共同形成电路元件或多个电 路元件。同样，作为电路元件一部分的碳纳米管可通过混合至导电材料颗粒来使用。因此，该实施例利于在箔片的内表面上形成致动器，如开关或照明元件。 

在另一优选实施例中，导电材料颗粒和/或电绝缘材料颗粒通过喷墨打印设备施加到箔片的内表面上并施加到电导体元件上。这样的喷墨打印设备可为任何种类的喷墨打印设备，特别地为具有喷墨打印头、压电打印头、或压力阀打印头的按需滴墨型喷墨打印设备。此外，喷墨打印设备的操作（特别是打印头的操作），优选地由数字控制设备控制，该数字控制设备适于编程为用于控制打印头以将导电材料颗粒和电绝缘材料颗粒以预定图案施加到箔片的内表面上。 

喷墨打印设备还可包括适于测量打印头与待涂覆表面上的相应位置之间距离的距离传感器，使得对于不同距离，可对所述表面施加不同的量的导电材料颗粒或电绝缘材料颗粒，以便形成绝缘层和/或电导体元件的优选地平坦的外表面。还可构想并行使用施加导电材料颗粒和电绝缘材料颗粒的多个打印头。此外，激光设备可直接地设置在喷墨打印设备上或独立于该喷墨打印设备来设置，以将激光辐射施加到导电材料颗粒和/或电绝缘材料颗粒上，由此分别对电导体元件和绝缘层进行激光烧结。喷墨打印设备可构建成使得其也可在封闭的机身内部操作。 

在又一优选实施例中，在将导电材料颗粒施加在所述箔片的内表面上之后，执行以下步骤： 

d.1.通过激光设备使导电材料颗粒经受激光辐射，使得颗粒由于通过激光辐射传递给颗粒的热而熔化，从而形成一体形成的电导体颗粒。 

这意味着颗粒被激光烧结。激光设备可为适于对所述导电材料颗粒进行激光烧结的任何种类的激光设备。同样，电绝缘材料颗粒的绝缘层也可通过激光设备进行激光烧结。在电导体元件和绝缘层已被激光烧结后，即， 在将激光辐射施加到导电材料颗粒和电绝缘材料颗粒上之后，它们凝固并且因此它们的形状变成固定的预定图案。另外，颗粒的熔化和随后的凝固导致一体形成的导体元件而不存在可能发生氧化的晶界，使得导体元件的电阻增大。该激光设备布置在设置成用于施加导电材料颗粒和/或电绝缘材料颗粒的任何设备的“后方”（当沿着这些设备的移动方向看去时），使得施加颗粒之后的辐射易于进行。 

在另一优选实施例中，在将所述箔片附接在所述机身元件的内侧上的步骤之前，将至少一个供电缆线附接至所述机身元件的内侧的位置，使得供电缆线夹置于所述箔片与机身元件的内侧之间。这样的供电缆线可用作用于应用在箔片上的电力系统的电力主链（backbone）并且可对所述箔片上的电导体元件供应电力。由于所述主链供电缆线通常无需定制并且为了减小箔片的尺寸，所述供电缆线并不包括在箔片内。 

在又一实施例中，在将所述箔片附接在所述机身元件的内侧上的步骤之前，将至少一个数据传输缆线附接至所述机身元件的内侧的位置，使得数据传输缆线夹置于所述箔片与机身元件的内侧之间。这样的数据传输缆线可用作用于应用在箔片上的电力系统的数据主链并且可对所述箔片上的电导体元件供应数据。 

特别地，优选的是，供电缆线和/或数据传输缆线感应地（inductively）耦接至所述箔片上的电导体元件。可在所述箔片上或在相应的供电缆线或数据传输缆线上设置线圈。以这样的方式，在箔片不直接地连接至所述供电缆线/数据传输缆线的情况下，可对箔片提供电力和/或数据。因此，箔片在不与电源或数据传输缆线分离的情况下的简单移除是可能的。 

本发明的另一方面提供一种设置有电力系统的飞行器机身元件，该机身元件具有外部蒙皮和多个沿着外部蒙皮的内表面延伸的支撑件，所述机身元件进一步包括附接在所述机身元件的内侧上的电绝缘基板材料的箔片，其中，导电材料颗粒以预定图案沉积到所述箔片的与外部蒙皮相对的 内表面上，使得积聚的导电材料颗粒沿着所述箔片的内表面形成电导体元件。 

以通过采用附接至机身元件内侧作为基板元件的箔片以及涂覆到所述箔片上的电导体元件的方式，提供了能快速安装到机身中的简单且柔性的电力系统。涂覆有电导体元件的所述箔片可容易地去除并由新的普通的未进行涂覆的箔片替代，该未进行涂覆的箔片随后可涂覆以例如最新的电导体元件或者再次涂覆以定制形式的电导体元件的组件。因此，参照上文讨论的方法所提到的优点也可由根据本发明的机身或机身区段来实现。 

附图说明

在下文中，借助附图来描述根据本发明的方法和飞行器机身元件的优选实施例。附图中示出了： 

图1为示出了用于将电力系统安装到飞行器机身中的方法的实施例的流程图； 

图2为根据本发明的机身元件和箔片的立体图； 

图3为在图2中示出的机身元件和箔片的立体图，该箔片附接在所述机身元件的内侧上并且通过喷墨打印设备对所述箔片进行涂覆； 

图4为在图3中示出的附接至机身元件的箔片的横截面图，通过喷墨打印设备对所述箔片进行涂覆并且通过激光设备对其进行激光烧结；以及 

图5为在图4中示出的附接至机身元件的箔片的横截面图，所述箔片设置有完整的电导体元件和绝缘层。 

具体实施方式

在图1中示出的是根据本发明的用于将电力系统1安装到飞行器机身中的方法的实施例的方法步骤的流程图。 

作为第一步，如在图2中所示，提供机身元件3（步骤a.），该机身元件沿着飞行器纵向轴线5延伸并且包括外部蒙皮7和沿着外部蒙皮7的内表面延伸的多个支撑件9。机身元件3可为整个机身或仅为一机身区段，所述机身区段形成相对于飞行器纵向轴线5的一区段或者形成基本圆柱形的机身的一成角度的区段。支撑件9可为例如框架和桁条。 

参见图2，下一步包括提供电绝缘基板材料的箔片11（步骤b.）。在本实施例中，基板材料为轻重量且柔性的材料，其具有相当高的电阻且其表面具有至少一般的粘结性能，从而可通过普通的涂覆技术（诸如喷墨打印）对其进行涂覆。 

此外，如在图2中所示，提供供电缆线13和数据传输缆线15并将其附接至机身元件3的内侧17（步骤b.1）。供电缆线13和数据传输缆线15分别用作用于机身元件3的电力主链和数据主链，并且独立于箔片11而形成，即，不直接地连接至箔片11。在该优选实施例中，供电缆线13和数据传输缆线15以基本上平行于飞行器纵向轴线5的方式延伸。 

在接下来的步骤中，如在图3中所示，将箔片11附接在所述机身元件3的内侧17上，其中，所述供电缆线13和所述数据传输缆线15夹置于所述箔片11与机身元件3的内侧17之间（步骤c.）。箔片11附接至机身元件3的内侧17，特别地附接至支撑件9的内侧，使得箔片在相应飞行器的操作过程中不可移动或振动。此外，箔片11适于机身元件3的内侧17的形状，即，弯折成弯曲的形式。 

根据下一步，如在图3和图4中所示，将导电材料颗粒19以预定图案施加到所述附接的箔片11的与外部蒙皮7相对的内表面21上，使得积 聚的导电材料颗粒19沿着所述箔片11的内表面21形成电导体元件23（步骤d.）。 

基本地，可施加任何导电材料，诸如铝、钨、黄铜、铁、铬或相关合金、半导体材料（诸如硅）或非金属材料（诸如石墨），但在本实施例中施加的是铜材料颗粒。在本文中描述的优选实施例中，所述导电材料颗粒19通过由计算机控制设备控制的喷墨打印设备25施加。导电材料颗粒19施加成的预定图案与在箔片11的内表面21上延伸的电导体元件23的期望形状相对应。此外，在所述箔片11上以及在所述供电缆线13上和数据传输缆线15上提供用以将供电缆线13和数据传输缆线15感应地耦接至所述箔片11上的电导体元件23的装置。所述装置可为线圈。特别地，所述线圈可通过利用喷墨打印设备25来沉积对应地成形的导体元件而布置在箔片11上。以这种方式，电力和数据可在不直接地连接至箔片11的情况下通过相应的供电缆线13和数据传输缆线15传送至箔片11上的电导体元件23。 

随后，所述导电材料颗粒19在施加到箔片11的内表面21上之后通过激光设备29而经受激光辐射27，使得颗粒19由于通过激光辐射27传递至颗粒19的热而熔化，从而在凝固之后实现了形成一体形成的电导体元件23（步骤d.1；参见图4）。以这样的方式，导电材料颗粒19被激光烧结，并且去除了其中可能发生氧化的晶界。激光设备29可连接至喷墨打印设备25，并且可与所述喷墨打印设备25一起在方向D上沿着所述箔片11的内表面21移动，其中，激光设备29布置成直接地位于喷墨打印设备25的后方，即位于其下游。 

如在图5中所示，作为最后一步，将电绝缘材料颗粒31以预定图案施加到所述箔片11的内表面21上并施加到电导体元件23上，使得积聚的电绝缘材料颗粒31形成用于电导体元件23的绝缘层33（步骤e.）。绝缘材料可为塑料、陶瓷、或漆材料。预定图案是这样的形式，即，使得电导体元件23与环境隔绝，但并不绝缘材料。正如对于导电材料颗粒19的 情况，电绝缘材料颗粒31可通过喷墨打印设备25施加到所述箔片11的内表面21上并施加到电导体元件23上，并且可通过激光设备29经受激光辐射27以进行激光烧结。可采用相同的或其他的喷墨打印设备25和激光设备29以应用于导电颗粒和电绝缘材料颗粒19、31两者。 

如由虚线箭头C所示，步骤d.和e.通过以这样的顺序和通过这样的预定图案重复地执行，即，使得在所述箔片11的内表面21上形成具有分层结构的电路元件35，即，电导体元件23形成为具有其中绝缘层33在必要之处介于电导体元件23的层之间的多层的特定形状，从而最终形成电路元件35。这样的电路元件35可为电阻器、二极管、晶体管、电容器、电感器、运算放大器、或其他的电路元件。 

此外，应当注意的是，在本发明的范围内，电绝缘材料颗粒31的层可在导电材料19沉积之前直接地沉积在箔片11上，即，步骤e.可在步骤d.之前执行。另外，同样在本发明范围内的情况是省略附接供电缆线和/或数据传输缆线13、15的步骤（步骤b.1）或者通过激光辐射使沉积的材料19、31固化的步骤（步骤d.1），如箭头A和B所示。 

因此，通过根据本发明的方法，飞行器机身元件3以有成本效益的方式设置有电力系统1。机身元件3具有外部蒙皮7和沿着外部蒙皮7的内表面延伸的多个支撑件9。所述机身元件3进一步包括附接在所述机身元件3的内侧17上的电绝缘基板材料的箔片11。导电材料颗粒19以预定图案沉积到所述箔片11的与外部蒙皮7相对的内表面21上，其中，积聚的导电材料颗粒19沿着所述箔片11的内表面21形成电导体元件23。电路元件35可由所述电导体元件23形成。此外，电绝缘材料颗粒31以预定图案沉积到所述箔片11的内表面21上和电导体元件23上，其中，电绝缘材料颗粒31形成用于电导体元件23的绝缘层33。供电缆线13和数据传输缆线15附接在所述机身元件3的内侧17上的位置，其中它们夹置于箔片11与飞行器机身3的内侧17之间。所述供电缆线13和所述数据传输缆线15感应地耦接至箔片11上的电导体元件23。 

通过前述方法，电力系统1可容易且快速地在飞行器机身中安装和更换。此外，就重量和内部空间而言，这样安装和形成的设置有电力系统1的飞行器机身元件3是高效的。