用于复合结构的适形间隙配合紧固件、紧固件系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于复合结构的适形间隙配合紧固件、紧固件系统和方法。紧固件包括细长轴，细长轴具有第一端、第二端和轴主体、头部以及螺纹部。至少一个内部进给通道延伸穿过头部和轴主体，并且靠近螺纹部终止。紧固件具有多个凹槽，多个凹槽沿着轴主体的外表面和头部的外表面形成且围绕轴主体的所述外表面和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螺纹部的第一位置沿着轴主体的外表面延伸并沿着头部的外表面径向向外延伸。紧固件进一步包括一个或多个横向进给通道，一个或多个横向进给通道横向地穿过轴主体而形成并且将内部进给通道连接到轴主体的外表面上的至少两个对置凹槽。

Conformal gap fit fasteners, fastening systems and methods for composite structures

The present invention relates to conformal gap fit fasteners, fastening systems and methods for composite structures. The fastener includes a slender shaft with a first end, a second end, a shaft body, a head, and a threaded portion. At least one internal feed passage extends through the head and shaft body and terminates near the threaded portion. The fastener has a plurality of grooves, and a plurality of grooves are formed along the outer surface of the shaft body and the outer surface of the head, and the outer surface of the shaft body and the outer surface of the head are spaced apart circumferentially. Each groove has a first end and extends along the outer surface of the shaft body at the first position close to the threaded part and extends radially outward along the outer surface of the head. The fastener further includes one or more transverse feed channels, one or more transverse feed channel laterally across the main axis and formed inside the feed channel is connected to the at least two opposite grooves on the outer surface of the main shaft.

【技术实现步骤摘要】
用于复合结构的适形间隙配合紧固件、紧固件系统和方法
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在另一实施方式中，提供了一种用于改进与复合结构的电接触的紧固件系统。该紧固件系统包括一个或多个紧固件，所述一个或多个紧固件被构造成安装到形成在所述复合结构中的一个或多个对应紧固件孔中。每个紧固件均包括细长轴，所述细长轴包括带有头部的第一端、带有螺纹部的第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体。每个紧固件进一步包括至少一个内部中央进给通道，所述至少一个内部中央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。每个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。每个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中央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。所述紧固件系统进一步包括注射工具组件，所述注射工具组件被构造成联接到安装在所述一个或多个对应紧固件孔中的所述一个或多个紧固件中的每个紧固件。所述紧固件系统进一步包括导电流体，所述导电流体经由所述注射工具组件注射到安装在所述复合结构中的每个紧固件中。所述导电流体经由每个紧固件的所述至少一个内部中央进给通道、所述一个或多个横向进给通道和所述多个凹槽输送并沉积到所述紧固件的外表面与所述复合结构的对应紧固件孔的内表面之间的一个或多个区域。所述导电流体在所述复合结构的碳纤维与安装到所述复合结构的所述一个或多个对应紧固件孔中的所述一个或多个紧固件之间提供电接触。这样导致所述紧固件系统提供与所述复合结构的电接触。在另一实施方式中，提供了一种用于向飞行器的复合结构提供由雷击引起而导向所述飞行器的电流能量的改进的导电性和耗散的方法。该方法包括步骤：将一个或多个紧固件安装到形成在所述复合结构中的一个或多个对应紧固件孔中。每个紧固件均包括细长轴，所述细长轴包括带有头部的第一端、带有螺纹部的第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体。每个紧固件均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。每个紧固件均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。每个凹槽均从靠近所述螺纹部的第一位置沿着所述轴主体的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧固件(10)，该紧固件(10)包括：细长轴(14)，所述细长轴(14)具有第一端(16)、第二端(18)和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体(20)；头部(22)，所述头部(22)被布置在所述第一端处；螺纹部(42)，所述螺纹部(42)被布置在所述第二端处；至少一个内部进给通道(70)，所述至少一个内部进给通道(70)从所述头部中的开口(40)延伸，沿着所述细长轴的纵向中心轴线(78)穿过所述头部和所述轴主体，并且靠近所述螺纹部终止；多个凹槽(80)，所述多个凹槽(80)沿着所述轴主体的外表面(64)和所述头部的外表面(32)形成且围绕所述轴主体的所述外表面(64)和所述头部的所述外表面(32)沿周向间隔开，每个凹槽均具有第一端(82)并且从靠近所述螺纹部的第一位置(84)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；以及一个或多个横向进给通道(90)，所述一个或多个横向进给通道(90)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。

【技术特征摘要】
2016.03.31 US 15/087,8411.一种紧固件(10)，该紧固件(10)包括：细长轴(14)，所述细长轴(14)具有第一端(16)、第二端(18)和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体(20)；头部(22)，所述头部(22)被布置在所述第一端处；螺纹部(42)，所述螺纹部(42)被布置在所述第二端处；至少一个内部进给通道(70)，所述至少一个内部进给通道(70)从所述头部中的开口(40)延伸，沿着所述细长轴的纵向中心轴线(78)穿过所述头部和所述轴主体，并且靠近所述螺纹部终止；多个凹槽(80)，所述多个凹槽(80)沿着所述轴主体的外表面(64)和所述头部的外表面(32)形成且围绕所述轴主体的所述外表面(64)和所述头部的所述外表面(32)沿周向间隔开，每个凹槽均具有第一端(82)并且从靠近所述螺纹部的第一位置(84)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；以及一个或多个横向进给通道(90)，所述一个或多个横向进给通道(90)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。2.根据权利要求1所述的紧固件(10)，其中，所述轴主体(20)具有大致直的外轮廓(66a)。3.根据权利要求1所述的紧固件(10)，其中，所述轴主体(20)具有渐缩的外轮廓(66b)。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的紧固件(10)，其中，当所述紧固件被安装到对应紧固件孔(11)中时，所述至少一个内部进给通道(70)、所述一个或多个横向进给通道(90)和所述多个凹槽(80)被构造成将注射到所述紧固件中的导电流体(120)输送并沉积到所述紧固件的外表面(64)与所述对应紧固件孔的内表面(142)之间的一个或多个区域(144)。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的紧固件(10)，其中，所述细长轴(14)具有横向地穿过所述轴主体(20)而形成的至少两组(90a，90b)所述一个或多个横向进给通道(90)，所述至少两组彼此间隔开。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的紧固件(10)，其中，每个凹槽(80)均沿着所述头部(22)的所述外表面(32)径向向外延伸并且终止于第二端(86)，所述第二端包括靠近所述头部的外周缘(38)的第二位置(86a)和所述头部的所述外周缘处的周缘开口(86b)中的一者。7.一种用于向飞行器(200a)的复合结构(102)提供由雷击(220)引起而导向所述飞行器的电流能量(218)的改进的导电性和耗散的方法，该方法包括以下步骤：将一个或多个紧固件(10)安装到形成在所述复合结构中的一个或多个对应紧固件孔(11)中，每个紧固件均包括：细长轴(14)，所述细长轴(14)包括带有头部(22)的第一端(16)、带有螺纹部(42)的第二端(18)和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体(20)；至少一个内部进给通道(70)，所述至少一个内部进给通道(70)从所述头部中的开口(40)延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·格雷戈尔，Q·N·勒，B·A·怀廷，J·A·米特勒迪尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US