提供防eme的紧固件系统的制作方法
【专利说明】提供防EME的紧固件系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明是2012年3月29日提交的序列号为13/434835美国专利的部分继续。
【背景技术】
[0003] 轻质复合材料为飞机工业带来希望。纤维复合材料在比强度和刚度方面提供了超 过传统金属合金的显著改善。更好的比强度和刚度转换为重量节省，而重量节省转换为燃 料节省和较低的运行成本。此外，复合材料不像铝那样腐蚀，且复合材料更抗疲劳。
[0004] 复合材料飞机结构不易于导走由闪电雷击产生的极端的电流和电磁力。
[0005] 复合材料飞机结构可被配置成具有对抗来自闪电雷击的电磁效应（EME)的保护 装置。例如，在表面上配备导电媒介以从下层金属紧固件系统转移走闪电电流。另外，紧固 件零件之间的缝隙以及紧固件零件和结构构件之间的缝隙可被填充有电介质密封胶。即使 一些电流未被转移走，密封胶也会阻止缝隙上的电弧和电火花。
【发明内容】
[0006] 根据本文的实施例，一种方法包括：将紧固件插入构件堆叠中，并使用零件来终结 紧固件，该零件具有至少一个干燥电介质涂层和内部干燥电介质密封，其在选定的位置以 保护以对抗电磁效应（ΕΜΕ)。
[0007] 根据本文的另一个实施例，一种方法包括：将紧固件插入构件堆叠中，并使用零件 来终结紧固件，该零件具有干燥电介质涂层和干燥电介质密封的组合，其在选定的位置以 保护以对抗电磁效应（EME)而不使用密封胶。
[0008] 根据本文的又一个实施例，终止紧固件的零件包括一个具有中心开口的紧固件终 止主体和至少一个用于保护以对抗EME效应的特征。该至少一个特征包括电介质涂层和电 介质密封中的至少一者，其在选定位置部分地覆盖中心开口。密封被固定到主体。涂层和 密封具有一定厚度和成分以用于阻止闪电电流的。选定位置包括远端位置和近端位置中的 至少一个。
[0009] 根据本文的再一个实施例，紧固件系统包括紧固件、至少一个紧固件终端零件以 及紧固件和每个紧固件终端零件的防EME特征。防EME特征从由紧固件的轴上的导电树脂 涂层、在紧固件的头部上的互锁电介质封皮、在紧固件头部的近端位置上的内部电介质密 封、在终端零件的远端位置上的电介质密封、在终端零件的近端位置上的电介质密封、在终 端零件的远端位置上的电介质涂层以及在终端零件的近端位置上的电介质涂层组成的组 中选取。
[0010] 这些特征和功能可在各种各样的实施例中被独立实现或者在其他实施例中被组 合。参考后面的【具体实施方式】和附图可了解实施例的进一步的细节。
【附图说明】
[0011] 图1是紧固构件堆叠的方法的示例图。
[0012] 图2是商用飞机的示例图。
[0013] 图3A和图3B是防EME紧固件的第一个实施例的示例图。
[0014] 图4A和图4B是防EME紧固件的第二个实施例的示例图。
[0015] 图5和图6是防EME紧固件的另一些实施例的示例图。
[0016] 图7是包括复合材料构件和导电层的堆叠的示例图。
[0017] 图8是在螺母上的选定防EME位置的示例图。
[0018] 图9-12是具有防EME特征的垫圈和螺母的不同组合的示例图。
[0019] 图13是具有埋头孔和外部近端密封的螺母的示例图。
[0020] 图14和图15是没有和有金属背衬的外部近端密封的示例图。
[0021] 图16是飞机结构的示例图。
【具体实施方式】
[0022] 参考图1，该图示出了紧固两个或更多个构件构成的堆叠的方法。在一些实施例 中，堆叠的所有构件由金属（如，铝、钛）制成。在另一些实施例中，堆叠的构件中的至少一 个由复合材料制成。举例来说，外部构件由复合材料制成而内部构件由金属制成。在另一 些实施例中，堆叠的所有构件可由复合材料制成。
[0023] 该方法包括将紧固件插入堆叠中（框110)。在一些实施例中，紧固件被插入堆叠 中的预成型通孔中。在另一些实施例中，紧固件被插入而不需要钻孔。紧固件可被钻入外 部构件中，该构件的外部表面需要飞行平滑度（如，飞机蒙皮）。紧固件可具有防EME特征， 其包括互锁到紧固件头部的上表面的干燥电介质层和在紧固件头部的下表面上的干燥电 介质密封。
[0024] 该方法还包括使用具有防EME特征的零件终止紧固件。用于终端零件的防EME特 征包括在选定位置的干燥电介质涂层和干燥电介质密封（如，电介质套筒）（框120)。
[0025] 没有这些防EME特征，电弧和火花就可能发生。当两个零件近距离接触时，且由于 在两个零件间流动的大电流而击穿其间媒介的电介质特性时，电弧会发生。当大电流电离 两个零件间的缝隙中的空气时火花发生，空气被击穿，电流流过缝隙。当在复合零件中的大 电流引起复合材料化学击穿并产生热膨胀气体时发生热粒子喷射。
[0026] 电介质涂层和电介质密封二者通过阻塞零件之间的电气结合路径阻止电弧和火 花。电介质涂层和电介质密封（单独的或组合）抑制紧固件零件之间的缝隙（如，紧固件 和螺母之间的缝隙，以及垫圈和螺母之间的缝隙）以及紧固件零件和结构之间的缝隙（如， 紧固件和结构、螺母和结构以及垫圈和结构之间的缝隙）上的电弧和火花。电介质密封执 行阻止热气体喷射通过缝隙并保持气体在紧固件系统内的附加功能。
[0027] 另外或替代性地，紧固件的一些实施例可以通过改进电气结合路径减少电弧、火 花和热粒子喷射。在这些实施例中，紧固件的轴可涂有导电涂层（如，导电树脂）以改善紧 固件和堆叠之间的电气结合，从而减小了接触电阻。在一些实施例中，紧固件可以被间隙配 合在孔中。在另一些实施例中，紧固件可以被过盈配合在孔中。过盈配合改善了紧固件和 堆叠之间的电气结合（通过增加表面接触面积），这减小了电流密度并降低了整个路径的 电阻。
[0028] 在紧固件系统的零件上使用干燥电介质涂层和密封提供了优于使用密封胶来填 充缝隙的多个优点。这些优点包括安装的容易和快速。在安装之前干燥电介质密封可被添 加且涂层可被涂到紧固件零件上，以致在紧固期间，紧固件仅需要被安装。诸如遮蔽堆叠的 零件、注入密封胶以及固化密封胶的额外步骤被省去了。
[0029] 另一个优点是重量的减轻。干燥电介质涂层和密封可比密封胶层薄。在一些实施 例中，电介质涂层或密封的厚度可能是30密尔±10密尔。而且，如果紧固件零件的整个表 面没有覆盖有干燥电介质涂层或干燥电介质密封，更少的表面面积被覆盖。
[0030] 又一个优点是冗余的防ΕΜΕ。紧固件的不同的实施例可与终端零件（如，螺母和垫 圈）的不同的实施例结合使用以提供防EME的多种水平。
[0031] 对于商业飞机，诸如图2中示出的商业飞机200,这些优点是实质性的。该飞机200 包括机身210、机翼组件220、尾翼230以及起落架组件240。在这种商业飞机200中，可能 使用一百万个紧固件系统以将各种部件210-240及其子部件紧固在一块。
[0032] 在飞机200的某些位置，需要防ΕΜΕ。举例来说，防EME是机翼组件和其他结构所 需要的。为提供防ΕΜΕ，根据本文中的方法机翼组件220可由多达20, 000个紧固件组装。 通过重量减轻以及安装这些20, 000个紧固件的省时和容易性，实现的益处是实质性的。
[0033] 在下面的段落中，将描述不同类型的防EME紧固件零件。这些紧固件零件包括紧 固件和终止紧固件的零件（如，螺母和垫圈）。这些紧固件零件可具有在选定位置的干燥电 介质涂层和/或干燥电介质密封以保护以对抗ΕΜΕ。
[0034] 首先，将描述防EME紧固件。紧固件示例包括但不限于螺栓和铆钉。
[0035] 现在参考图3Α和图3Β，