管道装置的制作方法

本发明涉及一种管道装置，该装置典型地但非排它性地用于飞机燃料箱中。

背景技术：

US2012/0012709描述了一种已知的位于飞机燃料箱中的燃料管道和肋之间的支撑结构。该支撑结构配备有使管道和肋电隔离的绝缘部件。这防止了管道和肋之间出现火花放电。

技术实现要素：

本发明提供了一种管道装置，包括：安装在燃料箱中的导电的第一管道和第二管道；连接第一管道和第二管道的接头配件，以使流体能经过接头配件中的导管流过管道，其中，该接头配件借助于柔性接头配件附接到第一管道和第二管道，该接头配件允许在接头配件与第一管道或第二管道之间的相对运动，该接头配件附接到燃料箱的构件，该接头配件提供了第一管道或第二管道与该构件之间的电阻最小通路，该电阻最小通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻。

该接头配件可被附接到燃料箱的构件以使负载能经该接头配件在管道和构件之间转移，或仅将接头配件保持在相对于燃料箱的构件的固定位置。该接头配件的最小电阻(50Ω)限制了诸如那些由雷击或接地回路产生的不期望的电流的流动。该接头配件的最大电阻(100MΩ)使期望的电流能够流动，例如用于驱散静电电荷。这可与US2012/0012709对比，在该文献中，绝缘部件的较高电阻阻止了这中期望的电流的流动。柔性接头配件允许在接头配件与第一管道或第二管道之间的相对运动，使该管道装置能适应燃料箱的变形—如由燃料箱的热膨胀、弯曲或扭曲引起的变形。这可与US2012/0012709对比，在该文献中，单个管道通过肋，且该管道被夹具刚性地抓持使得不允许产生相对运动。由低电阻率而非诸如聚合物的高电阻率材料制成的导电管道的使用，使管道能被更容易且廉价地制造，如通过挤压制造。

典型地，该接头配件提供位于第一管道和构件之间的电阻最小的第一通路，该电阻最小的第一通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻，该接头配件还提供位于第二管道和构件之间的电阻最小的第二通路，该电阻最小的第二通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻。

典型地，该接头配件包括包含导管的主体和由主体延伸出的凸缘，其中该接头配件借助于凸缘附接到燃料箱的构件。典型地，该凸缘从主体沿径向延伸。在一个实施例中，主体和凸缘由混合有导电填充物颗粒的聚合物(典型地是热塑性塑料聚合物)制成，在另一个实施例中它们是金属制成的。

典型地，该接头配件的主体通过燃料箱的构件中的孔。可选地，电绝缘材料设置在位于接头配件的主体和燃料箱的构件之间的孔中。该电绝缘材料可以是诸如该接头配件或该构件上的涂层或衬垫。

在一个实施例中，该接头配件进一步包括位于凸缘和构件之间的电阻元件(例如诸如环状衬垫的垫状物)，电阻最小通路的一部分经由该电阻元件在凸缘和构件之间穿过，并且电阻最小通路的这部分具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻。该电阻元件可以围绕本体的圆周的仅一部分延伸，但更优选地，该电阻元件围绕本体的整个圆周延伸。在另一实施例中，本体和凸缘由具有特定电阻率的材料(例如混合有导电填充物颗粒的聚合物)制成，并且凸缘与构件直接接触。在这种情况下，制成本体和凸缘的材料的电阻率是特定的，使得经过本体和凸缘的电阻最小通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻。

该凸缘可采用粘合剂结合到构件，该粘合剂具有特定的电阻率，具有介于50Ω至100MΩ之间的期望的电阻。然而，更典型地，凸缘经由紧固件附接到构件，该紧固件通过凸缘中的紧固件孔。可选择地，每个紧固件包括金属本体以及在金属本体与凸缘之间的电绝缘屏障。

该凸缘可围绕本体圆周的仅仅一部分延伸，但更优选地，凸缘围绕本体的整个圆周延伸。典型地，该凸缘是环状的。凸缘和本体可以是不同的部件，但更优选地，凸缘和本体由单件材料整体制成。可选择地，凸缘和本体由注射成型整体地制成。

该(或每个)电阻最小通路可以具有小于1kΩ的电阻，但更典型地，其具有大于1kΩ，或大于10kΩ的电阻，并且更优选地，该通路具有大于100kΩ的电阻。

该(或每个)电阻最小通路可以具有大于10MΩ的电阻，但更典型地，该通路具有小于10MΩ的电阻。

在优选实施例中，该(或每个)电阻最小通路具有介于100kΩ与10MΩ之间的电阻。

可选择地，该接头配件中的导管具有轴线，并且该(或每个)柔性接合件允许该接头配件与第一或第二管道之间的、沿平行于轴线的轴向方向的轴向相对运动。该轴向相对运动典型地具有大于1mm且更优选地大于10mm的允许范围。

可选择地，该(或每个)柔性接合件允许在接头配件与第一管道或第二管道之间的枢转相对运动，在该枢转相对运动中，第一管道或第二管道的轴线相对于接头配件枢转。该枢转相对运动典型地具有大于1°并且更优选地大于2°的允许范围。

该接头配件可选择地具有接纳第一管道的第一插口和接纳第二管道的第二插口。可选择地，该接头配件也可被接纳在管道中。

每个导电管道从管道的一端到另一端典型地具有低于1Ω的电阻，并且优选地更低。

典型地，导电的第一和第二管道沿其整个长度都是金属的。例如，它们可由导电金属材料制成，诸如铝。这类材料既廉价又实用。

可选地，每个管道借助于一条或多条相应的金属接合引线连接到接头配件。可在每个管道端部提供两条接合引线以在一条引线出现故障的情况下提供冗余。每条金属接合引线典型地具有低于1Ω的电阻，并且优选更低。

可选地，该接头配件借助于柔性接合件附接到管道中的仅一个管道，与另一管道的接合件是刚性的。然而，更优选地是，该接头配件借助于第一柔性接合件附接到第一管道，该第一柔性接合件允许接头配件与第一管道之间的相对运动，并且该接头配件借助于第二柔性接合件附接到第二管道，该第二柔性接合件允许接头配件与第二管道之间的相对运动。

燃料箱可处在固定结构中，但更典型地是，燃料箱是诸如船舶、列车或飞机的交通工具的燃料箱。

该管道可用于输送液压流体或惰性气体，但更优选地是，第一管道和第二管道是液体燃料管道，并且该接头配件能使液体燃料(如煤油)经由接头配件中的导管流过管道。

在液压管道的情形中，管道可以具有小于15mm的外径。而在这些情形下，管道本身典型地能够弯曲，因此可以不需要接头配件的柔性接合件。因此，更优选地，第一管道和第二管道具有大于15mm、典型地大于20mm，更典型地大于50mm的外径。

典型地，该燃料箱具有由复合材料制成的至少一层燃料箱壁。

典型地，接头配件被附接到其上的燃料箱的构件是金属的。

在优选实施例中，接头配件被附接到其上的燃料箱的构件是机翼的肋。该机翼可包括主要是碳纤维的增强塑性构件—如碳纤维增强塑性蒙皮和翼梁。

附图说明

现将参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1是飞机的平面视图，包括带有依照本发明的实施例的管道装置的机翼；

图2是包含在图1的飞机的机翼中的燃料箱组件的示意性侧视图；

图3是依照第一实施例的管道装置在图2的板肋中的一个板肋处的示意性视图；

图4是依照第二实施例的管道装置在图2的板肋中的一个板肋处的示意性视图；

图5是用于第一实施例的电路；

图6是用于第二实施例的电路；

图7是图3中的管道装置的示意性视图，显示了延伸的凸缘垫圈；

图8是图3中的管道装置的示意性视图，在板肋上带有绝缘涂层；以及

图9是图3中的管道装置的示意性视图，在接头配件的外表面上带有绝缘涂层。

具体实施方式

图1所示的飞机机翼1包括多个燃料箱组件，在图2中示意性示出了多个燃料箱组件之一。燃料箱组件10包括燃料箱，该燃料箱具有：由前/后部翼梁(未显示)提供的头/尾部边界壁，由内/外部密封肋12、14提供的内/外部边界壁，由上/下盖16、18提供的上/下边界壁。机翼还具有在密封肋之间的板肋20。该板肋具有使燃料流动通过该板肋的孔22。翼梁和盖由诸如碳纤维强化环氧树脂的复合材料制成。肋由诸如铝的金属材料制成。

燃料管道装置24被安装在该燃料箱中。该管道装置包括一系列金属管道，包括在燃料箱外的外部管道29和均延伸跨过肋之间的间隔宽度的内部管道26、28。每个内部管道26、28沿其从一端至另一端的整个长度上是金属的，且可通过挤压制成。图3是该管道装置在板肋20中的一条肋板处的详细示意图，显示了在肋的相对侧上的第一管道26和第二管道28。每个管道26、28沿其自图3所示的端部至图2所示的连接到另一管道的相对端部的整个长度都是金属的。接头配件30穿过板肋30中的孔，连接管道26、28，并使液体燃料能经该接头配件中的导管34流过管道。

接头配件30包括包含导管34的本体32和从该本体沿径向延伸的凸缘36。凸缘36是环状的，围绕该本体的整个圆周延伸。该本体具有中央部分38和端部部分40，该中央部分具有减小的内外径，穿过板肋20中的孔，该端部部分包含接收管道的插口。插口中的O形环42提供流体紧密密封并允许接头配件和管道之间的相对运动的柔性接合。

该接头配件中的导管34具有与管道26、28的轴线26a、28a共线的轴线。每个柔性接合件允许接头配件30与第一管道或第二管道26、28之间的沿平行于轴线的轴向方向的轴向滑动相对运动。该轴向相对运动具有约49mm的范围，即位于插口的基部处的肩部39和插口的边缘之间的距离。每个柔性接合件还允许枢转相对运动，在该枢转相对运动中，第一或第二管道的轴线26a、28a相对于接头配件30的轴线枢转。该枢转相对运动具有约4°的范围。

在一个可替换的实施例(未显示)中，该接头配件的本体可具有“蛤壳”结构，该“蛤壳”结构使该接头配件能打开以允许管道的端部进入，然后夹紧闭合以将管道联接起来，同时允许其间的相对轴向和枢转运动。

该管道是直的并且刚性的，具有介于约20mm至100mm的外径。这使得在飞行中它们不能随机翼的弯曲或扭转而弯曲或伸长。该接头配件的柔性结合件使管道间能够相对运动，使得管道装置作为整体能容纳机翼的这种弯曲或扭转。

凸缘36借助于螺栓44附接到肋20。该接头配件和肋20之间的这中刚性附接保持该接头配件在肋的孔中位于中心，并且使负载能经该接头配件在管道26、28和肋20之间转移。每个螺栓都有金属轴46、金属头48和金属螺母50。垫圈52被夹在凸缘36和肋20的相对面之间。类似于凸缘36，垫圈52是环状的，并围绕本体32的整个圆周延伸。

顶帽绝缘套筒54被插入肋20、垫圈52和凸缘36的孔中，套筒54的头部抵靠肋的左侧面支承。螺栓44的轴46随后被插入，直到金属头48接触套筒54的头部56。随后螺母50利用夹在螺母50和凸缘的右侧面之间的绝缘垫圈58被拧紧。螺母50被上紧使得垫圈52被压紧在凸缘36和肋20的相对面之间。

管道装置24按下述方式减轻起火风险。一种起火风险由雷击产生。如果顶盖18或底盖16由具有高电阻的复合材料制成，并且管道装置24就有低电阻，那么由雷击机翼外表面产生的大电流会经燃料箱10沿管道26、28流动，且会引起管道26、28和接头配件30的界面处的潜在的电火花隐患。因此，管道装置24被设计成具有高于50Ω且典型地高于100kΩ电阻的电阻最小通路，使得这种闪电引起的电流能被维持在安全水平。管道26、28由铝制成，以具有很小的电阻—从一端至另一端约50μΩ。类似地，接头配件30的主体32和凸缘36由具有类似大小的很小的电阻的单件铝材制成。管道26、28借助于相应的金属接合引线60(典型地是镀镍铜制的)连接到接头配件30，以确保其间的导电连接(每一金属接合引线都具有很小的电阻，约小于1mΩ)。垫圈52另一方面由具有相对高的电阻的材料制成—例如混合有导电填充物颗粒(例如碳黑)的PEEK聚合物。绝缘套筒54和垫圈58由诸如不带有任何碳黑填充物颗粒的PEEK的绝缘材料制成。由此管道26、28和肋20之间的电阻最小通路具有通过主体32和凸缘36的第一部分(该第一部分具有很低的电阻—约小于1mΩ)和通过位于凸缘和肋的相对面之间的垫圈52而不通过任一金属制螺栓44(由于绝缘套筒54、56和垫圈58)的第二部分。垫圈52中碳黑的浓度特制成足够低的以便电阻最小的通路的第二部分(例如跨过垫圈的部分)具有大于50Ω并且典型地大于100kΩ的电阻以保证雷击引起的电流保持在能够接受的水平。

另一起火风险是静电电荷。随着燃料泵入燃料箱，燃料的表面成为带电的，这些电荷会通过与燃料直接接触或者通过引起管道内跨过空气间隙的电压而积累在燃料管道上。板肋20提供多条释放此类电荷的容余通路是合乎需要的。因此，垫圈52中碳黑的浓度被特制成足够高的以便电阻最小通路具有低于100MΩ且典型地低于10M欧姆的电阻以保证电流能在管道26、28和肋20之间流动以释放此类静电电荷。

另一起火风险是接地回路电流。如果导电物体(如扳手)被置于与管道26、28接触的燃料箱10中，那么作为雷击结果的电流会流动通过该物体并沿该管道流动。为了限制此类接地回路电流，每个接头配件30都有如上所述的相当高的电阻。

图4是依照本发明第二实施例的管道装置的详细示意性视图。图4装置的多个特征与图3相同，且这些相同特征标记有相同的附图标记。

图4中的接头配件30a没有绝缘垫圈，且螺栓44也没有绝缘套筒或垫圈。本体32a和凸缘36a通过注射成型形成为单体件。该注射成型材料包括混合有短股玻璃纤维(提供机械强度)的热塑性塑料聚合物和诸如碳黑的导电填充物颗粒。碳黑的浓度是特制的，使得通过管道26、28与肋20之间的接头配件的本体32a和凸缘36a的电阻最小通路具有期望值的电阻。跨过接头配件30a可实现为与上述电阻值相似的电阻值，即介于50Ω与10MΩ之间，以减轻起火风险。

图5和图6作为电路分别代表了图3和图4的实施例。在图3的实施例中，每个接头配件30提供第一管道或第二管道(26或28)与构件(12、20或14)之间的电阻最小通路并且因此电阻最小通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻R。而接头配件30提供相邻联接管道间的微小电阻。因此，燃料箱外的外部管道29在两端都是由高电阻材料而非金属制成的，以提供高电阻通路，从而阻止有害电流流入整个管路运行。作为选择，外部管道29可为金属制的，但为同一目的包含高电阻元件。

在图4的实施例中，每个接头配件30a的本体和凸缘提供在第一管道或第二管道(26、28或29)与构件(12、20或14)之间的电阻最小通路，并且该电阻最小通路具有介于50Ω与100MΩ之间的电阻(R1+R3)或(R2+R3)。每个接头配件30a的本体还提供第一管道和第二管道之间的电阻最小通路，并且该电阻最小通路具有也介于50Ω与100MΩ之间的电阻(R1+R2)。在这种情况下，不同于图5的例子，燃料箱外的外部管道29可为金属制的，因为接头配件30a借助外部管道29而具有进入燃料箱的高电阻通路(R1+R2)。

由于可能存在外部物体碎片，起火风险更进一步的来源是接头配件30的本体与板肋20之间的电弧或表面跟踪。可以采用各种方式减轻这种风险。

该接头配件的本体通过板肋20的孔。在接头配件的本体和板肋20的环形边缘之间的孔中设置有绝缘材料，并且在图7-9中示出了示例。

图7显示了图3中的管道装置具有垫圈70，该垫圈带有凸缘并相对于图3中的垫圈52延伸。图3中的垫圈52终止于穿过板肋20的孔的直径处，而图7中的垫圈70延伸入板肋20与接头配件30之间的孔。垫圈70与接头配件30的外径和肋20的边缘接触，具有垂直的凸缘或套筒71，该凸缘或套筒位于垫圈70的内径处且沿接头配件30的外径至少部分地延伸至肋20的边缘21处或之外的位置。

作为选择，如图8和图9所示，电绝缘覆盖层(典型地是如顶层涂层的涂覆层)可被附加至肋20或者接头配件30的外径，或者可能是被附加至肋20和接头配件30两者。图8显示了图3中的管道装置在肋20上具有电绝缘覆盖层80，图9显示了图3中的管道装置在接头配件30的外表面上具有电绝缘覆盖层90。在图4所示的实施例中，接头配件提供电阻功能并且不具有垫圈52、70，绝缘覆盖层80和/或90可被施加，如图8和9所示。

以上尽管已参考一个或多个优选实施例描述本发明，应该理解，可以做出多种变化或改进而不背离所附权利要求中限定的本发明的范围。