提供防eme的緊固件系統的制作方法
【專利說明】提供防EME的緊固件系統
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本發明是2012年3月29日提交的序列號為13/434835美國專利的部分繼續。
【背景技術】
[0003] 輕質復合材料為飛機工業帶來希望。纖維復合材料在比強度和剛度方面提供了超 過傳統金屬合金的顯著改善。更好的比強度和剛度轉換為重量節省，而重量節省轉換為燃 料節省和較低的運行成本。此外，復合材料不像鋁那樣腐蝕，且復合材料更抗疲勞。
[0004] 復合材料飛機結構不易于導走由閃電雷擊產生的極端的電流和電磁力。
[0005] 復合材料飛機結構可被配置成具有對抗來自閃電雷擊的電磁效應（EME)的保護 裝置。例如，在表面上配備導電媒介以從下層金屬緊固件系統轉移走閃電電流。另外，緊固 件零件之間的縫隙以及緊固件零件和結構構件之間的縫隙可被填充有電介質密封膠。即使 一些電流未被轉移走，密封膠也會阻止縫隙上的電弧和電火花。
【發明內容】
[0006] 根據本文的實施例，一種方法包括：將緊固件插入構件堆疊中，并使用零件來終結 緊固件，該零件具有至少一個干燥電介質涂層和內部干燥電介質密封，其在選定的位置以 保護以對抗電磁效應（ΕΜΕ)。
[0007] 根據本文的另一個實施例，一種方法包括：將緊固件插入構件堆疊中，并使用零件 來終結緊固件，該零件具有干燥電介質涂層和干燥電介質密封的組合，其在選定的位置以 保護以對抗電磁效應（EME)而不使用密封膠。
[0008] 根據本文的又一個實施例，終止緊固件的零件包括一個具有中心開口的緊固件終 止主體和至少一個用于保護以對抗EME效應的特征。該至少一個特征包括電介質涂層和電 介質密封中的至少一者，其在選定位置部分地覆蓋中心開口。密封被固定到主體。涂層和 密封具有一定厚度和成分以用于阻止閃電電流的。選定位置包括遠端位置和近端位置中的 至少一個。
[0009] 根據本文的再一個實施例，緊固件系統包括緊固件、至少一個緊固件終端零件以 及緊固件和每個緊固件終端零件的防EME特征。防EME特征從由緊固件的軸上的導電樹脂 涂層、在緊固件的頭部上的互鎖電介質封皮、在緊固件頭部的近端位置上的內部電介質密 封、在終端零件的遠端位置上的電介質密封、在終端零件的近端位置上的電介質密封、在終 端零件的遠端位置上的電介質涂層以及在終端零件的近端位置上的電介質涂層組成的組 中選取。
[0010] 這些特征和功能可在各種各樣的實施例中被獨立實現或者在其他實施例中被組 合。參考后面的【具體實施方式】和附圖可了解實施例的進一步的細節。
【附圖說明】
[0011] 圖1是緊固構件堆疊的方法的示例圖。
[0012] 圖2是商用飛機的示例圖。
[0013] 圖3A和圖3B是防EME緊固件的第一個實施例的示例圖。
[0014] 圖4A和圖4B是防EME緊固件的第二個實施例的示例圖。
[0015] 圖5和圖6是防EME緊固件的另一些實施例的示例圖。
[0016] 圖7是包括復合材料構件和導電層的堆疊的示例圖。
[0017] 圖8是在螺母上的選定防EME位置的示例圖。
[0018] 圖9-12是具有防EME特征的墊圈和螺母的不同組合的示例圖。
[0019] 圖13是具有埋頭孔和外部近端密封的螺母的示例圖。
[0020] 圖14和圖15是沒有和有金屬背襯的外部近端密封的示例圖。
[0021] 圖16是飛機結構的示例圖。
【具體實施方式】
[0022] 參考圖1，該圖示出了緊固兩個或更多個構件構成的堆疊的方法。在一些實施例 中，堆疊的所有構件由金屬（如，鋁、鈦）制成。在另一些實施例中，堆疊的構件中的至少一 個由復合材料制成。舉例來說，外部構件由復合材料制成而內部構件由金屬制成。在另一 些實施例中，堆疊的所有構件可由復合材料制成。
[0023] 該方法包括將緊固件插入堆疊中（框110)。在一些實施例中，緊固件被插入堆疊 中的預成型通孔中。在另一些實施例中，緊固件被插入而不需要鉆孔。緊固件可被鉆入外 部構件中，該構件的外部表面需要飛行平滑度（如，飛機蒙皮）。緊固件可具有防EME特征， 其包括互鎖到緊固件頭部的上表面的干燥電介質層和在緊固件頭部的下表面上的干燥電 介質密封。
[0024] 該方法還包括使用具有防EME特征的零件終止緊固件。用于終端零件的防EME特 征包括在選定位置的干燥電介質涂層和干燥電介質密封（如，電介質套筒）（框120)。
[0025] 沒有這些防EME特征，電弧和火花就可能發生。當兩個零件近距離接觸時，且由于 在兩個零件間流動的大電流而擊穿其間媒介的電介質特性時，電弧會發生。當大電流電離 兩個零件間的縫隙中的空氣時火花發生，空氣被擊穿，電流流過縫隙。當在復合零件中的大 電流引起復合材料化學擊穿并產生熱膨脹氣體時發生熱粒子噴射。
[0026] 電介質涂層和電介質密封二者通過阻塞零件之間的電氣結合路徑阻止電弧和火 花。電介質涂層和電介質密封（單獨的或組合）抑制緊固件零件之間的縫隙（如，緊固件 和螺母之間的縫隙，以及墊圈和螺母之間的縫隙）以及緊固件零件和結構之間的縫隙（如， 緊固件和結構、螺母和結構以及墊圈和結構之間的縫隙）上的電弧和火花。電介質密封執 行阻止熱氣體噴射通過縫隙并保持氣體在緊固件系統內的附加功能。
[0027] 另外或替代性地，緊固件的一些實施例可以通過改進電氣結合路徑減少電弧、火 花和熱粒子噴射。在這些實施例中，緊固件的軸可涂有導電涂層（如，導電樹脂）以改善緊 固件和堆疊之間的電氣結合，從而減小了接觸電阻。在一些實施例中，緊固件可以被間隙配 合在孔中。在另一些實施例中，緊固件可以被過盈配合在孔中。過盈配合改善了緊固件和 堆疊之間的電氣結合（通過增加表面接觸面積），這減小了電流密度并降低了整個路徑的 電阻。
[0028] 在緊固件系統的零件上使用干燥電介質涂層和密封提供了優于使用密封膠來填 充縫隙的多個優點。這些優點包括安裝的容易和快速。在安裝之前干燥電介質密封可被添 加且涂層可被涂到緊固件零件上，以致在緊固期間，緊固件僅需要被安裝。諸如遮蔽堆疊的 零件、注入密封膠以及固化密封膠的額外步驟被省去了。
[0029] 另一個優點是重量的減輕。干燥電介質涂層和密封可比密封膠層薄。在一些實施 例中，電介質涂層或密封的厚度可能是30密爾±10密爾。而且，如果緊固件零件的整個表 面沒有覆蓋有干燥電介質涂層或干燥電介質密封，更少的表面面積被覆蓋。
[0030] 又一個優點是冗余的防ΕΜΕ。緊固件的不同的實施例可與終端零件（如，螺母和墊 圈）的不同的實施例結合使用以提供防EME的多種水平。
[0031] 對于商業飛機，諸如圖2中示出的商業飛機200,這些優點是實質性的。該飛機200 包括機身210、機翼組件220、尾翼230以及起落架組件240。在這種商業飛機200中，可能 使用一百萬個緊固件系統以將各種部件210-240及其子部件緊固在一塊。
[0032] 在飛機200的某些位置，需要防ΕΜΕ。舉例來說，防EME是機翼組件和其他結構所 需要的。為提供防ΕΜΕ，根據本文中的方法機翼組件220可由多達20, 000個緊固件組裝。 通過重量減輕以及安裝這些20, 000個緊固件的省時和容易性，實現的益處是實質性的。
[0033] 在下面的段落中，將描述不同類型的防EME緊固件零件。這些緊固件零件包括緊 固件和終止緊固件的零件（如，螺母和墊圈）。這些緊固件零件可具有在選定位置的干燥電 介質涂層和/或干燥電介質密封以保護以對抗ΕΜΕ。
[0034] 首先，將描述防EME緊固件。緊固件示例包括但不限于螺栓和鉚釘。
[0035] 現在參考圖3Α和圖3Β，