具有电磁效应保护特性的自对准套筒式凸头的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例总体涉及用于在复合结构中采用的金属紧固件的紧固件技术的领域，且更特别地涉及具有球形头部的紧固件，其中该球形头部被成形使得其与球形垫圈配合，该球形垫圈包含机械地附接到其底座的聚合环，以在闪电条件期间产生阻止热粒子喷射和边缘火花的含压系统。
【背景技术】
[0002]使用复合材料的结构制造仍需要紧固件，用于许多装配操作。金属紧固件是导电的，从而产生闪电攻击和其它EME问题的电磁效应(EME)设计考虑。必须针对闪电条件设计紧固件点火模式，该闪电条件包括紧固件头的外表面和其它结构或紧固件套筒之间的热粒子喷射(HPE)和电弧。
[0003]当闪电攻击碳纤维增强聚合物(CFRP)结构时，一显著部分的电流可能通过紧固件进入到附近的结构中。当电能在两个表面之间经过时，接触电阻加热可能分解材料并在孔中或在紧固件和关联的内螺纹紧固件(诸如，螺母或易碎的衬圈)之间的空间中产生热气体(或等离子体)。如果产生的压力足够大，则气体可以找到低压路径并从紧固件系统逸散到加燃料区域。该路径有时在凸出的紧固件头下面的表面中。这些逸散气体可能足够热以随着其逸散而腐蚀金属零件(紧固件或结构)，从而产生被称为HPE的粒子或液滴。
[0004]因为闪电攻击电能在结构接头之间传导，所以能量穿过金属紧固件。特定紧固件的凸出的紧固件头已经经历紧固件头的边缘和与该头接触的结构之间的电弧。电弧可以存在于紧固件头和该结构之间，如果正在使用套筒式紧固件，则可以存在于紧固件头和套筒之间。
[0005]现有紧固件系统通常需要紧固件的安装外加在紧固件头上预制帽的安装的时间和劳动密集型过程或其它程序，诸如从紧固件头的暴露表面移除电介质涂层。
[0006]因而，期望的是提供一种适用于复合结构应用的紧固件系统，其克服HPE和电弧两者同时克服现有技术紧固件安装程序的缺点。
【发明内容】
[0007]本文公开的实施例提供用于复合结构的紧固件系统，该紧固件系统提供包含自对准头(SAH)紧固件和自对准自封闭(SASS)垫圈的电磁能量保护，该SAH紧固件具有带有球形接合表面的头部和从头部延伸以便通过复合结构中的孔插入的柄，该SASS垫圈具有容纳该柄的喉部和与头部的球形接合表面结合的球形配合表面。
[0008]实施例允许一种EME保护紧固件系统的安装方法，其识别复合结构中用于插入紧固件的孔并将套筒的主体插入孔中，其中凸缘接触该结构的表面。密封件然后插入SASS垫圈中的密封缺口(seal relief)中且在孔和套筒凸缘上方定位SASS垫圈，其中齿槽底面(bottom land)与套筒凸缘接触。SAH紧固件插入套筒中，从而膨胀套筒以便于套筒主体和SAH紧固件柄以及套筒主体和复合孔两者之间的过盈配合。SAH紧固件的头部上的球形接合表面与SASS垫圈上的球形配合表面结合以适应由于孔的非正交性产生的SAH紧固件中的角偏差。内螺纹紧固件然后在SAH紧固件的末端中的螺纹上扭转。可以通过提供带有位于其上的拔销的SAH紧固件柄来完成EME保护紧固件系统的实施例的制造。在柄的第一末端上形成螺纹且在柄的第二末端上提供具有球形接合表面的头部。可扳动埋头孔被提供在柄中，用于提供反抗转矩且阻止SAH紧固件的旋转。SAH紧固件具有电介质涂层。SASS垫圈具有用来容纳SAH紧固件的柄的喉部和用来容纳SAH紧固件头部的接合表面的球形配合表面。喉部中的喇叭口(flare)适应柄的角位移。提供密封缺口以容纳密封件。齿槽底面被提供在密封缺口内侧的SASS垫圈上，用于接触套筒凸缘。电介质涂层被提供在不含齿槽底面的SASS垫圈上。提供具有凸缘以接触SASS垫圈的齿槽底面和具有主体以便插入结构孔中并容纳SAH紧固件的柄的套筒。
[0009]根据本发明的一个方面，提供一种用于制造EME保护紧固件系统的方法，该方法包含:提供SAS紧固件柄；在柄上提供拔销；在柄的第一末端上形成螺纹；在柄的第二末端上提供具有球形接合表面的头部；在柄中提供可扳动埋头孔以便于SAH紧固件的扭转；提供具有电介质涂层的SAH紧固件；提供具有喉部以容纳SAH紧固件的柄的SASS垫圈；提供具有球形配合表面以容纳SAH紧固件头的接合表面的SASS垫圈；在喉部中提供喇叭口以适应柄的角位移；提供密封缺口以容纳密封件；在密封缺口内侧的SASS垫圈上提供齿槽底面，用于接触套筒凸缘；在不含齿槽底面的SASS垫圈上提供电介质涂层；以及提供具有凸缘以接触SASS垫圈的齿槽底面和具有主体以便插入到结构孔中并容纳SAH紧固件的柄的套筒。
[0010]已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例独立地实现，或可以在另一些实施例相被组合，参考下列描述和附图能够了解其进一步的细节。
【附图说明】
[0011]图1是飞行器生产和服务方法的流程图。
[0012]图2是飞行器的框图。
[0013]图3是用于EME保护的紧固件的第一实施例的侧剖视图。
[0014]图4A是自对准头紧固件元件的等距视图。
[0015]图4B是自对准头紧固件元件的侧剖视图。
[0016]图5A是用于图3的第一实施例的自对准自密封配合垫圈的等距剖视图。
[0017]图5B是图5A的自对准自密封配合垫圈的侧剖视图。
[0018]图6A是套筒的等距视图。
[0019]图6B是套筒的侧剖视图。
[0020]图7A是图5A和图5B的自对准自密封配合垫圈采用的密封件的等距视图。
[0021]图7B是图7A的密封件的侧剖视图。
[0022]图8是用于EME保护的紧固件的第二实施例的侧剖视图。
[0023]图9A是图8的实施例中的自对准自密封配合垫圈的等距视图。
[0024]图9B是图9A的自对准自密封配合垫圈的侧剖视图。
[0025]图1OA是用于图9A和图9B的自对准自密封配合垫圈的密封件的等距视图。
[0026]图1OB是图1OA的密封件的侧剖视图。
[0027]图11是实施具有EME保护的紧固件的示例实施例的方法的流程图。
[0028]图12是用于制造具有EME保护的紧固件系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]本实施例提供具有球形头部的凸头EME紧固件，该球形头部被成形以与球形垫圈配合，该球形垫圈包含机械地附接到球形垫圈的底座的聚合环。配合件产生含压系统以阻止在闪电条件期间的HPE(高能量火花)和边缘点火。此外，当前实施例中说明的紧固件能够安装到以大于O度的角度(即，非正交于表面)钻孔的结构中的孔中。配合件的球形几何结构可以包含更多材料厚度以适应较大的角度(即，+/ — 6° )或容纳重量减轻的更少的材料以适应较小的角度(即，+/ — 2° )。球形几何结构减少向上夹固期间的点载荷且因此防止目前可能的电气结合路径问题一配合件的掉肩。无附加密封或处理要求的紧固件的安装满足闪电要求。
[0030]更具体地参考附图，本公开的实施例可以在如图1所示的飞行器加生产和服务方法100和如图2所示的飞行器102的背景下描述。在预生产期间，示例性方法100可以包括飞行器102的规范和设计104和材料采购106。在生产期间，发生飞行器102的组件和子配件加工108和系统整合110。此后，飞行器102可以经历认证和交付112，以便投入使用114。当由顾客使用时，飞行器112被安排用于日常维护和维修116(这也可以包括修改、重新配置、翻新等)。
[0031]可以通过系统集成商、第三方和/或操作者(例如，顾客)执行或实施方法100的每个过程。出于本描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器加工商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的外包商、分包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等