用于提供电磁效应保护的套管的制作方法
【专利摘要】系统包括复合结构和套管。复合结构包括穿过其中限定的开孔。套管包括圆柱体，该圆柱体按尺寸制作以过盈配合固定在开孔内，从而促进在复合结构中提供电磁效应保护。圆柱体由导电材料制造。
【专利说明】用于提供电磁效应保护的套管
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及套管，并更具体地涉及在复合结构中提供电磁保护的套管系统。【背景技术】
[0002]至少一些已知机翼燃料箱经设计防止由飞行器上电磁效应(EME)导致的可能的燃料点火源例如在可燃蒸气存在的情况下起火花和/或形成弧光(arcing)发生。在操作期间，飞行器可能受到源自许多不同来源的EME。例如，在飞行器环境内的EME触发物可以包括但不限于由设备故障导致的电流、源自加燃料或飞行的静电干扰和/或直接与间接闪电效应。
[0003]由于复合材料的非均匀性质和/或复合结构的较低本征导电性——这两者都可以导致(I)由减小的蒙皮电导率引起的在子结构和/或内部系统中更高的感应闪电电流，和/或(2)包括复合材料以承受无火花电流的接合和/或互连的较低阈值，因此复合材料机翼燃料箱的EME故障的威胁通常比金属机翼燃料箱更严重。用来减小系统内设施导致的点火源风险的两个架构类型包括低阻抗系统和高阻抗系统。
[0004]已知的低阻抗系统使得电流能够通过系统自由传导。在金属机翼燃料箱内安装的至少一些已知的低阻抗系统中，在系统中感应的闪电电流由金属结构中的高电导率限制，使得可能在金属结构的可燃区内安装系统。另一方面，在复合材料机翼燃料箱中安装的系统中感应的闪电电流一般更高。同样，在复合材料机翼燃料箱中安装的低阻抗系统应经配置容忍无火花的相对更高的电流。
[0005]高阻抗系统阻挡电流流过系统。尽管至少一些已知的高阻抗系统在金属和/或复合材料结构中具有减小的电流，但用来安装这样系统的至少一些金属连接可以传导相对大的感应闪电电流，例如同样与燃料箱外的低阻抗系统稱连的燃料箱穿透管(penetration)上的高阻抗系统中的金属部件的连接。同样，用来安装这样系统的连接应经配置为在可燃蒸气存在的情况下容忍无火花的相对高的电流。至少一些已知高阻抗系统在系统部件和结构之间发展更高电压。此外，因为这样的系统内有限数目的可用接地路径，所以静电荷可以在至少一些已知高阻抗系统内累积。此外，至少一些已知高阻抗系统需要系统部件从燃料箱结构有效隔离，这提高复杂度、部件/零件总数和/或总重量。
[0006]因此，具有考虑上面讨论问题中的至少一些以及可能的其他问题的系统是有利的。
【发明内容】
[0007]在一个方面中，提供用于在复合结构中提供电磁效应保护的方法。该方法包括提供套管，该套管包括由导电材料制造的圆柱体。套管插入在复合结构中限定的开孔内，以使套管以过盈配合固定在开孔内，从而促进在复合结构中提供电磁效应保护。
[0008]在另一方面中，提供系统。该系统包括复合结构，该复合结构包括穿过其中限定的开孔。套管包括圆柱体，该圆柱体按尺寸制作以过盈配合固定在开孔内，从而促进在复合结构中提供电磁效应保护。圆柱体由导电材料制造。
[0009]在此描述的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立实施，或在其他实施方式中组合实施，其进一步详情参考以下描述和附图可见。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是示例性飞行器的平面图；
[0011]图2是示例性系统的截面图，该示例性系统包括可以与在图1中示出的飞行器一起使用的复合结构；以及
[0012]图3是示例性方法的流程图，该示例性方法可以经实施以在图2中示出的复合结构中提供电磁效应保护。
[0013]尽管各种实施方式的特定特征在一些附图中并且不在其他附图中示出，但这仅是为了简便。任何附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征组合参考和/或要求。
【具体实施方式】
[0014]在此描述的主题一般涉及套管，并更具体地涉及可用于在复合结构中提供电磁效应(EME)保护的套管系统。在一个实施方式中，容纳套管的复合结构包括穿过其中限定的开孔。套管包括圆柱体，该圆柱体具有按尺寸制作以过盈配合固定在复合结构开孔内的外表面。圆柱体由导电材料制造，该导电材料经配置将EME引导(channel)到复合结构和/或从复合结构引导EME，并因此促进在复合结构中提供EME保护。
[0015]如在此使用，以单数叙述并且用单词“一个”或“一件”进行的要素或步骤应理解为不排斥复数元素或步骤，除非这样的排斥被明确叙述。此外，对本发明的“一个实施方式”和/或“示例性实施方式”的引用不意图解释为排斥同样结合所叙述特征的另外实施方式的存在。
[0016]图1是包括主体110的示例性飞行器100的平面图。在示例性实施方式中，主体110包括机身120和一对机翼130。在示例性实施方式中，每个机翼130包括翼梁(在图2中示出)，该翼梁沿翼展方向从机身120延伸从而承载飞行载荷和/或支撑机翼130的重量。
[0017]图2是可以用来在翼梁210中提供EME保护的示例性系统200的截面图。在示例性实施方式中，翼梁210是由多条纤维220制造的复合结构。更具体地，在示例性实施方式中，翼梁210是由包括但不限于碳纤维增强聚合物(CFRP)材料的复合材料制造的结构。可选地，翼梁210可以由使得系统200能够如在此描述运作的任何材料或材料组合制造。
[0018]在示例性实施方式中，配件230安装在翼梁210上和/或耦连到翼梁210。更具体地，在示例性实施方式中，翼梁210包括穿过其中限定的开孔240，该开孔240按尺寸制作从而在其中接收配件230和套管250，以便用于将配件230耦连到翼梁210。例如，在示例性实施方式中，套管250基本外接配件230并在配件230和翼梁210之间径向定位，并且紧固件300在配件230周围定位从而促进将配件230耦连到翼梁210。
[0019]在示例性实施方式中，套管250包括圆柱体260，该圆柱体260包括外表面270并具有长度280。在示例性实施方式中，主体260按尺寸制作从而以过盈配合在开孔240内固定。更具体地，在示例性实施方式中，套管250以高压过盈配合在开孔240内径向固定，以使套管250沿长度280的至少一部分与翼梁210强力接触。即，当圆柱体260完全插入开孔240内的时候，外表面270沿长度280被基本上以高压匹配在紧密表面接触内表面290中。例如套管250经定位以使圆柱体260在复合结构(例如翼梁210)和配件230之间以低电阻引导电磁效应。在示例性实施方式中，在套管250和翼梁210之间的金属到纤维接触具有在感应闪电电流转移期间利于抑制形成弧光和/或起火花的低电阻。可选地，圆柱体260可以具有使得系统200能够如在此描述运作的任何尺寸和/或形状。
[0020]此外，在示例性实施方式中，套管250以过盈配合安装在翼梁210内的开孔240中，从而在套管和开孔之间提供高压接触和低电阻，并具有使得在套管250和翼梁210之间的期望的过盈程度能够基本维持在系统200的操作温度范围的热膨胀系数(CTE)。例如，在示例性实施方式中，当套管250在系统200的操作温度范围下完全插入开孔240内的时候，至少具有套管250和翼梁210之间压力的数值下限例如约每平方英寸2，000磅(psi)和/或套管250和翼梁210之间电阻的数值上限例如10毫欧。例如，套管250提供直接从一个或多个套管到一个或多个复合结构(例如配件230、翼梁210等)的高压、过盈配合、低电阻(低阻抗)电联结路径，该电联结路径将对一个或多个复合结构的基体损坏最小化。可选地，圆柱体260可以具有任何CTE和/或过盈配合，其可以具有使得系统200能够如在此描述运作的任何压力。
[0021]在示例性实施方式中，圆柱体260的外表面270和翼梁210中开孔240的内表面290基本暴露。即，在示例性实施方式中，翼梁210的纤维220暴露和/或与圆柱体260的外表面270强力接触，从而促进在高压和套管250和翼梁210之间的低电阻下增加金属到纤维接触。可选地，圆柱体260和/或翼梁210可以在其间具有使得系统200能够如在此描述运作的任何物质，包括但不限于润滑剂、润滑油和/或密封剂。
[0022]在示例性实施方式中，至少一个固定机构300用来将配件230相对于翼梁210和套管250固定在适当位置。例如，在示例性实施方式中，固定机构300是侧柱螺母(jambnut)。可选地，固定机构300可以是使得系统200能够如在此描述运作的任何装置和/或机构。在示例性实施方式中，套管250在开孔240内轴向固定，以使套管250与配件230和/或固定机构300强力接触。此外，在示例性实施方式中，套管250包括耦连到圆柱体260和/或从圆柱体260延伸的凸缘310。在示例性实施方式中，凸缘310促进增加套管250和固定机构300之间金属到金属的接触。
[0023]在示例性实施方式中，套管250由导电材料制造。更具体地，在示例性实施方式中，圆柱体260和/或凸缘310由金属和/或金属材料制造。同样，在示例性实施方式中，圆柱体260和/或凸缘310在翼梁210、配件230和/或固定机构300之间提供低电阻电联结路径。更具体地，在示例性实施方式中，套管250提供促进纤维220和配件230 (例如液压配件)之间EME转移的导管。可选地，套管250可以由使得系统200能够如在此描述运作的任何材料或材料组合制造。在一个实施方式中，套管250包括促进防止火花进入燃料箱的多个层。例如，在这样的实施方式中，表面处理可以应用到套管250、翼梁210和/或配件230，从而促进提高电导率和/或引导电磁效应通过其中。
[0024]在示例性实施方式中，至少一个密封机构(未示出)定位在配件230和翼梁210之间，以使在配件230和翼梁210之间限定的界面对有害燃料或流体的漏泄基本不可渗透。密封装置如定位在套管250周围并将套管250从具有有害燃料和/或燃料蒸气的区域分离。如在示例性实施方式中呈现，密封装置和套管250代表这样的系统，该系统作为遵守普遍标准的用于防止源自有害燃料蒸气的点火源的系统向设施供应多个保护层。同样，系统200可以适合用于燃料应用和/或液压应用，例如在飞机外复合机翼中燃料箱的复合隔板渗透管上的液压配件。例如，在示例性实施方式中，密封机构是嵌条密封(fillet seal)和/或O形环。可选地，密封机构可以是使得系统200能够如在此描述运作的任何装置和/或机构。
[0025]图3是可以实施从而在翼梁210 (在图2中示出)中提供EME保护的示例性方法400的流程图。在示例性实施方式中，提供410包括由导电材料例如但不限于金属和/或金属材料制造的圆柱体260 (在图2中示出)的套管250 (在图2中示出)。在示例性实施方式中，套管250在翼梁210中限定的开孔240 (在图2中示出)内插入420。更具体地，在示例性实施方式中，套管250经定位将配件230耦连到翼梁210。
[0026]如在上面更详细描述，在示例性实施方式中，套管250按尺寸制作从而以过盈配合在开孔240内固定。例如，在示例性实施方式中，套管250可以使用但不限于智能材料和/或心轴膨胀、相变和/或按压配合/收缩配合方法来安装。可选地，套管250可以使用使得系统200能够如在此描述运作的任何材料、系统和/或方法安装。同样，在示例性实施方式中，套管250经定位在配件230和翼梁210之间传导ΕΜΕ。例如，电流可以从配件230引导通过固定机构300和/或套管250到翼梁210。可选地，电流路径可以在使得系统200能够如在此描述运作的任何方向上延伸。
[0027]在此描述的主题一般涉及套管，并更具体涉及促进在复合结构中提供电磁效应保护的套管系统。在此描述的实施方式具有根据普遍规章标准的多个保护特征，从而在可燃燃料蒸气存在的情况下防止点火源例如形成弧光和/或起火花。在系统内，一个或多个套管包括保护特征中的一个从而抑制形成弧光和/或起火花，并使得系统能够遵守规章标准从而防止点火源。在此描述的实施方式使得能够实现与复合材料翼梁和低阻抗系统关联的益处。例如，在此描述的实施方式促进减小零件总数、重量和/或复合结构中钻孔数目。因此，在此描述的实施方式促进减小材料成本、安装成本和/或维护成本。此外，在此描述的实施方式使得套管系统和复合结构之间的电接触增加。同样，在此描述的实施方式促进减小与闪电电流关联的加热和/或起火花。
[0028]用于提供电磁效应保护的系统和方法的示例性实施方式在上面详细描述。该系统和方法不限于在此描述的特定实施方式，系统的部件和/或方法的步骤可以从在此描述的其他部件和/或步骤独立地并单独地利用。每个部件和每个方法步骤也可以与其他部件和/或方法步骤组合使用。尽管各种实施方式的特定特征可以在一些附图中并且不在其他附图中示出，但这仅是为了简便。附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征组合参考和/或要求权利。
[0029]本书面描述使用例子公开包括最优模式的实施方式，并且也使得任何本领域技术人员能够实践本实施方式，包括制作并使用任何装置和系统并执行任何所结合方法。本公开的可取得专利的保护范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他例子。如果这样的其他例子具有与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质不同的等效结构元件，则意图该其他例子在权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种在复合结构中提供电磁效应保护的方法，所述方法包括: 提供套管，所述套管包括由导电材料制造的圆柱体；和 将所述套管插入在所述复合结构中限定的开孔内，以使所述套管以过盈配合固定在所述开孔内，从而促进在所述复合结构中提供所述电磁效应保护。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将配件耦连到所述套管，以使其间具有金属到金属接触。
3.根据任何前述权利要求所述的方法，其中在开孔内插入所述套管进一步包括定位所述套管，以使所述圆柱体在所述复合结构和所述配件之间引导电磁效应。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，进一步包括在所述配件和所述复合结构之间定位密封机构。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，进一步包括提供由多条纤维制造的所述复合结构，所述多条纤维由碳纤维增强聚合物材料制造。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，在开孔内插入所述套管进一步包括定位所述套管至少沿所述圆柱体的长度与所述复合结构强力接触。
7.一种系统,包括: 复合结构，所述复合结构包括穿过其中限定的开孔； 套管，所述套管包括圆柱体，所述圆柱体按尺寸制作以过盈配合固定在所述开孔内，从而促进在所述复合结构中提供电磁效应保护，所述圆柱体由导电材料制造；以及 配件组件，所述配件组件耦连到所述套管。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述圆柱体经配置在所述复合结构和所述配件之间引导电磁效应。
9.根据权利要求7或8所述的系统，进一步包括在所述配件和所述复合结构之间定位的密封机构。
10.根据权利要求7到9所述的系统，其中所述密封机构外接所述套管，以使所述套管基本屏蔽于可燃蒸气。
11.根据权利要求7到10所述的系统，其中所述复合结构包括多条纤维，并且其中所述多条纤维在所述复合结构中的所述开孔的内表面上基本清洁、暴露且导电。
12.根据权利要求7到11所述的系统，其中所述套管的外表面基本清洁、暴露且导电。
13.根据权利要求7到12所述的系统，其中所述复合结构由碳纤维增强聚合物材料制造。
14.根据权利要求7到13所述的系统，其中所述圆柱体具有长度，所述套管经定位沿所述长度的至少一部分与所述复合结构强力接触。
15.根据权利要求7到14所述的系统，其中所述套管包括凸缘。
【文档编号】B64D45/02GK103826794SQ201280047303
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年8月21日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】C·L·纽伯特, R·E·路德维格, J·P·埃尔文, P·A·科罗纳多, B·A·詹森 申请人:波音公司