用于导电涂覆紧固系统的装置和方法与流程
本公开涉及用于全尺寸确定性装配(fsda)(fullsizedeterminantassembly)的导电涂覆紧固系统。
背景技术：
许多飞机结构是由轻质复合材料构造的，诸如碳纤维增强塑料(cfrp)，这是因为它们比常规金属合金更坚固且更轻。这些轻质材料所提供的重量节约降低了燃料消耗和操作成本。另外，复合材料比常规金属合金更耐腐蚀和抗疲劳。cfrp包括基质材料(通常是树脂)和纤维材料(诸如碳纤维)。cfrp结构元件可紧固到其他cfrp、金属、或金属合金结构元件。结构元件通过插入穿过结构性元件形成的孔的金属紧固件来固定在一起。紧固件通常包括螺栓或销以及诸如螺母或套环的配合部分。
常规的装配和紧固方法既昂贵又耗时。具体地，常规结构装配过程是耗时的，这是因为它们要求将组件中的部件堆叠并对准两次—一次对准是用于钻孔，并且然后再次对准以安装紧固件。这是因为在对准的部件堆叠物中匹配钻孔之后，必须拆开部件以使得在进行接合密封之前可对它们进行清洁和清理毛刺。然后将部件第二次放回在一起以使得紧固件可插入并用垫圈、螺母和/或套环进行固定。另外，这些装配方法可能需要昂贵且费时的工具和对准设备，这增加了生产过程的时间和成本。
因此，可能期望利用更有效的装配过程，如全尺寸确定性装配(fsda)以减小生产时间和费用。在fsda中，在将部件堆叠在一起之前，单独钻出每个部件中的孔。然而，可能难以通过复合部件利用fsda，同时仍提供足够的电磁效应(eme)保护以防雷击。具体地，在雷击期间，紧固件通过结构接头提供用于实现电流移动的路径。因为cfrp很脆，所以穿过cfrp钻孔致使cfrp在孔的边缘处局部破裂。这些不均匀的孔侧壁在cfrp中的一些碳纤维和紧固件之间产生间隙，从而对cfrp和紧固件之间的电流路径形成限制。fsda可能进一步限制这些电流路径，因为它可能致使堆叠部件中的孔不对准。这些未对准孔可能进一步限制cfrp和紧固件柄部之间的接触。
因此，期望提供一种适用于复合结构的紧固系统，其克服eme问题并提供安装和生产效率。
技术实现要素：
公开了用于导电涂覆紧固系统的装置和方法。例如，装置包括紧固系统和结构组件。结构组件包括由导电纤维增强塑料制成的第一结构元件和第二结构元件。导电纤维增强塑料中的导电纤维包括诸如碳、金属或金属合金的导电材料。第一结构元件包括第一孔并且第二结构元件包括第二孔。在装配结构组件之前，第一孔和第二孔是单独预形成的，并且第一孔和第二孔的至少一部分不对准。结构组件还包括导电间隙填充物，该导电间隙填充物施加到第一结构元件的第一孔的第一结构元件侧壁。紧固系统包括紧固件，该紧固件包括头部和从头部延伸的柄部。柄部被配置为插入第一孔和第二孔中。在一些示例中，紧固件包括导电涂层。
作为另一示例，一种用于装配和紧固包括导电纤维增强塑料的第一结构元件和第二结构元件的方法包括：使用全尺寸确定性装配(fsda)来装配第一结构元件和第二结构元件；以及通过将紧固件插入第一结构元件和第二结构元件的重叠孔中来紧固第一结构元件和第二结构元件，其中在装配第一结构元件和第二结构元件之前预形成重叠孔中的至少一个并且用导电间隙填充物涂覆重叠孔中的至少一个。在一些示例中，装配还包括预形成重叠孔和预涂覆第一结构元件的重叠孔中的第一结构元件孔。在一些示例中，方法另外地或可替代地包括用导电涂层涂覆紧固件。
附图说明
图1是根据本公开的导电紧固系统的截面示意图，该导电紧固系统紧固包括两个飞机部件的结构组件，这两个飞机部件使用全尺寸确定性装配(fsda)来装配。
图2是在通过紧固系统紧固之前的图1的结构组件的截面示意图。
图3a是在第一状况中的图1的结构组件的重叠孔的顶部示意图。
图3b是在第二状况中的图1的结构组件的重叠孔的顶部示意图。
图3c是在第三状况中的图1的结构组件的重叠孔的顶部示意图。
图4是图1的紧固系统的第一示例性紧固件的截面图。
图5是图1的紧固系统的第二示例性紧固件的截面图。
图6是图1的紧固系统的第三示例性紧固件的截面图。
图7是示意性表示用于使用fsda来装配至少两个飞机结构部件以及通过紧固系统对装配的结构组件进行紧固的方法的流程图。
图8是飞机生产和服务方法的流程图。
图9是飞机的框图。
具体实施方式
本发明公开了用于全尺寸确定性装配(fsda)的导电涂覆紧固系统的装置和方法。通常，在图中，以实线示出了可能包含在给定示例中的元件，而以虚线示出了对于给定示例而言任选的元件。然而，以实线示出的元件对于本公开的所有示例不是必不可少的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可从特定示例中省略以实线示出的元件。
如图1中示意性示出的，飞机部件(例如，第一结构元件16和第二结构元件18)可使用fsda装配成结构组件12(例如，燃料箱接头、主体侧接头、机翼接头、机身接头、主要配件等)，并且然后使用紧固系统10相互固定。如以下将更详细讨论的，fsda包括：分别预形成(例如预钻出)不同结构元件的孔(例如，在远程地理位置、不同时间、相同地理区域内的不同位置等)，并且然后一旦形成孔，将结构元件放在一起并对其进行装配(例如，对准、堆叠和紧固)以形成结构组件。因为至少两个结构元件的孔是分别钻出的，所以在装配结构元件时，孔可能无法完全对准，如图2所示。另外，在导电纤维增强塑料结构元件中钻孔会使结构元件的边缘呈锯齿状且不均匀。因此，将导电间隙填充物(cgf)24施加到导电纤维增强塑料结构元件的孔和/或将导电涂层32施加到紧固件。用导电层涂覆紧固件和/或孔增加了紧固件与结构元件孔的侧壁之间的表面区域接触，由此为电荷流动提供更大的电流路径。另外，当结构部件由导电纤维增强塑料制成时，如本文所述，用cgf24涂覆孔填充了孔的粗糙表面并电连接导电纤维的暴露端部。以这种方式分散电流最大程度地降低部件温度峰值，并且从而减小这些部件将充当点火源的可能性。通过提供这种点火保护和电磁效应(eme)保护，即使对于像燃料箱部件这样对温度敏感的部件，也可使用节省成本的fsda。fsda继而显著地减小生产/制造这些结构组件的时间和费用。因此，fsda与导电涂覆孔相结合可在不牺牲安全性的情况下降低生产成本和时间。
如图1所示，装置8包括结构组件12和紧固系统10。结构组件12包括至少两个结构元件(例如，第一结构元件16和第二结构元件18)，并且至少两个结构元件经由紧固系统10彼此紧固。结构组件12可以是配件和/或接头，诸如以下中的一种或多种：燃料箱接头、机翼接头，机身接头，主体侧接头和主要配件。在图1的示例中，至少两个结构元件包括两个结构元件，即第一结构元件16和第二结构元件18。然而，在其他示例中，结构组件12包括两个以上的结构元件，诸如三个、四个、五个、六个、七个或八个或更多个结构部件，其通过紧固系统10紧固在一起。因此，在一些此类示例中，使用fsda来对两个以上的部件进行预形成、堆叠和装配，并且然后使用导电涂覆紧固件和/或导电填充孔将其相互紧固。
第一结构元件16包括飞机部分(例如，燃料箱、机翼、机身等)的部件，包括以下中的一者或多者：燃料箱部件、机翼部件(例如，机翼翼梁、外机翼蒙皮、机翼面板、前耳轴、阻力杆、发动机支撑配件、后翼配件等)和机身部件。第一结构元件16和第二结构元件18中的至少一者由导电纤维增强塑料制成。在一个此类示例中，第一结构元件16由导电纤维增强塑料制成。在另一个此类示例中，第二结构元件18由导电纤维增强塑料制成。在又一个此类示例中，第一结构元件16和第二结构元件18均由导电纤维增强塑料制成。
在一些示例中，导电纤维增强塑料仅由碳纤维增强塑料(cfrp)构造。在一些此类示例中，cfrp包括cfrp层，其包括基质材料和延伸通过基质材料的多个碳纤维。在进一步的此类实例中，基质材料包括一种或多种热塑性树脂(诸如聚丙烯、聚乙烯和尼龙)或热固性树脂(诸如环氧树脂)。在其他示例中，导电纤维增强塑料包括除碳纤维以外的不同类型的导电纤维，诸如一种或多种金属纤维。在又一些示例中，包括导电纤维增强塑料的结构元件由cfrp和一种或多种附加金属材料(包括铝和钛中的一者或多者)构造。
第二结构元件18的至少一部分邻近第一结构元件16定位，使得第一结构元件16和第二结构元件18的至少一部分彼此直接物理触摸/接触。由于其接近性，在一些示例中，第一结构元件16和第二结构元件18包括相同飞机部分的部件(例如，两个结构元件都可以是燃料箱的部件)。然而，在其他示例中，第一结构元件16和第二结构元件18包括不同但相邻的飞机部分(例如，机翼和燃料箱、机翼和发动机、机翼和机身等)的部件，并且在一些此类示例中，第一结构元件16和第二结构元件18彼此紧固以联接不同的飞机部分。第一结构元件16和第二结构元件18一起形成结构组件12。
在一些示例中，第二结构元件18由与第一结构元件16相同的材料构造。作为一个此类示例，第一结构元件16和第二结构元件18均由cfrp构造。在其他示例中，第二结构元件18由与第一结构元件16不同的材料构造。作为一个此类示例，结构元件中的一者(第一结构元件16或第二结构元件18)由导电纤维增强塑料构造，并且另一者由金属合金构造。作为另一个示例，结构元件都由导电纤维增强塑料构造，但包括不同类型的导电纤维增强塑料。作为又一个示例，两个结构元件由相同和/或不同的导电纤维增强塑料构造，但结构元件中的一者另外包括其他导电纤维。
根据fsda，在将结构元件装配成结构组件12之前，在第一结构元件16和第二结构元件18中预形成孔(例如，预钻孔、预模制、预扩孔或以其他方式预形成)。具体地，将第一结构元件孔48钻孔、模制、扩孔或以其他方式形成到第一结构元件16中，并且将第二结构元件孔50钻孔、模制、扩孔或以其他方式形成到第二结构元件18中，尽管在图1-3c中仅显示了第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中的每一者的一个孔，但在其他示例中，第一结构元件16和第二结构元件18包括多个第一结构元件孔48和第二结构元件孔50。在一些此类示例中，包括在第一结构元件16和第二结构元件18中的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的数量取决于结构组件12的尺寸和形状以及特定应用的紧固的期望水平。
钻出和/或形成第一结构元件孔48和第二结构元件孔50可能使孔所位于的结构元件的边缘(即孔的侧壁)不平坦、起伏、粗糙、不规则、锯齿状等，特别是当第一结构元件16和第二结构元件18包括导电纤维增强塑料时。在图1-2的示例中，第一结构元件16包括第一结构元件侧壁22，该第一结构元件侧壁是不规则的和/或不光滑的(例如，锯齿状、起伏、粗糙等)并且在其不平坦表面上包含多个缝隙。在第二结构元件18包括导电纤维增强塑料的示例中，第二结构元件18还包括类似地不规则和/或不光滑的第二结构元件侧壁41。然而，应当理解，在其他示例中，诸如在第一结构元件16或第二结构元件18中的一者包括金属合金而不是纤维增强塑料的情况下，非塑料结构元件的侧壁较少地不规则，而是比图1所描绘的光滑得多。
为了填充在包括导电纤维增强塑料的结构元件的孔侧壁上由这些起伏表面产生的缝隙以及形成更导电的更光滑表面，将cgf24施加到包括导电纤维增强塑料的第一结构元件16和第二结构元件18的结构元件侧壁。第一结构元件16和第二结构元件18中的至少一者包括导电纤维增强塑料。在一些示例中，第一结构元件16或第二结构元件18中的仅一者包括导电纤维增强塑料。在此类示例中，在第一结构元件16或第二结构元件18中的一者仅包括金属或金属合金的情况下，不将cgf24施加到非塑料结构元件的结构元件侧壁。在此类示例中，仅将cgf24施加到包括导电纤维增强塑料的结构元件。然而，在其他示例中，第一结构元件16和第二结构元件18均包括导电纤维增强塑料，并且第一结构元件16和第二结构元件18的孔侧壁都涂覆有cgf24。通过进行研磨、注入和喷涂中的一者或多者将cgf24施加到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者上。
在一个示例中，在室温下抵靠第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者摩擦或机械研磨cgf24。在一种此类研磨方法中，使用装置完成研磨，该装置包括：支撑结构；由支撑结构支撑的轴承；由轴承可旋转地支撑的主轴；机械联接到主轴以用于驱动主轴的旋转的电动机；联接到主轴的卡盘；以及孔涂覆施加器，其包括由非低熔点合金(lma)的材料制成并且由卡盘夹紧的轴，以及由该轴支撑并且相对于该轴可径向移动的lma垫。在一些此类涂覆装置中，孔涂覆施加器还包括挠曲元件，该挠曲元件被配置为由于挠曲铰链的挠曲而相对于轴弯曲，并且lma垫附接到挠曲元件。在其他此类研磨装置中，孔涂覆施加器还包括：凸轮表面；凸轮块，其承载lma垫并且具有与凸轮表面接触的倾斜表面；以及弹簧，其在凸轮块上施加轴向弹簧力，其中当轴向弹簧力施加在凸轮块上时，凸轮表面使凸轮块偏转以径向向外移动。用于将cgf24研磨到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者上的其他方法和装置在标题为“method,apparatusandapplicatorforapplyingacoatingonasurfaceofalamination(用于在层压件的表面上施加涂层的方法、装置以及施加器)”的共同拥有的美国专利申请号15/923,630中进行了描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在另一个示例中，通过将cgf24加热到熔融状态并将熔融的cgf24施加到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者，另选地将cgf24施加到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者。在一些此类示例中，使用本领域已知的任何合适的方法将熔融的cgf24注入第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者中。作为一个此类示例，将cgf24加热至与cgf24的最低熔点相对应的温度(即“共晶熔体温度”)以使cgf24成为熔融状态。然后将具有内部通道系统的喷嘴插入第一结构元件孔48和/或第二结构元件孔50中。狭窄间隙将第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41与喷嘴分开。然后从第一结构元件孔48和/或第二结构元件孔50抽出喷嘴。在抽出喷嘴时，熔融的cgf24被迫进入并通过内部通道系统并从喷嘴的圆形圆周孔口中流出，并且注入到间隙分离喷嘴中以便用熔融的cgf24涂覆第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41。当熔融的cgf24固化时，所得的涂覆有cgf的孔将具有由喷嘴的外径限定的直径。然而，施加到孔的侧壁上的lma的厚度将减小孔的直径，优选减小不超过约0.0005英寸。用于将熔融的lma注入到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41的其他方法和装置在标题为“apparatusandmethodsforinjectingfillermaterialintoaholeinacompositelayer(用于将填充材料注入到复合物层的孔中的装置和方法)”的共同拥有的美国专利申请号15/786,665中进行了描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在又一个示例中，通过将cgf24喷涂到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者上，将cgf24施加到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者。在一些此类示例中，cgf24是纯金属，优选是镍或锌。合适的喷涂方法包括但不限于冷喷涂(也称为超音速颗粒沉积或气体动态冷喷涂)和热喷涂(例如，等离子喷涂)。在使用冷喷涂的实施方式中，以细粉形式的镍被运载气体加速到非常高的速度，并且被迫通过喷嘴到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41上。在撞击时，镍颗粒塑性变形并机械粘结至第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41以形成涂层。cgf24的厚度取决于各种因素，诸如所使用的金属类型和喷涂方法。一般来讲，然而，施加到孔的侧壁上的cgf24的厚度将使孔的直径减少不超过约0.0005英寸。
为了确保将足够量的cgf24施加到第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者，在一些示例中，采用实时监测系统来验证接触电阻在可接受的范围内。作为一个此类示例，监测系统利用电容联接来测量cgf24的有效电阻和串联的结构组件12中的cfrp层中的碳纤维的随机并联电阻。反馈回路用于控制cgf施加过程并基于监测系统的响应确认其完成到令人满意的电阻水平。通过在孔中施加cgf24以形成涂层，同时测量串联的碳纤维和cgf24的有效电阻，并且然后在实现指定的有效电阻时停止施加cgf24，在最终的结构组件12中，可在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50与插入的紧固件的界面处至少实现最小的可接受电导率。在一些此类示例中，cgf24的电阻水平在阈值电阻水平内，该阈值电阻水平取决于诸如结构组件12的厚度以及所插入的紧固件的尺寸和几何形状的因素。用于验证接触电阻在可接受范围内的其他方法和装置在上述共同拥有的美国专利申请号15/923,630以及标题为“systemsandmethodsformeasuringtheelectricalcontactresistanceataninterface(用于测量界面处的电接触电阻的系统和方法)”的共同拥有的美国专利申请号15/923,436中进行了描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在图1的示例中，第一结构元件16和第二结构元件18都包括导电纤维增强塑料，并因此都涂覆有cgf24。然而，如上所述，在其他示例中，第一结构元件16或第二结构元件18中的仅一者包括导电纤维增强塑料并涂覆有cgf24。cgf24基本上填充由第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41中的一者或多者的锯齿状边缘形成的缝隙(由此覆盖第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41)，并且在第一结构元件16的第一结构元件孔48上形成第一结构元件孔侧壁35，并且在第二结构元件18的第二结构元件孔50上形成第二结构元件孔侧壁37，由此在第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41上分别提供了更光滑、更平整和更导电的表面。因此，对于cgf24，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50由形成基本上平坦的光滑表面的cgf24限定。因此，在用cgf24涂覆之后，第一结构元件16包括第一结构元件孔侧壁35(其覆盖第一结构元件侧壁22并且限定第一结构元件孔48)，并且第二结构元件18包括第二结构元件孔侧壁37(其覆盖第二结构元件侧壁41并限定第二结构孔50)。这样，cgf24形成第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37，并且第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37继而分别限定第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50。也就是说，在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50内，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37分别是涂覆有cgf的第一结构元件16和第二结构元件18的外表面。对于cgf24，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37是平坦且光滑的。
cgf24由lma构造，由与期望应用(例如飞机燃料箱环境)的所有跨功能要求兼容的元件组成。如本文所用，术语“lma”被定义为具有在大于约140华氏度(℉)(60摄氏度(℃))且小于约400℉(204℃)的范围内的熔化温度的合金。在一些此类示例中，lma的熔化温度在约140℉(77℃)和约400℉(204℃)之间的范围内。当碳纤维是对应的第一结构元件16或第二结构元件18的导电纤维时，lma由电导率等于或大于碳纤维的电导率的导电材料构造。在一个此类示例中，lma由以下中的两种或更多种元件构造：铋、铟、锡、镍和锌(例如，
在已经形成(例如，钻出)第一结构元件孔48和第二结构元件孔50，并且已经用cgf24涂覆第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41之后，根据fsda规程(下面参考图7更详细地说明)来对准和装配第一结构元件16和第二结构元件18。图2示出了在第一结构元件16和第二结构元件18被对准并装配之后，但在它们已经通过紧固系统10紧固之前的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的示意图。如上所讨论，并且如图1和图2的示例所示，因为分别钻出第一结构元件孔48和第二结构元件孔50，所以在fsda中，当装配第一结构元件16和第二结构元件18以形成结构组件12时，它们并不总是彼此对准。因此，如图1和图2的示例性未对准状况所示，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50未对准。具体地，第一结构元件孔48的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔50的第二结构元件孔侧壁37彼此不对准。相反，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37未对准，并且因此如图1和图2的截面图所示，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37彼此偏移。图3a-3c示出了附加的状况，其中第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37的至少一部分未对准。然而，在其他示例中，孔确实对准。例如，当第一结构元件16和第二结构元件18包括多个孔时，一些孔对准并且其他不对准。
在一些示例中，诸如图1和图2所示的示例，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50是圆形的或大致圆形的，并且包括基本上相同的尺寸(即，相同的直径和深度)。然而，在其他示例中，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50包括不同的大小和/或尺寸。作为一个此类示例，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50包括不同的直径。作为另一个此类示例，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50包括不同的深度。作为又一个此类示例，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50包括不同的直径和不同的深度。在另外的示例中，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50另外地或另选地包括不同的形状(例如，椭圆形与圆形、矩形与圆形、三角形、圆形等)、轮廓(例如，渐缩的与直的)、横截面等。
如图1和图2的示例所示，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37基本是直的并且没有锥度。然而，在其他示例中，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37包括不同的形状，诸如是渐缩的。在一个此类示例中，第一结构元件孔48的第一结构元件孔侧壁35(具体是第一结构元件孔48的顶部)在向外方向上渐缩以允许紧固件30沉入到第一结构元件16的顶部中。
返回图1，其示出了紧固系统10的示意性表示，以及一旦已经根据fsda将第一结构元件16和第二结构元件18装配在一起，它如何紧固结构组件12以将第一结构元件16和第二结构元件18固定在一起。紧固系统10包括紧固件30，其在一些示例中包括导电涂层32，并且紧固件30包括紧固件头部38和柄部40。
紧固件30由金属材料构造，该金属材料包括但不限于钛、不锈钢、铝及其合金的组合中的一者或多者。紧固件30的尺寸取决于堆叠在结构组件12中的结构元件的数量、结构元件的厚度、紧固件的类型以及结构元件的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的直径。在一些示例中(例如，图4所示的示例)，紧固件包括无套筒紧固件(即，实心柄部紧固件)。在其他示例中(例如，图5和图6所示的示例)，紧固件30包括带套筒紧固件，其包括实心柄部和套筒。
在一些示例中，导电涂层32被施加到紧固件30的外表面33并且包括导电材料。具体地，当紧固件30包括无套筒(即，实心柄部)紧固件时，导电涂层32被施加到紧固件。在此类示例中，当紧固件30处于与第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中的一者或多者的间隙配合时，施加导电涂层32以确保紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18之间的足够的电流流动。在一些示例中，当紧固件是单侧紧固件时，也施加导电涂层32。然而，在其他示例中，诸如当紧固件为带套筒紧固件时，不会将导电涂层32施加到紧固件30。
用于通过导电涂层涂覆紧固件30的方法和装置在标题为“methodforplatingametallicmaterialontoatitaniumsubstrate(将金属材料镀覆到钛基板上的方法)”的共同拥有的美国专利申请号16/693,613以及标题为“conductivefasteningsystemandmethodforimprovedemeperformance(用于改进eme性能的导电紧固系统和方法)”的美国专利申请号16/242,115中进行了描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在一些示例中，将导电涂层32施加到紧固件30的整个外表面33，使得整个紧固件30被覆盖在导电涂层32中(即，紧固件30由导电涂层32封装)。然而，在其他示例中，仅将导电涂层32施加到外表面33的一部分。作为一个此类示例，如图1所示，仅将导电涂层32施加到柄部40。在进一步的此类示例中，仅将导电涂层32施加到柄部40的一部分。
在一些示例中，以均匀的厚度施加导电涂层32。导电涂层32的厚度在0.0001英寸(0.003mm)至0.0006英寸(0.02mm)的范围内，并且基于许多因素来确定，诸如涂层组成、结构组件12的尺寸和几何形状以及结构组件12的期望应用。通过以类似于镀镉(cadmiumplating)的方式提供牺牲层，导电涂层32增强电导率，提供润滑性并帮助减轻腐蚀。
导电涂层32的熔化温度大于在使用(例如飞机的操作)期间以及在最终固化过程期间预期由结构组件12中的cfrp经历的最高温度。因此，在使用期间或在cfrp的最终固化过程期间，导电涂层32不会熔化或软化。导电涂层32由锡、锌、铟、铋或其组合和合金中的一者或多者制成。一个示例是导电涂层32由100％的铟组成或基本上由铟组成。另一个示例是由约65％的锡和约32-33％的锌(其余部分包括铋)组成的锡-锌-铋合金。铋与钛和cfrp均不发生反应，这有助于延长紧固件30的使用寿命。另外，铋的熔化温度大于180℉，并且在使用期间(例如，飞机的操作)，或者在cfrp的最终固化过程期间，铋在结构组件12的典型使用期间将不会熔化或软化。在锡基涂层中，铋还有助于防止或延缓锡瘟，即锡低温转变为脆性相。在一些示例中，将有助于包含cfrp的结构组件12中的润滑的固体添加物(诸如ptfe或氮化硼)添加到导电涂层32中。锡-锌-铋合金是软质的，从而提供低剪切强度以利于将紧固件30的柄部40插入第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中。锡-锌-铋合金还具有高导电性，并且分别在紧固件30与第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37之间提供紧密电接触。在其他示例中，导电涂层32另选地由锡-铋合金(不含任何锌)或基于铟的合金(诸如锡-铟或锌-铟)组成，它们是柔软的且与铝在电流上相容。
使用真空沉积、电镀和热喷涂处理中的一者或多者将导电涂层32施加到紧固件30。在一个实施方式中，将导电涂层32作为液体喷涂到紧固件30上。在另一个示例中，通过将紧固件30浸入导电涂层32的液体体积中来施加导电涂层32。在一些此类示例中，导电涂层32的多次施加被应用到紧固件30以使导电涂层32达到期望的厚度。例如，将紧固件30重复地浸入导电涂层32的液体体积中以形成具有期望厚度的涂层，该厚度沿柄部40的长度基本上均匀。尽管在本文中将用于施加导电涂层32的替代方法描述为施加到单个紧固件30，但在其他示例中，将导电涂层32施加到数十或数百个紧固件30。
在一些示例中，导电涂层32还接收对紧固件30的全部或仅一部分(例如仅施加到紧固件30的紧固件头部38)进行的转化处理(例如，磷酸盐转化或铬酸盐转化)以促进涂料的粘附。可替代地，代替转化处理，在涂漆之前对紧固件30的全部或仅一部分进行溶胶处理。术语“溶胶”(溶解-凝胶化的缩写)是指一系列反应，其中可溶性金属物质(通常是金属醇盐或金属盐)水解以形成金属氢氧化物。另外，由润滑剂(诸如鲸蜡醇)组成的润滑涂层也可以施加在导电涂层上，达到小于约0.0002英寸并且优选小于约0.0001英寸的厚度。
在其中紧固件30包括单侧紧固件的示例中，在一些示例中，将导电涂层32以上面相对于无套筒紧固件所述的相同方式施加到芯螺栓、套筒或两者。在一些此类示例中，导电涂层32被施加到套筒的内表面和/或外表面，并且覆盖整个套筒或仅覆盖套筒的一部分。
在一些示例中，在将导电涂层32施加到紧固件30上之前，在紧固件30上沉积粘附层(未示出)以增加导电涂层32对紧固件30的粘附。作为一个此类示例，采用镍触击(nickelstrike)作为粘附层。在其他此类示例中，使用铜或铁触击。通过真空沉积过程、电沉积中的一者或多者或通过本领域已知的适用于施加粘附层的任何其他过程来施加粘附层。
因为将导电涂层32施加在紧固件30的外表面33上，所以它覆盖了紧固件30的其上施加有导电涂层的部分。
紧固件30插入第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中以固定第一结构元件16和第二结构元件18。具体地，柄部40延伸到第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中，并且在一些示例中一直延伸通过它们。如图1所示，柄部40首先插入通过第一结构元件16的第一结构元件孔48，使得紧固件30的紧固件头部38从第一结构元件16突出。具体地，在图1的示例中，柄部40包括直的圆柱形状，并且紧固件头部38包括直径大于柄部40和第一结构元件孔48的圆柱形状，使得紧固件头部38在第一结构元件16的外表面上保持在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的外部。然而，在其他示例中，柄部40和/或紧固件头部38包括其他形状和/或尺寸。
仅作为一个替代示例，柄部40的紧邻配合部分42的部分形成渐缩引入区段，该区段以线性锥度朝向配合部分42逐渐渐缩，其中锥度角等于或小于20度。在另一个示例中，紧固件30的紧固件头部38是渐缩的并且也延伸到第一结构元件孔48中(即，紧固件头部38沉入第一结构元件16中)。在其中紧固件头部38沉入的一些此类示例中，紧固件头部38一直延伸到第一结构元件孔48中，以使其不从第一结构元件16的表面突出。沉入的头部可用于飞机蒙皮以使得紧固件不会从飞机的外表面突出。
作为另一个示例，柄部40不是直的，而是弯曲的、成角度的、弯折的、螺旋的等中的一者或多者。
在一些示例中，在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37不对准的情况下，紧固件30与第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中的一者或多者形成间隙配合。也就是说，尽管紧固件30确实与第一结构元件16和第二结构元件18的至少一部分物理接触，但在一些示例中，紧固件30不与第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37的所有表面接触，并且因此在紧固件30与第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37之间形成一个或多个空隙或间隙。在一些此类示例中，诸如在图1中所示的示例中，在紧固件外表面33与第一结构元件孔48的第一结构元件孔侧壁35之间形成第一间隙62。附加地或替代地，在紧固件外表面33与第二结构元件孔50的第二结构元件孔侧壁37之间形成第二间隙64。应当理解，出于说明目的，在图1中夸大了第一间隙62和第二间隙64，使得可更容易地看到它们。然而，在其他示例中，第一间隙62和第二间隙64可显著更小。
在第一间隙62和第二间隙64中，紧固件30(并且特别是紧固件30的外表面33)未分别直接接触或物理接触第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37。因此，在一些此类示例中，在第一间隙62和第二间隙64中仅存在空气。图3a-3c示出了其他示例性间隙配合状况。
然而，在图1的示例中，紧固件30的部分确实直接物理接触第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37。具体地，在图1中，如图1所示，紧固件30的左侧直接物理接触第一结构元件孔侧壁35，并且紧固件30的右侧直接接触第二结构元件孔侧壁。因此，紧固件30和结构元件(第一结构元件16和第二结构元件18)之间的这种物理接触产生了用于之间的电流的电流路径。在图1中示出了示例性电流路径70，以示出电流如何在紧固件30和两个示例性结构元件(第一结构元件16和第二结构元件18)之间流动。具体地，电流可在cgf24物理接触柄部40的区域中经由cgf24在结构元件(第一结构元件16和第二结构元件18)中的导电纤维与紧固件30之间流动。
在一些示例中，紧固件30的尺寸被设定成小于第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的尺寸。然而，在其他示例中，紧固件30的尺寸被设定成等于或大于第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中的一者的尺寸。在此类示例中，仅存在第一间隙62或第二间隙64中的一者。在又一些示例中，柄部40的尺寸被设定成与第一结构元件孔48和第二结构元件孔50两者的尺寸一样大(具有相同直径)，或大于这两者的尺寸(具有更大直径)，但是仍然至少部分配合到两个孔中，因为紧固件上的导电涂层32和/或第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41的cgf24足够柔软以变形并允许过大的柄部40进入。
然而，即使在紧固件30与第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37之间分别存在间隙62和/或64的此类示例中，导电涂层32和cgf24一起作用以在紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37确实接触的区域中提供紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18之间的更连续的电连接。具体地，由于其较高电导率，并且由于它们提供了增加紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37之间的表面区域接触的更光滑、更平坦的表面，因此导电涂层32和cgf24增加紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18之间的电导率。
以此方式，导电涂层32和cgf24提供足够的eme保护以使得能够在不牺牲安全性的情况下使用更便宜、更省时的fsda。另外，导电涂层32防止在紧固件30的插入期间的磨损。导电涂层32还通过提供光滑表面以减小将紧固件30插入第一结构元件孔48和第二结构元件孔50所需的力来有助于润滑，由此提供制造效率并减少在紧固件30的插入期间损坏结构组件12的可能性，同时不妨碍或降低eme性能。
在一些示例中，柄部40的限定紧固件30的第一端部52的端部一直延伸通过第一结构元件孔48和第二结构元件孔50，并在结构组件12的另一侧上突出超过第二结构元件18(如图1所示)。在一些此类示例中，紧固系统10包括在结构组件12的与紧固件30的紧固件头部38相对的侧面上的紧固件配合元件46。紧固件配合元件46与柄部40的从第二结构元件18突出的部分配合，并固定(即压缩)第一结构元件16和第二结构元件18。
紧固件30包括螺栓、销和铆钉中的一者或多者。对应地，紧固件配合元件46包括与所使用的特定类型的紧固件30配合的内螺纹螺母或套环和型锻套环中的一者或多者。作为一个示例，诸如如图1所示，紧固件30包括螺栓，其中柄部40的至少一部分包括从第一端部52朝向紧固件30的紧固件头部38延伸的螺纹配合部分42。在一些此类示例中，紧固件配合元件46包括具有内螺纹(未示出)的螺母，其中螺母的内螺纹与柄部40的螺纹配合部分42的螺纹44配合。因此，螺母被拧到柄部40的端部。在一些此类示例中，在紧固件配合元件46和第二结构元件18之间还包括垫圈47，以分配由紧固件配合元件46施加的压缩力。然而，在其他示例中，紧固件配合元件46包括无螺纹的套环，该套环被型锻到紧固件30的配合部分42上。
在其他示例中，紧固件30包括单面紧固件或单侧紧固件，其不需要紧固件配合元件46。顾名思义，单侧紧固件仅从结构组件12的一侧安装和固定，并且无需在结构组件12的另一侧上进行任何操作。这样，在紧固件30包括单侧紧固件的示例中，紧固系统10不包括紧固件配合元件46。单侧紧固件特别适用于难以或无法接近结构组件12的一侧的应用。
在安装期间，在一些示例中，使用手动铆钉枪或自动系统将紧固件30锤入第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中。在其他示例中，使用机器人系统来安装紧固件30，以将紧固件30插入并锤入第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中，并且另一个机器人或人将紧固件配合元件46从结构组件12的另一侧附接到配合部分42。当使用单面紧固件时，使用本领域已知的方法将单面紧固件安装到结构组件12中的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中。
现在转到图3a-6，示出了紧固件30和结构组件12的说明性非排他性示例。在适当情况下，图1-2的示意图中的附图标号用于表示图3a-6的示例的对应部分；然而，图3a-6的示例是非排他性的并且不将紧固件30或结构组件12限于图3a-6的所示实施例。也就是说，紧固件30和结构组件12不限于图3a-6的特定实施例，并且紧固件30和结构组件12可合并紧固件30和结构组件12的任何数量的各种方面、配置、特征、特性等，其在图1-2的示意图和/或图3a-6的实施例及其变体中示出并且参考这些示意图和实施例进行讨论，而无需包括所有此类方面、配置、特征、属性等。为了简洁起见，相对于图3a-6的示例，可能不再讨论、示出和/或标记每个先前讨论的部件、零件、部分、方面、区域等或其变体；然而，在本公开的范围内，先前讨论的特征、变体等可与图1-2的示例一起使用。
集中在图3a-3c，它们示出了以下情况的各种示例的示意性顶视图：当第一结构元件16和第二结构元件18被装配成结构组件12时，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37的至少一部分可能如何不对准。图3a和图3b示出了未对准的状况，其中第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的示例性孔未对准。在图3a的示例中，其分别反映了图1和图2所示的示意性示例，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一示例性第一结构元件孔320和第一示例性第二结构元件孔310分别是相同的尺寸，但未对准。在图3b的示例中，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第二示例性第一结构元件孔340和第二示例性第二结构元件孔330分别具有不同的尺寸并且未对准。在图3c的示例中，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第三示例性第一结构元件孔360和第三示例性第二结构元件孔350分别对准，但具有不同的尺寸。
孔越未对准(孔之间的偏移量越大)，则孔之间的重叠区域就越小。在一些示例中，基于该重叠量设定紧固件30的柄部40的尺寸。具体地，在此类示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为等于或稍大于孔之间的重叠区域的最小直径。
如在图1和图2中，图3a示出了具有相同直径但是未对准的示例性孔。具体地，第一结构元件孔48的第一示例性第一结构元件孔320与第二结构元件孔50的第一示例性第二结构元件孔310未对准。也就是说，第一示例性第一结构元件孔320的中心轴线322与第一示例性第二结构元件孔310的中心轴线312偏移，使得第一示例性第二结构元件孔310和第一示例性第一结构元件孔320的周边彼此不对准。因此，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37的至少一部分未对准。在一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径等于或稍大于如图3a所示的孔之间的重叠区域的最小直径。在另一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径等于或稍大于第一示例性第二结构元件孔310和第一示例性第一结构元件孔320的直径。柄部40可仍配合在尺寸过小的重叠区域，因为在紧固件上的导电涂层32和/或在第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37上的cgf24足够柔软以变形并允许柄部40进入较小的重叠区域。
图3b示出了未对准且不同尺寸的示例性孔。具体地，第一结构元件孔48的第二示例性第一结构元件孔340与第二结构元件孔50的第二示例性第二结构元件孔330未对准。也就是说，第二示例性第一结构元件孔340的中心轴线342与第二示例性第二结构元件孔330的中心轴线332偏移，使得第二示例性第二结构元件孔330和第二示例性第一结构元件孔340的周边彼此不对准。然而，与图3a的示例不同，在图3b的示例中，整个第二示例性第一结构元件孔340与第二示例性第二结构元件孔330重叠，因为第二示例性第一结构元件孔340的直径小于第二示例性第二结构元件孔330的直径。因此，尽管第二结构元件孔侧壁37和第一结构元件孔侧壁35的一部分不对准，但第二结构元件孔侧壁37和第一结构元件孔侧壁35的至少一部分确实对准。在一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径等于或稍大于两个孔中的较小孔的直径，在图3b的示例中，该较小孔是第二示例性第一结构元件孔340。然而，在另一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径近似等于或稍大于两个孔中的较大孔的直径，在图3b的示例中，该较大孔是第二示例性第二结构元件孔330。柄部40仍可配合到较小孔(图3b的示例中的第二示例性第一结构元件孔340)中，因为在紧固件上的导电涂层32和/或在第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37上的cgf24足够柔软以变形并允许柄部40进入两个孔中的较小孔。
图3c示出了不同尺寸但对准的示例性孔。具体地，第一结构元件孔48的第三示例性第一结构元件孔360和第二结构元件孔50的第三示例性第二结构元件孔350沿着共同的中心轴线355彼此对准。然而，在图3c的示例中，第三示例性第一结构元件孔360的直径大于第三示例性第二结构元件孔350的直径，使得第三示例性第二结构元件孔350和第三示例性第一结构元件孔360的周边彼此不对准。因此，第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37的至少一部分未对准。在此类示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径等于或稍大于两个孔中的较小孔的直径，在图3c的示例中，该较小孔是第二示例性第一结构元件孔340。在一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径等于或稍大于两个孔中的较小孔的直径，在图3c的示例中，该较小孔是第三示例性第二结构元件孔350。在此类示例中，紧固件30可使第一结构元件16与紧固件头部38接触。然而，在另一个示例中，紧固件30的柄部40的尺寸被设定为其直径近似等于或稍大于两个孔中的较大孔的直径，在图3c的示例中，该较大孔是第三示例性第一结构元件孔360。柄部40仍可配合到较小孔(图3c的示例中的第三示例性第二结构元件孔350)中，因为在紧固件上的导电涂层32和/或在第一结构元件孔侧壁35和第二结构元件孔侧壁37上的cgf24足够柔软以变形并允许柄部40进入两个孔中的较小孔。
现在转到图4-6，它们示出了紧固件30的各种实施例。图4示出了无套筒紧固件的示例，图5显示了单侧紧固件的示例，并且图6示出了带套筒紧固件的示例。在图4的示例中，无套筒实心柄部紧固件可分别与第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50中的一者或多者形成间隙配合，如图1的示例中的那样。然而，在图5和图6的示例中，紧固件包括套筒，该套筒可在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50内扩展，从而分别与第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50形成过盈配合。因此，带套筒紧固件可不需要导电涂层32来满足eme要求，并且因此在一些示例中，带套筒紧固件不包括导电涂层32。然而，图4所示的无套筒紧固件包括导电涂层32。
重要的是要注意，尽管在图4-6中未示出第一间隙62和第二间隙64，但仍然可存在第一间隙62和第二间隙64；它们可能太小而无法清晰可见。因此，即使第一结构元件孔48和第二结构元件孔50在图4-6中看起来是对准的，它们仍然可能未对准。
如图4所示，紧固件430是紧固件30的一个示例，其为无套筒实心柄部紧固件。因此，如图4所示，紧固件30不包括套筒(如图6所示的示例性紧固件)。紧固件30包括导电涂层32，其与涂覆第一结构元件16和第二结构元件18中的至少一者的侧壁的cgf24直接物理接触。在图4的示例中，第一结构元件16和第二结构元件18均包括导电纤维增强塑料，并且因此cgf24分别涂覆在第一结构元件16和第二结构元件18两者的第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41上。然而，在其他示例中，第一结构元件16或第二结构元件18中的一者包括金属或金属合金，并且不包括cgf24。
在图4的示例中，紧固件430不是单侧紧固件。因此，紧固件430经由紧固件配合元件46固定并压缩第一结构元件16和第二结构元件18。在图4的示例中，紧固件配合元件46是螺母，其被拧入或型锻到紧固件430的配合部分42上。此外，在图4的示例中，紧固系统10还包括在紧固件30的紧固件头部38和第一结构元件16之间的埋头垫圈402，以及在垫圈47和第二结构元件18之间的一对调平垫圈404和406。一对调平垫圈404和406包括凹形调平垫圈404和凸形调平垫圈406。在图4的示例中，第二结构元件18是成角度的，并且包括调平垫圈404和406以使组件12成方形。
如图5所示，紧固件530是包括单侧紧固件的紧固件30的示例。单侧紧固件530除了柄部40和紧固件头部38外还包括套筒534和易碎的驱动元件532。单侧紧固件530的示例在标题为“methodofinstallingastructuralblindfastener(安装结构单面紧固件的方法)”的美国专利号10,294,976中进行了描述，该专利申请的全部内容由此通过引入。如'976专利中所述，易碎的驱动元件532将柄部40驱动到套筒534以及第一结构元件16和第二结构元件18中。当柄部40被进一步驱动到套筒534中时，套筒534的自锁机构536向后弯曲抵靠第二结构元件18并且将第一结构元件16和第二结构元件18压缩在一起。在一些示例中，自锁机构536包括套筒534的通过热处理而软化的软化部分。在其他示例中，自锁机构536包括弹簧致动的机构，一旦其清除(clear)第二结构元件18，该弹簧致动的机构径向向外扩展。
在图5的示例中，第一结构元件16形成了飞机蒙皮的一部分，并且因此紧固件头部38包括沉头紧固件头部，该沉头紧固件头部一直延伸到第一结构元件16中，并且在完全安装时不会从第一结构元件16的表面突出。图5示出了仅部分安装的紧固件530(安装过程中途)。当完全安装时(例如，当柄部40和紧固件头部38完全插入套筒534中时)，紧固件头部38不会从第一结构元件16突出，并且易碎的驱动元件532从紧固件头部38折断。
在一些示例中，套筒534和柄部40包括导电涂层32。然而，在其他示例中，仅柄部40包括导电涂层32。在另外的示例中，仅套筒534包括导电涂层32。在其他示例中，套筒534和柄部40都不包括导电涂层32。
如图6所示，紧固件630是紧固件30的包括带套筒紧固件并包括套筒632的示例。随着柄部40被进一步驱动进入套筒632以及第一结构元件16和第二结构元件18中，套筒632扩展，从而分别与第一结构元件16和第二结构元件18的第一结构元件孔48和第二结构元件孔50形成过盈配合。因为套筒632与第一结构元件16和第二结构元件18形成过盈配合，所以紧固件30可能不需要导电涂层32来满足eme要求。因此，在图6的示例中，紧固件630不包括导电涂层32。然而，在其他示例中，紧固件630确实包括导电涂层32。具体地，在此类示例中，套筒632和/或柄部40可包括导电涂层32。
在图6的示例中，紧固件630不是单侧紧固件。因此，紧固件630经由紧固件配合元件46固定并压缩第一结构元件16和第二结构元件18。在图4的示例中，紧固件配合元件46是螺母和/或套环，其被拧入或型锻到紧固件630的配合部分42上。
图7示意性地提供了表示根据本公开的方法的示意性、非排他性示例的流程图。在图7中，一些步骤在虚线框中示出，从而指示这些步骤可以是任选的或可对应于根据本公开的方法的任选版本。也就是说，并非要求根据本公开的所有方法都包括实线框中示出的步骤。从本文的讨论中可理解，图7所示的方法和步骤不是限制性的，并且其他方法和步骤在本公开的范围内，包括具有大于或小于所示步骤数的方法。
如图7所示，示出了用于使用fsda和导电涂覆紧固件和/或孔来装配和紧固飞机结构元件的方法700。根据fsda规程，方法700至少包括以下步骤：在702处，在装配之前预形成各部分，然后在710处，装配并紧固各部分。具体地，在702处，根据fsda规程，各部分是单独预形成的(例如，在不同的时间和/或不同的位置)。然后在710处将各部分放在一起并使用紧固系统(例如紧固系统10)来紧固。各部分包括结构元件(例如，第一结构元件16和第二结构元件18)。
在702处预形成各部分包括：在704处在第一结构元件(例如，第一结构元件16)中预形成孔(例如，第一结构元件孔48)，以及在706处单独在第二结构元件(例如，第二结构元件18)中预形成孔(例如，第二结构元件孔50)。如上所述，孔是单独预形成的。具体地，孔可在不同的时间和/或不同的位置预形成。因此，当形成孔时，结构元件没有堆叠或以其他方式装配在一起。换句话说，当结构元件堆叠在彼此顶部上时，不形成孔。
这些孔通过钻孔、扩孔或模制中的一者或多者形成。在一些示例中，在704和706处预形成孔还包括用导电涂层涂覆孔。具体地，如果结构元件包括导电纤维增强塑料(例如cfrp)，则用导电涂层覆盖结构元件的孔。如果结构元件包括金属或金属合金而不是导电纤维增强塑料，则方法700不包括用导电涂层涂覆结构元件。
因此，在第一结构元件包括导电纤维增强塑料(例如cfrp)的示例中，在704处在第一结构元件中预形成孔还包括在705处用导电涂层(例如，cgf24)涂覆孔。类似地，在第二结构元件包括导电纤维增强塑料的示例中，在706处在第二结构元件中预形成孔还包括在707处用导电涂层涂覆孔。如上所述，两个结构元件中的至少一者包括导电纤维增强塑料。因此，在702处用导电涂层涂覆结构元件中的至少一者的孔。在两个结构元件均包括导电纤维增强塑料的示例中，两个结构元件的孔均涂覆有导电涂层。具体地，通过导电涂覆将涂层施加到结构元件的孔(例如，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50)的侧壁(例如，第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41)。
涂覆技术已经在上面进行了描述，但是可包括使用通过低熔点合金(lma)的分段心轴工具铸造(splitmandreltoolcast)，如在标题为“method,apparatusandapplicatorforapplyingacoatingonasurfaceofalamination(用于将涂层施加于层压件的表面上的方法、装置以及施加器)”的共同拥有的美国专利申请号15/923,630中描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在一些示例中，在702处预形成各部分还包括在708处用导电涂层(例如，导电涂层32)涂覆紧固件(例如，紧固件30)。具体地，在紧固件包括无套筒和/或单侧紧固件的示例中施加导电涂层。如上所述，用于通过导电涂层涂覆紧固件的方法在标题为“methodforplatingametallicmaterialontoatitaniumsubstrate(将金属材料镀覆到钛基板上的方法)”的共同拥有的美国专利申请号16/693,613以及标题为“conductivefasteningsystemandmethodforimprovedemeperformance(用于改进eme性能的导电紧固系统和方法)”的美国专利申请号16/242,115中进行了描述，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
在710处的装配和紧固包括装配具有预形成孔的第一结构元件和第二结构元件，以及通过包括一个或多个紧固件(例如，紧固件30)的紧固系统(例如，紧固系统10)来紧固组件。在一些示例中，方法700还包括在720处对各部分(结构元件)施加接合密封。
具体地，装配包括将所有具体的部分(例如，第一结构元件16和第二结构元件18)放在一起，堆叠各部分，以及对准各部分以形成结构组件(例如，结构组件12)。具体地，装配可包括在712处将第一结构元件和第二结构元件装载到固定装置中，并且在714处通过第一组孔将第一结构元件和第二结构元件对准。如在715处指出的，对准可包括将一组临时的紧固件(例如，大头钉紧固件)插入第一组孔中。在一些示例中，第一组孔仅包括在702处形成的孔的子集。因此，在一些示例中，在714处的对准包括将临时紧固件插入在702处形成的仅一些孔中以对准第一结构元件和第二结构元件。
紧固包括在716处将紧固件(例如，紧固件30)插入到孔(例如，第一结构元件孔48和第二结构元件孔50)中。在一些示例中，在最初插入临时紧固件(大头钉紧固件)以对准结构元件的情况下，在716处方法700包括：将第一组紧固件插入其中没有临时紧固件的开放孔中，在插入第一组紧固件后移除临时紧固件，以及然后将第二组紧固件插入先前保持临时紧固件的其余孔中。
紧固还包括在718处拧紧紧固件以固定第一结构元件和第二结构元件。当紧固件包括单侧紧固件时，拧紧可包括旋转紧固件超过其自锁机构与结构组件接合的点。当紧固件不包括紧固件头部38a的单侧紧固件时，在718处的拧紧可包括将螺纹螺母螺纹连接到紧固件的配合部分(例如，配合部分42)上，该配合部分从结构组件的与紧固件的头部相对的端部突出，并在721处扭转螺母。在紧固件不包括单侧紧固件的其他示例中，在718处的拧紧可包括将套环滑动到紧固件的配合部分上，并且在719处型锻(swage)套环。
在一些示例中，方法700还包括在722处将盖封施加到各部件。然而，在其他示例中，方法700不包括在722处将盖封施加到各部分。
通过用cgf24涂覆第一结构元件孔48和第二结构元件孔50的第一结构元件侧壁22和第二结构元件侧壁41，和/或通过用导电涂层32涂覆紧固件30，提供了使来自雷击的电流流过紧固件30到达周围的第一结构元件16和第二结构元件18的更大电流路径(即，较大的横截面面积)。具体地，cgf24和导电涂层32提供了在紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18之间的更大表面区域接触，由此增加与紧固件30进行接触的导电纤维的数量，并且因此增加紧固件30与第一结构元件16和第二结构元件18之间的电流路径，以及减少电流密度。cgf24和导电涂层32将电流密度减小到一定程度，以致使可在不牺牲安全性的情况下将更便宜的、更省时的fsda与更便宜的无套筒螺栓一起使用。具体地，cgf24和导电涂层32提供在无套筒紧固件与第一结构元件16和第二结构元件18之间的足够表面区域接触，从而确保了防雷保护，即使在第一结构元件孔48和第二结构元件孔50未对准时(使用fsda时可能如此)。fsda允许飞机部件的成本更低且更省时有效的装配、生产和制造。另外，上述特征可消除对盖封和/或接合密封的需要，从而进一步减小生产成本。
参考图8和图9，在图8中示出了保养方法800，并且在图9中示出了飞机902。在预生产期间，示例性方法800可包括飞机902的规定和设计804以及材料采购806，其可包括第一结构元件16和第二结构元件18的采购。在生产期间，进行飞机902的部件和子组件制造808以及系统集成810。生产可包括经由紧固系统10对第一结构元件16和第二结构元件18进行装配和紧固以形成结构组件12。此后，飞机902可经历认证和交付812以便置于服务814中。在由客户使用时，飞机902被安排进行例行维护和保养816(其还可能包括修改、重新配置、翻新等)。
方法800的每个过程可由系统集成商、第三方和/或操作员(例如，客户)执行或进行。为了本说明书的目的，系统集成商可包括但不限于任何数量的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供应商；操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图9所示，通过示例性方法800生产的飞机902可包括具有多个系统920的机身918和内部922。如上所述，结构组件12(包括第一结构元件16和第二结构元件18)和紧固系统10可包括机身918的一部分。高级系统920的示例包括推进系统924、电气系统926，液压系统928和环境系统930中的一者或多者。可包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空示例，但是本发明的原理可应用于其他行业，诸如汽车行业。
可在生产和保养方法800的任何一个或多个阶段期间采用此处体现的装置和方法。例如，可以类似于在飞机902服务期间生产的部件或子组件的方式来生产或制造与生产过程808相对应的部件或子组件。而且，例如，通过实质上加快飞机902的装配或降低其成本，可在生产阶段808和810期间利用一个或多个装置实施例、方法实施例或其组合。类似地，在飞机902服务期间，例如但不限于维护和保养816，可利用装置实施例、方法实施例或其组合中的一者或多者。
在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的示意性、非排他性示例：
a.一种装置，所述装置包括紧固系统和结构组件，其中：所述结构组件包括：由导电纤维增强塑料制成的第一结构元件，所述第一结构元件包括具有第一结构元件侧壁的第一孔；第二结构元件，所述第二结构元件包括具有第二结构元件侧壁的第二孔；以及导电间隙填充物，所述导电间隙填充物施加到所述第一结构元件的所述第一孔的所述第一结构元件侧壁，其中所述导电间隙填充物限定所述第一孔的第一孔侧壁；其中所述第一结构元件侧壁和所述第二结构元件侧壁的至少一部分不对准；并且其中所述紧固系统包括：紧固件，所述紧固件包括头部和从所述头部延伸到所述第一孔和所述第二孔中的柄部。
a1.根据段落a所述的装置，其中所述第一结构元件由碳纤维增强塑料(cfrp)制成。
a2.根据段落a和a1中任一项所述的装置，其中所述紧固系统还包括形成在所述紧固件的所述柄部上的导电涂层。
a3.根据段落a-a2中任一项所述的装置，其中所述第一孔包括在所述第一结构元件和所述第二结构元件的装配之前形成的预形成孔。
a4.根据段落a3所述的装置，其中在所述第一结构元件和所述第二结构元件的装配之前，将所述导电间隙填充物研磨到所述第一孔侧壁上。
a5.根据段落a-a4中任一项所述的装置，其中所述第一结构元件侧壁包括不规则表面，并且其中由所述导电间隙填充物限定的所述第一孔侧壁包括平坦表面。
a6.根据段落a-a5中任一项所述的装置，其中所述第二孔包括在所述第一结构元件和所述第二结构元件的装配之前形成的预形成孔。
a7.根据段落a-a6中任一项所述的装置，其中所述结构组件是使用全尺寸确定性装配(fsda)来装配的。
a8.根据段落a-a7中任一项所述的装置，其中所述导电间隙填充物施加到所述第二孔的所述第二结构元件侧壁并且限定所述第二孔的第二孔侧壁，并且其中所述紧固件物理接触所述第一孔侧壁的至少一部分和所述第二孔侧壁的至少一部分，但其中所述紧固件处于与所述第一孔和所述第二孔中的至少一者的间隙配合。
a9.根据段落a8所述的装置，还包括在所述紧固件和所述第一孔的所述第一孔侧壁之间的第一间隙。
a10.根据段落a9所述的装置，还包括在所述紧固件和所述第二孔的所述第二孔侧壁之间的第二间隙。
a11.根据段落a-a10中任一项所述的装置，其中所述紧固件包括无套筒紧固件。
a12.根据段落a-a11中任一项所述的装置，其中所述紧固件包括单侧紧固件。
a13.根据段落a-a12中任一项所述的装置，其中所述紧固件包括带套筒紧固件。
b.一种用于装配和紧固包括导电纤维增强塑料的第一结构元件和第二结构元件的方法，所述方法包括：
使用全尺寸确定性装配(fsda)来装配所述第一结构元件和所述第二结构元件；以及
通过将紧固件插入所述第一结构元件和所述第二结构元件的重叠孔中来紧固所述第一结构元件和所述第二结构元件，其中在装配所述第一结构元件和所述第二结构元件之前预形成所述重叠孔中的至少一个并且用导电间隙填充物涂覆所述重叠孔中的至少一个。
b1.根据段落b所述的方法，其中所述重叠孔未对准。
b2.根据段落b所述的方法，还包括在装配所述第一结构元件和所述第二结构元件之前，单独地预形成所述第一结构元件中的所述重叠孔的第一结构元件孔以及所述第二结构元件中的所述重叠孔的第二结构元件孔。
b2.1根据段落b2所述的方法，其中预形成所述第一结构元件孔和所述第二结构元件孔包括钻出所述孔。
b2.2.根据段落b2-b2.1中任一项所述的方法，其中单独地预形成所述第一结构元件孔和所述第二结构元件孔包括在与所述第二结构元件中的所述第二结构元件孔不同的时间和/或不同的位置，预形成所述第一结构元件中的所述第一结构元件孔。
b3.根据段落b2-b2.2中任一项所述的方法，还包括用所述导电间隙填充物涂覆所述第一结构元件孔。
b4.根据段落b-b3中任一项所述的方法，还包括用所述导电涂层涂覆所述紧固件。
b4.1.根据段落b4所述的方法，其中所述导电涂层包括铟，并且其中所述紧固件包括钛。
b4.2.根据段落b4.1所述的方法，其中用所述导电涂层涂覆所述紧固件包括激活所述紧固件以及用所述导电涂层电镀所述紧固件。
b5.根据段落b-b4.2中任一项所述的方法，其中紧固包括通过物理接触所述未对准孔的一个或多个侧壁的仅一部分而与所述至少两个结构元件形成间隙配合。
b6.根据段落b-b4.2中任一项所述的方法，其中紧固包括通过所述结构元件中的至少一个形成过盈配合。
b7.根据段落b-b6中任一项所述的方法，其中紧固包括将多个紧固件插入所述第一结构元件和所述第二结构元件的多个孔中，并且其中装配包括将一组临时紧固件插入所述多个孔中的第一孔子集中，并且其中紧固还包括将所述多个紧固件中的第一紧固件子集插入所述多个孔的不包含所述临时紧固件的第二孔子集中，然后移除所述临时紧固件并将所述多个紧固件中的第二紧固件子集插入所述多个孔中的所述第一孔子集中。
c.一种用于装配和紧固至少两个结构元件的方法，所述方法包括：使用全尺寸确定性装配(fsda)来装配所述至少两个结构元件；以及通过将导电涂覆紧固件插入所述至少两个结构元件的未对准孔中来紧固所述至少两个结构元件。
c1.根据段落c所述的方法，其中装配还包括在将所述至少两个结构元件放在一起之前，预形成所述未对准孔并用导电间隙填充物预涂覆所述未对准孔。
c1.1根据段落c1所述的方法，其中预形成包括预钻出所述未对准孔。
c2.根据段落c1-c1.1中任一项所述的方法，还包括用包括铟的导电涂层涂覆所述导电涂覆紧固件，其中涂覆包括激活所述紧固件并用所述导电涂层电镀所述紧固件，其中所述导电涂覆紧固件包括钛。
c3.根据段落c1-c2中任一项所述的方法，其中紧固包括通过物理接触所述未对准孔的一个或多个侧壁的仅一部分而与所述至少两个结构元件形成间隙配合。
如本文所用，术语“适配”和“配置”是指元件、部件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“配置”的使用不应解释为意味着给定的元件、部件或其他主题仅“能够”执行给定的功能，而是为了执行功能的目的，具体地选择、创建、实施、利用、编程和/或设计元件、部件和/其他主题。在本公开内容的范围内，被描述为适于执行特定功能的元件、部件和/或其他叙述的主题可附加地或另选地被描述为被配置为执行该功能，反之亦然。类似地，被叙述为被配置为执行特定功能的主题可附加地或另选地被描述为可操作为执行该功能。
如本文所使用，放置在第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体，(2)第二实体和(3)第一实体和第二实体中的一者。用“和/或”列出的多个条目应以相同的方式解释，即如此连接的实体中的“一者或多者”。除了由“和/或”子句明确标识的实体以外，还任选择存在其他实体，无论与那些具体标识的实体相关还是无关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用在一个示例中可仅指a(任选地包括b以外的其他实体)；在另一个示例中仅指b(任选地包括a以外的其他实体)；在又一个示例中指a和b两者(任选地包括其他实体)。这些实体可指元件、动作、结构、步骤、操作、值等。
本文公开的装置的各种公开元件和方法的步骤不是根据本公开的所有装置和方法所必需的，并且本公开包括本文公开的各种元件和步骤的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。而且，本文公开的各种元件和步骤中的一者或多者可定义独立的发明主题，该主题独立于并且不同于所公开的装置或方法的整体。因此，此类发明主题不需要与本文明确公开的特定装置和方法相关联，并且此类发明主题可在本文未明确公开的装置和/或方法中找到效用。
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