用于評(píng)估接頭處的電流威脅影響的方法、裝置及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于對(duì)結(jié)構(gòu)接頭處的雷擊或其他電流威脅的影響進(jìn)行評(píng)估的方法及設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及用于對(duì)響應(yīng)于電流威脅從接頭被釋放的氣體、等離子體和/或微粒自身的或所引起的物理特性進(jìn)行分析以及用于針對(duì)要經(jīng)受這樣的威脅的接頭確定一組設(shè)計(jì)規(guī)則的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器通常需要在機(jī)身結(jié)構(gòu)件可能經(jīng)受雷擊的天氣條件下飛行。這樣的雷擊通常在緊固的接頭的緊固件處附著于飛行器或經(jīng)由飛行器結(jié)構(gòu)件傳導(dǎo)至該緊固件。為了防止燃料點(diǎn)燃，必須預(yù)測(cè)并且控制這樣的雷擊的影響，尤其是在燃料箱接頭處。
[0003]圖1是穿過面板1的緊固件組件的一部分的側(cè)視圖，面板1可以是復(fù)合面板或金屬面板。該組件包括緊固件，該緊固件包括外螺紋螺栓2、內(nèi)螺紋螺母3以及墊圈4 (可替代地，該緊固件可以包括任意其他已知的緊固件類型如鉚釘或模鍛緊固件)。當(dāng)雷擊擊中面板1并且有電流流經(jīng)緊固件時(shí)，在接頭處(例如在面板1與緊固件之間的接合面處)冒出火花會(huì)導(dǎo)致局部壓力增大并且從緊固件噴出火花束。壓力增大還可能導(dǎo)致從接頭釋放出氣體、等離子體以及熱微粒。
[0004]在圖1中用附圖標(biāo)記5示出這樣的出氣的通常位置。面板1可以提供燃料箱壁并且緊固件因此可以浸在燃料或燃料蒸氣中。緊固件處的雷擊因此可能提供會(huì)點(diǎn)燃燃料蒸氣的火花和熱氣體點(diǎn)燃源。其他電流威脅如來自飛行器上的電氣設(shè)備的威脅也可能提供這樣的點(diǎn)燃源。
[0005]在一些情況下，壓力增大可能高得足以對(duì)面板1造成結(jié)構(gòu)損壞。如果面板由復(fù)合材料制成，則壓力可能由于氣體、等離子體和/或顆粒試圖從接頭逸出而造成層離。
[0006]在航空航天工業(yè)中用于在模擬雷擊測(cè)試期間檢測(cè)燃料點(diǎn)燃源的先前測(cè)試方法基于攝影術(shù)和/或可燃?xì)怏w技術(shù)，如在EUROCAE ED-105，章節(jié)7.7以及等同的SAE和MIL-STD標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中所限定的。這種技術(shù)提供了離散的通過/失敗結(jié)果，而沒有關(guān)于出氣事件的特性以及相關(guān)的限度的任何定量信息。不存在已知的用于對(duì)在出氣事件期間釋放的氣體、等離子體和/或微粒的物理特性進(jìn)行測(cè)量的方法及裝置。
[0007]實(shí)際上，還存在關(guān)于在出氣事件期間起作用的物理機(jī)制的幾種未知情況。因此，需要用于產(chǎn)生關(guān)于這樣的出氣事件的改進(jìn)數(shù)據(jù)的裝置及方法。還需要更好地理解接頭的設(shè)計(jì)特征對(duì)出氣程度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的第一方面提供了一種用于對(duì)氣體、等離子體和/或微粒自身的和/或所引起的一個(gè)或更多個(gè)物理特性進(jìn)行測(cè)量的裝置，所述氣體、等離子體和/或微粒響應(yīng)于電流威脅從接頭被釋放，接頭包括緊固件，緊固件穿過結(jié)構(gòu)件使得緊固件的端部從結(jié)構(gòu)件突出，所述裝置包括:
[0009]容納構(gòu)件，容納構(gòu)件具有圍繞腔的開口的基部，容納構(gòu)件被布置成安裝在緊固件的端部上方以將緊固件的端部圍封在所述腔內(nèi)并且密封開口 ；以及
[0010]一個(gè)或更多個(gè)傳感器，被布置成用于測(cè)量:所述腔所容納的氣體、等離子體和/或微粒的一個(gè)或更多個(gè)物理特性；和/或容納構(gòu)件或接頭的由所述腔所容納的氣體、等離子體和/或微粒引起的一個(gè)或更多個(gè)物理特性。
[0011]根據(jù)第一方面的裝置可以用于獲得關(guān)于由雷擊或其他電流威脅導(dǎo)致的出氣事件的產(chǎn)物的有價(jià)值數(shù)據(jù)。例如，所述裝置可以用于模擬接頭處的雷擊的測(cè)試程序以獲得關(guān)于出氣產(chǎn)物(響應(yīng)于雷擊從接頭發(fā)出的氣體、等離子體和/或微粒)自身的或所引起的物理特性的信息。這樣的信息使得能夠更好地理解出氣事件的物理現(xiàn)象并且更好地預(yù)測(cè)接頭處雷擊的可能結(jié)果。
[0012]在關(guān)于出氣事件的物理現(xiàn)象的可用信息非常少的情況下，使用已知的測(cè)試技術(shù)難以預(yù)測(cè)雷擊對(duì)接頭完整性的影響。因此，新的接頭設(shè)計(jì)必須要經(jīng)受測(cè)試序列(campaign)以確定這些接頭針對(duì)雷擊是否能夠受到足夠的保護(hù)。這樣的測(cè)試序列昂貴并且會(huì)導(dǎo)致延長(zhǎng)設(shè)計(jì)過程。已知的測(cè)試技術(shù)提供了簡(jiǎn)單離散的通過/失敗結(jié)果。EUROCAE ED-105，章節(jié)7.7描述了指示是否存在點(diǎn)燃源的攝像和可燃?xì)怏w技術(shù)。因此，已知的測(cè)試序列是簡(jiǎn)單的指示，即在某種意義上講，已知的測(cè)試序列從僅能夠用于判斷接頭是通過測(cè)試還是測(cè)試失敗意義上來講是遲鈍的工具并且不能提供關(guān)于接頭是否被過度設(shè)計(jì)的信息。這樣的測(cè)試目前還不能用于提供用于預(yù)測(cè)關(guān)于相似接頭的測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)。
[0013]相比之下，第一方面的裝置能夠提供關(guān)于出氣產(chǎn)物的物理特性以及出氣產(chǎn)物對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的影響的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠用于為接頭設(shè)計(jì)過程提供信息。測(cè)試序列的大小會(huì)大大減小并且可以避免接頭的過度設(shè)計(jì)。
[0014]已知的在接頭處——在接頭處，由電流威脅如雷擊導(dǎo)致的出氣產(chǎn)物或火花會(huì)引起點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)(例如，在飛行器燃料箱接頭處)一一的保護(hù)方法是將突出的緊固件端部圍封在蓋(也稱為螺母蓋或防火花蓋)的密封腔內(nèi)。第一方面的裝置可以用于模擬這種蓋，其中，容納構(gòu)件的腔在大小、形狀或其他特征方面與蓋的腔對(duì)應(yīng)。因此，所述裝置可以用于提供關(guān)于這種蓋的設(shè)計(jì)需求的信息。
[0015]所容納的出氣產(chǎn)物(氣體、等離子體和/或微粒)的物理特性可以包括產(chǎn)物的任何可測(cè)量的或可觀察的特性，所述特性的值描述了這些產(chǎn)物的狀態(tài)。類似地，由出氣產(chǎn)物引起的物理特性可以包括容納構(gòu)件或接頭的由所容納的出氣產(chǎn)物引起(導(dǎo)致)的任何可測(cè)量的或可觀察的特性，并且所述特性的值描述了容納構(gòu)件或接頭的狀態(tài)。
[0016]第一方面的裝置的所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器可以包括:壓力傳感器，所述壓力傳感器與腔流體連通并且被布置成用于測(cè)量腔內(nèi)的壓力；溫度計(jì)，所述溫度計(jì)被布置成用于對(duì)容納構(gòu)件的溫度或溫度分布(容納構(gòu)件的本體的溫度或溫度分布，或腔內(nèi)的溫度或溫度分布)或接頭的溫度或溫度分布(結(jié)構(gòu)件和/或緊固件內(nèi)的溫度或溫度分布)進(jìn)行測(cè)量；和/或光傳感器，所述光傳感器被布置成用于測(cè)量所述腔內(nèi)所發(fā)射的光(這可以包括測(cè)量光的光譜分析)。
[0017]壓力傳感器可以提供關(guān)于所容納的出氣產(chǎn)物(氣體、等離子體和/或微粒)的壓力的用于為設(shè)計(jì)過程提供信息的數(shù)據(jù)。例如，所測(cè)量的壓力可以用于確定意在圍封接頭的突出的緊固件端部的蓋(例如，螺母蓋或防火花蓋)所必須耐受的壓力。相似地，溫度或溫度分布數(shù)據(jù)可以用于為材料選擇提供信息。光傳感器可以檢測(cè)出出氣事件期間在接頭處生成的任何火花。此外，光傳感器可以執(zhí)行光譜分析以提供關(guān)于出氣產(chǎn)物的特性的附加信息。
[0018]所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器可以包括光纖傳感器。這樣的傳感器緊湊并且抗電子干擾。
[0019]本發(fā)明的第二方面提供了一種用于對(duì)氣體、等離子體和/或微粒自身的或所引起的一個(gè)或更多個(gè)物理特性進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備，所述氣體、等離子體和/或微粒響應(yīng)于電流威脅從接頭被釋放，所述設(shè)備包括:
[0020]包括緊固件的接頭，緊固件穿過結(jié)構(gòu)件而使得緊固件的端部從結(jié)構(gòu)件突出；
[0021]根據(jù)第一方面所述的裝置；以及
[0022]用于將代表電流威脅的電流輸送至緊固件的裝置，
[0023]其中，根據(jù)第一方面所述的裝置的容納構(gòu)件安裝在所述緊固件的端部上方以使得能夠?qū)⒕o固件的端部圍封在腔內(nèi)并且密封開口。
[0024]因此，第二方面提供了以下設(shè)備，所述設(shè)備使用第一方面的裝置來測(cè)量模擬雷擊或其他電流威脅的出氣產(chǎn)物的物理特性，或由這樣的產(chǎn)物在接頭或容納構(gòu)件中引起的物理特性。其他電流威脅可以包括來自故障電氣設(shè)備的電流。
[0025]用于輸送表示電流威脅(例如，雷擊)的電流的裝置可以包括適于輸送代表性電流一一如在EUROCAE ED-105或等同標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中限定的高電流波形一一的任何裝置或設(shè)備。其可以包括高電壓發(fā)生器、激光器或任何其他合適的裝置。用于輸送電流的裝置可以被布置成用于將代表性電流直接輸送至緊固件(以模擬例如直接雷電附著)，或輸送至所述結(jié)構(gòu)件上的所輸送的電流將從其傳導(dǎo)至緊固件的點(diǎn)(以模擬例如來自雷擊的傳導(dǎo)電流威脅)。所述設(shè)備可以用于測(cè)量任一電流傳輸場(chǎng)景下緊固件的出氣產(chǎn)物上的影響。
[0026]接頭的結(jié)構(gòu)件可以包括一個(gè)或更多個(gè)面板，所述一個(gè)或更多個(gè)面板通過緊固件附接至子機(jī)身構(gòu)件，如表不肋、縱梁、機(jī)身、翼梁或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的子機(jī)身構(gòu)件。在一些實(shí)施方式中，接頭可以包括通過緊固件彼此附接的兩個(gè)子機(jī)身構(gòu)件。容納構(gòu)件的開口可以通過與結(jié)構(gòu)件的密封接觸而被密封。例如，容納構(gòu)件可以經(jīng)由圍繞開口延伸的一圈粘附性或密封材料被附接至結(jié)構(gòu)件。
[0027]所述接頭可以包括穿過所述結(jié)構(gòu)件的多個(gè)緊固件，并且代表性電流可以被輸送至所述多個(gè)緊固件中的一個(gè)或更多個(gè)緊固件。所述設(shè)備可以包括根據(jù)第一方面的多個(gè)裝置。
[0028]所述設(shè)備可以包括被布置成用于對(duì)所測(cè)量的一個(gè)或更多個(gè)物理特性隨時(shí)間的變化進(jìn)行記錄的記錄裝置。因此，所述一個(gè)或更多個(gè)物理特性在施加代表性電流之后的變化可以被追蹤。預(yù)期至少一些物理特性如壓力、溫度和光在施加了代表性電流之后可能上升到峰值并且然后開