CN104364158B - 可注射螺帽盖 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的帽盖，以限制在紧固件被雷击时出现的泄气和火花事件。本发明还提出了包括帽盖的接头、成套部件以及用于安装帽盖的方法。根据本发明的帽盖包括：具有环形基底的内帽盖构件，环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，空气腔室用于封装紧固件的一个端部；以及具有环形裙部或者凸缘的外帽盖构件，环形裙部或者凸缘远离环形基底径向向外延伸，环形裙部或者凸缘与环形基底之间限定环形密封腔室。帽盖还包括密封材料进口，密封材料进口包括位于外帽盖构件中的与环形密封腔室流体连通的开口，开口布置成与密封材料注射装置相互连接以提供从密封材料进口进入环形密封腔室的可固化密封材料流。

Description

可注射螺帽盖
技术领域
本发明涉及用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的帽盖、包括所述帽盖的接头以及成套部件和安装所述帽盖的方法。
背景技术
图1是紧固件组件的穿过面板1的一部分的侧视图，该面板1可以是复合材料或者金属面板。该组件包括紧固件，该紧固件包括外螺纹螺栓2、内螺纹螺母3以及垫圈4(所述紧固件可以替代性地包括任何其他已知的紧固件类型，诸如铆钉或者模锻紧固件)。在面板1受到雷击且附接有紧固件的情况下，可能在图1中的附图标记5所指示的位置处出现火花、等离子体或者泄气(out-gassing)。
在EP-A-0334011中描述了一种已知的提供火花抑制的方法。一定体积的气体被围绕紧固件的帽盖封闭。该气体提供了针对在任何雷击期间可能在复合材料结构与金属紧固件之间发生的电弧作用的火花抑制。
发明内容
本发明的第一方面提供了用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的帽盖，该帽盖包括：内帽盖构件，该内帽盖构件具有环形基底，该环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，该空气腔室用于封装紧固件的一个端部；外帽盖构件，该外帽盖构件具有远离环形基底径向向外延伸的环形裙部或者凸缘，在该环形裙部或者凸缘与环形基底之间限定了环形密封腔室；以及密封材料进口，该密封材料进口包括位于外帽盖构件中的与环形密封腔室流体连通的开口，该开口布置成与密封材料注射装置相互连接以提供从密封材料进口进入环形密封腔室的可固化密封材料流。
因为能够在将帽盖定位在紧固件的端部上之后注射密封材料，所以可以使用具有较短的操作和固化时间的密封材料。密封材料能够在应用时在密封材料注射装置中混合，因而确保在其工作寿命期间和在其开始固化之前应用该材料。快速固化密封材料具有的优点在于非常快速地提供稳定的粘接。也就是说，安装后的帽盖将能够在短时间段内经受来自组装工人的意外敲击或者类似动作。
环形密封腔室提供了用于密封的大接触面积，这转而在相对小的坐落区(footprintarea)中提供帽盖与结构件之间的牢固可靠的粘接。为了维持空气腔室内的空气的密封体积使得空气腔室能够安全地限制在雷击期间引起的泄气和火花，以及防止燃料渗漏进入空气腔室，帽盖与结构件之间的良好的密封是必要的。
本发明的帽盖还防止固化的密封内出现空气间隙，并且提供了干净和恒定的应用过程。特别重要的是防止密封材料中出现空气间隙，这是因为该空气间隙危害该密封(粘接层)并且因而允许燃料渗漏进入空气腔室。
环形密封腔室内的密封材料具有在将螺帽盖安装在穿过结构件的紧固件上时密封空气腔室的主要功能，但可以还具有将帽盖粘接至结构件的功能。因而，密封材料可以包括密封和粘接材料。类似地，环形密封腔室可以包括环形密封和粘接腔室。
帽盖可以包括与密封材料进口的开口和环形密封腔室流体连通的接合(interfay)腔室。在组装期间，接合腔室承载从密封材料进口进入环形密封腔室的可固化密封材料流。在所注射的密封材料已经在接合腔室内固化之后，该密封材料用作将内帽盖构件粘接至外帽盖构件。该粘接为帽盖提供了额外的强度、柔性和抗震强度，并且提高了对燃料进入的阻力。
密封材料进口的开口优选地定心在外帽盖构件的中央轴线上。该中央位置确保环形密封腔室的整个周向的均匀流动。替代性地，在一些实施方式中，开口可以从中央轴线偏移使得在有限空间中能够安装帽盖。在这种情况下，可能需要将额外的限制特征或者其他的特征并入帽盖以确保密封剂材料流能够提供均匀的密封(粘接层)。
接合腔室可以包括流动限制特征，该流动限制特征布置成限制可固化密封材料从开口至环形密封腔室的流动。所述流动限制特征可以包括接合腔室的截面面积减小的区域。该流动限制特征用作防止密封材料流动进入环形密封腔室直到整个接合腔室填充有密封材料为止。一旦被填满，密封材料内的压力增大到足够大以克服由流动限制特征提供的阻力，并且因而允许密封材料均匀地输送至环形密封腔室的整个周向区域。
该帽盖还可以包括存储区，该存储区布置成接收来自开口的可固化密封材料并且将该可固化密封材料分配至环形密封腔室。该存储区可以包括与开口轴向对准(即，在开口的正下方)的顶部敞开型腔室。一旦被填满密封材料，该存储区可以布置成经由外周边缘(即，上边缘)溢出从而提供密封材料在所有径向方向上的均匀流动。
接合腔室可以具有环形截面形状。因此，存在密封材料围绕接合腔室的整个周向的均匀流动，并且存在进入环形密封腔室的相应的均匀流动。
内帽盖构件优选地包括从环形基底延伸的大致圆顶形状部分，并且外帽盖构件优选地包括从环形裙部或凸缘延伸的大致圆顶形状部分。外帽盖构件的圆顶形状减少了例如由于组装工人的意外敲击而损伤帽盖的可能性，并且使应力集中最小化。内帽盖构件的圆顶形状使得空气腔室的体积最小化，并且因此使得帽盖的整体尺寸和质量最小化。因而该圆顶形状在给定重量和空间包围层情况下使得空气腔室体积最大化。在设置有接合腔室的情况下，则接合腔室因而包括限定在内帽盖构件和外帽盖构件的圆顶形状部分之间的薄壁的圆顶形状腔室。接合腔室的圆顶形状提供了用于所注射的密封材料的低阻力流体流动路径。
该帽盖可以包括形成在内帽盖构件的外表面上或者外帽盖构件的内表面上的多个通道，每个通道均与密封材料进口的开口和环形密封腔室流体连通。
这些通道可以是仅在内帽盖构件和外帽盖构件之间的间隙的一部分——间隙的其余部分提供连续接合区域——上延伸的浅的通道。更优选地：通道形成在内帽盖构件的外表面上并且由抵接外帽盖构件的内表面的脊状部间隔开；或者通道形成在外帽盖构件的内表面上并且由抵接外帽盖构件的外表面的脊状部间隔开。因此在这种情况下脊状部将内帽盖构件和外帽盖构件之间的间隙分成多个通道并且不允许密封材料在通道之间流动。这些脊状部可以结合至它们所抵接的另一帽盖构件。
通常，每个通道均具有通道进口和出口，通道进口布置成接收来自密封材料进口的可固化密封材料流，出口布置成将可固化密封材料流供给至环形密封腔室。通道可以一直通至内帽盖构件的环形基底的边缘，而更优选地，通道的出口从内帽盖构件的环形基底的边缘在轴向方向上回缩。
内帽盖构件可以包括将环形基底结合至较小直径的外侧部分的肩部，并且通道的出口可以从该肩部在轴向方向上回缩或者邻近该肩部。
内帽盖构件或外帽盖构件可以仅在一侧形成有通道，而更优选地，内帽盖构件或外帽盖构件具有波形形状。也就是说，通道形成在内帽盖构件的外表面上并且多个相应的通道形成在内帽盖构件的内表面上；或者通道形成在外帽盖构件的内表面上并且相应的多个通道形成在外帽盖构件的外表面上。内帽盖构件或外帽盖构件形成有所述波形形状使得能够形成相对狭窄的通道而不会产生大量的额外重量。
内帽盖构件或外帽盖构件通常具有形成通道的壁厚大致相同的侧壁。这使得帽盖的重量最小化。
每个通道的宽度可以随着每个通道朝向环形密封腔室延伸而增大。这有利于来自不同通道的分开的密封材料流在它们离开通道时合并。
每个通道的深度可以随着每个通道朝向环形密封腔室延伸而减小。
优选地，外帽盖构件的环形裙部或者凸缘在边缘处终止，环形裙部或者凸缘的边缘从内帽盖构件的环形基底的边缘在轴向方向上偏移。也就是说，在帽盖就位且紧固件的端部封装在空气腔室内并且内帽盖构件的边缘抵接紧固件穿过的结构件时，在环形裙部或者凸缘的边缘与结构件之间通常存在有间隙。该间隙使得密封材料从环形密封腔室流出，从而使其形成绕帽盖的可见环，因此提供了完全和一致的密封的可见指示。该偏移边缘也使得帽盖适于具有靠近内帽盖构件的边缘的诸如圆角半径部或台阶之类的上翘区域的结构件。
内帽盖构件和外帽盖构件优选地形成为分离的部件，在组装之后，接合腔室中的固化密封剂可选择地将一者粘接至另一者。通过使这两个构件形成为分离的部件可以大大简化制造过程。内帽盖构件和外帽盖构件可以通过注射模塑形成，优选地由诸如玻璃填充聚醚酰亚胺(PEI)的热塑材料形成。适当的玻璃填充PEI是UltemTM2400，其按体积包括40％的玻璃纤维。这两个部件可以对应地成形使得当组装在一起时在它们之间形成过盈配合，以防止意外的解体并且提供加持力以在密封材料的固化期间将帽盖保持在紧固件上。替代性地，这两个部件可以在引入密封材料之前(例如通过焊接)连接在一起。替代性地，这两个帽盖构件可以作为一个整体部件例如通过加层制造形成在一起。
可选地，外帽盖构件是透明的以便在注射密封材料时对其进行观察。
环形密封腔室可以具有大致向外展开的形状使得其截面面积随着远离环形基底的边缘而减小。因此，能够在不增加帽盖的整体直径的情况下使密封材料与粘接有帽盖的结构件的接触面积最大化。环形裙部或者凸缘因此优选地从环形基底以相对于环形基底成锐角的方式径向向外延伸。替代性地，环形裙部或者凸缘可以从环形基底以相对于环形基底成直角的方式径向向外延伸。
环形裙部或者凸缘可以从环形基底沿其全长径向向外延伸。替代性地，环形裙部或者凸缘可以包括：筒形部分，该筒形部分平行于环形基底延伸；以及肩部，该肩部从环形基底径向向外延伸并且将筒形部分连接至外帽盖构件(可以呈圆顶状)的外侧部分。肩部可以从环形基底以相对于环形基底成锐角或者相对于环形基底成直角的方式径向向外延伸。
密封材料进口可以在外帽盖构件中包括突起(诸如凸台)，突起包含开口并且布置成与密封材料注射装置相互连接。
帽盖的环形部分(即，环形基底、环形裙部或者凸缘以及环形密封腔室)可以具有大致圆环形的截面或者它们的截面可以是任何其他封闭形状，诸如六角形或正方形(例如用于封装六角形或正方形形状的紧固件)。
本发明的第二方面提供一种接头，该接头包括：结构件；紧固件，该紧固件穿过结构件；根据第一方面的帽盖，其中，内帽盖构件的空气腔室封装紧固件的端部并且内帽盖构件的边缘抵接结构件；以及密封材料，该密封材料填充帽盖的环形密封腔室并且接触结构件以密封空气腔室。
环形密封腔室内的密封材料因而用来使在该密封(粘接)的外侧与空气腔室(内部腔室)之间的密封(粘接)厚度和泄漏路径长度最大化。
在优选实施方式中，密封材料(或密封和粘接材料)填充环形密封腔室从而也将帽盖粘接至结构件。帽盖与结构件之间的粘接因而由帽盖-密封剂材料粘接和密封剂材料-结构件粘接形成。
根据第一方面的帽盖可以封装紧固件的每个端部，使得从结构件的两侧密封该接头。
结构件优选地为飞行器的结构部件，更优选地为机翼的结构部件，而最优选地为机翼的形成燃料箱的边界壁的结构部件。结构件优选地包括复合材料结构部件，并且紧固件可以是金属紧固件。在这种情况下，也许特别可能在紧固件处发生雷击。结构件通常包括通过紧固件连接在一起的一对结构零部件。在此飞行器应用中，帽盖的空气腔室提供气穴，在发生雷击时，在该气穴内能够安全地控制泄气或火花事件。密封材料也可以提供在紧固件的端部周围的流体紧密密封，因而防止燃料通过结构件中紧固件穿过的孔洞泄漏。
密封材料优选地包括环氧基粘连剂，最优选地包括诸如由3MTM生产的Scotch-WeldTM7256B/A的两部分式环氧基结构粘连剂。所述环氧基材料通常用于其主要(或唯一)目的是用作粘连剂的应用中，而在本发明中，其用作粘连剂和密封剂两者。在应用中，该两部分式粘连剂通常以盒体(优选50ml盒体)的形式供应并且在注射器枪的喷嘴内混合。环氧基粘连剂是自由流动的，具有低粘度并且在室温下呈现急速固化。在应用时通过混合两部分式粘连剂，可以使用具有非常短的工作寿命的粘连剂，例如仅几分钟的工作寿命。所述粘连剂不能够与已知的密封帽盖一起使用，已知的密封帽盖要求在将帽盖组装在紧固件末端上之前应用和/或用手实施。
一种用于密封材料的适当的替代材料是诸如两部分式多硫化物基密封剂或硅树脂基密封剂之类的密封剂材料。因而密封材料通常为弹性体。适当的多硫化物基密封剂是由ChemetallTM生产的MC-238ClassA/B。两部分式密封剂能够供应在盒体内以经由施加器枪进行应用，并且通常在经由枪的喷嘴输送之前在盒体内混合。所述密封剂通常具有比两部分式粘连剂更长的固化时间。特别地，实现能够经受意外敲击等的牢固密封所花费的时间可以是12个小时或更长，相比之下，环氧基粘连剂花费大约1小时。
内帽盖构件可以抵接紧固件或可以不抵接紧固件。如果该内帽盖构件抵接紧固件，则该内帽盖构件可以经由从内帽盖构件的内表面突出的多个肋来抵接紧固件。
紧固件可以从结构件突出或者紧固件可以钻孔装埋在结构件内。
本发明的第三方面提供了一种用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的成套部件，其包括：
帽盖，所述帽盖包括：内帽盖构件，该内帽盖构件具有环形基底，环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，所述空气腔室用于封装紧固件的一个端部；外帽盖构件，该外帽盖构件具有远离环形基底径向向外延伸的环形裙部或者凸缘，在环形裙部或者凸缘与环形基底之间限定了环形密封腔室；以及密封材料进口，该密封材料进口与环形密封腔室流体连通；以及
密封材料注射装置，该密封材料注射装置具有喷嘴，喷嘴布置成与帽盖的密封材料进口相互连接以将可固化密封材料流引导到环形密封腔室中。
通过提供与可固化密封材料分离的帽盖，密封材料能够是具有短工作寿命类型的快速固化密封材料，因为该密封材料可选地由静态混合喷嘴直接施加至安装后的帽盖。成套部件能够用于形成第二方面的接头，并且因而实现相关联的有益效果。帽盖可以包括根据第一方面的帽盖。
注射装置可以通过手动、电动或者压缩空气来供应动力。注射装置可以设置成输送固定体积的密封材料从而确保可控和一致的应用过程。
可固化密封材料可以是两部分式粘连剂或密封剂材料，其两部分在注射进入帽盖之前在注射装置的喷嘴中混合在一起。替代性地，这两部分可以在经由注射装置的喷嘴输送之前进行预混合。可固化密封材料优选地包括具有良好流动特性的环氧基粘连剂，最优选地为诸如由3MTM生产的Scotch-WeldTM7256B/A之类的两部分式环氧基粘连剂。所述两部分式粘连剂以盒体(优选50ml盒体或者更大的盒体)的形式供应，该盒体能够装载到注射装置中。在应用时，该粘连剂的两部分在注射器枪的喷嘴内混合。
环氧粘连剂是自由流动的，具有低粘度并且在室温下呈现急速固化。在应用时，通过混合两部分式粘连剂，可以使用具有非常短的工作寿命的粘连剂，例如仅有几分钟的工作寿命。所述粘连剂不能够与已知的密封帽盖一起使用，已知的密封帽盖要求在将帽盖组装在紧固件端部上之前应用和/或用手实施。
一种用于密封材料的适当的替代性材料是诸如两部分式多硫化物基密封剂或二氧化锰基密封剂之类的密封剂材料。适当的多硫化物基密封剂是由NaftosealTM生产的MC-238ClassA/B。如上所述，两部分式密封剂在输送之前能够在施加器枪内混合，而通常具有比两部分式粘连剂更长的固化时间。特别地，实现能够经受意外敲击等的牢固密封所花费的时间可以是12个小时或更长，相比之下，环氧粘连剂花费大约1小时。
本发明的第四方面提供了一种安装帽盖以围绕穿过结构件的紧固件的一个端部形成密封腔室的方法，帽盖包括：内帽盖构件，该内帽盖构件具有环形基底，该环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，该空气腔室用于封装所述紧固件的一个端部；外帽盖构件，该外帽盖构件具有远离环形基底径向向外延伸的环形裙部或者凸缘，在该环形裙部或者凸缘与环形基底之间限定了环形密封腔室；以及密封材料进口，该密封材料进口包括位于外帽盖构件中的与环形密封腔室流体连通的开口，该方法包括：
在紧固件的一个端部上安装帽盖使得该一个端部封装在内帽盖构件的空气腔室内并且环形基底的边缘抵接结构件；
将可固化密封材料经由密封材料进口注射到环形密封腔室中使得可固化密封材料接触结构件；并且
使可固化密封材料固化以密封所述空气腔室。
该固化的密封材料因而可以形成绕空气腔室的连续的无间隙密封(粘接)。
使可固化密封材料固化的步骤可以还包括将帽盖连接至结构件。
帽盖可以包括根据第一方面的帽盖，并且该方法可以得到根据第二方面的接头。该方法可以使用根据第三方面的成套部件。
结构件优选地包括飞行器的结构部件，更优选地为机翼的结构部件，而最优选地为机翼的形成燃料箱的边界壁的结构部件。结构件优选地包括复合材料结构部件或复合材料和金属结构部件的混合型组件，并且紧固件包括金属紧固件。在这种情况下，在紧固件处或者在紧密围绕紧固件的区域处也许特别可能发生雷击。结构件通常包括通过紧固件连接在一起的一对结构部件。在此飞行器应用中，帽盖的空气腔室提供气穴，该气穴将安全地限制发生雷击时出现的泄气或火花事件。密封材料也可以提供在紧固件的端部周围的流体紧密密封，因而防止燃料泄漏进入内部空气腔室。
可固化密封材料优选地包括环氧基粘连剂，如上文根据第三方面所描述的那样。
上文或下文结合本发明的任何一个方面所描述的任选或期望的特征中的任一特征可以单独地或以任一组合的方式应用于任何其他方面。
附图说明
现在将结合附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1是现有技术的螺母和螺栓组件的侧视图；
图2是根据本发明的第一实施方式的螺帽盖的截面图；
图3是根据本发明的第二实施方式的螺帽盖的截面图；
图4是根据本发明的第三实施方式的处于安装状态的螺帽盖的平面图；
图5是沿着图4中的线D-D截取的截面图；
图6是图4的螺帽盖的内帽盖构件的侧视图；
图7是图6的内帽盖构件的平面图；
图8是沿着图6中的线A-A截取的截面图；
图9是从下方和一侧观察的图6的内帽盖构件的等距视图；
图10是图4的螺帽盖的外帽盖构件的侧视图；
图11是图10的外帽盖构件的平面图；
图12是沿着图10中的线B-B截取的侧视图；
图13是从上方和一侧观察的图10的外帽盖构件的等距视图；
图14是根据本发明的第四实施方式的螺帽盖的内帽盖构件的等距视图；
图15是图14的内帽盖构件的下侧视图；
图16是根据本发明的第四实施方式的螺帽盖的外帽盖构件的等距视图；
图17是图16的外帽盖构件的截面图；以及
图18是根据本发明的第四实施方式的处于安装状态的螺帽盖的接触结构件的部分的放大截面图。
具体实施方式
图2示出了本发明的简化实施方式，而图3示出了更加详细的实施方式。各个实施方式的等同特征由相同的附图标记表示。
本发明的可注射螺帽盖100包括内帽盖构件10以及外帽盖构件20。内帽盖构件10和外帽盖构件20由诸如玻璃填充聚醚酰亚胺(PEI)的热塑材料注塑模制。适当的玻璃填充PEI是UltemTM2400，其按体积包括40％的玻璃纤维。内帽盖构件和外帽盖构件可替代性地通过模制、通过附加的制造处理方法或者通过任一其他适当的处理方法制成。
内帽盖构件10是大致薄壁的圆顶形状构件，其具有相应的圆顶形状内空气腔室12，该内空气腔室12封装从结构元件突出的紧固件的末端，在该实施方式中，该结构元件是复合材料的飞行器结构部件50，但也可以是混合型的复合材料金属部件。也就是说，空气腔室12封装螺栓2的从结构元件50突出的部分并且封装紧固至该螺栓2的螺母3和垫圈4。内帽盖构件10大致由以下部分构成：基底筒形部分13、将基底筒形部分13连接至较小直径的中间筒形部分15的肩部14以及从中间筒形部分15延伸至中央凹陷部分17的上圆顶状部分16。在使用中，基底筒形部分13的露出的边缘18抵接结构元件50以将紧固件2、3、4的末端完全封装在空气腔室12内。基底筒形部分15的直径定尺寸成以过盈配合的方式紧密配合在紧固件2、3、4上，从而使帽盖在密封材料的注射和固化期间保持在适当位置(参见下文)。在一些实施方式(未示出)中，可以包含机械锁定特征以提供内帽盖构件10与紧固件2、3、4之间的机械连接。例如，垫圈4可以包含与基底筒形部分15的卡扣配合机构相互连接的悬挂部分。
外帽盖构件20也是大致薄壁的圆顶形状构件，并且成形为配合在内帽盖构件10上使得在外帽盖构件与内帽盖构件之间存在连续密封体积30。外帽盖构件20大致由中央圆顶部分23和中间筒形部分24构成，中间筒形部分24将圆顶部分23连接至环形向外展开的裙部或者凸缘部分25，该裙部或者凸缘部分在其自由边缘处具有上翘唇缘26。外帽盖构件20在其中央圆顶部分23中具有中央开口22，该中央开口22定尺寸为与密封材料注射器枪的喷嘴200相互连接，如图3所示。喷嘴200经由开口22将密封材料210的连续流输送到密封体积30中。在本实施方式中，诸如由3MTM生产的Scotch-weldTM7256B/A之类的两部分式的环氧基结构粘连剂是优选的。在应用中，该粘连剂以盒体(优选50ml的盒体)形式供应并且通过注射器枪在喷嘴200内混合。所述环氧基粘连剂是自由流动的，具有低粘度并且在室温下呈现急速固化。适当的替代性材料是诸如由NaftosealTM生产的MC-238ClassA/B之类的两部分式多硫化物基密封剂。
内帽盖构件10与外帽盖构件20之间的密封体积30具有三个关键区域：存储区32(在图2的实施方式中未示出)；环形密封体积34；以及使存储区32和环形密封体积34相互连接的接合体积(interfayvolume)36。存储区32——其由内帽盖构件10的凹陷部分17形成——在开口22的正下方使得存储区32直接接收来自开口22的密封材料210。存储区32用作通过提供相对低的流动阻力以改善密封材料210进入密封体积30的流动，并且还用作提供进入接合体积36的均匀一致的流动。接合体积36包括大致薄壁的圆顶形状体积，密封材料210能够在组装期间通过该圆顶形状体积从存储区32流入环形密封体积34。接合体积36的圆顶形状意在有助于密封材料210的这种流动，因为与例如包含了方向急剧变化或急转拐角的体积相比，圆顶形状体积提供了较小的流动阻力。接合体积36内的密封材料210一旦固化便用作将内帽盖构件10和外帽盖构件20粘接在一起，并且增加帽盖100的结构刚度。
环形密封体积34形成在外帽盖构件20的向外展开的裙部或者凸缘25与内帽盖构件10的下部之间。裙部或者凸缘25远离环形基底13沿着该环形基底的全长以小锐角径向向外延伸，该锐角在唇缘26处增大。因而，环形密封体积34具有大致向外展开的形状使得其截面面积随着远离开口22而增加。环形密封体积34在其下面敞开使得密封材料210能够从密封体积30向外流动并且与结构元件50接触。环形密封体积34的向外展开的形状提供了密封材料210的大粘接区域，此密封材料210一旦固化便用于将帽盖100密封至结构元件50。而且，在结构元件上的相对小的坐落区(footprint)内实现该大粘接区域。
在图3的实施方式中，外帽盖构件20的上翘唇缘26从内帽盖构件10的基底边缘18轴向地偏移。该布置确保在紧固件位于非常靠近结构元件的特征——诸如坡状部(ramps)或者半径部(圆角部)——的情况下，外帽盖构件20不与所述特征碰撞。这种潜在的碰撞在飞行器结构件中并不罕见，其中，紧固件的外边缘能够定位成距离具有5mm半径的圆角的边缘仅1.6mm。还可以确保的是，该密封能够适应结构元件中的小的表面特征偏差，并且足够厚以在固化后具有一定的灵活度。
图3的实施方式中的密封体积30还包括流动限制区域39，该流动限制区域39包括位于接合体积36与环形密封体积34之间的截面面积减小的区域。流动限制区域39用作提供对密封材料210的流动增大阻力的区域。这提供了密封材料210在环形密封体积34周围的均匀的分布，因为密封材料210在流动限制区域39上方受到“回阻(backedup)”，直到整个接合体积36由密封材料210充满为止。一旦接合体积36被完全充满，则该体积内的压力增大到足够大以使得密封材料克服该阻力并且流动通过流动限制区域39进入环形密封体积34。因而该流动在环形密封体积34的周向变得均匀。
内帽盖构件10和外帽盖构件20之间的密封体积30的形状(至少在密封材料210的注射之前和注射期间)由多个叶片(未示出)维持，该多个叶片从外帽盖构件20的内面部径向向内延伸并且绕外帽盖构件的周向均匀地隔开。叶片抵接内帽盖构件10的外面部从而确保相对于内帽盖构件10正确地定位外帽盖构件20。叶片通过它们在径向方向上的尺寸可以控制外帽盖构件20的相对的径向位置。也就是说，轴向宽度相等的均匀分布的叶片将确保外帽盖构件20与内帽盖构件10同轴。叶片还可以控制帽盖构件在轴向方向上的相对位置。
在安装期间，首先将帽盖100放置在图3所示的位置，其中紧固件的末端(或者替换性头端)封装在空气腔室12内。然后将密封材料注射器枪的喷嘴200插入开口22以在其两者之间创建暂时性的密封。接着将预混的密封材料210从喷嘴200注射进入收集该密封材料的存储区32。当存储区32被充满时密封材料溢出，使得密封材料210以均匀分布的方式流动进入接合体积36。密封材料210的流动起初受流动限制区域39阻挡，但仅仅直到接合体积36被完全填满为止。一旦接合体积36被填满，则密封材料210的压力增大至迫使密封材料通过流动限制区域39并且进入环形密封体积34的水平。密封材料210完全填充环形密封体积34直到该密封材料流出而与结构件50接触，此时，来自喷嘴200的密封材料210的流动停止。
在将可固化密封材料210注射进入密封体积30之后，移除喷嘴200并且留下所注射的密封材料210进行固化。在固化时，其提供了在帽盖100与结构件50之间的牢固的粘连结合并且同样地提供了在内帽盖构件10和外帽盖构件20之间的牢固的粘连结合。当密封材料是如以上讨论的环氧基粘连剂时，其可以在大约一个小时内固化至操作强度(即，适于提供足够强度以经受组装工人的敲击或者类似动作的程度)。相比而言，多硫化物或者二氧化锰基密封剂的操作强度固化时间为12小时或者更长。
该固化的注射密封材料210还用作完全密封空气腔室12。因而，空气腔室12内捕获的空气能够提供能够限制雷击期间导致的火花和泄气事件的安全环境。并且防止燃料、水或者其他的污染物进入空气腔室12。
本发明的密封材料注射方法避免了气穴(airpockets)积聚(即，空气滞留)在密封体积30内，这是因为实现了密封材料的均匀分布覆盖。所述气穴是特别不期望的，因为它们可以为不可控制的火花或者泄气事件提供场所并且还导致密封受损和随之发生的燃料通过紧固件接头的渗漏。在极端情况下，所述不可控制的火花或者泄气事件甚至会导致燃料着火。
图4和图5示出了根据本发明的第三实施方式的可注射螺帽盖300。与先前实施方式等同的特征由相同的附图标记表示。
如图6至图13所示，螺帽盖包括内帽盖构件310和外帽盖构件320。内帽盖构件310为大致薄壁的圆顶形状构件，其具有相应的圆顶形状的内空气腔室312，该内空气腔室封装紧固件的末端，如图5所示。
参照图5，内帽盖构件310大致由基底311和圆顶部分310构成。基底311具有筒形部分313和肩部314。肩部314将筒形部分313连接至较小直径的圆顶部分310，该圆顶部分310从基底311延伸至顶点317。在图5的安装状态下，筒形部分313的暴露的内侧边缘318抵接结构元件50从而将紧固件的末端完全封装在空气腔室312内。紧固件包括垫圈304和拧在螺栓304上的螺母302。基底311的筒形部分313具有用于提供在内帽盖构件310与紧固件之间的机械连接的机械锁定特征。在该示例中，垫圈304包含悬挂部分305，该悬挂部分与从筒形部分313的内表面突出的三个卡扣配合突起306相互连接。这些突起306防止帽盖由于密封剂材料在其进行注射时的压力而受迫远离结构件50。内帽盖构件还具有抓住垫圈304的侧部的三个轴向延伸肋307，如图5所示。
参照图10，外帽盖构件320也是大致薄壁的圆顶形状构件，并且成形为配合在内帽盖构件310上。外帽盖构件320大体上由环形裙部340和较小直径的圆顶外侧部分343构成。环形裙部340具有：筒形部分341；将筒形部分341连接至圆顶外侧部分343的肩部342；以及位于环形裙部的自由边缘处的向外展开的唇缘326。在圆顶外侧部分343的顶点处的锥形凸台344包括开口322。凸台344的外直径定尺寸成容纳在密封材料注射器枪309的喷嘴内，如图5所示。将喷嘴配合在凸台344上是优选的(将凸台344配合在喷嘴上则不优选)，因为这不会限制密封剂材料的流动并且使得密封剂以弱指向性的方式流动进入帽盖。可选地，喷嘴可以经由卡口式组装件或者类似元件与该凸台相互连接。
内帽盖构件具有壁厚大致相同的侧壁。该侧壁呈波状以在内帽盖构件的外表面上形成六个向外的脊状部351和六个通道350，且在内帽盖构件的内表面上形成相同数目的相应的向内的脊状部352和通道353。如图5所示，脊状部351抵接外帽盖构件的圆顶部分343的内表面使得密封材料不能够在这些通道350之间流动。可选地，脊状部351能够通过超声波焊接而附接至外帽盖构件320的内表面。
内帽盖构件310和外帽盖构件320之间的密封体积具有三个重点区域：存储区332；位于裙部340与基底311之间的环形密封体积(或者袋形区)334a-c；以及将存储区332与环形密封体积334a-c(而不是与如先前实施方式中的单一连续环形接合体积)相互连接的通道350。
存储区332在开口322的正下方使得存储区直接接收来自开口322的密封材料。存储区332用于通过提供相对低的流动阻力来改善密封材料进入密封体积334a-c的流动，并且还用于提供进入通道350的均匀一致的流动。通道350内的密封材料一旦固化便用作将内帽盖构件310和外帽盖构件320粘接在一起，并且增加帽盖300的结构刚度。
如图5所示，环形密封体积具有三个部分：位于肩部314、342之间的上部334a；位于筒形部分341、313之间的筒形部334b；以及位于基底311与唇缘326之间的下部334c。
肩部342远离帽盖的中央轴线370以大锐角——该大锐角大于肩部314的锐角——径向向外延伸。因此，肩部342的内表面远离肩部314的外表面以小锐角径向延伸使得环形密封体积334的上部334a具有向外展开的形状，该向外展开的形状的截面面积随着远离开口322而增大。环形密封体积的下部334c也由于向外展开的唇缘326而具有向外展开的形状使得该下部的截面面积随着远离开口322而增大。环形密封体积334a-c在其下面敞开使得密封材料能够从环形密封体积向外流动并且与结构元件50接触。唇缘326从内帽盖构件310的基底边缘318轴向偏移。
参照图6，每个通道350均具有进口360和出口361，进口360布置成接收来自密封材料进口的可固化密封材料流，而出口361布置成将可固化密封材料流供给到环形密封体积334a的上部中。通道350在肩部314处终止使得它们的出口361从基底311的边缘318在轴向方向上回缩。
将先前实施方式的连续接合区域36替换成一系列通道350的有益效果在于，它们呈现出对流动的更小的阻力，因此密封材料能够更加自由地从存储区流入环形密封体积。这能够通过对两种布置的每单元体积的表面面积进行比较来理解：先前实施方式的薄的连续接合体积36具有比通道350更大的每单元体积的表面面积并且因此具有更大的阻力。
正如能够从图5的左侧所看到的，每个通道350的深度沿流动的方向逐渐降低。正如能够从图6中看到，每个通道350的周向宽度随着其朝向环形密封体积延伸也沿流动方向增加。这有利于来自通道的密封材料流在它们离开通道350并且进入环形密封体积334a-c时合并。
图14至图17示出了根据本发明的第四实施方式的用于形成可注射螺帽盖的成套部件。该成套部件包括内帽盖构件410和外帽盖构件420。内帽盖构件410大体上由筒形基底部分413和从基底部分413延伸至平面顶端417的圆顶部分416构成。
外帽盖构件420也是大致薄壁的圆顶形状构件，并且成形为配合在内帽盖构件410上。外帽盖构件420大体上由环形凸缘440、筒形基底441以及圆顶外侧部分442构成。圆顶外侧部分442包括定尺寸成与密封材料注射器枪(未示出)的喷嘴相互连接的开口422。
内帽盖构件具有壁厚大致相同的侧壁。多个向外的脊状部451和通道450形成在内帽盖构件的外表面上，并且相同数目的相应的向内的脊状部452和通道453形成在内帽盖构件的内表面上。当组装帽盖时脊状部451抵接外帽盖构件420的内表面使得密封材料不能够在这些通道之间流动。可选地，脊状部451能够通过超声波焊接附接至外帽盖构件420的内表面。
如图18所示，当组装时，小的环形密封体积(或者袋形区)470形成在环形凸缘440的弯曲半径部(curvedradius)407与内帽盖构件的基底413之间。参照图14，每个通道450均具有进口460以及出口461，该进口460布置成接收来自密封材料进口的可固化密封材料流，而出口461布置成将可固化密封材料流供给至环形密封体积470中。与先前实施方式不同，通道450在基底413的边缘414处终止。通道450具有对流动呈低阻力的近似半圆形截面形状。每个通道450的深度和宽度沿通道的长度保持大致恒定。
外帽盖构件的基底441的内表面形成有环形突起480，该环形突起480作为卡扣配合件容纳在内帽盖构件的外表面中的相应的凹部481中从而在密封剂固化之前将帽盖构件固定在一起。
在上述的本发明的第三和第四实施方式中，脊状部和通道形成在内帽盖构件中，并且外帽盖构件具有平滑的外表面。这是优选的，因为外帽盖构件的平滑的外表面不会吸附灰尘并且具有对帽盖上的水或者液体的流动产生较小冲击的轮廓。但是在替代性实施方式(未示出)中，代替内帽盖构件的外帽盖构件可以呈波状以形成脊状部和通道。
虽然已经结合一个或者多个优选实施方式在上文中对本发明进行了描述，但应当理解的是，在不偏离如随附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下可以做出各种改变或者修改。

Claims (26)

1.一种用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的帽盖，所述帽盖包括：
内帽盖构件，所述内帽盖构件具有环形基底，所述环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，所述空气腔室用于封装紧固件的一个端部；
外帽盖构件，所述外帽盖构件具有环形裙部或者凸缘，在所述环形裙部或者所述凸缘与所述环形基底之间限定了环形密封腔室；以及
密封材料进口，所述密封材料进口包括位于所述外帽盖构件中的开口，所述开口与所述环形密封腔室流体连通，所述开口布置成与密封材料注射装置相互连接以提供从所述密封材料进口进入所述环形密封腔室的可固化密封材料流。
2.根据权利要求1所述的帽盖，所述帽盖包括接合腔室，所述接合腔室与所述密封材料进口的所述开口和所述环形密封腔室流体连通。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的帽盖，其中，所述密封材料进口的所述开口定心在所述外帽盖构件的中央轴线上。
4.根据权利要求2所述的帽盖，其中，所述接合腔室包括流动限制特征，所述流动限制特征布置成限制可固化密封材料从所述开口到所述环形密封腔室的流动。
5.根据权利要求2所述的帽盖，其中，所述接合腔室包括密封剂存储区，所述密封剂存储区布置成接收来自所述开口的可固化密封材料并且将所述可固化密封材料分配至所述环形密封腔室。
6.根据权利要求2所述的帽盖，其中，所述接合腔室具有环形的截面形状。
7.根据权利要求1所述的帽盖，所述帽盖还包括形成在所述内帽盖构件的外表面上或者形成在所述外帽盖构件的内表面上的多个通道，每个通道与所述密封材料进口的所述开口和所述环形密封腔室流体连通。
8.根据权利要求7所述的帽盖，其中：所述通道形成在所述内帽盖构件的所述外表面上并且由抵接所述外帽盖构件的所述内表面的通道间隔开；或者所述通道形成在所述外帽盖构件的所述内表面上并且由抵接所述外帽盖构件的外表面的脊状部间隔开。
9.根据权利要求7或者8所述的帽盖，其中，所述每个通道均具有进口和出口，所述进口布置成接收来自所述密封材料进口的可固化密封材料流，所述出口布置成将所述可固化密封材料流供给到所述环形密封腔室中，其中，所述通道的所述出口从所述内帽盖构件的所述环形基底的所述边缘在轴向方向上回缩。
10.根据权利要求7或8所述的帽盖，其中，所述每个通道的宽度随着所述每个通道朝向所述环形密封腔室延伸而增大。
11.根据权利要求7或8所述的帽盖，其中，所述每个通道的深度随着所述每个通道朝向所述环形密封腔室延伸而减小。
12.根据权利要求7或8所述的帽盖，其中：所述通道形成在所述内帽盖构件的所述外表面上并且多个相应的通道形成在所述内帽盖构件的内表面上；或者所述通道形成在所述外帽盖构件的所述内表面上并且相应的多个通道形成在所述外帽盖构件的外表面上。
13.根据权利要求12所述的帽盖，其中：所述内帽盖构件具有壁厚大致相同的侧壁，所述通道形成在所述内帽盖构件的所述外表面上并且多个相应的通道形成在所述内帽盖构件的所述内表面上；或者所述外帽盖构件具有壁厚大致相同的侧壁，所述通道形成在所述外帽盖构件的所述内表面上并且相应的多个通道形成在所述外帽盖构件的所述外表面上。
14.根据权利要求1或2所述的帽盖，其中，所述内帽盖构件包括从所述环形基底延伸的大致圆顶形状部分，并且所述外帽盖构件包括从所述环形裙部或者所述凸缘延伸的相应的大致圆顶形状部分。
15.根据权利要求1或2所述的帽盖，其中，所述外帽盖构件的所述环形裙部或者所述凸缘在边缘处终止，所述环形裙部或者所述凸缘的所述边缘从所述内帽盖构件的所述环形基底的所述边缘在轴向方向上偏移。
16.根据权利要求1或2所述的帽盖，其中，所述内帽盖构件和所述外帽盖构件形成为分开的零部件。
17.根据权利要求1或2所述的帽盖，其中，所述密封材料进口包括位于所述外帽盖构件中的突起，所述突起包含所述开口并且布置成与所述密封材料注射装置相互连接。
18.根据权利要求1或2所述的帽盖，所述帽盖还在所述外帽盖构件的内表面与所述内帽盖构件的外表面之间包括多个叶片。
19.一种接头，包括：
结构件；
紧固件，所述紧固件穿过所述结构件；
根据任一项前述权利要求所述的帽盖，其中，所述内帽盖构件的所述空气腔室封装所述紧固件的端部并且所述内帽盖构件的所述边缘抵接所述结构件；以及
密封材料，所述密封材料填充所述帽盖的所述环形密封腔室并且接触所述结构件以密封所述空气腔室。
20.根据权利要求19所述的接头，其中，所述结构件是飞行器的结构部件。
21.根据权利要求19或者权利要求20所述的接头，其中，所述密封材料包括环氧基粘连剂。
22.一种用于围绕紧固件的一个端部形成密封腔室的成套部件，所述成套部件包括：
帽盖，所述帽盖包括：
内帽盖构件，所述内帽盖构件具有环形基底，所述环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，所述空气腔室用于封装紧固件的一个端部；
外帽盖构件，所述外帽盖构件具有环形裙部或者凸缘，所述环形裙部或者所述凸缘远离所述环形基底径向向外延伸，在所述环形裙部或者所述凸缘与所述环形基底之间限定了环形密封腔室；以及
密封材料进口，所述密封材料进口与所述环形密封腔室流体连通；以及
密封材料注射装置，所述密封材料注射装置具有喷嘴，所述喷嘴布置成与所述帽盖的所述密封材料进口相互连接以将可固化密封材料流引导到所述环形密封腔室中。
23.根据权利要求22所述的成套部件，其中，所述可固化密封材料包括环氧基粘连剂。
24.一种安装帽盖以围绕穿过结构件的紧固件的一个端部形成密封腔室的方法，所述帽盖包括：内帽盖构件，所述内帽盖构件具有环形基底，所述环形基底在环绕进入空气腔室的开口的边缘处终止，所述空气腔室用于封装紧固件的一个端部；外帽盖构件，所述外帽盖构件具有环形裙部或者凸缘，所述环形裙部或者所述凸缘远离所述环形基底径向向外延伸，在所述环形裙部或者所述凸缘与所述环形基底之间限定了环形密封腔室；以及密封材料进口，所述密封材料进口包括位于所述外帽盖构件中的与所述环形密封腔室流体连通的开口，所述方法包括：
将所述帽盖安装在所述紧固件的所述一个端部上使得所述一个端部封装在所述内帽盖构件的所述空气腔室内并且所述环形基底的所述边缘抵接所述结构件；
将可固化密封材料经由所述密封材料进口注射到所述环形密封腔室中使得所述可固化密封材料接触所述结构件；并且
使所述可固化密封材料固化以密封所述空气腔室。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述结构件包括飞行器的结构部件。
26.根据权利要求24或者权利要求25所述的方法，其中，所述可固化密封材料包括环氧基粘连剂。
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