CN103062542B - 利用软金属夹层改进液压装配部件上的电导 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称是:利用软金属夹层改进液压装配部件上的电导。通过在装配部件和液压管之间并入软金属夹层改进液压装配部件上的电导的方法,其中软金属夹层位于这样的区域中,其中装配部件在锻压或安装后在压力下接合液压管。
Description
背景技术
本专利申请涉及通过在装配部件和液压管之间并入软金属夹层改进液压装配部件上的电导的方法。
装配部件通常用于使金属管和管子相互连接,以便用于多种应用,诸如用于航空航天工业,以运送飞行器或宇宙飞船中的燃料、液压控制液和类似物。在这些应用中,关键是在装配部件和管之间具有牢固的连接,以便承受振动和其他不利条件,而无故障。
过去已经开发了多种装配部件以使管相互连接。在一种类型的装配部件中,向装配部件和管施加径向锻压力,其可在装配部件周围外部地实施或在管内内部地实施。在任一种情况下,径向锻压力通过工具被直接施加至装配部件和管。在一些例子中,装配部件的内表面具有多个轴向间隔的环形槽或齿,通过环形槽或齿,管的材料通过锻压工具进行变形,以制造锻压的连接。在其他例子中,装配部件外表面上的弯曲或不规则构造在锻压后通过使装配部件变形而被转移至装配部件的内表面,其引起管偏转并贴合不规则构造并由此制造连接。
另一类型的装配部件包括用于接收管的具有锥形外表面和圆柱形内表面的圆柱形套管。变形环围绕套管并具有锥形内表面,其与套管的锥形外表面匹配和接合。在锻压前,变形环相对于套管向外放置,以便没有径向力通过变形环被施加至套管。在锻压期间,变形环在套管上以向前的方向轴向移动,以便环上锥形表面和套管的相互作用施加使套管和管向内变形的径向力,以便在它们之间制造锻压连接。这些装配部件应该通常应该被称为轴向锻压装配部件。
碳纤维增强塑性(“CFRP”)材料日益被用于取代铝以形成商业飞机的蒙皮板(skin panel)和结构构件。由于由碳复合材料提供的较高的强度重量比,CFRP材料与铝相比是有优势的。然而,与铝材料相比,CFRP材料为安装在防止雷击的结构构件内部的系统提供了更小的EME保护。这可归因于复合材料的固有电阻。因此,燃料箱内的导电系统可能被迫携带被雷击事件感生的更多电流。复合材料燃料箱内的原有液压装配部件可能不总是能够携带来自雷击的更高的电流至CFRP飞机而不发生火花。在飞机中,在作为点火源的易燃蒸气的存在下,诸如在燃料箱内部的燃料蒸气存在下,这种发生火花是不被允许的。因此,使用CFRP材料要求特别考虑雷击的影响和其他电磁效应(EME)。这在机翼结构中尤其重要,其中用于燃料转移和液压启动的金属管道通过燃料箱。
目前的解决方法包括使用管的短部分的绝缘体,其可用于中断电流流动,同时允许流体流动。这种绝缘体提供了限制在两个装配部件连接之间的电流流动的高电阻通路,但允许逐步消散静电电荷。然而,可选方法的研究继续提供额外保护,以防止发生火花和由雷击和其他电磁效应引起的损害。
因此,本领域技术人员继续寻找用于避免由雷击引起的损害的新技术。
发明内容
在一方面,公开了一种通过在装配部件和管之间并入软金属夹层改进液压管和装配部件之间的电导的方法,其中软金属夹层位于这样的区域中,其中在锻压或安装后装配部件接合液压管。
根据具体的方面,通过提供具有内表面的液压装配部件和具有外表面的液压管改进液压装配部件上的电导,其中装配部件的内表面适于在与之有共轴关系的管的外表面的至少一部分上延伸;和在装配部件的内表面和管的外表面之间并入软金属夹层,其中软金属夹层位于这样的区域中,其中在锻压或安装后装配部件接合液压管。
根据另一方面,本申请涉及由碳增强聚合物复合材料制成的复合材料燃料箱,其中可存在易燃蒸气,并具有安装在箱内的液压系统。液压系统包括具有内表面的液压装配部件和具有外表面的液压管,其中装配部件的内表面适于在与之有共轴关系的管的外表面的至少一部分上延伸。软金属夹层被并入装配部件的内表面和管的外表面之间,其中软金属夹层位于这样的区域中,其中在锻压或安装后装配部件接合液压管。如根据某些实施方式所相关的,液压系统不具有绝缘体并允许感生雷电电流在管中流动(“雷电感生管电流”)。软金属夹层的目的是提高装配部件和管之间的电导率并由此在通过管道中接头转移感生雷电电流期间抑制形成电弧和/或发生火花,以防止在燃料箱内部产生点火源。
用于最小化雷击影响的公开方法的其他方面将根据以下描述、附图和所附权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1为根据本申请一个方面的径向锻压的内嵌(in-line)液压装配部件的部分截面图;
图2A为锻压前根据本申请一个方面的轴向锻压的内嵌液压装配部件的部分截面图;和
图2B为锻压后根据本申请一个方面的轴向锻压的内嵌液压装配部件的部分截面图。
发明详述
根据一个方面,本申请涉及通过在装配部件和液压管之间并入软金属夹层改进液压装配部件上的电导的方法。根据具体实施方式,软金属夹层位于这样的区域中,其中装配部件在锻压或安装后在压力下接合液压管。
根据另一方面,本申请涉及通过提供具有内表面的液压装配部件和具有外表面的液压管改进液压装配部件上的电导的方法,其中装配部件的内表面适于在与之有共轴关系的管的外表面的至少一部分上延伸;和在装配部件的内表面和管的外表面之间并入软金属夹层,其中软金属夹层位于这样的区域中,其中装配部件在锻压或安装后在压力下接合液压管。
当与由复合材料制成的燃料箱中的液压装配部件结合使用时,在此描述的方法特别有用。如本领域技术人员已知的,“复合材料”结构在树脂基体内包括多层结构织物。碳纤维增强聚合物(CFRP)材料是合适的复合材料结构的一个例子。CFRP中的纤维是有些导电的,但远非铝那样导电。由于复合材料与铝相比的固有电阻,CFRP燃料箱中直接和间接雷电影响的威胁相对于铝油箱大大增加。因此,CFRP燃料箱内的导电系统可能被迫携带通过雷击事件感生的更大份的电流。复合材料燃料箱内的原有液压装配部件不总是能携带更大的雷电电流威胁而不发生火花或点燃燃料。将薄软金属夹层并入液压装配部件能改进通过原有装配部件的导电并抑制管至装配部件连接处形成电弧和/或发生火花,确保使用复合材料燃料箱中的装配部件,以携带雷击中的电流而不需要内嵌绝缘体。此外,将薄软金属夹层并入液压装配部件便于开发遵循FAR 25.981的系统。
图1为根据本申请一个方面的径向锻压的内嵌液压装配部件10的部分截面图。液压装配部件10可用于连接相对于彼此轴向对齐并限定流体通道的两个管12和14。管12和14可由钛或任何其他金属管材料形成。液压装配部件10可由钛或常规用于装配部件的任何其他硬金属材料形成。装配部件被安装在管12和14上,并桥连邻近管12和14的相对端。
装配部件10具有装配在管12和14末端上的大体圆柱形的几何形状,桥连流体线的那些截面。装配部件被安装在每个末端,锥形物处于堆起处(mound)的每一侧,以提供具有减小的外直径的装配部件的每个末端上的截面。简单地说,当锻压时,堆起处被锻压工具压缩进管,形成在适当位置上锁住管的凹陷。装配部件10的内径或管12和14的外径携带镀薄软金属的夹层16,其通过任何常规技术进行施加,合适地通过标准电镀方法进行施加。薄金属夹层16用粗实黑线表示。
图2A为根据本申请另一方面的锻压前轴向锻压的内嵌液压装配部件20的部分截面图。图2B为锻压后轴向锻压的内嵌液压装配部件20的部分截面图。液压装配部件20可用于连接相对于彼此轴向对齐并限定流体通道的两个管12和14。装配部件20包括装配部件主体21并且同时包含一对夹具环22和24,其具有常规结构和功能。每个环同样为大体圆柱形,包含起初装配在管上并接合装配部件主体21上扩展的直径部分26和28的内部大体圆柱形的几何形状。简单地说,当锻压时,主体的扩展部分通过环被压缩进管,形成如图2B所示的在适当位置上锁住管的凹陷。液压装配部件20可由钛或常规用于装配部件的任何其他硬金属材料形成。装配部件被安装至管12和14,并桥连邻近管12和14的相对端。
薄金属夹层16被插入装配部件主体21以及管12和14之间。装配部件主体21的内径或管12和14的外径携带镀薄软金属的夹层16,其通过任何常规技术进行施加,合适地通过标准电镀方法进行施加。薄金属夹层16用粗黑实线表示。
装配部件和管之间的连接在机械锻压过程中形成,机械锻压过程是一种已知的技术。根据一个实施方式,管的外表面可用软金属电镀。相同的软金属也可被电镀在锻压装配部件内部上。此后,对于锻压,装配部件被放置在管上,上面覆盖电镀。
锻压对减小了它的内表面直径的装配部件施加径向或轴向压缩挤压力,使其紧贴中间层并到达管上。因此当撤掉压缩锻压力时,装配部件保持了它的紧压在管上的新形状,并且两个管保持永久连接。对于径向锻压,装配部件通过锻压工具被直接压缩或锻压到管上。对于轴向锻压,每个装配部件环被安装在管上,装配部件主体被放置在管末端上,并且环随后通过工具沿管的轴线被纵向移动至覆盖装配部件主体一部分的位置。随后装配部件通过环被压缩或锻压到管上,导致其间的摩擦装配。
锻压后,使软薄金属夹层16变形成为管的一部分。因为中间金属层在物理特性上比管或装配部件更软,使软金属层的部分流动或移动入如可能发现存在于装配部件和管之间的任何空区域、空隙空间、划痕、孔——不论多微小,由此改进装配部件的电导。
薄软金属涂层可被施加于两部分,其中之一被施加于管的外表面上,另一个以相同的作用被施加于装配部件的内表面上。
用于形成夹层16的软金属可选自铝、铜、镓、银、镉、金、锑、铂、锡、铟、铑、铊、铋、铅、其合金,以及某些钢合金。根据某些实施方式,软金属夹层可为从大约0.000002至大约0.015英寸,更具体地从大约0.000010至大约0.000050,并且在一些例子中为从大约0.001至大约0.010英寸厚。
本文描述的改进的装配部件可用于在3000/5000 psi系统等中对于内嵌装配部件(径向锻压的、轴向锻压的、低温冷冻的)和隔板(bulkhead)装配部件的管连接。根据某些实施方式,本文描述的方法可在可用于飞行器组件的复合材料结构中使用。发生火花在包含燃料的飞行器部分中非常危险。FAA规章要求控制燃料箱中的点火源(包括由于雷电或静电荷累积造成的火花发生)。普遍的规章标准可要求至多三个独立保护特征,以防止点火源。本文描述的方法为装配部件提供了增加的在装配部件和管道之间的电导,以提供至少一个保护特征,抵抗作为点火源的火花发生和与之相关的潜在损害。
在正文和图中,公开了改进液压装配部件10、20上的电导的方法,包括提供具有内表面的液压装配部件10、20和具有外表面的液压管12、14,其中装配部件的内表面适于在与之有共轴关系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸;和在装配部件10、20的内表面和管10、20的外表面之间并入软金属夹层16,其中软金属夹层16位于这样的区域中,其中装配部件10、20在锻压或安装后在压力下接合液压管12、14。在该方法的一个变体中,其中软金属选自铝、铜、镓、银、镉、金、锑、铂、锡、铟、铑、铊、铋、铅、其合金,和钢合金。在另一个变体中,其中软金属夹层16为大约0.000002至大约0.015英寸厚。还在另一个变体中,其中软金属夹层16存在于装配部件10、20的内表面上。还在另一个变体中,软金属夹层16存在于管12、14的外表面上。在一个可选方案中,该方法进一步包括锻压装配部件10、20和管12、14以将装配部件10、20的内表面和管12、14的外表面进行接合和通过软金属夹层16进行电接触。在一个变体中,该方法包括其中锻压包括径向锻压或轴向锻压。还在另一个变体中,该方法包括其中软金属夹层16为大约0.001至大约0.010英寸厚并且软金属选自铝、铜、镓、银、镉、金、锑、铂、锡、铟、铑、铊、铋、铅、其合金,和钢合金。
在一个实施例中,公开了提供预防发生火花作为保护特征以防止复合材料燃料箱中的点火源的方法,包括提供包括碳增强聚合材料和液压系统的复合材料燃料箱,其中液压系统包括具有内表面的液压装配部件10、20和具有外表面的液压管12、14,其中装配部件10、20的内表面适于在与之有共轴关系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层16被并入装配部件10、20的内表面和管12、14的外表面之间,其中软金属夹层16位于这样的区域中,其中装配部件10、20在锻压或安装后在压力下接合液压管12、14。在一个变体中,其中软金属选自铝、铜、镓、银、镉、金、锑、铂、锡、铟、铑、铊、铋、铅、其合金,和钢合金。还在另一个变体中,其中软金属夹层16为大约0.000002至大约0.015英寸厚。还在另一个变体中,该方法包括其中软金属夹层16存在于装配部件10、20的内表面。仍然在另一个变体中,该方法包括其中软金属夹层16存在于管12、14的外表面。在一个可选方案中,该方法进一步包括锻压装配部件10、20和管12、14,以使装配部件10、20的内表面和管12、14的外表面在压力下接合和通过软金属夹层16进行电接触。在一个可选方案中,该方法包括其中锻压包括径向锻压或轴向锻压。还在另一个变体中,其中复合材料燃料箱为飞行器的一部分。在一个变体中,该方法其中与没有夹层16的装配部件10、20和管12、14相比,具有软金属夹层16的锻压提高了装配部件10、20和管12、14之间的电接触。
在另一方面,公开了液压系统,其中液压系统包括:具有内表面的液压装配部件10、20;和具有外表面的液压管12、14,其中装配部件10、20的内表面适于在与之有共轴关系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层16被并入装配部件(10、20)的内表面和管12、14的外表面之间,其中软金属夹层16位于这样的区域中,其中装配部件10、20在锻压或安装后在压力下接合液压管12、14,并且与没有夹层16的装配部件10、20和管12、14相比,软金属夹层16提高了装配部件10、20和管12、14之间的电接触。在一个例子中,其中与没有夹层16的装配部件10、20和管12、14相比,提高的电接触降低了来自雷电感生管电流的、装配部件10、20和管12、14之间接触上的电压。还在另一个例子中,其中与没有夹层16的装配部件10、20和管12、14相比,雷电感生管电流处的装配部件10、20和管12、14之间接触上的电压降低减少了加热并阻止在接触中形成电弧和/或发生火花。
本文描述的是改进的装配部件,其特别可用于飞行器,并且其被构造以保护结构不受雷击等。尽管本文描述的实施方式涉及用于飞行器中的部件,但本申请的方面可应用于其他结构诸如汽车、船等。
尽管针对最小化雷击影响已经显示和描述了所公开的装配部件和相关方法的不同方面,但本领域技术人员在阅读说明书后可想到更改。本申请包括这种更改并仅通过权利要求的范围进行限制。
Claims (18)
1.提供预防发生火花作为保护特征以防止复合材料燃料箱中的点火源的方法,其包括:
提供复合材料燃料箱,所述复合材料燃料箱包括:
碳增强聚合材料,和
液压系统,其中所述液压系统包括具有内表面的液压装配部件(10、20)和具有外表面的液压管(12、14),其中所述液压装配部件(10、20)的内表面适于在与之有共轴关系的所述液压管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层(16)被并入所述液压装配部件(10、20)的内表面和所述液压管(12、14)的外表面之间,其中所述软金属夹层(16)位于这样的区域中,其中所述液压装配部件(10、20)在安装后在压力下接合所述液压管(12、14)。
2.提供预防发生火花作为保护特征以防止复合材料燃料箱中的点火源的方法,其包括:
提供复合材料燃料箱,所述复合材料燃料箱包括:
碳增强聚合材料,和
液压系统,其中所述液压系统包括具有内表面的液压装配部件(10、20)和具有外表面的液压管(12、14),其中所述液压装配部件(10、20)的内表面适于在与之有共轴关系的所述液压管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层(16)被并入所述液压装配部件(10、20)的内表面和所述液压管(12、14)的外表面之间,其中所述软金属夹层(16)位于这样的区域中,其中所述液压装配部件(10、20)在锻压后在压力下接合所述液压管(12、14)。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述软金属选自铝、铜、镓、银、镉、金、锑、铂、锡、铟、铑、铊、铋、铅、其合金,和钢合金。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述软金属夹层(16)为0.000002至0.015英寸厚。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述软金属夹层(16)存在于所述液压装配部件(10、20)的内表面上。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述软金属夹层(16)存在于所述液压管(12、14)的外表面上。
7.根据权利要求1或2所述的方法,进一步包括锻压所述液压装配部件(10、20)和所述液压管(12、14),以使所述液压装配部件(10、20)的内表面和所述液压管(12、14)的外表面在压力下接合并通过所述软金属夹层(16)进行电接触。
8.根据权利要求2所述的方法,其中所述锻压包括径向锻压或轴向锻压。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述复合材料燃料箱是飞行器的一部分。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其中与没有所述软金属夹层(16)的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)相比,具有所述软金属夹层(16)的锻压增强了所述液压装配部件(10、20)和所述液压管(12、14)之间的电接触。
11.液压系统,其中所述液压系统包括:
具有内表面的液压装配部件(10、20);和
具有外表面的液压管(12、14),其中所述液压装配部件(10、20)的内表面适于在与之有共轴关系的所述液压管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层(16)被并入所述液压装配部件(10、20)的内表面和所述液压管(12、14)的外表面之间,其中所述软金属夹层(16)位于这样的区域中,其中在安装后在压力下所述液压装配部件(10、20)接合所述液压管(12、14),并且与没有所述软金属夹层(16)的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)相比,所述软金属夹层(16)增强了所述液压装配部件(10、20)和所述液压管(12、14)之间的电接触。
12.液压系统,其中所述液压系统包括:
具有内表面的液压装配部件(10、20);和
具有外表面的液压管(12、14),其中所述液压装配部件(10、20)的内表面适于在与之有共轴关系的所述液压管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸;和软金属夹层(16)被并入所述液压装配部件(10、20)的内表面和所述液压管(12、14)的外表面之间,其中所述软金属夹层(16)位于这样的区域中,其中在锻压后在压力下所述液压装配部件(10、20)接合所述液压管(12、14),并且与没有所述软金属夹层(16)的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)相比,所述软金属夹层(16)增强了所述液压装配部件(10、20)和所述液压管(12、14)之间的电接触。
13.根据权利要求11或12所述的液压系统,其中与没有所述软金属夹层(16)的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)相比,所述增强的电接触降低了来自雷电感生管电流的、所述液压装配部件(10、20)和所述液压管(12、14)之间的接触上的电压。
14.根据权利要求13所述的液压系统,其中与没有所述软金属夹层(16)的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)相比,在所述雷电感生管电流下的液压装配部件(10、20)和液压管(12、14)之间的接触上的降低的电压减少了加热并阻止在所述接触中形成电弧和/或发生火花。
15.一种根据权利要求11-14任一项所述的液压系统,所述液压系统在燃料箱内燃料蒸气存在下提供防止发生火花的保护,以便通过所述权利要求1-10任一项提供防止发生火花以及由雷击和其他电磁效应产生的损害的额外保护。
16.一种根据权利要求1所述的方法,所述方法改进用在权利要求11或12所述的液压系统中的所述液压装配部件(10、20)的电导,以防止在所述复合材料燃料箱内燃料蒸气存在下的点火,从而提供防止发生火花和其他电磁效应的额外保护。
17.一种根据权利要求2所述的方法,所述方法改进用在权利要求11或12所述的液压系统中的所述液压装配部件(10、20)的电导,以防止在所述复合材料燃料箱内燃料蒸气存在下的点火,从而提供防止发生火花和其他电磁效应的额外保护。
18.改进的导电液压装配部件(10、20),所述导电液压装配部件(10、20)提供了由在所述权利要求1-10任一项中描述的方法提供的防止燃料蒸气发生火花的保护,并在所述权利要求11-14任一项中描述的系统的任一个中进行说明。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160928 |