[發明專利]用于復合結構的導電緊固系統

有效

• 申請號: 201710976154.8
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN108202873B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: S·霍斯拉瓦尼
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B64D45/02
• 分類號: B64D45/02;H01R4/04;B64C1/12
• 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

本發明涉及一種用于復合結構的導電緊固系統。用于將復合結構連接到支撐結構的導電緊固件系統包括復合結構孔，所述復合結構孔延伸穿過所述復合結構并且與至少部分地延伸穿過所述支撐結構的支撐結構孔共享公共軸線。緊固件包括具有外表面的柄，所述緊固件穿過所述復合結構孔且至少部分地穿過所述支撐結構孔并且在所述柄的所述外表面與所述復合結構孔的所述內表面之間提供環形空間。所述環形空間用導電膏填充，所述導電膏包括懸浮在粘合劑中的導電顆粒。

技術領域

本公開總體涉及用于將復合結構連接到支撐結構的導電緊固系統。更具體地，本公開涉及用于復合結構與下層支撐結構之間的導電接頭的緊固系統，以在雷擊的情況下維持復合結構的完整性。

背景技術

飛機經常遭受雷擊。事實上，飛機實際上在飛過云的帶電區域時可以觸發雷電。最初，雷電將附著至飛機的末端，諸如機頭或翼尖。隨著飛機飛過電閃區，電流將在離開另一末端(諸如機尾)之前流過外蒙皮和飛機的其他結構。飛機被設計成確保在該導電路徑中沒有間隙。雖然一些飛機由導電鋁制蒙皮建造，但是較新式的飛機可具有由較不導電的復合材料制成的蒙皮。

復合材料包括兩種或更多種組成材料，包括基質材料和增強材料。飛機蒙皮所使用的復合材料包括碳纖維增強聚合物(“CFRP”)，其中聚合物樹脂用作基質并用碳纖維增強。碳纖維比聚合物樹脂更具導電性，并因此當雷擊到配備有CFRP蒙皮的飛機時用作主導體。

與使用飛機外蒙皮的CFRP關聯的一個問題是用于將形成蒙皮的CFRP面板連接到下層的支撐結構的裝置。具體地，當穿過復合蒙皮鉆孔以接收將復合蒙皮附著至支撐結構的螺栓或緊固件時，孔的內表面可能是粗糙的并且包括在纖維與金屬緊固件之間形成間隙的凹痕。在雷擊的情況下，這些間隙可能破壞穿過復合蒙皮的導電路徑并且在CFRP/緊固件界面處產生靜電力積聚，這可能通過焦耳加熱而損傷復合蒙皮并且生成危險的火花。焦耳加熱以及CFRP/緊固件柄界面處損傷背后的物理原因是由鉆孔過程造成的纖維與緊固件之間的連接不足。剩余的連接纖維因雷電流的浪涌而過載，結果，過載的纖維將熱量傳遞至相鄰的樹脂基質。雖然CFRP纖維因熱量而有彈性，但是樹脂快速加熱，絕熱并立即開始分解，生成熱的氣體和等離子體(單位為微秒)。樹脂的加熱和分解會在緊固件與CFRP之間的環面附近造成高的局部焦耳加熱。除氣和熱等離子體將形成可傳播穿過任何開放通路的沖擊波。

為了防止這樣的問題并且在纖維與緊固件之間提供可靠的連接，緊固件可涂覆有導電密封劑，替代地，可插入緊固件使之穿過導電套筒。當前可用的導電密封劑包括具有分散在樹脂內的導電填料(諸如金屬顆粒)的樹脂或聚合物。因為顆粒在樹脂內被間隔開(如圖5所示)，可以產生靜電力，這可能導致樹脂的降解以及過熱氣體和顆粒的形成。導電套筒仍可能在套筒與纖維之間留有間隙，因此也不能解決這個問題。此外，套筒的制造昂貴且安裝耗時。

需要一種可靠且降低制造成本的用于以導電的方式將復合結構連接到金屬緊固件的改進裝置。

發明內容

一種用于將復合結構連接到支撐結構的緊固件系統包括復合結構孔，所述復合結構孔延伸穿過所述復合結構并且與至少部分地延伸穿過所述支撐結構的支撐結構孔共享公共軸線。所述復合結構孔和支撐結構孔各具有圍繞所述公共軸線的內表面。所述系統包括緊固件，所述緊固件包括具有外表面的柄，所述緊固件穿過所述復合結構孔且至少部分地穿過所述支撐結構孔并且在所述柄的所述外表面與所述復合結構孔的所述內表面之間提供環形空間。導電膏放置在所述環形空間中。所述導電膏包括懸浮在粘合劑中的導電顆粒，其中所述導電膏中的所述導電顆粒的體積超過所述導電膏中的所述粘合劑的體積。