[发明专利]用于复合结构的适形间隙配合紧固件、紧固件系统和方法

说明书

技术领域

本公开总体涉及用于复合结构的紧固件及紧固件系统和方法，更具体地，涉及为诸如用于飞行器中的复合结构(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构)提供电接触和导电性的适形间隙配合紧固件及紧固件系统和方法。

背景技术

由于其高强度重量比、耐腐蚀性及其它有利性质，诸如碳纤维增强塑料(CFRP) 结构的复合结构可用于各种各样的应用中，包括制造飞行器、航天器、旋翼机、船舶、汽车、卡车及其它车辆和结构。诸如CFRP结构的复合结构通常由包括用纤维材料(诸如碳纤维)增强的基体材料(诸如树脂)的复合材料制成。与纤维材料相反，树脂一般不是导电的。

在诸如发生雷击或其它电磁效应和电气事件的情况下，复合飞行器机翼、机身或其它飞行器结构与用于将这些结构的各部分固定在一起的金属紧固件(即，金属螺栓) 之间的良好电接触对于提供导电性和静电耗散是重要的，以便使雷击的电流能量被耗散并经由复合结构的表面传导到地面。如果金属紧固件与这样的复合飞行器结构(例如，复合机翼蒙皮)之间的电接触不足，则雷击的电流能量可能不耗散，而保留在被击中的紧固件附近，并且可能会传导到子结构中并可能传导到机翼中的燃料箱，在此，因为电弧和/或由于材料系统的分解而从接头喷射的热等离子体颗粒，可能发生不期望的放电或产生火花，造成潜在的点火源。

存在已知系统和方法来防止或减轻飞行器复合机翼燃料箱及其它飞行器复合结构中的放电和雷击影响。这样的已知系统和方法包括：施加电绝缘密封剂以及使用紧固件帽密封件来覆盖飞行器复合机翼燃料箱中的金属紧固件，以在紧固接头中包含放电并将之引导远离燃料箱或其它飞行器复合结构。

然而，这样的已知电绝缘密封剂可能较重，并且这样的已知紧固件密封帽可能数量很多，这两者均可增加飞行器的重量，这可导致性能降低且燃料消耗增加，进而可导致燃料成本增加。而且，这样的已知电绝缘密封剂和紧固件密封帽可能对施加或安装以及检查飞行器复合机翼和燃料箱或其它飞行器结构是耗时而劳动密集的，这又可导致制造和检查时间增加并导致劳动力成本增加。

另外，存在已知紧固件和紧固件系统，其实现了诸如复合机翼蒙皮的复合飞行器结构与用于固定这样的结构的金属紧固件之间的良好电接触，并且减少了飞行器复合机翼燃料箱中的不期望放电或产生火花的可能性。这样的已知紧固件和紧固件系统包括使用过盈配合紧固件，该过盈配合紧固件采用将渐缩的钛螺栓从中插入的耐腐蚀钢 (CRES)套筒，即，套筒式过盈配合紧固件。当将转矩施加到螺栓的轴环时，套筒膨胀，从而与复合机翼蒙皮的复合层接触。

然而，这样的套筒式过盈配合紧固件可能是昂贵的且难以安装。而且，用于过盈配合紧固件的CRES套筒可能增加紧固接头的重量，这可导致燃料消耗增加，进而可导致燃料成本增加。此外，由于当将转矩施加到螺栓轴环时紧固件套筒膨胀，将紧固件插入其中的钻孔中的任何暴露的高导电性碳纤维末端可能被压碎、损坏，或者可能破裂。这样可限制整个电连接并且还可促使复合结构的紧固接头中出现微裂纹。

因此，本领域需要改进的紧固件、紧固件系统和方法，其成本低廉、安装和使用简单、重量减轻且可靠，并且能提供优于已知紧固件装置、系统和方法的优点。

发明内容

本公开的示例实施方案提供了用于诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构的复合结构的改进的紧固件、紧固件系统和方法，并且提供了附接至金属结构的CFRP结构。如下面的详细描述讨论的，改进的紧固件、紧固件系统和方法的实施方式可提供优于已知紧固件装置、系统和方法的显著优点。

在一个实施方式中，提供了一种紧固件。该紧固件包括细长轴，所述细长轴具有第一端、第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体。所述紧固件进一步包括头部，所述头部被布置在所述第一端处。所述紧固件进一步包括螺纹部，所述螺纹部被布置在所述第二端处。

所述紧固件进一步包括至少一个内部进给通道，所述至少一个内部进给通道从所述头部中的开口延伸，沿着所述细长轴的纵向中心轴线穿过所述头部和所述轴主体，并且靠近所述螺纹部终止。所述紧固件进一步包括多个凹槽，所述多个凹槽沿着所述轴主体的外表面和所述头部的外表面形成且围绕所述轴主体的所述外表面和所述头部的所述外表面沿周向间隔开。每个凹槽均具有第一端并且从靠近所述螺纹部的第一位置沿着所述轴主体的所述外表面延伸并沿着所述头部的所述外表面径向向外延伸。

所述紧固件进一步包括一个或多个横向进给通道，所述一个或多个横向进给通道横向地穿过所述轴主体而形成。每个横向进给通道均将所述内部进给通道连接到所述轴主体的所述外表面上的至少两个对置凹槽。