管道和制造该种管道的方法

专利名称：管道和制造该种管道的方法
技术领域：
本发明涉及一种管道，特别是用于飞机的燃料系统的管道，包括内管 和包围该内管的外管。
另外，本发明涉及一种用于制造管道的方法，特别是用于飞机的燃料 系统的管道，该管道包括内管和包围该内管的外管。
背景技术：
飞机中，特别是现代乘客飞机中，机尾的顶部典型地包含额外的、涡 轮驱动的辅助动力单元，用于为电气和空气动力装置提供动力，例如飞机 的空调、照明和整个电气系统。
另外，所谓的压载箱(trimming tank)通常设置在水平稳定器内。压 载箱特别地起到优化飞机的水平飞行姿态，但是还起到用作用于增大飞机 的飞行范围的附加燃料箱的辅助作用。飞机相对于水平方向的定向是通过 在主箱(maintank)和压载箱之间往复地泵供燃料来实现的，主箱一般设 置在飞机的机翼内。另外，燃料还必须从主箱供给到辅助动力单元。
压载箱和辅助动力单元通过至少一个管道连接到飞机的主箱，该至少 --个管道从机翼的主箱通过机身仓延伸到处于机尾的顶部内的水平稳定 器或者辅助动力单元内的压载箱。也可以设置平行布置的两个或多个管 道。
为了防止不可控的燃料泄漏，根据相关的安全和航空法规，管道必须 是双壁的，从而防止意外事故。事故例如是通过燃料线路中的泄漏给出的。 双壁内的间隙主要是用于通风，用于排出不受控制地泄漏的燃料，还用于 分流浓縮水。通过在间隙的区域内放置合适的传感器，能够检测燃料泄漏 的发生，由此可以采取合适的对应措施。双壁管道主要提供防止泄漏保护， 不过不能防止来自外部的严重的机械损害，这可能是由于着落齿轮胎爆
裂、着落齿轮断裂、涡轮机爆炸等造成的。
通常地，该种双壁管道优选是由不锈钢和/或铝制造。特别是为了减轻 重量，在新类型的飞机中钛日益增加地应用在制造双壁管道中。内管和外 管以及设置在管道部的端部的连接凸缘，优选是由金属制造，从而保证良 好的焊接性能。
由于用于组装的空间越来越小并且需要与其它的技术装置保持最小的 距离， 一般需要将上述用于供给燃料的管道以至少部分地弯曲的方式铺设 到压载箱和辅助动力单元。然而，由于钛和铝只能在焊接室内的惰性气体 环境中焊接，因此弯曲的、双壁管道部分(特别是由钛或者铝制造的)只 能够以高昂的成本制造。
用于形成双壁管道的内管可以相对容易地弯曲，并且由此调整为结构 上所需的曲率半径。至少在管道的弯曲部分内(并且根据曲率半径和在内 管和外管之间的距离的大小)，围绕内管设置的外管只能在内管上的有限 长度内滑动而不变得互粘，从而，为了形成更长弯曲的双壁管道部分，多 个弯曲的外管道部分必须焊接在一起。由于焊接室的大小有限且在焊接室 内对于更大的弯曲管道部分有限的控制能力，因此只能够制造相对短的弯 曲的双壁管道部分(例如钛管道)。
这些相对短的弯曲的管道部分又需要通过凸缘接头相互连接从而形成 更长的管道或者管道部分，这增大了重量。在一方面，由于必须持续地监 控凸缘接口的泄漏密封性，因此相对较大数量的附加的凸缘接头产生了更 高的维护成本。在另一方面，由于凸缘接口的存在，还增大了整个管道的 重量。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于飞机内的燃料系统的管道，该管 道是双壁的并且由此符合所有相关的国际航空权威机构的安全标准，该管 道包括较小的维修强度，并且即使是在需要布置多个长的弯曲部的情况 下，减小了凸缘所增加的重量，另外，该管道易于制造。
该目的是通过具有权利要求1特征的管道来实现。
由于内管是由金属材料和/或至少部分由合成材料制造、并且外管至少
在管道的弯曲部分是由合成材料制造的事实，因此，根据本发明制造的管 道在弯曲部分通过减少了所需的焊接接头的数量而显著地被简化。另外， 特别是在更长的弯曲部分中，本发明的管道可以基本上不用凸缘接头来制 造，由此，所需的凸缘接头的总数量与已知的由钛制造的双壁燃料管道相 比显著地被减小，这明显的减轻了重量。
另外，利用合成材料形成在本发明管道的直线部分中的外管也能够节 省了重量。
还通过至少部分地在内管使用合成材料，能够进一步减小重量。在这 种情况下，合成材料优选是防火的或者是难熔的。
在本发明的管道的优选的实施例中，至少一个间隔器设置在内管和外 管之间。该实施例确保了在内管和外管之间在径向方向上精确限定空腔或 者恒定的间隔。该间隔器优选是由类似于可扣合的或者搭接的电缆扎匝形 成，由此它们可以通用地用于不同直径和/或横截面形状的内管，另外可以 牢固地防止在它们上面。然而，间隔器也可以具有不同于此的结构。
根据进一步优选的实施例，内管和外管具有大体环形的横截面形状。 这确保了管道具有高的机械稳定性，另外确保了管道易于制造。
根据本发明管道的进一步优选实施例，内管基本同轴地设置在外管内。 这产生了在形成在内管和外管之间的空腔内有利的流动条件。
根据管道的进一步优选实施例，内管是由铝、不锈钢或者钛制造。特 别地，由钛制造的内管确保了具有非常好的机械刚性，同时具有较低的重里。
根据进一步优选的实施例，构成外管的合成材料是纤维强化的热固化 合成材料，特别是碳纤维强化环氧树脂。外管优选地是由碳纤维强化环氧 树脂构成，特别是所谓的"预浸渍材料"。预浸渍材料是纤维，纤维叠(薄) 层等等(这些早已经浸润过环氧树脂)，聚酯树脂或者酚醛树脂。预浸渍 材料在冷环境中存放，从而避免固化。预浸渍材料的最终固化是在高压釜 内成型之后来实施，这确保了固化过程中的最佳压力和温度。可选地，合 成材料的纤维强化也可以通过玻璃纤维，芳族聚酰胺纤维或者其它的机械 地牢固的纤维实现。
根据本发明的进一步优选的实施例，内管至少部分地由纤维强化热固
化合成材料构成，特别是难熔的碳纤维强化环氧树脂。通过至少部分地在 内管中使用该种合成材料，进一步的减小重量变的可能。在这种情况下， 抗火的或者难熔的碳纤维强化环氧树脂材料被用于内管。 该目的还通过具有权利要求8的特征的方法来解决。
本发明用于制作包括内管和围绕该内管的外管的管道的方法，包括下 面的步骤
将凸缘接头连接到所述内管的两内管端部，以及在所述内管上连接至 少一个间隔器；
将支撑芯设置在所述内管上；以及
将合成材料设置在所述支撑芯上，从而形成所述外管。
根据本发明的方法，能够用简单的方式制造管道，特别是管道的弯曲 部分。另外，利用纤维强化合成材料来形成外管不仅能够形成更长的弯曲 的管道部，还能够大大地减小重量。只有将凸缘接头放置在内管(其优选 是由钛制作)的端部上是通过传统的方式在焊接室通过在惰性气体氛围中 进行熔接来实现。可选地，也能够挤压或者螺纹紧固在凸缘接头上。.外管 的形成通过将容易成形的且可固化的合成材料提供在设置于内管上的支 撑芯这样的简单的方式来实现，特别是通过碳纤维固化环氧树脂("预浸 渍材料")等等。在去除支撑芯和可选地再加工之后，根据本发明的方法 制造的管道准备被安装(嵌入)。可选地，还可以使用例如由该种预浸渍 的材料构成的固化的半壳作为支撑芯，其中在从外部提供的合成材料固化 之后，半壳形成了外管的内表面，并且由此留在管道的内部。
也能够由合成材料制作内管。在这种情况下，优选的是利用抗火或者 难熔的碳纤维强化环氧树脂材料。
本发明的管道和本发明的方法的进一步优选实施例在其它权利要求中 限定。


图1示出了本发明的管道的透视图2示出了图1所示的管道的内部构造的透视图3示出了本发明的管道的纵向截面视图。附图标记清单 1管道 2凸缘接头 3凸缘接头
4 外管
5弯曲部
6内管
7内管端部
8内管端部
9 接触表面
10接触表面
11支撑芯
12半壳
13半壳
14半壳
15半壳
16半壳
17半壳
18焊缝
19间隔
20切除部
21切除部
22间隔器(spacer)
23固定条
24间隔器件
具体实施例方式
除非特别注明，图中相同的结构元件由相同的参考数字表示。
图1示出用于飞机中的燃料系统的本发明管道1的实施例的透视图。
管道1特别地用于将设置在机翼内的飞机的主油箱与压载箱(trimming tank)及涡轮驱动的辅助动力单元相连接，该压载箱设置在水平稳定器内， 用于供给动力到机载电气系统和空调的该辅助动力单元设置在机尾的顶部。
管道1包括位于其两端的凸缘接头2和3。凸缘接头2和3用于将管 道1连接或者结合到另外的管道或者管道部(图中未显示)，从而形成更 长的管道。外管4优选地大体同轴地包围内管(图1中未显示)。根据本 发明，外管4是由纤维强化合成材料制作，特别是碳纤维强化环氧树脂的 预浸渍材料制作。可选地，还可以使用玻璃纤维，芳族聚酰胺纤维(aramid fiber),或者用于纤维强化的其它机械牢固的纤维。外管4包括弯曲部5， 由于利用由纤维强化的合成材料制作的外管4，该弯曲部可以相对容易地 制造。
管道1可以具有不同于图1中所示的形式的几何形状，实际上可以具 有任何的几何形状。
管道1可以认为是用于飞机内的燃料系统的较长的管道的部分，该部 分例如将机翼连接到压载箱和/或用于机载电气系统的涡轮驱动的辅助动 力单元。为此，多个管道通过凸缘接头连接为整体具有非常复杂的空间构 造的更长的管道。
图2是如图1所示(仅通过示例的方式)的管道的内部构造的透视图， 其包括只用作其制造的支撑芯(supportcore)。参考图2，下面将说明管道 的内部构造，以及用于制造该管道的方法。
凸缘接头2和3在内管6的内管端部7和8处焊接，内管在弯曲部5 弯曲。外管4仅在将凸缘接头2和3连接到内管6之后形成。内管6是由 金属材料制作，例如铝、钛或者不锈钢。内管6和外管4每个具有大体圆 形的横截面形状。为了确保到内管6具有良好的焊接性，凸缘接头2和3 优选是由与内管6相同的材料制作。
在可选的实施例中，特别是外管4可以具有不同的几何形状，例如是 椭圆形或者鹅卵形的横截面形状。为了进一步减小重量，内管6也可以由 合成材料制成，特别是纤维强化热硬化的合成材料。在这种情况下，内管 优选是由抗火或者耐熔的碳纤维强化环氧树脂材料制作。
外管4优选同轴地包围内管6，由此在内管6和外管4之间形成空腔 或间隙。管道1的这种双壁构造具有多种用途。例如，在内管6发生泄漏
的情况下，可以采用可控地方式将燃料通过间隙或者空腔分流到排出管， 由此乘客在机身仓的区域内不会受到燃料泄漏的威胁。另外，可以通过设 置在该间隙内的传感器检测到这种泄漏。
在间隙的区域内，凸缘接头2和3包括多个通道，从而实现了燃料的 无阻碍的流通。另外，凸缘接头2和3设置有用于密封垫(gasket)或者 密封件的支撑表面，其中，垫圈或者密封件还包括与通道相对应的切除部 (cut-outs)。为了获得外管4与凸缘接头2和3的机械牢固的连接，凸缘 接头2和3每个包括接触表面9或者10。接触表面9和10可以设置有底 层(primer)、粘结剂，至少部分地被粗糙化等等，从而实现与外管4的更 好的连接。
为了根据本发明的方法制造管道，首先，由铝、钛或者不锈钢等制造 的半完成管的足够长的管部被切割成合适的长度，从而形成内管6。内管 6优选是由钛制作。接着，内管6根据弯曲的结构要求设置有几何形状。 为了形成更长的内管6，也可以将多个短的管部焊接在一起。管部的焊接 优选是在可能需要的任何弯曲之后执行。此后，凸缘接头2和3在焊接室 内利用传统的方法在惰性气体的气氛中焊接到内管6的两个内管端部7和 8。可选地，凸缘接头2和3也可以通过挤压到、焊接到或者以任何其它 的方法固定到内管端部7和8。凸缘接头2和3另外包括用于连接到外管 4的接触表面9和10，外管是由纤维强化的合成材料制作。
在内管6的制造完成之后，垫圈(图2中未显示)设置在内管6上。 这里，优选地是，沿着内管6的纵向方向围绕内管6的周围放置多个互相 偏置一定间隔的间隔器(spacer)。隔离器确保在内管6和外管4之间保持 预定的间隔。
此后，支撑芯11被放置在内管6上。特别地用于连接外管4的接触表 面9和10的区域保持空出来。在图2中的实施例中，支撑芯ll是由总共 六个合成材料制成的半壳12到17构成，该合成材料可以容易地化学地和 /或者加热地溶解或者去除，例如StyrofoamTM等等。半壳12到17具有能 够将它们合适地放置在内管6的相对应部分上的外形。半壳12到17的壁 厚度与将设置在内管6和外管4之间的间隔相对应。为了将制造成本最小
化，支撑芯11优选是由有限数量的标准半壳12到17制造，由此半壳12 到17典型地不必单独地调整为内管6的各自的几何形状。
为了形成支撑芯ll，可以利用在低温时可以融化的合成材料、蜡状的 位置(例如蜡)，成型沙或者其它能够容易去除地材料。
接着，在支撑芯11上的外管4是通过包裹预制的纤维强化环氧树脂材 料制作，特别是预浸渍材料，该材料最终被固化。这里，用于连接到外管 4的接触表面9和IO也同时被包裹。可选择地，也可以围绕内管6包裹碳 纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等等的粗纱，将粗纱浸润可固化的合成 材料(特别是环氧树脂或者聚酯树脂)，然后将它们固化。取代粗纱包裹， 还可以利用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等等的面结构(areal structure),例如织品或者叠层。粗纱和面结构的结合也可以用于形成外管 4的纤维强化。
在外管4固化之后，去除由Styrafoam 的半壳12到17制成的支撑 芯11，例如通过能够溶解StyrofoamTM的化学溶剂冲洗。半壳12到17也 可以由不同的合成材料制成，该合成材料例如可以通过加热去除。可选地， 半壳12到17也可以由不容易化学地和/或加热地溶解或者去除的不同合成 材料制成。
在可选的方法中，支撑芯11可以由纤维强化环氧树脂的半壳12到17 制作。将预浸渍材料围绕以这种方式形成的支撑芯ll之后，支撑芯ll自 身然后形成位外管4的一部分，也就是，在预浸渍的材料固化之后，不去 除支撑芯ll。半壳12到17还可以由不同的合成材料制作，然而，由于以 这种方式形成的支撑芯11不能去除，因此优选地确保用于形成外管4的 合成材料具有良好的粘结性。
取代使用半壳12到17，也可以从其它的几何基础形状组装支撑芯11。 另外，支撑芯ll可以至少部分地具有不是圆形的形状，例如用于为外管4 提供方形或者矩形的外部形状。因此，内管6也可以具有不是圆形的横截 面形状，在这种情况下，支撑芯11的内表面必需相应地调整，从而确保 支撑芯11在其整个区域被内管6支撑。
图3示出了本发明的管道的端部的纵向横截面。
在内管的端部7的区域内，凸缘接头2通过圆周焊缝18连接到内管6 。 外管4基本同轴地包围内管6。外管4牢固地连接接触表面9。在外管4 和接触表面9之间的连接是通过在将预浸渍的材料围绕支撑芯(图3中未 显示)包裹的过程中粘结或者粘合来实现的。由于大体的同轴布置，在内 管6和外管4之间存在着间隔19，该间隔在损害或者意外事故的情况下实 现燃料可控的分流。另外，凸缘接头2包括多个切除部20和21，该切除 部允许燃料流向连接到凸缘接头2的另一个管道(图中未显示)。为了使 得间隔19在管道1的整个过程中大体恒定(如果可能的话)，设置至少一 个间隔器22。间隔器22是由固定带23构成，在该固定带的一端放置间隔 器件24。与电缆扎匝相似，固定带23可以以可扣合的方式引入到间隔器 件24中，从而垫圈22可以通用地连接到不同直径和/或横截面的不同内管 22上。为此，固定带23具有比内管的圆周稍微长的长度。
权利要求
1.一种管道(1)，特别是用于飞机的燃料系统的管道(1)，包括内管(6)和围绕该内管(6)的外管(4)，其特征在于，所述内管(6)是由金属材料和/或至少部分地由合成材料制作，并且，在所述管道(1)的至少弯曲部(5)内，外管(4)是由合成材料制作。
2. 如权利要求1所述的管道(1)，其特征在于，至少一个间隔器(22) 设置在所述内管(6)和所述外管(4)之间。
3. 如权利要求1或2所述的管道O)，其特征在于，所述内管(6) 和所述外管(4)具有大体环形的横截面形状。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的管道(1)，其特征在于，所述 外管(4)大体同轴地设置到所述内管(6)。
5. 如权利要求1至4中的任一项所述的管道(1)，其特征在于，所述 内管(6)是由铝、不锈钢或者钛制作。
6. 如权利要求1至5中的任一项所述的管道(O，其特征在于，构成 所述外管(4)的所述合成材料是纤维强化热固化合成材料，特别是碳纤 维强化环氧树脂。
7. 如权利要求1至6中的任一项所述的管道(1)，其特征在于，所述 内管(6)至少部分地是由纤维强化热固化合成材料，特别是难熔的碳纤 维强化环氧树脂。
8. —种用于制造如权利要求1至7中的任一项所述的管道(1)的方 法，该管道包括内管(6)和围绕该内管(6)的外管(4)，所述方法包括 下面的步骤 将凸缘接头(2,3)连接到所述内管(6)的两内管端部(7,8)，以及在 所述内管(6)上连接至少一个间隔器(22);将支撑芯(11)设置在所述内管(6)上；以及 将合成材料设置在所述支撑芯(11)上，从而形成所述外管(4)。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述内管(6)是由金属 材料制成，特别是不锈钢、钛或者铝制成，和/或至少部分地由合成材料制作。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述凸缘接头(2,3) 被牢固地连接到所述内管(6)，特别是焊接或者挤压在所述内管(6)上。
11. 如权利要求8至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述外 管(4)是由纤维强化热固化树脂材料形成，特别是碳纤维强化环氧树脂。
12. 如权利要求8至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述内 管(6)是由纤维强化热固化合成材料制成，特别是由难熔的碳纤维强化 环氧树脂制成。
13. 如权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述支 撑芯(11)是由半壳(12-17)构成，其中，所述半壳(12-17)是由合成 材料制成，特别是由能够化学地和/或加热地容易溶解的合成材料制成。
14. 如权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述支 撑芯(11)是由半壳(12-17)构成，其中，所述半壳(12-17)是由纤维 强化热固化合成材料构成，特别是碳纤维强化环氧树脂。
全文摘要
本发明涉及一种管道(1)，特别是用于飞机的燃料系统的管道(1)，包括内管(6)和围绕该内管(6)的外管(4)。根据本发明，所述内管(6)是由金属材料和/或至少部分地由合成材料制作，并且，在管道(1)的至少弯曲部(5)内，外管(4)是由合成材料制作。由于外管(4)是由合成材料构成的事实，因此与传统的整体由金属材料制作的并且由于制造的原因在更长的弯曲管道部分需要大量的凸缘接头(2)和(3)的同轴管道相比，可以显著地减轻重量。本发明还涉及一种制造该种管道(1)的方法，特别是用于飞机中的燃料系统的管道。
文档编号F16L9/18GK101198819SQ200680021461
公开日2008年6月11日 申请日期2006年6月22日 优先权日2005年6月22日
发明者拉尔夫·贝克斯, 约阿希姆·德哈德 申请人:空中客车德国有限公司