用于電磁效應(yīng)（eme）技術(shù)的改進(jìn)的桿狀緊固件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容的實(shí)施方式總體涉及用于在復(fù)合結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的金屬緊固件的緊固件技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及具有桿處理的緊固件以實(shí)現(xiàn)增加的潤(rùn)滑性以及增強(qiáng)的導(dǎo)電率。
【背景技術(shù)】
[0002]輕量復(fù)合材料被規(guī)則地用于航行器中的主結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的金屬合金相比，纖維復(fù)合物在比強(qiáng)度和剛度方面提供顯著改善。更好的比強(qiáng)度和剛度轉(zhuǎn)化為重量減輕，該重量減輕轉(zhuǎn)化為節(jié)約燃料和較低的操作成本。此外，復(fù)合物不會(huì)如鋁那樣腐蝕，并且它們更能抗疲勞。然而，這些航行器中的復(fù)合結(jié)構(gòu)不會(huì)容易地將雷擊產(chǎn)生的極度電流和電磁力傳導(dǎo)出去。
[0003]使用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)制造仍然需要緊固件用于許多組裝操作。考慮到雷擊和其他電磁效應(yīng)(EME)問(wèn)題，金屬緊固件是導(dǎo)電的，創(chuàng)造了 EME設(shè)計(jì)。緊固件火花模式必須被設(shè)計(jì)為針對(duì)雷電情況(包括熱粒子噴射(HPE))以及緊固件頭的外表面與其他結(jié)構(gòu)(或緊固件套管)之間的電弧。
[0004]當(dāng)雷電擊打安裝有金屬緊固件的碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)結(jié)構(gòu)時(shí)，電流的大部分可以通過(guò)緊固件進(jìn)入附近的結(jié)構(gòu)中。當(dāng)電能在兩個(gè)表面之間傳遞時(shí)，接觸電阻加熱可能分解材料，并且在孔中或者在緊固件與有關(guān)內(nèi)部的螺紋緊固件(諸如，螺母或易碎襯圈)之間的空間中生成熱氣(或等離子體)。
[0005]當(dāng)前在許多復(fù)合結(jié)構(gòu)中采用套管緊固件作為防雷電和結(jié)構(gòu)要求的組合解決方案，該結(jié)構(gòu)要求提供緊固件與復(fù)合接頭中的相關(guān)孔之間的過(guò)盈裝配。然而，在結(jié)構(gòu)中套管產(chǎn)生額外重量，額外成本以及額外的組裝時(shí)間并且可能具有額外的故障模式。
[0006]因此，希望的是提供適合于復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)用的緊固系統(tǒng)，該系統(tǒng)在克服現(xiàn)有技術(shù)緊固件安裝過(guò)程的缺點(diǎn)的同時(shí)在不要求套管的情況下提供過(guò)盈裝配以克服HPE和電弧放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文所公開的實(shí)施方式提供了用于提供電磁能保護(hù)的復(fù)合結(jié)構(gòu)的緊固件系統(tǒng)，該緊固件系統(tǒng)具有以下桿，該桿在桿的終止于引入部中的第一端具有螺紋部。在桿的第二端具有頭。桿被適配為與過(guò)盈裝配孔的內(nèi)表面緊密導(dǎo)電接觸。
[0008]實(shí)施方式提供了在復(fù)合結(jié)構(gòu)中用于緊固件的EME保護(hù)的方法，其中，復(fù)合接頭中的孔被確定用于安裝緊固件。緊固件直徑被建立并且緊固件的桿被配置用于在孔中過(guò)盈裝配。光滑涂層被沉積在緊固件的螺紋部和引入部上。然后，以形成有桿與孔之間的緊密導(dǎo)電接觸過(guò)盈裝配地將緊固件插入孔中。然后，在EME事件期間，可以轉(zhuǎn)移電能。
[0009]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢(shì)可以在本公開內(nèi)容的各種實(shí)施方式中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，或者可以在其他實(shí)施方式中結(jié)合，參考以下描述和附圖可以了解本公開內(nèi)容的更多細(xì)節(jié)。
[0010]進(jìn)一步地，本公開內(nèi)容包括根據(jù)下列項(xiàng)的實(shí)施方式:
[0011]項(xiàng)1.一種用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的接頭，包括:復(fù)合層；鄰近復(fù)合層的被聯(lián)接元件，所述復(fù)合層和被聯(lián)接元件具有延伸穿過(guò)其中的孔；緊固件，過(guò)盈裝配地容納在孔中并且具有桿；螺紋部，在桿的終止于引入部的第一端上；以及，頭，在桿的第二端上；其中，桿被適配為與孔的內(nèi)表面親緊密導(dǎo)電接觸。
[0012]項(xiàng)2.根據(jù)項(xiàng)I中所限定的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的接頭，其中，被聯(lián)接元件是金屬子結(jié)構(gòu)體。
[0013]項(xiàng)3.根據(jù)項(xiàng)I中所限定的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的接頭，其中，引入部被配置為在不損壞復(fù)合材料的情況下擴(kuò)展過(guò)盈裝配孔的內(nèi)表面。
[0014]項(xiàng)4.根據(jù)項(xiàng)I中所限定的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的接頭，其中，桿具有峰和谷的粗糙主體并且進(jìn)一步包括主體上的光滑涂層，，所述涂層被拋光用于暴露峰以保持緊密導(dǎo)電接觸，同時(shí)涂層保持存在于谷中用于光滑插入過(guò)盈裝配孔中。
[0015]項(xiàng)5.根據(jù)項(xiàng)I中所限定的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的接頭，其中，軟金屬層被沉積在桿上，所述軟金屬層剪切用于插入過(guò)盈裝配孔中，同時(shí)保持緊密導(dǎo)電接觸。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是航行器制造和服務(wù)方法的流程圖；
[0017]圖2是航行器的方框圖；
[0018]圖3是具有光滑涂層的桿中的滾花的第一實(shí)施方式的立體圖；
[0019]圖4是在桿中使用光滑涂層的滾花的細(xì)節(jié)截面圖；
[0020]圖5是第二實(shí)施方式的立體圖，該實(shí)施方式具有在桿的螺紋和引入部上的光滑涂層，在桿的引入部和頭之間的軟金屬涂層；
[0021]圖6是桿的涂覆主體的細(xì)節(jié)截面圖；
[0022]圖7是以過(guò)盈裝配安裝在復(fù)合接頭中的孔中的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的緊固件的部分截面圖；以及，
[0023]圖8是用于采用如實(shí)施方式中所限定的具有EME保護(hù)的緊固件系統(tǒng)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在不使用套管的情況下，本實(shí)施方式提供了通過(guò)緊固件的緊密導(dǎo)電接觸用于各種EME保護(hù)要求，其中，各種EME保護(hù)要求包括雷擊、高強(qiáng)度輻射域、故障電流、陰雨靜電干擾和功能性接地。首個(gè)實(shí)施方式提供了具有其上添加干膜潤(rùn)滑涂層的粗糙桿表面的緊固件。然后，粗糙桿將被拋光以暴露峰中的緊固件賤金屬并且在谷中保留光滑涂層。這保證了充分的導(dǎo)電性以維持用于閃電能量的高電流密度的鍵路徑(bond path)以及用于過(guò)盈裝配安裝的潤(rùn)滑性。第二實(shí)施方式提供了具有兩個(gè)變形例的緊固件桿。潤(rùn)滑涂層被至少添加至緊固件的引入幾何體，而桿的剩余部分被涂覆有軟金屬。緊固件上的潤(rùn)滑涂層提供了足夠的潤(rùn)滑性以確保緊固件可以被安裝至過(guò)盈裝配孔中，軟金屬確保良好的電鍵同時(shí)還有助于安裝。在兩個(gè)實(shí)施方式中，可以在沒有套管的情況下完成過(guò)盈裝配安裝并且降低緊固件與結(jié)構(gòu)之間的空隙防止空隙中的空氣電離形成HPE。
[0025]參考附圖，可在如圖1中所示的航行器制造和服務(wù)方法100以及如圖2中所示的航行器102的背景下描述本公開內(nèi)容的實(shí)施方式。在預(yù)制造過(guò)程中，示例性方法100可包括:航行器102的規(guī)格和設(shè)計(jì)104以及材料采購(gòu)106。在制造過(guò)程中，進(jìn)行航行器102的部件和子組件制造108以及系統(tǒng)集成110。之后，航行器102可進(jìn)行認(rèn)證和交付112，以投入使用114。在為客戶提供服務(wù)期間，安排航行器102進(jìn)行例行維護(hù)和保養(yǎng)116 (其還可包括改造、重新配置、翻新等)。
[0026]可通過(guò)系統(tǒng)集成商、第三方和/或運(yùn)營(yíng)商(例如，客戶)來(lái)執(zhí)行或者實(shí)施方法100的各個(gè)過(guò)程。為了該描述的目的，系統(tǒng)集成商可包括但不限于任意數(shù)量的航行器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括但不限于任意數(shù)量的承包商、分包商以及供應(yīng)商；并且運(yùn)營(yíng)商可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)機(jī)構(gòu)等。
[0027]如圖2所示，通過(guò)示例性方法100生產(chǎn)的航行器102可包括具有多個(gè)系統(tǒng)120和內(nèi)部122的機(jī)體118。高級(jí)系統(tǒng)120的實(shí)例包括推進(jìn)系統(tǒng)124、電氣系統(tǒng)126、液壓系統(tǒng)128以及環(huán)境系統(tǒng)130中的一種或者多種?？砂ㄈ我鈹?shù)量的其他系統(tǒng)。盡管示出了航空航天的示例，但本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于諸如汽車工業(yè)的其它工業(yè)。
[0028]在生產(chǎn)和服務(wù)方法100的任意一個(gè)或多個(gè)階段過(guò)程中可采用本文中所呈現(xiàn)的設(shè)備和方法。例如，可以與航行器102在服務(wù)時(shí)制造部件或子組件類似的方式來(lái)制作或者制造對(duì)應(yīng)于制造過(guò)程108的部件或子組件。另外，一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的實(shí)施方式、方法的實(shí)施方式、或者其組合可以在生產(chǎn)階段108和110期間使用，例如通過(guò)大幅加快航行器102的組件或者降低航行器102的成本。類似地，在航行器102處于服務(wù)時(shí)，一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的實(shí)施方式、方法的實(shí)施方式、或者其組合可以例如且不限于用于維護(hù)和服務(wù)116。
[0029]本文中所描述的實(shí)施方式提供了緊固件系統(tǒng)，該緊固件系統(tǒng)提供在如圖1和圖2中所限定的航行器的方法或系統(tǒng)中的組件要求以及以上所描述的或任何相似的結(jié)構(gòu)組件可以加以使用的EME保護(hù)。
[0030]如圖3中所示，緊固件系統(tǒng)的第一實(shí)施方式并入了具有桿12的緊固件10，該桿在第一端上具有螺紋部14以及在第二端上具有頭16。緊固件中可包括抗旋轉(zhuǎn)特征件(諸如，六角孔17)，在螺紋部14上安裝螺母期間使用。引入部18提供從螺紋部14至桿12的主體20的過(guò)渡。引入部18可并入圓形肩部19或錐撥以過(guò)渡地過(guò)盈裝配地嚙合桿的主體和孔的內(nèi)表面。主體20并入了可以通過(guò)滾花或類似機(jī)械處理產(chǎn)生的粗糙表面。在示例性實(shí)施方式中，峰至谷的高度應(yīng)該在0.0002英寸和0.001英寸之間。光滑的干涂層被添加至主體上包括滾花的緊固件。針對(duì)示例性實(shí)施方式，干涂層是“鋁顏料涂層”，其在示例性實(shí)施方式中是酚醛樹脂基(如矩陣)，并且包含潤(rùn)滑顏料、普通的鋁粉或顆粒，諸如，BMS10-85酚醛基鋁顏料涂層。還可以采用防腐蝕添加劑。在可替代實(shí)施方式中，可以采用環(huán)氧基涂