[发明专利]应用于复合应用的高性能衬套式过盈紧固件

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的螺纹紧固件以及用于固定复合材料制成的工件的方法。在特定的实施例中，本发明涉及包括销和可操作衬套的紧固件，所述衬套可以置于在过盈应用中使用的销的周围。

背景技术

越来越多的石墨复合材料并入飞行器结构。石墨复合材料的使用增加强度、增加寿命、减轻重量、减少燃料消耗、增加有效载荷以及具有其他优势。然而，随着这些更新的材料被使用，相比典型的金属结构，在紧固技术上需要克服新的困难。

在石墨或混合石磨成分的金属结构中，已有的航天紧固件不能安全地安装在过盈条件下。典型地，间隙配合的紧固件用于避免复合材料的分层脱离以及潜在的结构失效，这些会使得紧固件使用不安全。因此，紧固件安装在间隙孔中，所述间隙孔导致动态连接性能的降低、结构中存在间隙以及其他结构问题。

在紧固件的柄部和孔之间所产生的间隙阻止结构部件的均匀接触。结果，将闪电雷击电流/能量以及电磁电流安全地释放成为主要的问题。当前，飞行器的制造商正在诉诸于精巧的、昂贵的、有时甚至是冒险的替代方法来恰当地使所述结构接地。例如，铜或另外的低导电条带可以被合并到工件的表面上，以为任意电流提供优选的低电阻路径。附加地，可以使用含有导电纤维承载膜的薄膜粘合剂，其中所述导电纤维承载膜能够传导两个工件之间的高电流。然而，这些方法都非常昂贵，且对于提供电流的安全释放而言不是经济有效的方式。

另外，现有的紧固件不能如大多数飞行器结构中所需的一样，采用大量的密封胶进行安装。如果在安装过程中使用了足够的密封胶，在紧固件组件和工件之间的摩擦系数会减小而妨碍安装能力。此外，不能使任何多余的密封胶流出结合处外。

再者，现有的带有为过盈应用而制造的匹配衬套的销仅仅能够安装在100％的石墨复合材料中。另外，这些紧固件局限于长度短、直径小的应用。现有的紧固件不能安装在任何复合/金属结构中以及最多100％的复合结构中。

另外，用于过盈应用的现有的紧固件仅能在剪切载荷范围强度能力下使用。在这些紧固件中使用的卡圈一般是商业上可以得到的、纯钛的，并在相当低的温升下发生蠕变。

因此，需要提供一种允许过盈应用、而不能产生分层脱离和结构失效的紧固件。

也需要提供一种可以在多种不同的应用中使用的紧固件。需要在多种复合/金属结构中使用紧固件。

此外，需要提供紧固件，所述紧固件提供由闪电雷击和/或静电造成的电流的安全释放。允许结构部件的均匀接触的紧固件将提供所需的释放以及涉及电流问题的更安全、更经济有效的解决方案。

发明内容

在本发明的一方面中，公开具有销的紧固件。所述销构件包括细长的光滑的圆柱形颈部和用于与衬套匹配的增大头部(enlarged head)。在一些实施例中，存在用于与衬套的外展端部相接合的锥口孔或凸起头。所述销部件也包括螺纹部分和与光滑的圆柱形颈部沿轴向对齐的易断损部分。所述易断损部分包括拉槽部分，所述拉槽部分具有环绕的拉槽，所述环绕的拉槽适于被控制用于施加相对的轴向力、以将销部件牵引入衬套中。销部件包括在螺纹部分和易断损部分之间的断槽。当安装紧固件时，易断损部分在断槽处被分隔开。

所述销包括在光滑的圆柱形颈部和螺纹部分之间的过渡部分，所述过渡部分被设计并优化以使由安装所导致的高过盈条件所需的安装力最小化。在典型的实施例中，过渡部分可以是锥形的并相对销颈具有小于或等于20度的角度。在其他的实施例中，在光滑部分和螺纹部分之间，过渡部分在0.010到0.290英寸的距离上将销颈的径向直径减小0.004到大约0.005英寸之间。

在其他的实施例中，紧固件还包括衬套和夹持装置以将工件固定在一起。所述夹持装置可以包括卡圈或螺母构件或其他任何适于将工件与销和衬套紧固在一起的装置。通过位于两个或更多个工件上的对齐孔安装紧固件。在一些实施例中，通过工件的孔中的一个孔包括在其外部开口上的锥口孔、或导入半径。

适于套在光滑的圆柱形颈部的衬套包括管状部分和用于与工件的外部表面接合的增大端部。在一些实施例中，存在与工件中的锥口孔部分接合的外展端部。衬套的长度大于将在对齐孔的位置处被连接的工件的最大总厚度。衬套的管状部分具有内径和外径，所述内径小于光滑的圆柱形颈部的直径，所述外径被进行尺寸调整以允许将衬套配合入工件的对准间隙孔。

在一方面，销部件具有直径大于衬套的最大内径的光滑圆柱形颈部。当所述光滑的圆柱形颈部进入和通过衬套时，衬套沿径向外展进入与工件的孔壁的过盈配合。