[發明專利]用于復合結構的適形間隙配合緊固件、緊固件系統和方法

在審

• 申請號: 201710191190.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107269655A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: R·B·格雷戈爾;Q·N·勒;B·A·懷廷;J·A·米特勒迪爾
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: F16B35/00
• 分類號: F16B35/00;F16B35/04;F16B35/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 王小東

技術領域

本公開總體涉及用于復合結構的緊固件及緊固件系統和方法，更具體地，涉及為諸如用于飛行器中的復合結構(諸如碳纖維增強塑料(CFRP)結構)提供電接觸和導電性的適形間隙配合緊固件及緊固件系統和方法。

背景技術

由于其高強度重量比、耐腐蝕性及其它有利性質，諸如碳纖維增強塑料(CFRP) 結構的復合結構可用于各種各樣的應用中，包括制造飛行器、航天器、旋翼機、船舶、汽車、卡車及其它車輛和結構。諸如CFRP結構的復合結構通常由包括用纖維材料(諸如碳纖維)增強的基體材料(諸如樹脂)的復合材料制成。與纖維材料相反，樹脂一般不是導電的。

在諸如發生雷擊或其它電磁效應和電氣事件的情況下，復合飛行器機翼、機身或其它飛行器結構與用于將這些結構的各部分固定在一起的金屬緊固件(即，金屬螺栓) 之間的良好電接觸對于提供導電性和靜電耗散是重要的，以便使雷擊的電流能量被耗散并經由復合結構的表面傳導到地面。如果金屬緊固件與這樣的復合飛行器結構(例如，復合機翼蒙皮)之間的電接觸不足，則雷擊的電流能量可能不耗散，而保留在被擊中的緊固件附近，并且可能會傳導到子結構中并可能傳導到機翼中的燃料箱，在此，因為電弧和/或由于材料系統的分解而從接頭噴射的熱等離子體顆粒，可能發生不期望的放電或產生火花，造成潛在的點火源。

存在已知系統和方法來防止或減輕飛行器復合機翼燃料箱及其它飛行器復合結構中的放電和雷擊影響。這樣的已知系統和方法包括：施加電絕緣密封劑以及使用緊固件帽密封件來覆蓋飛行器復合機翼燃料箱中的金屬緊固件，以在緊固接頭中包含放電并將之引導遠離燃料箱或其它飛行器復合結構。

然而，這樣的已知電絕緣密封劑可能較重，并且這樣的已知緊固件密封帽可能數量很多，這兩者均可增加飛行器的重量，這可導致性能降低且燃料消耗增加，進而可導致燃料成本增加。而且，這樣的已知電絕緣密封劑和緊固件密封帽可能對施加或安裝以及檢查飛行器復合機翼和燃料箱或其它飛行器結構是耗時而勞動密集的，這又可導致制造和檢查時間增加并導致勞動力成本增加。

另外，存在已知緊固件和緊固件系統，其實現了諸如復合機翼蒙皮的復合飛行器結構與用于固定這樣的結構的金屬緊固件之間的良好電接觸，并且減少了飛行器復合機翼燃料箱中的不期望放電或產生火花的可能性。這樣的已知緊固件和緊固件系統包括使用過盈配合緊固件，該過盈配合緊固件采用將漸縮的鈦螺栓從中插入的耐腐蝕鋼 (CRES)套筒，即，套筒式過盈配合緊固件。當將轉矩施加到螺栓的軸環時，套筒膨脹，從而與復合機翼蒙皮的復合層接觸。

然而，這樣的套筒式過盈配合緊固件可能是昂貴的且難以安裝。而且，用于過盈配合緊固件的CRES套筒可能增加緊固接頭的重量，這可導致燃料消耗增加，進而可導致燃料成本增加。此外，由于當將轉矩施加到螺栓軸環時緊固件套筒膨脹，將緊固件插入其中的鉆孔中的任何暴露的高導電性碳纖維末端可能被壓碎、損壞，或者可能破裂。這樣可限制整個電連接并且還可促使復合結構的緊固接頭中出現微裂紋。

因此，本領域需要改進的緊固件、緊固件系統和方法，其成本低廉、安裝和使用簡單、重量減輕且可靠，并且能提供優于已知緊固件裝置、系統和方法的優點。

發明內容

本公開的示例實施方案提供了用于諸如碳纖維增強塑料(CFRP)結構的復合結構的改進的緊固件、緊固件系統和方法，并且提供了附接至金屬結構的CFRP結構。如下面的詳細描述討論的，改進的緊固件、緊固件系統和方法的實施方式可提供優于已知緊固件裝置、系統和方法的顯著優點。

在一個實施方式中，提供了一種緊固件。該緊固件包括細長軸，所述細長軸具有第一端、第二端和布置在所述第一端與所述第二端之間的軸主體。所述緊固件進一步包括頭部，所述頭部被布置在所述第一端處。所述緊固件進一步包括螺紋部，所述螺紋部被布置在所述第二端處。

所述緊固件進一步包括至少一個內部進給通道，所述至少一個內部進給通道從所述頭部中的開口延伸，沿著所述細長軸的縱向中心軸線穿過所述頭部和所述軸主體，并且靠近所述螺紋部終止。所述緊固件進一步包括多個凹槽，所述多個凹槽沿著所述軸主體的外表面和所述頭部的外表面形成且圍繞所述軸主體的所述外表面和所述頭部的所述外表面沿周向間隔開。每個凹槽均具有第一端并且從靠近所述螺紋部的第一位置沿著所述軸主體的所述外表面延伸并沿著所述頭部的所述外表面徑向向外延伸。

所述緊固件進一步包括一個或多個橫向進給通道，所述一個或多個橫向進給通道橫向地穿過所述軸主體而形成。每個橫向進給通道均將所述內部進給通道連接到所述軸主體的所述外表面上的至少兩個對置凹槽。