提供eme防護(hù)的緊固件系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種方法，所述方法包括將緊固件(750)插入構(gòu)件(710，720)堆疊中，以及用具有在選擇的位置處的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)的零件終止緊固件(750)，以防護(hù)免受電磁效應(yīng)(EME)；還公開了一種緊固件(310)，其具有在頭部(320)上的互鎖電介質(zhì)覆蓋物(340)；以及一種緊固系統(tǒng)，其包括緊固件、終止零件和不同的EME防護(hù)特征件。
【專利說明】提供EME防護(hù)的緊固件系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001]輕量復(fù)合材料有望用于航空工業(yè)。纖維復(fù)合材料比傳統(tǒng)金屬合金在比強(qiáng)度和剛度上提供顯著的改善。較好的比強(qiáng)度和剛度轉(zhuǎn)化成重量減輕，其轉(zhuǎn)化成節(jié)省燃料和較低的操作成本。另外，復(fù)合材料不像鋁那樣會(huì)腐蝕，并且它們更耐疲勞。
[0002]這些飛行器中的復(fù)合結(jié)構(gòu)不容易帶走由雷擊產(chǎn)生的極限電流和電磁力。
[0003]具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛行器可配備有抵抗雷擊產(chǎn)生的電磁效應(yīng)(EME)的防護(hù)。例如，導(dǎo)電介質(zhì)可提供在表面上，以將雷電電流轉(zhuǎn)向離開下面的金屬緊固件系統(tǒng)。另外，緊固件零件之間的縫隙和緊固件零件與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的縫隙可填充有電介質(zhì)密封劑。即使一些電流沒有轉(zhuǎn)向，密封劑防止電弧和火花穿過所述縫隙。
[0004]密封劑提供EME防護(hù)。然而，注入密封劑的過程是費(fèi)時(shí)的，這是由于其涉及多個(gè)步驟，包括表面清洗、密封劑固化和除去過度填充。此外，密封劑添加了飛行器的重量。添加到單個(gè)緊固件系統(tǒng)的重量可能看似微不足道。然而，將密封劑施加到單個(gè)飛行器中的數(shù)萬個(gè)緊固件可添加數(shù)百磅。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本文的實(shí)施例，一種方法包括將緊固件插入構(gòu)件堆疊中、以及用具有在選擇的位置處的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)的零件終止緊固件，以防護(hù)免受電磁效應(yīng)(EME)。
[0006]根據(jù)本文的另一個(gè)實(shí)施例，一種緊固件，包括:緊固件頭部，其具有上表面，該上表面具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)；以及干燥的電介質(zhì)層，其覆蓋所述頭部的上表面。電介質(zhì)層與互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。
[0007]根據(jù)本文的另一個(gè)實(shí)施例，用于終止緊固件的零件包括具有中心開口的緊固件終止主體，以及用于防護(hù)免受EME效應(yīng)的至少一個(gè)特征件。所述至少一個(gè)特征件包括電介質(zhì)涂層和在選擇的位置處部分覆蓋中心開口的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)。密封件固定到主體。涂層和密封件具有用于抑制雷電電流的厚度和成分。選擇的位置包括遠(yuǎn)端位置和近端位置中的至少一個(gè)。
[0008]根據(jù)本文的另一個(gè)實(shí)施例，緊固系統(tǒng)包括緊固件、至少一個(gè)緊固件終止零件、以及用于緊固件和每個(gè)緊固件終止零件的EME防護(hù)特征件。EME防護(hù)特征件從由緊固件軸上的導(dǎo)電樹脂涂層、緊固件頭部上的互鎖電介質(zhì)覆蓋物、緊固件頭部的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)涂層、以及終止零件的近端位置上的電介質(zhì)涂層組成的組中選取。
[0009]總之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種方法，所述方法包括:將緊固件插入構(gòu)件堆疊中以及用具有在選擇的位置處的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)的零件終止緊固件，以防護(hù)免受電磁效應(yīng)(ΕΜΕ)。有利地，所述方法包括密封件，其用于防護(hù)免受電弧、火花和熱粒子噴射，并且其中涂層用于防護(hù)免受電弧和火花。有利地，所述方法使得構(gòu)件是飛行器構(gòu)件，其中至少一個(gè)構(gòu)件由復(fù)合材料制成。有利地，在所述方法中，構(gòu)件包括飛行器蒙皮和金屬構(gòu)件。有利地，在所述方法中，插入至少一個(gè)緊固件包括將緊固件軸裝配到堆疊中的通孔中，所述軸涂覆有包括導(dǎo)電粒子的干燥的樹脂。有利地，在所述方法中，插入至少一個(gè)緊固件包括將緊固件軸裝配到堆疊中的通孔中，緊固件包括頭部和在頭部上的近端位置處的電介質(zhì)密封件。有利地，在所述方法中，插入至少一個(gè)緊固件包括插入具有上表面的緊固件頭部，該上表面具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)，電介質(zhì)層覆蓋頭部的上表面，電介質(zhì)與互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。有利地，在所述方法中，終止緊固件包括用主體終止緊固件，該主體具有中心開口和用于防護(hù)免受EME效應(yīng)的至少一個(gè)特征件，所述至少一個(gè)特征件是僅在中心開口的選擇部分上的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)，密封件固定到主體并且從主體軸向突出。有利地，所述方法還可包括在執(zhí)行緊固之前將導(dǎo)電層添加到堆疊的上表面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種緊固件，該緊固件包括具有上表面的緊固件頭部，該上表面具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)；以及干燥的電介質(zhì)層，其覆蓋頭部的上表面，該電介質(zhì)層與互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。有利地，電介質(zhì)層、頭部和緊固件軸從頭部延伸。有利地，每個(gè)互鎖站點(diǎn)包括從上表面向上延伸并且具有接近上表面的底切部的突起。有利地，互鎖站點(diǎn)以格子圖案布置。有利地，互鎖站點(diǎn)以徑向圖案布置成輻條。有利地，所述表面具有粗糙度以增強(qiáng)對(duì)電介質(zhì)層的保持。有利地，在5和9之間，互鎖站點(diǎn)從上表面突出。有利地，電介質(zhì)層緊密接觸上表面和互鎖站點(diǎn)。有利地，緊固件還可包括軸，該軸涂覆有包括導(dǎo)電粒子的干燥的樹脂。有利地，緊固件還可包括緊固件頭部上的近端位置處的干燥的電介質(zhì)密封件。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了用于終止緊固件的包括緊固件終止主體的零件，所述緊固件終止主體具有中心開口和用于防護(hù)免受EME效應(yīng)的至少一個(gè)特征件，所述至少一個(gè)特征件包括在選擇的位置處的電介質(zhì)涂層和部分地覆蓋中心開口的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)，密封件固定到主體，涂層和密封件具有用于抑制雷電電流的厚度和成分，選擇的位置包括遠(yuǎn)端位置和近端位置中的至少一個(gè)。有利地，密封件從主體軸向突出至少7密耳(mil)。有利地，所述零件還可包括完全覆蓋主體的外表面的電介質(zhì)涂層。有利地，主體包括螺母。有利地，電介質(zhì)密封件在螺母上的遠(yuǎn)端位置處。有利地，所述零件還可包括在螺母上的外部近端位置處的干燥的電介質(zhì)密封件。有利地，至少一個(gè)特征件包括電介質(zhì)涂層和電介質(zhì)密封件兩者。有利地，主體包括墊圈。有利地，所述特征件包括在墊圈的內(nèi)部近端位置處的密封件。有利地，所述特征件還包括在遠(yuǎn)端位置處的第二密封件，密封件由縫隙隔開。有利地，所述零件還可包括墊圈外表面上的電介質(zhì)涂層。有利地，所述零件還可包括從墊圈的至少一個(gè)面突出的同心脊。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了緊固系統(tǒng)，其包括緊固件、至少一個(gè)緊固件終止零件、以及用于緊固件和每個(gè)緊固件終止零件的EME防護(hù)特征件，EME防護(hù)特征件從由包括下列組件的組中選取:緊固件軸上的導(dǎo)電樹脂涂層、緊固件頭部上的互鎖電介質(zhì)覆蓋物、緊固件頭部的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)涂層、以及終止零件的近端位置上的電介質(zhì)涂層。有利地，電介質(zhì)密封件用于防護(hù)免受電弧、火花和熱粒子噴射；并且其中電介質(zhì)涂層用于防護(hù)免受電弧和火花。
[0013]這些特征和功能可在各種實(shí)施例中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)或可在其他實(shí)施例中相組合。實(shí)施例的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可參考以下說明和附圖而見到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是緊固構(gòu)件堆疊的方法的圖示。
[0015]圖2是商用飛行器的圖示。
[0016]圖3A和圖3B是EME防護(hù)緊固件的第一實(shí)施例的圖示。
[0017]圖4A和圖4B是EME防護(hù)緊固件的第二實(shí)施例的圖示。
[0018]圖5和圖6是EME防護(hù)緊固件的的其他實(shí)施例的圖示。
[0019]圖7是包括復(fù)合構(gòu)件和導(dǎo)電層的堆疊的圖示。
[0020]圖8是螺母上的選擇的EME防護(hù)位置的圖示。
[0021]圖9-12是具有EME防護(hù)特征件的墊圈和螺母的不同實(shí)施例以及墊圈和螺母的不同組合的圖示。
[0022]圖13是飛行器結(jié)構(gòu)的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0023]參考圖1，其示出了緊固構(gòu)件堆疊的方法。該堆疊具有兩個(gè)或更多個(gè)構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，堆疊中的所有構(gòu)件由金屬(例如鋁、鈦)制成。在其他實(shí)施例中，堆疊中的至少一個(gè)構(gòu)件由復(fù)合材料制成。例如，外部構(gòu)件由復(fù)合材料制成，而內(nèi)部構(gòu)件由金屬制成。在其他實(shí)施例中，堆疊中的所有構(gòu)件可由復(fù)合材料制成。
[0024]該方法包括將緊固件插入堆疊中(方框110)。在一些實(shí)施例中，緊固件插入堆疊中的預(yù)先形成的通孔中。在其他實(shí)施例中，插入緊固件而不需要鉆孔。緊固件可鉆孔裝埋到外部表面要求航空平滑的外部構(gòu)件中(例如，飛行器蒙皮)。緊固件可具有EME防護(hù)特征件，所述特征件包括互鎖到緊固件頭部的上表面的干燥的電介質(zhì)層和緊固件頭部的下表面上的干燥的電介質(zhì)密封件。
[0025]該方法還包括用具有EME防護(hù)特征件的零件終止緊固件。用于終止零件的EME防護(hù)特征件包括在選擇的位置處的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件(例如，電介質(zhì)套管)(方框120)。
[0026]沒有這些EME防護(hù)特征件，可發(fā)生電弧和火花。當(dāng)兩個(gè)金屬零件近接觸，并且由于在零件之間流動(dòng)的高電流，之間的介質(zhì)的電介質(zhì)性能分解時(shí)，發(fā)生電弧。當(dāng)高電流電離兩個(gè)零件之間的縫隙中的空氣時(shí)，空氣分解，并且電流流過縫隙時(shí)，發(fā)生火花。當(dāng)復(fù)合零件中的高電流使復(fù)合材料化學(xué)分解并且產(chǎn)生熱膨脹氣體時(shí)，發(fā)生熱粒子噴射。
[0027]電介質(zhì)涂層和電介質(zhì)密封件兩者通過阻塞零件之間的電結(jié)合路徑而防止電弧和火花。電介質(zhì)涂層和電介質(zhì)密封件，單獨(dú)地和組合地，抑制電弧和火花穿過緊固件零件之間的縫隙(例如，緊固件與螺母之間的縫隙，以及墊圈與螺母之間的縫隙)和緊固件零件與結(jié)構(gòu)之間的縫隙(例如，緊固件與結(jié)構(gòu)、螺母與結(jié)構(gòu)、以及墊圈與結(jié)構(gòu)之間的縫隙)。電介質(zhì)密封件執(zhí)行防止熱氣體噴射穿過縫隙并且將氣體保持在緊固系統(tǒng)內(nèi)的附加功能。
[0028]另外或可替換地，通過改善電結(jié)合路徑，緊固件的一些實(shí)施例可減少電弧、火花和熱粒子噴射。在這些實(shí)施例中，緊固件的軸可涂覆有導(dǎo)電涂層(例如導(dǎo)電樹脂)，以改善緊固件和堆疊之間的電結(jié)合，并且由此減小接觸電阻。在一些實(shí)施例中，緊固件可間隙裝配到孔中。在其他實(shí)施例中，緊固件可過盈裝配到孔中。過盈裝配改善了緊固件和堆疊之間的電結(jié)合(通過增加表面接觸面積)，其減小了電流密度并且降低了總路徑電阻。
[0029]緊固件系統(tǒng)的零件上的干燥的電介質(zhì)涂層的使用提供了若干優(yōu)于使用密封劑來填充縫隙的優(yōu)點(diǎn)。所述優(yōu)點(diǎn)包括安裝的容易性和速度。干燥的電介質(zhì)可在安裝之前涂覆在緊固件零件上，使得在緊固期間，只需安裝緊固件。消除了額外步驟，如掩蔽堆疊的零件、注入密封劑以及固化密封劑。
[0030]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是重量減輕。干燥的電介質(zhì)涂層和密封件可比密封劑層薄。在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)涂層或密封件的厚度可以是30密耳±10密耳。此外，由于緊固件零件的完整表面未覆蓋干燥的電介質(zhì)涂層或干燥的電介質(zhì)密封件，因而較少的表面積被覆蓋。
[0031]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是冗余的EME防護(hù)。緊固件的不同實(shí)施例可結(jié)合終止零件(例如螺母和墊圈)的不同實(shí)施例使用，以提供免受EME的多個(gè)水平的防護(hù)。
[0032]相對(duì)于商用飛行器，如圖2所示的商用飛行器200，這些優(yōu)點(diǎn)是可觀的。飛行器200包括機(jī)身210、機(jī)翼裝配件220、尾翼230和起落架裝配件240。在該商用飛行器200中，一百萬個(gè)緊固件系統(tǒng)可用于將各組件210-240及其子組件緊固在一起。
[0033]在飛行器200的某些位置中，EME防護(hù)是期望的。例如，EME防護(hù)對(duì)于機(jī)翼組件和其他結(jié)構(gòu)是期望的。為了提供EME防護(hù)，機(jī)翼裝配件220可裝備根據(jù)本文方法的多達(dá)20000個(gè)緊固件。通過減輕重量和節(jié)省時(shí)間以及安裝那些20000個(gè)緊固件的容易性實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是相當(dāng)可觀的。
[0034]在下面的段落中，將描述不同類型的EME防護(hù)緊固件零件。這些緊固件零件包括緊固件和終止緊固件的零件(例如螺母和墊圈)。這些緊固件零件在選擇的位置處可具有干燥的電介質(zhì)涂層和/或干燥的電介質(zhì)密封件，以防護(hù)免受ΕΜΕ。
[0035]首先，將描述EME防護(hù)緊固件。緊固件的示例包括但不限于螺栓和鉚釘。
[0036]現(xiàn)參考圖3Α和圖3Β，其示出了 EME防護(hù)緊固件310的第一實(shí)施例。圖3Β是沿圖3Α中的線3Β-3Β截取的截面圖。緊固件310包括頭部320和軸330。緊固件頭部320的上表面322具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層340的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)。每個(gè)互鎖站點(diǎn)包括從上表面322向上延伸的突起324。突起324具有鄰近上表面322的底切部326。在圖3Α和圖3Β的實(shí)施例中，突起324可以是徑向向外延伸并且具有倒三角的橫截面的輻條324。
[0037]緊固件310還包括覆蓋緊固件頭部320的電介質(zhì)層340。電介質(zhì)層340不限于任何特定的電介質(zhì)材料。示例包括但不限于熱固性材料、熱塑性塑料、橡膠、陶瓷和彈性體。
[0038]電介質(zhì)層340填充底切部以及突起324之間的所有其他空間。電介質(zhì)層340也與上表面322和突起324緊密接觸。
[0039]在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)層340可通過在緊固件頭部320上方流動(dòng)電介質(zhì)材料而形成。當(dāng)電介質(zhì)材料在表面322上方流動(dòng)時(shí)，其填充底切326以及突起324之間的所有空間。一旦電介質(zhì)材料硬化，其與突起324互鎖，并且由此固定到緊固件頭部320。在其他實(shí)施例中，電介質(zhì)層340可通過粉末涂覆、描繪、電鍍、噴涂、濺射、沉積、或允許電介質(zhì)材料填充底切部326的任何其他工藝而形成。
[0040]以這種方式，電介質(zhì)層340在緊固件安裝之前與互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。具有電介質(zhì)層340的緊固件310被預(yù)先安裝到頭部320。
[0041]電介質(zhì)層340與緊固件頭部320的互鎖對(duì)于雷擊特別有利。在此類事件期間和之后，互鎖確保了電介質(zhì)層340維持與緊固件頭部320的緊密接觸。
[0042]電介質(zhì)層340可由附加裝置保持。作為第一示例，表面322可具有粗糙度以增強(qiáng)對(duì)電介質(zhì)層340的保持。作為第二示例，電介質(zhì)層340可由粘附到表面322的材料(例如粘合密封劑)制成。
[0043]在EME防護(hù)緊固件的其他實(shí)施例中，互鎖站點(diǎn)可具有其他橫截面，并且它們可以其他模式布置。其他橫截面的示例包括但不限于正方形和圓橫截面。具有高應(yīng)力集中的區(qū)域(例如角)的橫截面不是優(yōu)選的。圓形橫截面提供了更好的機(jī)械性能。
[0044]本文的EME防護(hù)緊固件不限于任何具體數(shù)量的互鎖站點(diǎn)。然而，已發(fā)現(xiàn)5至9個(gè)互鎖站點(diǎn)的范圍在互鎖強(qiáng)度(具有電介質(zhì)層)和緊固件夾緊強(qiáng)度之間提供了良好的平衡。
[0045]現(xiàn)參考圖4A和圖4B，其示出了 EME防護(hù)緊固件410的第二實(shí)施例。EME防護(hù)緊固件410包括以格子布置的互鎖站點(diǎn)420。每個(gè)互鎖站點(diǎn)420包括從緊固件頭部412的上表面414向上延伸的柱422。柱422終止于按鈕424。柱422以及按鈕424與緊固件頭部412之間的表面限定了底切部426。
[0046]現(xiàn)參考圖5和圖6，其示出了包括頭部512和612以及電介質(zhì)密封件520和620的緊固件510和610的實(shí)施例。密封件520和620可機(jī)械附接到緊固件頭部512和612。密封件520和620可由諸如聚四氟乙烯(PTFE)的聚合材料或諸如聚醚醚酮(PEEK)和聚酰胺-酰亞胺的熱塑性聚合物制成。當(dāng)緊固件510或610插入堆疊中并終止時(shí)，其密封件520或620與堆疊壓縮接觸。
[0047]在圖5的緊固件510中，密封件520圍繞緊固件頭部512的外圍裝配。密封件520可具有裝配到緊固件頭部512中的凹槽中的脊522。密封件520抑制緊固件頭部520的邊緣處的電弧和火花，并且其阻止了頭部512下面的熱膨脹氣體的逸出。
[0048]在圖6的緊固件610中，密封件620的形狀為O形環(huán)，并且裝配在緊固件頭部612的下側(cè)中的凹槽中。密封件620抑制電弧和火花，并且其阻止堆疊和緊固件的軸614之間的任何熱膨脹氣體的逸出。緊固件頭部612的上表面和側(cè)面可覆蓋有電介質(zhì)涂層630，以防止緊固件頭部612的邊緣處的電弧和火花。
[0049]現(xiàn)參考圖7，其示出了包括復(fù)合構(gòu)件710和覆蓋復(fù)合構(gòu)件710的導(dǎo)電層720(例如金屬條、膨脹箔片)的堆疊700。EME防護(hù)緊固件750插入復(fù)合構(gòu)件710中的通孔730中，并且鉆孔裝埋到導(dǎo)電層720中。緊固件的頭部754上的電介質(zhì)層752與導(dǎo)電層720齊平。
[0050]在一些實(shí)施例中，整個(gè)緊固件軸230可涂覆具有分散在聚合物基體中的導(dǎo)電粒子的干燥的導(dǎo)電樹脂涂層756 (灰色陰影)。導(dǎo)電粒子的示例包括但不限于金屬粒子和納米管。已發(fā)現(xiàn)的是，樹脂與過盈裝配組合改善了緊固件750與復(fù)合構(gòu)件710之間的電結(jié)合路徑。樹脂填充緊固件軸758與復(fù)合構(gòu)件710之間的空隙。通過這樣做，樹脂增加了與復(fù)合構(gòu)件710的纖維的有效接觸面積。
[0051]當(dāng)終止緊固件750時(shí)(例如，當(dāng)螺母被扭轉(zhuǎn)到緊固件750上時(shí))，其不應(yīng)該在通孔730內(nèi)旋轉(zhuǎn)。為了在不損壞電介質(zhì)層752的情況下防止旋轉(zhuǎn)，可使用防旋轉(zhuǎn)措施。防旋轉(zhuǎn)措施的示例包括但不限于:在緊固件軸758與構(gòu)件710之間產(chǎn)生過盈(或摩擦)裝配；提供具有防止旋轉(zhuǎn)的橫截面形狀的軸758 (例如，用于軸和通孔的六邊形形狀)；以及將軸758鍵合到構(gòu)件710。
[0052]本文的緊固件可在飛行器中的任何地方。作為一個(gè)示例，本文的緊固件可用在門套、電力設(shè)備殼體以及經(jīng)受接地故障電流的零件中。本文的緊固件可用標(biāo)準(zhǔn)零件(例如標(biāo)準(zhǔn)螺母)終止，或它們可用本文的EME防護(hù)零件終止。
[0053]在下面的段落中，將描述不同類型的EME防護(hù)緊固件終止零件。這些零件包括螺母和墊圈。
[0054]現(xiàn)參考圖8，其示出了延伸通過構(gòu)件堆疊800的緊固件830以及終止緊固件830的墊圈810和螺母820。圖8還示出可以覆蓋干燥的電介質(zhì)涂層電介質(zhì)密封件以防護(hù)免受EME的墊圈810和螺母820上的各種位置。螺母820上的位置包括內(nèi)部遠(yuǎn)端位置840、外部近端位置850和內(nèi)部近端位置860。墊圈810上的位置包括內(nèi)部近端位置870和內(nèi)部遠(yuǎn)端位置880。術(shù)語“近端”和“遠(yuǎn)端”指與堆疊800的距離。例如，螺母820的近端位置比遠(yuǎn)端位置更靠近堆疊800。術(shù)語“內(nèi)部”和“外部”指與緊固件軸的距離。
[0055]代替用密封劑覆蓋整個(gè)墊圈810和螺母820以防護(hù)免受EME的是，只有這些位置840-880中的一個(gè)或多個(gè)可用干燥的電介質(zhì)材料涂覆或密封。
[0056]如果使用密封件，則密封件被固定到主體中的中心開口并且從主體軸向突出。在一些實(shí)施例中，密封件從主體至少突出7密耳。密封件可由諸如聚四氟乙烯(PTFE)的聚合材料或諸如聚醚醚酮(PEEK)和聚酰胺-酰亞胺的熱塑性聚合物制成。通過使用突起和允許聚合材料流入底切的底切，密封件可被機(jī)械附接。
[0057]在一些實(shí)施例中，主體的外表面被電介質(zhì)涂層完全覆蓋。電介質(zhì)涂層的成分的示例包括但不限于熱固性材料、熱塑性塑料、陶瓷、玻璃和彈性體。通過諸如作為電化學(xué)表面轉(zhuǎn)化處理的陽極轉(zhuǎn)化涂覆(例如，等離子電解質(zhì)氧化)的工藝，可以施加電介質(zhì)涂層。用于施加電介質(zhì)的其他工藝包括但不限于粉末涂覆、噴涂、電鍍、濺射和沉積。
[0058]參考圖9，其示出了包括墊圈910的組合，該墊圈910具有在內(nèi)部近端位置處的密封件920。遠(yuǎn)端位置未被覆蓋。墊圈910的外表面涂覆有電介質(zhì)材料。
[0059]該組合還包括螺母950，該螺母950具有在外部近端位置處的密封件960、在內(nèi)部近端位置處的密封件970以及在遠(yuǎn)端位置處的電介質(zhì)涂層980。在螺母950的外表面上沒有電介質(zhì)涂層。
[0060]當(dāng)螺母950和墊圈910與堆疊配合時(shí)，墊圈910的內(nèi)部近端密封件920被抵靠堆疊按壓，并且螺母950的內(nèi)部近端密封件970容納在墊圈910的中心開口中。當(dāng)螺母950被擰緊時(shí)，墊圈密封件920向后折疊并且被抵靠堆疊擠壓，從而填充墊圈910和堆疊之間的任何空隙。
[0061]參考圖10，其示出了包括墊圈1010和螺母1050的組合，其中墊圈1010具有在內(nèi)部近端位置處的密封件1020，螺母1050具有在內(nèi)部近端位置處的密封件1060、在遠(yuǎn)端位置處的電介質(zhì)涂層1070以及在外表面上的電介質(zhì)涂層1080(代替在外部近端位置處的密封件)。
[0062]參考圖11，其示出包括墊圈1110的組合，該墊圈1110具有在內(nèi)部近端位置處的密封件1120以及在墊圈1110外圍處形成的同心脊1130。該組合還包括螺母1150，該螺母1150具有在內(nèi)部近端位置處的密封件1160、在外表面上的電介質(zhì)涂層1170 (代替在外部密封件位置處的密封件)、以及在內(nèi)部遠(yuǎn)端位置處的密封件1180。
[0063]當(dāng)螺母1150和墊圈1110與堆疊配合時(shí)，墊圈1110的內(nèi)部近端密封件1120和脊1130抵靠堆疊按壓，并且螺母1150的內(nèi)部近端套管1160容納在墊圈1110的中心開口中。當(dāng)螺母1150被擰緊時(shí)，墊圈1110的內(nèi)部近端密封件1120向后折疊并且抵靠堆疊擠壓。即使墊圈1110的面不與堆疊的底面平行，同心脊1130也維持墊圈1110與堆疊之間的密封。
[0064]現(xiàn)參考圖12，其示出包括墊圈1210的組合，該墊圈1210具有在內(nèi)部近端位置處的密封件1220和遠(yuǎn)端位置處的密封件1230。在這些密封件1220和1230之間具有縫隙。該組合還包括螺母1250，該螺母1250具有在整個(gè)外表面上方的電介質(zhì)涂層1270和在內(nèi)部近端位置處的涂層1260。
[0065]當(dāng)螺母1250和墊圈1210與堆疊配合時(shí)，墊圈1210的近端密封件1220抵靠堆疊按壓，并且墊圈1210的遠(yuǎn)端密封件1230容納在螺母1250的內(nèi)部近端位置中。當(dāng)螺母1250被擰緊時(shí)，墊圈1210的近端密封件1220向后折疊并且抵靠堆疊擠壓，并且墊圈1210的遠(yuǎn)端密封件1230向后折疊并且抵靠螺母1250擠壓。
[0066]本文的墊圈不限于在外圍處的同心脊。墊圈的其他實(shí)施例可具有在墊圈的上部面的中間部分和內(nèi)部部分處的同心脊。一些實(shí)施例在兩個(gè)面上可具有同心脊。
[0067]在一些實(shí)施例中，同心脊可通過在墊圈中沖壓同心凹槽以及用電介質(zhì)環(huán)填充凹槽而形成。在其他實(shí)施例中，金屬脊可在墊圈中被沖壓。
[0068]雖然圖9-12示出了在兩端都打開的螺母950、1050、1150、1250，但本文的螺母并不局限于此。例如，本文的螺母的一端可閉合以形成蓋。蓋可由電介質(zhì)材料制成，或者蓋可由金屬制成，其中其內(nèi)表面涂覆有電介質(zhì)材料。這種蓋將提供免受遠(yuǎn)端電弧和火花的附加防護(hù)。
[0069]本文的緊固系統(tǒng)不限于上述的緊固件、螺母和墊圈的組合?？苫旌虾团浜细鞣NEME防護(hù)特征件。可使用具有不同特征件的多個(gè)零件。例如，EME防護(hù)特征件可從由緊固件的軸上的導(dǎo)電樹脂涂層、緊固件的頭部上的互鎖電介質(zhì)覆蓋物、緊固件頭部的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的近端位置上的電介質(zhì)密封件、終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)涂層、以及終止零件的近端位置上的電介質(zhì)涂層組成的組中選取。
[0070]現(xiàn)參考圖13，其示出了飛行器機(jī)翼1310的一部分。機(jī)翼1310包括由諸如碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)的復(fù)合材料制成的蒙皮1320。蒙皮1320可通過金屬緊固件零件1340、1380和1390緊固到子結(jié)構(gòu)(由支架表示)1330。蒙皮1320限定雷電敏感區(qū)1350。
[0071]每個(gè)緊固件1340具有與緊固件頭部1344互鎖的電介質(zhì)層1342。每個(gè)緊固件1340可具有在其軸1346上的導(dǎo)電樹脂涂層。
[0072]每個(gè)緊固件1340鉆孔裝埋到蒙皮1320中。電介質(zhì)層1342與蒙皮1320的上表面齊平。金屬箔1360覆蓋蒙皮1320以消散EME電流。表面膜(例如玻璃-環(huán)氧樹脂層)1365被施加到蒙皮1320上方，并且表面膜1365覆蓋有涂料1370。
[0073]每個(gè)緊固件1340用墊圈1380和螺母1390終止。墊圈1380和螺母1390具有各種EME防護(hù)特征件。
[0074]在機(jī)翼1310中可能有數(shù)萬個(gè)緊固件1340、墊圈1380和螺母1390。通過使用本文所述的EME防護(hù)特征件代替注入密封劑，節(jié)省的安裝時(shí)間是可觀的。減輕的重量也是可觀的。
[0075]圖13示出了稍微傾斜的墊圈1380和支架1330的表面。如果墊圈1380提供有上部套管或在上表面上的同心脊，則墊圈1380與支架1370之間的任何縫隙將填充有電介質(zhì)材料并且被密封。
[0076]類似地，如果螺母1390相對(duì)于墊圈1380稍微傾斜，或如果不使用墊圈并且螺母相對(duì)于堆疊稍微傾斜，則螺母與墊圈之間或螺母與堆疊之間的任何縫隙將填充有電介質(zhì)材料并且被密封。
[0077]因此，EME防護(hù)特征件提供的附加優(yōu)點(diǎn)是:使得該結(jié)構(gòu)較少依賴于幾何形狀。即使終止零件的配合表面不完全齊平，仍提供EME防護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包括:將緊固件插入構(gòu)件堆疊中，以及用具有在選擇的位置處的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)的零件終止所述緊固件，以防護(hù)免受電磁效應(yīng)即ΕΜΕ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封件用于防護(hù)免受電弧、火花和熱粒子噴射；并且其中所述涂層用于防護(hù)免受電弧和火花。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述構(gòu)件是飛行器構(gòu)件，其中至少一個(gè)所述構(gòu)件由復(fù)合材料制成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述構(gòu)件包括飛行器蒙皮和金屬構(gòu)件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中插入至少一個(gè)所述緊固件包括將緊固件軸裝配到所述堆疊中的通孔中，所述軸涂覆有包括導(dǎo)電粒子的干燥樹脂。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中插入至少一個(gè)所述緊固件包括將緊固件軸裝配到所述堆疊中的通孔中，所述緊固件包括頭部和在所述頭部上的近端位置處的電介質(zhì)密封件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中插入至少一個(gè)所述緊固件包括插入具有上表面的緊固件頭部，所述上表面具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)，所述電介質(zhì)層覆蓋所述頭部的所述上表面，所述電介質(zhì)與所述互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中終止緊固件包括用主體終止所述緊固件，所述主體具有中心開口和用于防護(hù)免受EME效應(yīng)的至少一個(gè)特征件，所述至少一個(gè)特征件是僅在所述中心開口的選擇部分上的干燥的電介質(zhì)涂層和干燥的電介質(zhì)密封件中的至少一個(gè)，所述密封件被固定到所述主體并且從所述主體軸向突出。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在執(zhí)行所述緊固之前將導(dǎo)電層添加到所述堆疊的上表面。
10.一種緊固件，其包括: 緊固件頭部，其具有上表面，所述上表面具有經(jīng)配置保持電介質(zhì)層的多個(gè)機(jī)械互鎖站點(diǎn)；以及 干燥的電介質(zhì)層，其覆蓋所述頭部的所述上表面，所述電介質(zhì)層與所述互鎖站點(diǎn)機(jī)械地互鎖。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的緊固件，其由所述電介質(zhì)層、所述頭部和從所述頭部延伸的緊固件軸組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的緊固件，其中每個(gè)互鎖站點(diǎn)包括從所述上表面向上延伸并且具有接近所述上表面的底切部的突起。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的緊固件，其還包括涂覆有干燥樹脂的軸，所述干燥樹脂包括導(dǎo)電粒子。
14.一種緊固系統(tǒng)，其包括緊固件、至少一個(gè)緊固件終止零件、以及用于所述緊固件和每個(gè)緊固件終止零件的EME防護(hù)特征件，所述EME防護(hù)特征件從由下列組件組成的組中選取: 所述緊固件的軸上的導(dǎo)電樹脂涂層； 所述緊固件的頭部上的互鎖電介質(zhì)覆蓋物； 所述緊固件頭部的近端位置上的電介質(zhì)密封件； 所述終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)密封件； 所述終止零件的近端位置上的電介質(zhì)密封件； 所述終止零件的遠(yuǎn)端位置上的電介質(zhì)涂層；以及 所述終止零件的近端位置上的電介質(zhì)涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的緊固系統(tǒng)，其中所述電介質(zhì)密封件用于防護(hù)免受電弧、火花和熱粒子噴射；并且其中所述電介質(zhì)涂層用于防護(hù)免受電弧和火花。
【文檔編號(hào)】F16B33/06GK104245511SQ201380016423
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】R·P·懷特洛克, 羅杰斯 R·A·, P·A·科羅納多, S·D·摩登 申請(qǐng)人:波音公司