CN107339304A - 复合结构的可膨胀的树脂填充紧固件、紧固件系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合结构的可膨胀的树脂填充紧固件、紧固件系统和方法。紧固件用于改进与复合结构的电接触并且改进向所述复合结构的电流分布。该紧固件包括长形轴，所述长形轴包括具有头部的第一端、具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。至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体，并且靠近所述头部终止。当所述紧固件被安装到形成在所述复合结构中的对应紧固件孔中时，所述轴主体在将树脂填料压力注射到所述进给通道中时沿径向膨胀。在沿径向膨胀时，所述轴主体的外表面与所述对应紧固件孔的内孔表面进行直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且提供电流分布。
Description
技术领域
本公开总体涉及用于复合结构的紧固件、紧固件系统和方法，更具体地，涉及利用诸如用于飞行器的复合结构(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构)提供改进电接触和导电性的可膨胀的柔顺间隙配合紧固件、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。
诸如如果发生雷击或其它电磁效应和电气事件，则复合飞行器机翼、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电流分布或耗散是重要的，以便使雷击的电流被分配或耗散并横跨紧固接头且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，则雷击的电流可能不耗散，可保留在被击中的紧固件附近，并且可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，在燃料环境中致使潜在的点火源。
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。
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于在飞行器复合机翼和燃料箱或其它飞行器结构中进行施加或安装以及检查而言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，并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，进而可导致运行成本增加。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。这可能限制整个电连接并且还可促进复合结构的紧固接头中出现微裂纹。
而且，为了满足燃料密封要求，这样的已知套筒式过盈配合紧固件通常需要被湿安装，这涉及：在安装到复合结构中的紧固件孔中之前，将套筒式过盈配合紧固件浸入到多硫化物燃料密封剂中。在将紧固件安装到紧固件孔中之后，这样的湿安装导致薄密封剂层存在于紧固件套筒与紧固件孔的表面之间。虽然该密封剂层用于其燃料密封目的，但它的存在可妨碍并降低横跨紧固件与复合结构的界面的电流传递的效率。
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，并且提供了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用于复合结构(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构)的改进式紧固件、紧固件系统和方法。如下面详细描述讨论的，改进式紧固件、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。
在一个示例中，提供了一种用于改进与复合结构的电接触并且改进到所述复合结构的电流分布的紧固件。该紧固件包括长形轴，所述长形轴具有第一端、第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体。所述轴主体具有外表面和内表面。
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进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置处。
当所述紧固件被安装到形成在所述复合结构中的对应紧固件孔中时，所述轴主体被构造成在压力下将树脂填料注射到所述至少一个进给通道中时沿径向膨胀。此外，在沿径向膨胀时，所述轴主体的所述外表面被构造成与所述对应紧固件孔的内孔表面进行直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且向所述复合结构提供电流分布。
在另一示例中，提供了一种用于改进与复合结构的电接触并且改进到所述复合结构的电流分布的紧固件系统。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。
每个紧固件均包括长形轴，所述长形轴具有第一端、第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体。所述轴主体具有外表面和内表面。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进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置处。
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树脂填料，所述树脂填料在压力下利用所述注射工具组件注射到每个紧固件的所述至少一个进给通道中而填充所述至少一个进给通道，以使所述轴主体沿径向膨胀并且与所述对应紧固件孔的内孔表面进行直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且提供到所述复合结构的电流分布。
在另一示例中，提供了一种用于改进与飞行器的复合结构的电接触并且改进到所述飞行器的电流分布的方法。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。
每个紧固件均包括长形轴，所述长形轴包括具有头部的第一端、具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。所述轴主体具有外表面和内表面。所述紧固件进一步包括至少一个进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置。
所述方法进一步包括步骤：将所述一个或多个紧固件扭转到所述一个或多个对应紧固件孔中的适当位置。所述方法进一步包括步骤：在压力下将树脂填料注射到每个紧固件的所述螺纹部处的所述开口中，并且利用所述树脂填料填充所述至少一个进给通道，以使所述轴主体沿径向膨胀并且与所述对应紧固件孔的内孔表面进行直接接触。
所述方法进一步包括步骤：将所述复合结构与安装到所述复合结构中并填充有所述树脂填料的所述一个或多个紧固件固化。所述方法进一步包括步骤：提供每个紧固件与每个对应紧固件孔的所述内孔表面之间的电接触，并且向所述飞行器提供所述电流分布。
已讨论的特征、功能和优点能在本公开的各种示例中独立地实现，或者可在其它示例中进行组合，能参考以下描述和附图看到其进一步细节。
附图说明
能参考结合附图做出的以下详细描述更好地理解本公开，附图图示了示例，但不一定按比例绘制，其中：
图1A是本公开的紧固件的一个示例的侧视立体图的图示；
图1B是图1A的紧固件的剖切侧视立体图的图示；
图1C是图1A的紧固件的俯视图的图示；
图1D是图1A的紧固件的仰视图的图示；
图2A是本公开的紧固件的另一示例的侧视立体图的图示；
图2B是图2A的紧固件的剖切侧视立体图的图示；
图2C是图2A的紧固件的俯视图的图示；
图2D是图2A的紧固件的仰视图的图示；
图2E是具有一个或多个可选纵向沟道的图2A的紧固件的侧视立体图的图示；
图2F是图2E的紧固件的仰视图的图示；
图3A是本公开的紧固件系统的部分剖切侧视立体图的图示；
图3B是示出有图1A的紧固件的紧固件系统的一个示例的剖切侧视立体图的图示；
图3C是示出有图2A的紧固件的紧固件系统的另一示例的剖切侧视立体图的图示；
图4是安装在复合结构中并示出电流分布的已知套筒式紧固件的剖面侧视图的示意图；
图5A是本公开的紧固件系统的一个示例的部分剖面侧视图的示意图，示出了安装在复合结构中的紧固件和注射到紧固件中的树脂填料；
图5B是图5A的紧固件系统的部分剖面侧视图的示意图，示出了填充有树脂填料的紧固件，并且示出了紧固件的径向膨胀和电流分布；
图6是示出本公开方法的一个示例的流程图；
图7是可整合具有本公开紧固件的一个或多个示例的复合结构的飞行器的立体图的图示；
图8是飞行器制造及保养方法的流程图；以及
图9是飞行器的框图。
本公开所示的每幅图均示出所呈现的示例的一方面的变型，并且将仅详细地讨论差别。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述所公开的示例，其中示出了一些公开示例，但不是所有的公开示例。实际上，可提供若干不同示例，并且不应当被解释为限于本文中阐述的示例。相反，提供这些示例，使得本公开将本公开的范围彻底且全面地传达给本领域技术人员。
现在参照附图，在一个示例中，提供了如图1A至图2D所示的紧固件10。图1A至图1D示出了紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的一个示例。图2A至图2D示出了紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的另一示例。优选地，紧固件10(参见图1A、图2A)(诸如采取紧固件10a(参见图1A)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A)的形式)包括无套筒(即，不需要额外金属套筒)的柔顺间隙配合紧固件12(参见图1A至图1B、图2A至图2B)。紧固件10(参见图1A、图2A)可由金属材料(诸如钛、铝)构成，或者由另一合适的金属或金属合金(诸如耐高温下的腐蚀的含铬和铁的镍合金，或具有高抗拉强度且耐腐蚀的镍铜合金)构成，或者由另一合适的金属合金构成。
图1A是本公开的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的一个示例的侧视立体图的图示。图1B是图1A的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的剖切侧视立体图的图示。
图2A是本公开的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的另一示例的侧视立体图的图示。图2B是图2A的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的剖切侧视立体图的图示。图2E是具有一个或多个额外可选纵向沟道87的图2A的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的侧视立体图的图示。
如图1A至图1B和图2A至图2B、图2E所示，紧固件10(分别诸如采取紧固件10a(参见图1A至图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A至图2B)的形式)具有长形轴14，长形轴14具有第一端16、第二端18和布置在第一端16与第二端18之间的轴主体20。如图1A至图2E进一步所示，紧固件10(分别诸如采取紧固件10a(参见图1A至图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A至图2B、图2E)的形式)具有布置在第一端16处的头部22。头部22(参见图1A至图1B、图2B)优选地具有截头圆锥形状24(参见图1A至图1B、图2B)。然而，头部22(参见图1A、图2A)也可具有另一合适的形状。如图1B、图2B所示，头部22具有顶端26、底端28和中央部30，中央部30带有外表面32(另参见图1A、图2A)和内部34。
图1C是图1A的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的俯视图的图示。图2C是图2A的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的俯视图的图示。图1C和图2C示出了头部22的具有平坦或大致平坦的顶表面36的顶端26。图1C和图2C进一步示出了头部22的具有外周缘38(另参见图1A、图2A)或周界的顶端26。紧固件10(参见图1A、图2A)(诸如采取紧固件10a(参见图1A)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A)的形式)具有径向轴线84(参见图1C、图2C)。
如图1A至图1B和图2A至图2B、图2E所示，紧固件10(分别诸如采取紧固件10a(参见图1A至图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A至图2B、图2E)的形式)进一步具有布置在长形轴14的第二端18处的螺纹部42。如图1B、图2B所示，螺纹部42具有顶端44、底端46、中央部48和内部54，中央部48带有由多个螺纹52构成的外表面50。螺纹部42可被构造成与螺纹轴环158(参见图5A至图5B)、螺纹螺母或另一合适的螺纹元件匹配。
在一个示例中，如图1A至图1B所示，紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)包括位于螺纹部42处的开口40，诸如槽缝开口40a。诸如槽缝开口40a(参见图1A至图1B)的开口40(参见图1B)优选地在螺纹部42(参见图1B)的底端46(参见图1B)处形成在底表面56(参见图1B)中。槽缝开口40a(参见图1A至图1B)优选地是从紧固件10的一侧进入紧固件10的相对侧的贯通开口。此外，在该示例中，如图1A至图1B所示，螺纹部42具有形成在底端46(参见图1B)处的锥形末端部55。
图1D是图1A的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的仰视图的图示。图1D示出了形成在底表面56(参见图1B)中的开口40(诸如槽缝开口40a)，并且进一步示出了进给通道70(诸如采取中心进给通道70a的形式)，且进一步示出了轴主体20的底部以及头部22。
在另一示例中，如图2A至图2B所示，紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)包括位于螺纹部42处的开口40，诸如同心环开口40b。如图2A至图2B进一步所示，诸如同心环开口40b的开口40优选地形成在螺纹部42的顶端44处。此外，在该示例中，如图2A至图2B所示，螺纹部42在底端46(参见图2B)处具有平坦或大致平坦的底表面56。
图2D是图2A的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的仰视图的图示。图2D示出了底端46处的底表面56，示出了诸如同心环开口40b的开口40，并且示出了轴主体20的底部以及头部22。
如图1A至图1B和图2A至图2B所示，紧固件10(分别诸如采取紧固件10a(参见图1A至图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A至图2B)的形式)进一步包括轴主体20，轴主体20具有一体地结合、连接或联接到螺纹部42的顶端44的第一端58，具有一体地结合、连接或联接到头部22的底端28的第二端60，并具有布置在第一端58与第二端60之间的中央部62。
轴主体20(参见图1A至图1B、图2A至图2B、图2E)具有外表面64(参见图1A至图1B、图2A至图2B、图2E)和内表面66(参见图1B、图2B)，并且进一步具有内部68(参见图1B、图2B)和轴主体壁168(参见图1B、图2B、图2E)。在一个示例中，如图1A至图1B所示，轴主体20的外表面64包括具有多个脊82的脊状外表面64a。多个脊82优选地被构造成接触对应紧固件孔11(参见图5A至图5B)的内孔表面86(参见图5A至图5B)，以提供与复合结构102(参见图5B)的电互连90(参见图5B)，并且为由紧固到复合结构102(参见图3B、图3C、图5B)的紧固件10(参见图3B、图3C、图5B)形成的紧固接头108(参见图3A至图3C)提供燃料密封92(参见图5B)。
在另一示例中，如图2A至图2B所示，轴主体20的外表面64包括平滑外表面64b。平滑外表面64b(参见图2A至图2B)优选地是平滑或大致平滑的，并且不具有多个脊82(参见图1A)。可选地，如图2E所示，紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的轴主体20可进一步包括一个或多个纵向沟道87，一个或多个纵向沟道87从螺纹部42的顶端44处的同心环开口40b延伸，穿过轴主体的外表面64(诸如平滑外表面64b)，平行于长形轴14的纵向中心轴线78(参见图2B)，并且靠近头部22终止。
图2F是示出纵向沟道87的图2E的紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的仰视图的图示。一个或多个纵向沟道87(参见图2E至图2F)可包括第一纵向沟道87a(参见图2E至图2F)和第二纵向沟道87b(参见图2F)。每个纵向沟道87(参见图2E)均可具有第一端91a(参见图2E)和第二端91b(参见图2E)。如图2E所示，纵向沟道87打开通到紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的长形轴14的中心孔部89。
图2F示出了为了底端46处的底表面56，示出了诸如同心环开口40b的开口40，示出了诸如采取同心环进给通道70b的形式的进给通道70，示出了纵向沟道87，并且进一步示出了轴主体20的底部以及头部22。
如图1B和图2B、图2E所示，紧固件10(分别诸如采取紧固件10a(参见图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2B、图2E)的形式)进一步具有从螺纹部42处的开口40延伸的至少一个进给通道70。在如图1B所示的一个示例中，进给通道70可采取中心进给通道70a的形式。在如图2B、图2E所示的另一示例中，进给通道70可采取同心环进给通道70b的形式。进给通道70还可具有另一合适的形式或构造。
如图1B和图2B所示，进给通道70具有第一端72和第二端74。如图1B和图2B进一步所示，进给通道70从螺纹部42处的开口40延伸，穿过轴主体20的内表面66，平行于长形轴14的纵向中心轴线78，并且终止于靠近头部22的位置76处。进给通道70(参见图1B、图2B)纵向地且平行于长形轴14(参见图1B、图2B)的纵向中心轴线78(参见图1B、图2B)延伸，并且进给通道70(参见图1B、图2B)具有内部80(参见图1B、图2B)。如图1B所示，内部80可包括从轴主体20的一侧向轴主体20的相对侧敞开的贯通内部80a。
如图1B所示，进给通道70(诸如采取中心进给通道70a的形式)可纵向地、连续地且居中地形成为穿过螺纹部42的底端46处的开口40，穿过螺纹部42的内部54，穿过轴主体20的内部68，并且优选地终止于靠近或稍微低于头部22的底端28的位置76处。进给通道70(参见图1B)(诸如采取中心进给通道70a(参见图1B)的形式)的内部80(参见图1B)优选地是中空的，并被构造成接收在压力下注射到进给通道70(参见图1B)中的树脂填料120(参见图5A至图5B)。
如图2B所示，进给通道70(诸如采取同心环进给通道70b的形式)可纵向地且连续地形成为穿过位于螺纹部42的顶端44和轴主体20的第一端58处或附近的开口40，穿过轴主体20的内部68，并且优选地终止于靠近或稍微低于头部22的底端28的位置76处。进给通道70(参见图2B)(诸如采取同心环进给通道70b(参见图2B)的形式)的内部80(参见图2B)优选地是形成在轴主体20(参见图2B)的内部68(参见图2B)中的中空同心环，并被构造成接收在压力下注射到进给通道70(参见图2B)中的树脂填料120(参见图5A至图5B)。
轴主体20(参见图5B)进一步具有轴主体壁168(参见图5B)，每个轴主体壁的壁厚介于约0.020英寸到约0.060英寸之间。例如，紧固件10(诸如紧固件10a(参见图1B、图5B))的轴主体壁168(参见图1B、图5B)的壁厚可处于约0.020英寸到约0.030英寸之间的范围内。例如，紧固件10(诸如紧固件10b(参见图2B、图2E))的轴主体壁168(参见图2B、图2E)的壁厚可处于约0.040英寸到约0.060英寸之间的范围内。电传导可主要通过轴主体壁168(参见图5B)实现。
当紧固件10(参见图1B、图2B、图2E、图5A至图5B)安装到形成在复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中的对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中时，紧固件10(参见图1B、图2B)的包括轴主体壁168(参见图5B)的轴主体20(参见图1B、图2B)被构造成在压力下将树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)注射到进给通道70(参见图1B、图2B、图2E、图5A至图5B)中时沿径向膨胀。紧固件10(参见图1B、图2B、图2E)的包括轴主体壁168(参见图1B、图2B、图2E、图5B)的轴主体20(参见图1B、图2B、图2E)可被构造成在压力下注射树脂填料120(参见图5B)并填充树脂填料120(参见图5B)时沿径向向外地径向膨胀从约0.001英寸到约0.002英寸的径向距离。
此外，在沿径向膨胀时，轴主体20(参见图1B、图2B)的外表面64(参见图1B、图2B)被构造成与对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的内孔表面86(参见图5A至图5B)进行直接接触，导致紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)提供与复合结构102(参见图5B)的电接触88(参见图5B)并且向复合结构102(参见图5B、图7)提供电流152(参见图5B)的分布，例如，由雷击170(参见图7)或者其它电磁效应或电气事件引起的电流152(参见图5B)。紧固件10(参见图1A、图2A、图3A至图3C、图5A至图5B)优选地提供与复合结构102(参见图5A至图5B)的改进电接触88(参见图5B)并且为复合结构102(参见图7)提供改进电流152(参见图5B)的分布。
如图1A至图1B、图2A至图2B、图2E所示，紧固件10(诸如采取紧固件10a(参见图1A至图1B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图2A至图2B、图2E)的形式)包括柔顺间隙配合紧固件12，柔顺间隙配合紧固件12当与树脂填料120(参见图5A至图5B)一起使用时，会造成轴主体20(参见图5A至图5B)沿径向膨胀，导致头部22(参见图5A至图5B)和轴主体20(参见图5B)均与对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)具有过盈配合150(参见图5B)或有效过盈配合。
现在参照图3A至图3C，在另一示例中，提供了紧固件系统100。图3A是本公开的紧固件系统100的部分剖切侧视立体图的图示。图3B是示出有图1A的紧固件10a的紧固件系统100(诸如采取紧固件系统100a的形式)的一个示例的剖切侧视立体图的图示。图3C是示出有图2A的紧固件10b的图3A的紧固件系统100(诸如采取紧固件系统100b的形式)的另一示例的剖切侧视立体图的图示。紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)提供了与复合结构102(参见图3A至图3C)的改进电接触88(参见图5B)，并且为复合结构102(参见图7)(诸如飞行器复合结构102b(参见图7))提供了改进的电流152(参见图5B)分布，例如，由雷击170(参见图7)或者其它电磁效应或电气事件引起的电流152(参见图5B)。
紧固件系统100(参见图3B、图3C)包括如上文详细讨论的一个或多个紧固件10(参见图3B、图3C)(诸如采取紧固件10a(参见图3B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图3C)的形式)。一个或多个紧固件10(参见图3B、图3C)均被构造成安装到形成在复合结构102(参见图3A至图3C)(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a(参见图3A至图3C))中的一个或多个对应紧固件孔11(参见图3B、图3C)内。紧固件10(参见图3B、图3C)被构造成填充有树脂填料120(参见图3B、图3C)。
图3B和图3C示出了紧固件10插入到复合结构102(诸如采取碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a的形式)中的对应紧固件孔11中。紧固件10(参见图3B、图3C)的头部22(参见图3B、图3C)的顶端26(参见图3B、图3C)的顶表面36(参见图3B、图3C)被示出为处于埋头孔位置138(参见图3B、图3C)中。
如本文所使用的，“碳纤维增强塑料(CFRP)”是指由用多根纤维105(参见图3B、图3C)增强的基体材料104(参见图3B、图3C)制成的复合材料，基体材料104诸如是树脂基体104a(参见图3B、图3C)，多根纤维105诸如是碳纤维105a(参见图3B、图3C))或者是碳纤维105a与其它增强纤维的组合，其它增强纤维诸如是玻璃纤维、芳纶纤维、石墨纤维、芳香聚酰胺纤维、玻璃纤维、铝纤维或其它合适的增强纤维。CFRP的基体材料104(参见图3B、图3C)(诸如树脂基体104a(参见图3B、图3C))优选地包括聚合物树脂，聚合物树脂包括热固性聚合物树脂或热塑性聚合物树脂。可使用的示例性热固性聚合物树脂包括：环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、烯丙基树脂、双马来酰亚胺(BMI)树脂、聚氨酯(PUR)树脂、氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂或其它合适的热固性聚合物树脂或树脂系统。可使用的示例性热塑性聚合物树脂包括：聚乙烯(PE)树脂、乙烯基树脂、聚丙烯(PP)树脂、包括尼龙树脂的聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚醚醚酮聚合物(PEEK)树脂、聚醚酮酮聚合物(PEKK)树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚砜(PSU)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂或其它合适的热塑性聚合物树脂或树脂系统。
如图3A至图3C所示，复合结构102包括第一部分103a和第二部分103b。如图3B、图3C所示，第一部分103a可由包括基体材料104(诸如树脂基体104a)和多根纤维105(诸如碳纤维105a)的复合材料构成。应注意的是，基体材料104(诸如树脂基体104a)和多根纤维105(诸如碳纤维105a)仅被示意性地表示在图3B、图3C以及图5A至图5B中。多根纤维105(参见图3B、图3C、图5A至图5B)延伸穿过基体材料104(参见图3B、图3C、图5A至图5B)并定位在整个复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)上，沿长度方向、宽度方向或这些方向的组合(诸如0、90、+/-45度取向)延伸，并且在复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的厚度方向上分层。
第二部分103b(参见图3B、图3C)可包括由诸如铝的金属材料或另一合适的金属材料制成的金属结构107(参见图3B、图3C)，并且紧固或附接至复合结构102(参见图3B、图3C)的第一部分103a(参见图3B、图3C)。替代地，第一部分103a(参见图3A至图3C)可包括由金属材料制成的金属结构，并且第二部分103b(参见图3A至图3C)可包括复合材料。
如图3B和图3C所示，第一部分103a具有将紧固件10插入穿过其中的内部开口106a，并且第二部分103b具有将紧固件10也插入穿过其中的内部开口106b。紧固件10(参见图3B、图3C)将第一部分103a(参见图3C、图3B)附接或结合至第二部分103b(参见图3B、图3C)，以形成紧固接头108(参见图3A至图3C)。
如上文讨论的，紧固件系统100(参见图3B、图3C)的每个紧固件10(参见图1B、图2B、图3B、图3C)均包括长形轴14(参见图1B、图2B)，长形轴14具有：带有头部22(参见图1B、图2B、图3B、图3C)的第一端16(参见图1B、图2B)，头部22布置在第一端16处；带有螺纹部42(参见图1B、图2B、图3B、图3C)的第二端18(参见图1B、图2B)，螺纹部42布置在第二端18处；以及轴主体20(参见图1B、图2B、图3B、图3C)，轴主体20布置在第一端16(参见图1B、图2B)与第二端18(参见图1B、图2B)之间。轴主体20(参见图1B、图2B)具有外表面64(参见图1B、图2B)和内表面66(参见图1B、图2B)。
紧固件系统100(参见图3B、图3C)的每个紧固件10(参见图1B、图2B、图3B、图3C)均进一步包括如上文讨论的至少一个进给通道70(参见图1B、图2B、图3B、图3C)，至少一个进给通道70从螺纹部42(参见图1B、图2B、图3B、图3C)处的开口40(参见图1B、图2B、图3B、图3C)延伸，穿过轴主体20(参见图1B、图2B、图3B、图3C)的内表面66(参见图1B、图2B)，平行于长形轴14(参见图1B、图2B)的纵向中心轴线78(参见图1B、图2B)，并且终止于靠近头部22(参见图1B、图2B)的位置76(参见图1B、图2B)。在一个示例中，位于螺纹部42(参见图1B、图3B)处的开口40(参见图1B、图3B)包括位于螺纹部42(参见图1B、图3B)的底端46(参见图1B)处的槽缝开口40a(参见图1B、图3B)，并且从紧固件10的一侧向紧固件10的相对侧敞开。在另一示例中，位于螺纹部42(参见图2B、图3C)处的开口40(参见图2B、图3C)包括位于螺纹部42(参见图2B、图3C)的顶端44(参见图2B)处的同心环开口40b(参见图2B、图3C)。可选地，如图2E所示，一个或多个纵向沟道87可形成在轴主体20中并且可从同心环开口40b沿着轴主体20的外表面64延伸，并且靠近头部22终止。
如图3A至图3C所示，紧固件系统100进一步包括注射工具组件110，注射工具组件110被构造成联接到安装在一个或多个对应紧固件孔11中的一个或多个紧固件10(诸如采取紧固件10a(参见图3B)的形式以及诸如采取紧固件10b(参见图3C)的形式))中的每个紧固件。如图3A至图3C所示，注射工具组件110联接到复合结构102的第二部分103b的底表面112。如图3B、图3C所示，注射工具组件110联接到紧固件10的螺纹部42。
注射工具组件110(参见图3A至图3C)包括一个或多个附接部114(参见图3A至图3C)(诸如采取吸盘或其它合适的附接元件的形式)，用于附接至复合结构102(参见图3A至图3C)的底表面112(参见图3A至图3C)。附接部114(参见图3A至图3C)具有附接至复合结构102(参见图3A至图3C)的第二部分103b(参见图3A至图3C)的底表面112(参见图3A至图3C)的第一端116a(参见图3A至图3C)，并且具有第二端116b(参见图3A至图3C)。
如图3A至图3C所示，附接部114用压力注射器126联接到容器118，压力注射器126优选地包含用于注射到紧固件10(参见图3B、图3C)的进给通道70(参见图3B、图3C)中的树脂填料120(参见图3B、图3C)。如图3A至图3C进一步所示，容器118联接到保持器组件128，并且用保持器组件128保持到适当位置。容器118(参见图3A)及压力注射器126(参见图3A)可联接到或附接至压力组件129(参见图3A)，压力组件129提供压力和功率以将树脂填料120注射到紧固件10中。
容器118(参见图3B、图3C)优选地被构造成经由附接部114(参见图3B、图3C)联接到紧固件10(参见图3B、图3C)的螺纹部42(参见图3B、图3C)处的开口40(参见图3B、图3C)。压力注射器126(参见图3B、图3C)优选地联接到紧固件10(参见图3B、图3C)的螺纹部42(参见图3B、图3C)处的开口40(参见图3B、图3C)，并被构造成在压力下将树脂填料120(参见图3B、图3C)注射到紧固件10(参见图3B、图3C)中。
如图3B和图3C进一步所示，注射工具组件110可具有附接至或联接到附接部114的第一端116a的一个或多个密封元件136(诸如采取O形环压力密封件136a的形式)。密封元件136(参见图3B、图3C)(诸如采取高温O形环压力密封件136a(参见图3B、图3C)的形式)优选地将附接部114(参见图3B、图3C)的第一端116a(参见图3B、图3C)压力密封在复合结构102(参见图3B、图3C)的底表面112(参见图3B、图3C)上。
如图3B和图3C进一步所示，压力注射器126优选地包括具有第一端132a的中空注射管130，第一端132a具有构造成将树脂填料120注射到中空注射管130中的第一端开口134a。在一个示例中，如图3B所示，中空注射管130具有第二端132b，第二端132b具有第二端开口134b，第二端开口134b被构造成对准并联接到紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的螺纹部42处的开口40(诸如槽缝开口40a)。在该示例中，如图3B所示，紧固件系统100(诸如采取紧固件系统100a的形式)的注射工具组件110在压力下将树脂填料120注射或泵送进入紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的进给通道70(诸如中心进给通道70a)，以便用树脂填料120填充进给通道70(诸如中心进给通道70a)。
在另一示例中，如图3C所示，中空注射管130可被构造成连接到形成在附接部114的一个或多个内部部分142处的进给通道组件140。如图3C所示，进给通道组件140可包括两个以上横向通道144，每个横向通道144均在一端处联接到中空注射管130，并且每个横向通道144均在另一端处联接到同心环通道146。同心环通道146(参见图3C)被构造成对准并联接到紧固件10(参见图3C)(诸如采取紧固件10b(参见图3C)的形式)的螺纹部42(参见图3C)的顶端44(参见图2B)处的开口40(参见图3C)(诸如同心环开口40b(参见图3C))。在该示例中，如图3C所示，紧固件系统100(诸如采取紧固件系统100b的形式)的注射工具组件110在压力下将树脂填料120注射或泵送进入紧固件10(诸如采取紧固件10b的形式)的进给通道70(诸如同心环进给通道70b)，以便用树脂填料120填充进给通道70(诸如同心环进给通道70b)。
紧固件系统100(参见图3B、图3C)进一步包括树脂填料120(参见图3B、图3C)，经由注射工具组件110(参见图3B、图3C)将树脂填料120注射到安装在复合结构102(参见图3B、图3C)中的每个紧固件10(参见图3B、图3C)中。树脂填料120(参见图3B、图3C)优选地被配制成实现有效粘度水平以分配到紧固件10(参见图3B、图3C)的进给通道70(参见图3B、图3C)中，但优选地不处于自由流动液体状态下。
树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)优选地包括混合有、填充有或包含填料材料124(参见图5B)(诸如导电的传导性添加剂或填料，或者诸如非导电材料)的树脂材料122(参见图5B)(诸如粘结树脂材料或树脂系统)。树脂材料122(参见图5B)可包括聚合物树脂，聚合物树脂包括热固性聚合物树脂或热塑性聚合物树脂。可使用的示例性热固性聚合物树脂包括：环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、烯丙基树脂、双马来酰亚胺(BMI)树脂、聚氨酯(PUR)树脂、氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂或其它合适的热固性聚合物树脂或树脂系统。可使用的示例性热塑性聚合物树脂包括：聚乙烯(PE)树脂、乙烯基树脂、聚丙烯(PP)树脂、包括尼龙树脂的聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚醚醚酮聚合物(PEEK)树脂、聚醚酮酮聚合物(PEKK)树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚砜(PSU)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂或其它合适的热塑性聚合物树脂或树脂系统。用于树脂填料120(参见图5B)的示例性树脂材料122(参见图5B)或者粘结树脂材料或树脂系统包括环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)树脂、酚醛树脂和氰酸酯树脂。
例如，填料材料124(参见图5B)可包括：短切碳纤维；碳纳米管；碳纳米纤维；碳黑；金属纤维；包括银颗粒、镍颗粒、铜颗粒和铝颗粒的金属颗粒；石墨；石墨烯；石墨烯纳米填料；或其它合适的导电材料或非导电材料。另外，填料材料124(参见图5B)可包括导电聚合物，诸如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT/PSS)、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩或其它合适的导电聚合物。如本文所使用的，也被称为“固有导电聚合物”的“导电聚合物”是指能够导电的有机聚合物。用于树脂填料120(参见图5B)的示例性填料材料124(参见图5B)包括碳纳米管、短切碳纤维、银颗粒和导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT/PSS)。
示例性树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)包括：掺杂有银颗粒的环氧树脂；掺杂有银颗粒的双马来酰亚胺(BMI)树脂；掺杂有银颗粒的酚醛树脂；掺杂有银颗粒的氰酸酯树脂；掺杂有碳纳米管的环氧树脂；掺杂有碳纳米管的双马来酰亚胺(BMI)树脂；掺杂有碳纳米管的酚醛树脂；掺杂有碳纳米管的氰酸酯树脂；具有短切碳纤维的环氧树脂；具有短切碳纤维的双马来酰亚胺(BMI)树脂；具有短切碳纤维的酚醛树脂；具有短切碳纤维的氰酸酯树脂；以及具有聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT/PSS)的树脂。如本文所使用的，“掺杂”是指混合有、填充有或包含，即，树脂混合有、填充有或包含导电材料或添加剂，诸如银颗粒、碳纳米管或短切碳纤维以提供传导性(诸如导电性)，或者混合有、填充有或包含非导电材料。
优选地，树脂填料120(参见图5B)的树脂材料122(参见图5B)或树脂系统具有与将树脂材料122(参见图5B)插入或注射到其中的紧固件10(参见图1A、图2A、图5A至图5B)类似的化学性质、结构性质和膨胀特性。
树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)可具有大约1x 104S/m(西门子每米)以上的传导性(诸如导电性)。如本文所使用的，“传导性”和“导电性”是指树脂填料传导电流的能力。优选地，沿着包括复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的复合材料的碳纤维105a(参见图5A至图5B)的方向，树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的传导性(诸如导电性)接近复合结构102(参见图5A至图5B)的复合材料的传导性(诸如导电性)。
优选地，选择树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)使得树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的热膨胀系数(CTE)基本上匹配或者匹配紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的热膨胀系数(CTE)。如本文所使用的，“热膨胀系数(CTE)”是指单位温度变化(例如，每华氏度或摄氏度)的材料的长度或容积变化(例如，以英寸为单位的线性热膨胀)，并用于确定作为温度函数的材料膨胀率，并且可用于确定热应力问题是否可能发生。聚合物塑料倾向于比金属膨胀和收缩多六(6)到九(9)倍，并且相邻材料之间的CTE差可致使聚合物的内应力和应力集中，这可造成过早的微裂纹发生。因此，优选地选择树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)使得树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的CTE基本上匹配或者匹配紧固件10(参见图1A、图2A、图5A至图5B)的CTE，使得内应力不会在典型的地面到高度温度变化中生成，地面到高度温度变化通常在飞行器200a(参见图7)中经历并且可能致使紧固的复合接头中的微裂纹。
紧固件系统100(参见图3A至图3C，5B)可进一步包括可去除的插塞装置94(参见图5B)，插塞装置94被构造成在树脂填料120(参见图5B)注射到紧固件10(参见图5B)的进给通道70(参见图5B)中之后以及在树脂填料120(参见图5B)固化到适当位置之前临时插入到进给通道70(参见图5B)的开口40(参见图5B)中，以防止树脂填料120(参见图5B)从紧固件10(参见图5B)泄漏。
现在参照图4，图4是安装到复合结构102(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a)中的已知套筒式紧固件1(诸如采取过盈配合套筒式紧固件1a的形式)的剖面侧视图的示意图。如图4所示，紧固件1包括头部6、轴主体7和螺纹部8。诸如CRES(耐腐蚀钢)套筒的套筒2(参见图4)围绕头部6和轴主体7的外侧。密封剂4(参见图4)被添加到套筒2(参见图4)之上。如图4所示，具有第一端160a和第二端160b的螺纹轴环158围绕紧固件1的螺纹部8旋拧。
紧固件1(参见图4)在头部6(参见图4)处且沿着轴主体7(参见图4)具有过盈配合150(参见图4)。图4示出了包括头部电流分布153和轴主体电流分布154的电流152的分布，并且示出了沿着紧固件1的整个套筒长度156分布或传递的电流152。电流152(参见图4)穿过复合结构102(参见图4)(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a(参见图4))、沿着紧固件1(参见图4)的整个套筒长度156(参见图4)的分布是均匀的。紧固件1(参见图4)被湿安装以确保燃料密封。
现在参照图5A，图5A是紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)的部分剖面侧视图的示意图，以进一步图示本公开的图3B的紧固件系统100(诸如紧固件系统100a)。图5A示出了紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)安装到具有对应紧固件孔11(可具有粗糙表面)的复合结构102(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a)中。
如图5A所示，复合结构102(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a)包括混合有多根纤维105(诸如碳纤维105)的基体材料104(诸如树脂基体104a)。复合结构102(参见图5A、图7)优选地包括飞行器复合结构102b(参见图7)。图5A进一步示出了树脂填料120注射到紧固件10中以填充进给通道70(诸如中心进给通道70a)的内部80。
如图5A进一步所示，紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)包括头部22、轴主体20和螺纹部42。紧固件10(参见图5A)的头部22(参见图5A)处于复合结构102(参见图5A)的对应紧固件孔11(参见图5A)内的埋头孔位置138(参见图5A)中。如图5A所示，当紧固件10被安装到对应紧固件孔11内时，紧固件10的轴主体20上的多个脊82与对应紧固件孔11的内孔表面86相邻且直接接触。如图5A所示，在紧固件10填充树脂填料120之前并且在紧固件10经历径向膨胀162(参见图5B)之前，紧固件10具有间隙配合148。
如图5A所示，螺纹轴环158可优选地联接到紧固件10的螺纹部42，以张紧紧固件10并帮助将紧固件10保持到复合结构102中的对应紧固件孔11内的适当位置。如图5A进一步所示，螺纹轴环158具有与复合结构102的下端相邻的第一端160a并且具有第二端160b。
在螺纹轴环158(参见图5A)联接到或附接至紧固件10(参见图5A)并且紧固件10(参见图5A)被固定到对应紧固件孔11(参见图5A)中的适当位置之后，树脂填料120(参见图5A)优选地用注射工具组件110(参见图5A)注射或沉积到紧固件10(参见图5A)中。
如图5A所示，注射工具组件110具有压力注射器126，压力注射器126联接到包含树脂填料120的容器118。如上文讨论的，树脂填料120(参见图5A)包括混合有、包含或填充有可导电或不可导电的填料材料124(参见图5B)的树脂材料122(参见图5B)。
可通过压力组件129(如图3A所示)或另一合适的功率和压力源或装置向注射工具组件110(参见图5A)提供压力和功率。压力注射器126(参见图5A)和容器118(参见图5A)可包括与图3B中示出的压力注射器126(参见图3B)和容器118(参见图3B)类似的部件和类似的构建，或者可包括用在已知流体压力注射工艺中的其它合适的已知压力注射器和容器部件。
图5A示出的箭头表示树脂填料120进入紧固件10的流动路径。树脂填料120(参见图5A)在压力下流经注射工具组件110(参见图5A)，经由螺纹部42(参见图5A)处的头部22(参见图5A)的开口40(参见图5A)进入紧固件10(参见图5A)，继续沿着轴主体20(参见图5A)的长度96(参见图5A)流入并流过进给通道70(参见图5A)(诸如采取中心进给通道70a(参见图5A)的形式)。一旦有效或期望量的树脂填料120(参见图5A)注射或插入到紧固件10(参见图5A)中，紧固件10(参见图5A)与注射的树脂填料120(参见图5A)就可优选地固化。
现在参照图5B，图5B是图5A的紧固件系统100的部分剖面侧视图的示意图，示出了填充有树脂填料120的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)，并且示出了紧固件10的径向膨胀162和电流152的分布。图5B示出了安装到具有对应紧固件孔11的复合结构102(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a)中的紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)。如图5B所示，复合结构102(诸如碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a)包括混合有多根纤维105(诸如碳纤维105)的基体材料104(诸如树脂基体104a)。图5B进一步示出了填充有树脂填料120的进给通道70(诸如中心进给通道70a)，包括混合有填料材料124的树脂材料122。
如图5B进一步所示，紧固件10(诸如采取紧固件10a的形式)包括头部22、轴主体20和螺纹部42。紧固件10(参见图5B)的头部22(参见图5B)处于复合结构102(参见图5B)的对应紧固件孔11(参见图5B)内的埋头孔位置138(参见图5B)中。如图5B所示，当紧固件10被安装到对应紧固件孔11内时，紧固件10的轴主体20上的多个脊82与对应紧固件孔11的内孔表面86相邻且直接接触。一旦轴主体20(参见图5B)沿径向膨胀，沿着轴主体20(参见图5B)的外表面64(参见图1B)形成的多个脊82(参见图5B)(诸如双功能螺纹)就可用来或用于提供紧固件10(参见图5B)与内孔表面86(参见图5B)之间的电互连90(参见图5B)，并且还可充当或作为可靠的用于紧固接头108(参见图3A至图3C)的燃料密封92(参见图5B)。
如图5B进一步所示，具有第一端160a(与复合结构102的下端相邻)并具有第二端160b的螺纹轴环158可优选地联接到紧固件10的螺纹部42，以张紧紧固件10并帮助将紧固件10保持到复合结构102中的对应紧固件孔11内的适当位置。
如图5B进一步所示，在树脂填料120注射到紧固件10的进给通道70中之后，可去除的插塞装置94可临时地插入到进给通道70的开口40中以防止树脂填料120从紧固件10泄漏。可去除的插塞装置94(参见图5B)可在固化紧固件10(参见图5B)和树脂填料120(参见图5B)之后被去除，或者插塞装置94(参见图5B)可在固化之后保持附接至紧固件10(参见图5B)并且在稍后的时间去除。在注射树脂填料120(参见图5B)之后并且或在固化之前或在固化之后，紧固件10(参见图5B)的开口40(参见图5B)可用可去除的插塞装置94(参见图5B)或其它合适的密封元件或装置来插塞、密封或封闭。为了增加生产时间的速度，可去除的插塞装置94(参见图5B)可在已注射树脂填料120(参见图5B)之后插入到紧固件10(参见图5B)的进给通道70(参见图5B)的端部中，使得生产工具可移向下一工位并且没有花费时间来等待树脂填料120(参见图5B)的树脂材料122(参见图5B)固化。
图5B示出了包括头部电流分布153和轴主体电流分布154的电流152的分布，并且示出了电流152在紧固件10的头部22处且沿着紧固件10的轴主体20的长度96的分布或传递。电流152(参见图5B)的分布(诸如轴主体电流分布154(参见图5B))优选地沿着沿径向膨胀或者已经历径向膨胀162(参见图5B)的轴主体20(参见图5B)的长度96(参见图5B)是均匀的。径向膨胀162(参见图5B)提供了横跨紧固件与复合结构的界面的导电性。头部电流分布153(参见图5B)优选地多于轴主体电流分布154(参见图5B)。
当树脂填料120(参见图5B)在压力下用注射工具组件110(参见图5A)注射到每个紧固件10(参见图5B)的进给通道70(参见图5B)中以填充进给通道70(参见图5B)时，会造成包括轴主体壁168(参见图5B)的轴主体20(参见图5B)沿径向膨胀并造成与对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)的直接物理接触和电接触88(参见图5B)，并且导致轴主体区域98膨胀。一旦紧固件10(参见图5B)插入到钻制的对应紧固件孔11(参见图5B)中，诸如包括树脂材料122(参见图5B)及填料材料124(参见图5B)(例如，短切碳纤维或等同物)的树脂填料120(参见图5B)就可注射到紧固件10(参见图5B)的进给通道70(参见图5B)中，并且还可作为或用作紧固接头108(参见图3A至图3C)的结构加强件164(参见图5B)。
紧固件10(参见图5B)的径向膨胀162(参见图5B)提供了与复合结构102(参见图5B)的改进电接触88(参见图5B)并且提供了到复合结构102(参见图5B)改进的电流152(参见图5B)的分布。每个紧固件10(参见图5B)均包括柔顺间隙配合紧固件12(参见图1B、图2B)，柔顺间隙配合紧固件12当与树脂填料120(参见图5B)一起使用时，会造成轴主体20(参见图5B)沿径向膨胀，在头部22(参见图5B)处且沿着轴主体20(参见图5B)提供过盈配合150(参见图5B)。因此，紧固件10(参见图5B)提供有效的雷击保护设计166(参见图5B)，增加紧固接头108(参见图3A至图3C)的电流承载能力。
现在参照图6，在另一示例中，提供了用于改进与飞行器200a(参见图7)的复合结构102(参见图5B)的电接触88(参见图5B)并且改进到飞行器200a(参见图7)的电流152(参见图5B)的分布的方法180，例如，来自雷击170(参见图7)的电流152(参见图5B)或者其它电磁效应或电气事件。图6是示出本公开的方法180的一个示例的流程图。
如图6所示，方法180包括步骤182：将诸如紧固件10a(参见图1A、图5A至图5B)或紧固件10b(参见图2A)的一个或多个紧固件10(参见图1A、图2A、图5A至图5B)安装到形成在复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中的一个或多个对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中。在将紧固件10(参见图1A、图2A、图5A至图5B)安装到对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中之前，对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)(诸如采取离散通孔的形式)优选地诸如通过钻制或另一合适的成形工艺用已知成形装置(诸如钻机或其它合适的孔成形装置)形成到复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中。在形成穿过复合结构102(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的情况下，对应紧固件孔11(参见图5A)在复合结构102(参见图5A至图5B)的对应紧固件孔11(参见图5A至图5B)的内孔表面86(参见图5A至图5B)(可能是粗糙的)处接合总计多根纤维105(参见图3B、图3C、图5A至图5B)(诸如碳纤维105a(参见图3B、图3C、图5A至图5B))中的一些纤维。
在将紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)安装到已形成的对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中之前，根据需要或期望，对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)可利用本领域已知的合适的清洁或制备装置、清洁或制备剂和/或清洁或制备方法进行清洁或制备。
一旦对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)已被清洁或制备，紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)就插入或安装到对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中。螺纹轴环158(参见图5A至图5B)可优选地联接到紧固件10(参见图5A至图5B)的螺纹部42(参见图5A至图5B)，以帮助将紧固件10(参见图5A至图5B)保持到复合结构102(参见图5A至图5B)中的对应紧固件孔11(参见图5A至图5B)内的适当位置。
如上文详细讨论的，每个紧固件10(参见图1A、图2A)均包括如上文讨论的长形轴14(参见图1A、图2A)，长形轴14具有：带有头部22(参见图1A、图2A)的第一端16(参见图1A、图2A)、带有螺纹部42(参见图1A、图2A)的第二端18(参见图1A、图2A)以及布置在第一端16(参见图1A、图2A)与第二端18(参见图1A、图2A)之间的轴主体20(参见图1A、图2A、图3A)。轴主体20(参见图1A、图2A)具有外表面64(参见图1A、图2A)和内表面66(参见图1B、图2B)。
每个紧固件10(参见图1A、图2A)均进一步包括如上文讨论的至少一个进给通道70(参见图1B、图2B)，至少一个进给通道70从螺纹部42(参见图1B、图2B)处的开口40(参见图1B、图2B)延伸，穿过轴主体20(参见图1B、图2B)的内表面66(参见图1B、图2B)，平行于长形轴14(参见图1B、图2B)的纵向中心轴线78(参见图1B、图2B)，并且终止于靠近头部22(参见图1B、图2B)的位置76(参见图1B、图2B)。
在一个示例中，安装一个或多个紧固件10(参见图1A、图2A)的步骤182(参见图6)可包括：安装一个或多个紧固件10(参见图1A、图2A)，其中螺纹部42(参见图1B、图2B)处的开口40(参见图1B、图2B)包括位于螺纹部42(参见图1B)的底端46(参见图1B)处的槽缝开口40a(参见图1B)和位于螺纹部42(参见图2B)的顶端44(参见图2B)处的同心环开口40b(参见图2B)中的一者，或者包括另一合适类型的开口。
如图6所示，方法180进一步包括步骤184：将一个或多个紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)扭转到一个或多个对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中的适当位置。在紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)到位之后，注射工具组件110(参见图3A至图3C、图5A)优选地联接到紧固件10(参见图3B、图3C、图5A)的螺纹部42(参见图3B、图3C、图5A)。
如图6所示，方法180进一步包括步骤186：在压力下将树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A)注射到每个紧固件10(参见图3B、图3C、图5A)的螺纹部42(参见图3B、图3C、图5A)处的开口40(参见图3B、图3C、图5A)中；以及用树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A)填充每个进给通道70(参见图3B、图3C、图5A)，造成轴主体20(参见图3B、图3C、图5A)沿径向膨胀并与对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的内孔表面86(参见图5A至图5B)进行直接接触。树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A)优选地用注射工具组件110(参见图3B、图3C、图5A)注射或沉积到紧固件10(参见图3B、图3C、图5A)中。
在压力下注射树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)以及用树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)填充进给通道70(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的步骤186(参见图6)优选地包括：用树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)填充进给通道70(参见图3B、图3C、图5A至图5B)，造成轴主体20(参见图3B、图3C、图5A至图5B)在径向膨胀162(参见图5B)处沿径向膨胀约0.001英寸到约0.002英寸。
在压力下注射树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)以及用树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)填充每个进给通道70(参见图3B、图3C、图5A至图5B)的步骤186(参见图6)优选地包括：使用注射工具组件110(参见图3B、图3C、图5A)将树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A至图5B)注射到紧固件10(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中。
如图3B、图3C和图5A所示，注射工具组件110包括包含树脂填料120的容器118。容器118(参见图3B、图3C、图5A)优选地被构造成联接到紧固件10(参见图3B、图3C、图5A)。如图3B、图3C和图5A所示，注射工具组件110进一步包括联接到容器118的压力注射器126，并且压力注射器126优选地被构造成联接到位于紧固件10(诸如紧固件10a(参见图1A、图5A)和紧固件10b(参见图2A))的螺纹部42处的开口40。容器118(参见图3B、图3C、图5A)还可被构造成联接到开口40(参见图3B、图3C、图5A)。压力注射器126(参见图3B、图3C、图5A)优选地被构造成在压力下将树脂填料120(参见图3B、图3C、图5A)注射到紧固件10(参见图3B、图3C、图5A)中。
在压力下注射树脂填料120(参见图5A至图5B)的步骤186(参见图6)进一步包括：注射所述树脂填料120(参见图5A至图5B)，即树脂填料120包括混合有可导电或不可导电的填料材料124(参见图5B)的树脂材料122(参见图5B)。如图5B所示，树脂填料120包括混合有填料材料124的树脂材料122。如上文讨论的，用于树脂填料120(参见图5B)的示例性树脂材料122(参见图5B)或者粘结树脂材料或树脂系统可包括环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)树脂、酚醛树脂和氰酸酯树脂，并且用于树脂填料120(参见图5B)的示例性填料材料124(参见图5B)可包括碳纳米管、短切碳纤维、银颗粒和导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT/PSS)。示例性树脂填料120(参见图5A至图5B)包括：掺杂有银颗粒的环氧树脂；掺杂有银颗粒的双马来酰亚胺(BMI)树脂；掺杂有银颗粒的酚醛树脂；掺杂有银颗粒的氰酸酯树脂；掺杂有碳纳米管的环氧树脂；掺杂有碳纳米管的双马来酰亚胺(BMI)树脂；掺杂有碳纳米管的酚醛树脂；掺杂有碳纳米管的氰酸酯树脂；具有短切碳纤维的环氧树脂；具有短切碳纤维的双马来酰亚胺(BMI)树脂；具有短切碳纤维的酚醛树脂；具有短切碳纤维的氰酸酯树脂；以及具有聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚磺苯乙烯(PEDOT/PSS)的树脂。
在压力下注射树脂填料120(参见图5A至图5B)的步骤186(参见图6)进一步包括：选择树脂填料120(参见图5A至图5B)，使得树脂填料120(参见图5A至图5B)的热膨胀系数(CTE)基本上匹配紧固件10(参见图5A至图5B)的热膨胀系数(CTE)。此外，除了类似的CTE和膨胀特性，优选地，树脂填料120(参见图5B)的树脂材料122(参见图5B)或者粘结树脂材料或树脂系统具有与组成紧固件10(参见图1A、图2A、图2E、图5A至图5B)的材料类似的化学性质和类似的结构性质。
如图6所示，方法180可进一步可选地在将树脂填料120(参见图5A至图5B)注射到紧固件10(参见图5A至图5B)中的步骤186之后包括步骤188：将可去除的插塞装置94(参见图5B)插入到紧固件10(参见图5B)的每个进给通道70(参见图5B)的开口40(参见图5B)中，以防止树脂填料120(参见图5B)从紧固件10(参见图5B)泄漏。可去除的插塞装置94(参见图5B)可在固化紧固件10(参见图5B)和树脂填料120(参见图5B)之后被去除，或者可去除的插塞装置94可在固化之后保持附接至紧固件10(参见图5B)。
如图6所示，方法180进一步包括步骤190：将复合结构102(参见图5B)及安装在复合结构102(参见图5B)中并填充有树脂填料120(参见图5B)的一个或多个紧固件10(参见图5B)固化。一旦有效或期望量的树脂填料120(参见图5A)被注射或插入到紧固件10(参见图5A)中，紧固件10(参见图5A)及注射的树脂填料120(参见图5A)就优选地固化。固化步骤190可使用已知固化工艺(诸如热压罐固化工艺、真空袋固化工艺、组合式热压罐和真空袋装固化工艺、压缩模制固化工艺、树脂传递模制工艺、室温固化工艺或另一合适的固化工艺)来执行。根据材料规范的要求，固化可在升高的有效温度或有效热和/或有效压力下进行有效时间段，以有效地固化选定树脂填料120(参见图5A)。在固化期间，树脂填料120(参见图5A)在紧固件10(参见图5A)中的沉积时硬化。需要的固化温度或热和/或压力取决于选择为注射到紧固件10(参见图5A)中的树脂填料120(参见图5A)的类型，并且可因此变化。如本文所使用的，“固化”是指在加热或不加热的情况下经历全部或部分硬化过程，并且包括正在固化或已预固化的树脂。
如图6所示，方法180进一步包括步骤192：提供每个紧固件10(参见图5B)(诸如紧固件10a(参见图1A、图5B)和紧固件10b(参见图2A))与每个对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)之间的电接触88(参见图5B)；以及提供诸如由向飞行器200a(参见图7)的雷击170(参见图7)引起的电流152(参见图5B)的分布。
提供电接触88(参见图5B)以及提供电流152(参见图5B)的分布的步骤192包括：分配头部电流分布153(参见图5B)和轴主体电流分布154(参见图5B)。如图5B所示，轴主体电流分布154沿着沿径向膨胀(例如，经历径向膨胀162)的轴主体20的长度96是均匀的，并且头部电流分布153多于轴主体电流分布154。在紧固件10(参见图5B)随树脂填料120(参见图5B)膨胀之后，紧固件10(参见图5B)优选地在头部22处具有与复合结构102(参见图5B)的过盈配合150(参见图5B)，并且经过轴主体20(参见图5B)具有与复合结构102(参见图5B)的过盈配合150(参见图5B)。
现在参照图7，图7是飞行器200(诸如飞行器200a)的立体图的图示，飞行器200可整合具有本公开的紧固件10(参见图1A、图2A)的示例的一个或多个复合结构102(例如，一个或多个飞行器复合结构102b)。优选地，复合结构102(参见图7)包括碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a(参见图3A至图3C、图5A至图5B)。如图7所示，飞行器200a包括这样的部件，诸如机身202、机头204、飞行甲板206、机翼208、一个或多个推进单元210或发动机以及包括竖直稳定器214和水平稳定器216的尾部212。
虽然图7中示出的飞行器200(诸如飞行器200a)一般代表具有一个或多个复合结构102的商用客机，但是所公开示例的教导可应用于其它客机。例如，所公开示例的教导可应用于货机、军用飞行器、旋翼机及其它类型的飞行器或航空器，以及应用于航空航天器、卫星、空间运载火箭、火箭及其它航空航天器。
现在参照图8至图9，图8是飞行器制造及保养方法300的流程图。图9是飞行器320的框图。参照图8至图9，本公开的示例可在如图8所示的飞行器制造及保养方法300以及如图9所示的飞行器320的背景下描述。
如图8所示，在预生产期间，示例性飞行器制造及保养方法300可包括飞行器320(参见图9)的规范和设计302以及材料采购304。在制造期间，发生飞行器320(参见图9)的部件及子组件制造306(参见图8)以及系统整合308(参见图8)。此后，飞行器320(参见图9)可经历认证和交付310(参见图8)，以便置于服役312(参见图8)之中。在为客户服役312(参见图8)的同时，飞行器320(参见图9)可定期做日常维护及检修314(参见图8)，其还可包括改造、重构、翻新和其它合适的检修。
飞行器制造及保养方法300(参见图8)的每种工艺均可由系统整合商、第三方或运营商(例如，客户)执行或进行。出于对此描述的目的，系统整合商可包括(但不限于)任何数量的飞行器制造商和主系统分包商。第三方可包括(但不限于)任何数量的供货商、分包商和供应商。运营商可包括航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织及其它合适的运营商。
如图9所示，由示例性飞行器制造及保养方法300(参见图8)生产的飞行器320可包括具有多个系统324和内饰326的机身322。如图9进一步所示，多个系统324的示例可包括推进系统328、电气系统330、液压系统332和环境系统334中的一种或多种系统。可包括任何数量的其它系统。虽然示出了航空航天示例，但本公开的原理可应用到其它行业，诸如汽车行业。
本文中体现的方法和系统可在飞行器制造及保养方法300(参见图8)的任何一个或多个阶段期间采用。例如，对应于部件及子组件制造306(参见图8)的部件或子组件能以类似于在飞行器320(参见图9)处于服役312(参见图8)时生产的部件或子组件的方式来制作或制造。另外，在部件及子组件制造306(参见图8)和系统整合308(参见图8)期间，可利用一个或多个设备示例、方法示例或它们的组合，例如大大加快飞行器320(参见图9)的组装并降低成本。类似地，在飞行器320(参见图9)处于服役312(参见图8)时，例如而不限于维护及检修314(参见图8)，可利用一个或多个设备示例、方法示例或它们的组合。
紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)的所公开示例提供可膨胀的填充树脂的柔顺间隙配合紧固件12(参见图1A、图2A)。紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)具有构造成在进给通道70(参见图1B、图2B、图2E、图5B)内接收树脂填料120(参见图5A至图5B)的进给通道70(参见图1B、图2B、图5B)(诸如采取中心进给通道70a(参见图1B、图5B)的形式以及诸如采取同心环进给通道70b(参见图2B、图2E)的形式)。进给通道70(参见图1B、图2B、图2E、图5B)具有中空的且设计为沿径向膨胀的内部80(参见图1B、图2B)，一旦将其插入到对应紧固件孔11(参见图3B、图3C、图5A至图5B)中并且填充有树脂填料120(参见图5B)，就迫使或造成紧固件10(参见图1B、图2B、图5B)的轴主体20(参见图1B、图2B、图5B)的径向膨胀162(参见图5B)，并且实现紧固件10(参见图1B、图2B、图5B)与对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)之间的直接物理接触和改进电接触88(参见图5B)。
树脂填料120(参见图5B)还作为或用作紧固接头108(参见图3A至图3C)的结构加强件164(参见图5B)，并且树脂填料120(参见图5B)不一定需要具有导电性特性，因为电传导可主要通过紧固件10(参见图5B)的轴主体壁168(参见图5B)来实现。柔顺间隙配合紧固件12(参见图1B、图2B)优选地被构造成在对应紧固件孔11(参见图5A)中以间隙配合148(参见图5A)安装，因此减轻对高成本的已知套筒式紧固件1(参见图4)的需要，同时还提高了组装过程的效率。因此，紧固件10(参见图5B)的轴主体20(参见图5B)是可膨胀的并被构造成在填充有另外提供结构加强件164(参见图5B)的树脂填料120(参见图5B)时沿径向膨胀。所使用的树脂填料120(参见图5B)的类型可基于设计来确定并且旨在应用所使用的紧固件10(参见图1A、图2A)和紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)。
另外，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)的所公开示例提供了雷击保护设计166(参见图5B)，其中与已知套筒式紧固件1(参见图4)相比，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)不需要套筒2(参见图4)和密封剂4(参见图4)。紧固件10(参见图1A、图2A)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)可解决与已知套筒式紧固件1(参见图4)关联的高成本紧固件问题以及对具有过盈配合150(参见图4)的紧固接头的需要(这可能对于复合结构(诸如飞行器的复合燃料箱)的雷击保护设计是需要的)。此外，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)使紧固接头108(参见图3A至图3C)能够沿着轴主体20(参见图5B)的长度96(参见图5B)具有过盈配合150(参见图5B)，且在头部22(参见图5B)处具有过盈配合150(参见图5B)，并且还可允许应用成本降低的更坚固飞行器组装方法(诸如全尺寸到全尺寸组装)。因此，紧固件10(参见图1B、图2B、图2E、图5B)是可膨胀的并且在头部22(参见图5B)处且沿着轴主体20(参见图5B)或柄提供电流传递，在插入到钻制的对应紧固件孔11(参见图5B)中并且填充有树脂填料120(参见图5B)之后膨胀。紧固件10(参见图1A、图2A、图2E、图5B)优选地是成本低廉的、无套筒的、可膨胀的柔顺间隙配合紧固件12(参见图1A、图2A)，其结合树脂填料120(参见图5B)使用以产生与已知过盈配合套筒式紧固件1a(参见图4)相比等效或更好的导电性和电接触88(参见图5B)。
而且，通过降低重的电绝缘密封剂在紧固件上的使用(例如，用在飞行器燃料箱中)以防止雷击170(参见图7)或者其它电磁效应或电气事件，通过降低已知套筒式紧固件1(参见图4)(诸如过盈配合套筒式紧固件1a(参见图4)，可增加重量)的使用，以及通过降低许多紧固件帽密封件在紧固件上的使用(可增加重量)，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)的所公开示例可减小飞行器200(参见图7)(诸如飞行器200a(参见图7))的整体重量。此外，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)可通过采用本文中公开的较便宜紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)而降低飞行器200a(参见图7)的复合结构102(参见图7)上的雷击减轻成本，为复合结构102(参见图3A至图3C、图7)(诸如飞行器复合机翼蒙皮)提供等效或更好的电连接。
还可利用所公开的紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)和紧固件系统100(参见图3A至图3C)来降低二次密封剂和紧固件帽密封件的成本。与使用密封剂4(参见图4)(例如，多硫化物树脂)的已知套筒式紧固件1(参见图4)相反，在出于燃料密封目的的组装期间，紧固件10(参见图1B、图2B)不使用套筒2(参见图4)或密封剂4(参见图4)，并且使用树脂填料120(参见图5A至图5B)来填充紧固件10(参见图1B、图2B、图2E、图5B)的进给通道70(参见图1B、图2B、图2E、图5B)而使轴主体壁168(参见图5B)沿径向膨胀，以实现紧固件10(参见图1B、图2B、图2E、图5B)与对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)之间的电接触和物理接触。
紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)提供这样的紧固件，其具有降低的成本和减轻的重量，可用在复合结构102(参见图4)(诸如飞行器200a(参见图7)的复合燃料箱)中以实现紧固件10(参见图5B)与复合结构102(参见图5B)之间(例如，紧固件与复合结构的界面)的良好电接触88(参见图5B)，因此增加由紧固到复合结构102(参见图5B)的紧固件10(参见图5B)形成的紧固接头108(参见图3A至图3C)的电流承载能力。针对紧固接头108(参见图3B、图3C)对碳纤维增强塑料(CFRP)结构102a(参见图3A至图3C、图5A至图5B)的雷击保护，期望通过沿着紧固件10(参见图5A至图5B)与对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)的长度96(参见图5A至图5B)提供表面电接触面积而增加紧固接头108(参见图3B、图3C)的雷击电流承载能力，紧固件10(诸如金属紧固件)通过其中插入到复合结构102(参见图5B)中。
柔顺间隙配合紧固件12(参见图1A、图2A、图2E)可用在飞行器200a(参见图7)的机翼208(参见图7)上，并且径向膨胀162(参见图5B)在雷击170(参见图6)期间通过增加紧固件10(参见图5B)的轴主体20(参见图5B)与复合结构102(参见图5B)(诸如CFRP结构102a(参见图5B)或CFRP铺层)之间的电接触88(参见图5B)而增加电流152(参见图5B)的分布。增加电流分布会增加EME(电磁效应)特性。
此外，紧固件10(参见图1A、图2A、图2E)、紧固件系统100(参见图3A至图3C、图5A至图5B)和方法180(参见图6)的所公开示例提供具有轴主体20(参见图1B)的紧固件10(参见图1B)，轴主体20具有外表面64(参见图1B)(诸如采取具有多个脊82(参见图1B)的脊状外表面64a(参见图1B)的形式)，其被构造成接触对应紧固件孔11(参见图5B)的内孔表面86(参见图5B)，以提供与复合结构102(参见图5B)的电互连90(参见图5B)。在径向膨胀162(参见图5B)之后，多个脊82(参见图1B、图5B)还为由紧固到复合结构102(参见图3B、图3C、图5B)的紧固件10(参见图3B、图3C、图5B)形成的紧固接头108(参见图3A至图3C)提供燃料密封92(参见图5B)。因此，沿着轴主体20(参见图1B)的多个脊82(参见图1B)可改进电流分布，并且可用作轴主体20(参见图5B)膨胀时的一体燃料密封。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
1、一种用于提供与复合结构的改进电接触并且向所述复合结构提供改进的电流分布的紧固件，该紧固件包括：
长形轴，所述长形轴具有第一端、第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体，所述轴主体具有外表面和内表面；
头部，所述头部被布置在所述第一端处；
螺纹部，所述螺纹部被布置在所述第二端处；以及
至少一个进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置处；
其中，当所述紧固件被安装到形成在所述复合结构中的对应紧固件孔中时，所述轴主体被构造成在压力下将树脂填料注射到所述至少一个进给通道中时沿径向膨胀；并且进一步其中，在沿径向膨胀时，所述轴主体的所述外表面被构造成与所述对应紧固件孔的内孔表面直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且向所述复合结构提供电流分布。
2、根据条款1所述的紧固件，其中，所述螺纹部处的所述开口包括位于所述螺纹部的底端处的槽缝开口，并且所述进给通道包括中心进给通道。
3、根据条款1所述的紧固件，其中，所述螺纹部处的所述开口包括位于所述螺纹部的顶端处的同心环开口，并且所述进给通道包括同心环进给通道。
4、根据条款3所述的紧固件，其中，所述轴主体进一步包括一个或多个纵向沟道，所述一个或多个纵向沟道从所述螺纹部的所述顶端处的所述同心环开口延伸，穿过所述轴主体的所述外表面，平行于所述长形轴的所述纵向中心轴线，并且靠近所述头部终止。
5、根据条款1所述的紧固件，其中，所述轴主体的所述外表面包括多个脊，所述多个脊被构造成接触所述对应紧固件孔的所述内孔表面，以提供与所述复合结构的电互连并且为由紧固到所述复合结构的所述紧固件形成的紧固接头提供燃料密封。
6、根据条款1所述的紧固件，其中，所述紧固件包括柔顺间隙配合紧固件，所述柔顺间隙配合紧固件当与所述树脂填料一起使用时会造成所述轴主体沿径向膨胀，导致包括头部电流分布和轴主体电流分布的电流分布。
7、一种用于提供与复合结构的改进电接触并且向所述复合结构提供改进的电流分布的紧固件系统，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：
长形轴，所述长形轴具有第一端、第二端和布置在所述第一端与所述第二端之间的轴主体，所述轴主体具有外表面和内表面；
头部，所述头部被布置在所述第一端处；
螺纹部，所述螺纹部被布置在所述第二端处；以及
至少一个进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置处；
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；以及
树脂填料，所述树脂填料在压力下用所述注射工具组件注射到每个紧固件的所述至少一个进给通道中而填充所述至少一个进给通道，以造成所述轴主体沿径向膨胀并且与所述对应紧固件孔的内孔表面直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且向所述复合结构提供电流分布。
8、根据条款7所述的系统，所述系统进一步包括可去除的插塞装置，所述可去除的插塞装置被构造成在将所述树脂填料注射到所述紧固件的所述至少一个进给通道中之后插入到所述至少一个进给通道的所述开口中，以防止所述树脂填料从所述紧固件泄漏。
9、根据条款7所述的系统，其中，所述螺纹部处的所述开口包括位于所述螺纹部的底端处的槽缝开口，并且所述进给通道包括中心进给通道。
10、根据条款7所述的系统，其中，所述螺纹部处的所述开口包括位于所述螺纹部的顶端处的同心环开口，并且所述进给通道包括同心环进给通道。
11、根据条款7所述的系统，其中，所述注射工具组件包括包含所述树脂填料的容器，所述容器被构造成经由附接部联接到所述紧固件的所述螺纹部处的所述开口，并且其中所述注射工具组件进一步包括压力注射器，所述压力注射器联接到所述容器并且联接到所述紧固件的所述螺纹部处的所述开口，所述压力注射器被构造成在压力下将所述树脂填料注射到所述紧固件中。
12、根据条款7所述的系统，其中，选择所述树脂填料使得所述树脂填料的热膨胀系数基本上匹配所述紧固件的热膨胀系数。
13、根据条款7所述的系统，其中，所述电流分布包括头部电流分布和轴主体电流分布，所述轴主体电流分布沿着沿径向膨胀的所述轴主体的长度是均匀的，并且所述头部电流分布多于所述轴主体电流分布。
14、根据条款7所述的系统，其中，所述复合结构包括飞行器复合结构，并且其中所述一个或多个紧固件中的每个紧固件均包括柔顺间隙配合紧固件，所述柔顺间隙配合紧固件当与所述树脂填料一起使用时会造成所述轴主体沿径向膨胀，导致所述头部和所述轴主体均与所述对应紧固件孔的所述内孔表面具有过盈配合。
15、一种用于提供与飞行器的复合结构的改进电接触并且向所述飞行器提供改进的电流分布的方法，该方法包括以下步骤：
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：
长形轴，所述长形轴包括具有头部的第一端、具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，所述轴主体具有外表面和内表面；和
至少一个进给通道，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线，并且终止于靠近所述头部的位置处；
将所述一个或多个紧固件扭转到所述一个或多个对应紧固件孔中的适当位置；
在压力下将树脂填料注射到每个紧固件的所述螺纹部处的所述开口中，并且用所述树脂填料填充所述至少一个进给通道，以使所述轴主体沿径向膨胀并且与所述对应紧固件孔的内孔表面进行直接接触；
将所述复合结构与安装到所述复合结构中并填充有所述树脂填料的所述一个或多个紧固件固化；以及
提供每个紧固件与每个对应紧固件孔的所述内孔表面之间的电接触，并且向所述飞行器提供所述电流分布。
16、根据条款15所述的方法，所述方法进一步包括：在将树脂填料注射到所述紧固件中的步骤之后，将可去除的插塞装置插入到每个进给通道的所述开口中，以防止所述树脂填料从所述紧固件泄漏。
17、根据条款15所述的方法，其中，安装一个或多个紧固件的步骤包括：安装所述一个或多个紧固件，其中所述至少一个进给通道包括中心进给通道和同心环进给通道中的一者。
18、根据条款15所述的方法，其中，注射并且填充所述树脂填料的步骤包括：使用注射工具组件将所述树脂填料注射到所述紧固件中，所述树脂填料包括混合有导电的填料材料的树脂材料，所述注射工具组件包括包含所述树脂填料的容器，所述容器被构造成联接到所述紧固件，并且其中所述注射工具组件进一步包括压力注射器，所述压力注射器联接到所述容器并被构造成联接到所述紧固件的所述螺纹部处的所述开口，所述压力注射器被构造成在压力下将所述树脂填料注射到所述紧固件中。
19、根据条款15所述的方法，其中，注射并且填充所述树脂填料的步骤包括：用所述树脂填料填充所述至少一个进给通道，以使所述轴主体沿径向膨胀从约0.001英寸到约0.002英寸的径向膨胀。
20、根据条款15所述的方法，其中，提供电接触并且提供所述电流分布的步骤包括：分配头部电流分布和轴主体电流分布，所述轴主体电流分布沿着沿径向膨胀的所述轴主体的长度是均匀的，并且所述头部电流分布多于所述轴主体电流分布。
受益于前述描述及相关附图所呈现的教导的本公开所属领域的技术人员将想到本公开的许多修改及其它示例。本文中描述的示例意在是说明性的，并非旨在是限制性的或穷举性的。虽然本文中采用了特定术语，但是特定术语仅在一般和描述性意义上使用并且不是出于限制的目的。
Claims (12)
1.一种用于提供与复合结构(102)的改进电接触(88)并且向所述复合结构提供改进的电流(152)分布的紧固件(10)，该紧固件包括：
长形轴(14)，所述长形轴具有第一端(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)，所述轴主体具有外表面(64)和内表面(66)；
头部(22)，所述头部被布置在所述第一端处；
螺纹部(42)，所述螺纹部被布置在所述第二端处；以及
至少一个进给通道(70)，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口(40)延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线(78)，并且终止于靠近所述头部的位置处；
其中，当所述紧固件被安装到形成在所述复合结构中的对应紧固件孔(11)中时，所述轴主体被构造成在压力下将树脂填料(120)注射到所述至少一个进给通道中时沿径向膨胀；并且进一步其中，在沿径向膨胀时，所述轴主体的所述外表面被构造成与所述对应紧固件孔的内孔表面(86)进行直接接触，导致所述紧固件提供与所述复合结构的电接触并且向所述复合结构提供电流分布。
2.根据权利要求1所述的紧固件(10)，其中，所述螺纹部(42)处的所述开口(40)包括位于所述螺纹部的底端(46)处的槽缝开口(40a)，并且所述进给通道(70)包括中心进给通道(70a)。
3.根据权利要求1所述的紧固件(10)，其中，所述螺纹部(42)处的所述开口(40)包括位于所述螺纹部的顶端(44)处的同心环开口(40b)，并且所述进给通道(70)包括同心环进给通道(70b)。
4.根据权利要求3所述的紧固件(10)，其中，所述轴主体(20)进一步包括一个或多个纵向沟道(87)，所述一个或多个纵向沟道从位于所述螺纹部(42)的所述顶端(44)处的所述同心环开口(40b)延伸，穿过所述轴主体的所述外表面(64)，平行于所述长形轴(14)的所述纵向中心轴线(78)，并且靠近所述头部(22)终止。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的紧固件(10)，其中，所述轴主体(20)的所述外表面(64)包括多个脊(82)，所述多个脊被构造成接触所述对应紧固件孔(11)的所述内孔表面(86)，以提供与所述复合结构(102)的电互连并且为由紧固到所述复合结构的所述紧固件形成的紧固接头(108)提供燃料密封(92)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的紧固件(10)，其中，所述紧固件包括柔顺间隙配合紧固件(12)，所述柔顺间隙配合紧固件当与所述树脂填料(120)一起使用时致使所述轴主体(20)沿径向膨胀，产生了包括头部电流分布(153)和轴主体电流分布(154)的电流(152)分布。
7.一种用于提供与飞行器(200a)的复合结构(102)的改进电接触(88)并且向所述飞行器提供改进的电流(152)分布的方法，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：
长形轴(14)，所述长形轴包括具有头部(22)的第一端(16)、具有螺纹部(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)，所述轴主体具有外表面(64)和内表面(66)；和
至少一个进给通道(70)，所述至少一个进给通道从所述螺纹部处的开口(40)延伸，穿过所述轴主体的所述内表面，平行于所述长形轴的纵向中心轴线(78)，并且终止于靠近所述头部的位置处；
将所述一个或多个紧固件扭转到所述一个或多个对应紧固件孔中的适当位置；
在压力下将树脂填料(120)注射到每个紧固件的所述螺纹部处的所述开口中，并且用所述树脂填料填充所述至少一个进给通道，以使所述轴主体沿径向膨胀并且与所述对应紧固件孔的内孔表面(86)进行直接接触；
将所述复合结构与安装到所述复合结构中并填充有所述树脂填料的所述一个或多个紧固件固化；以及
提供每个紧固件与每个对应紧固件孔的所述内孔表面之间的电接触，并且向所述飞行器提供所述电流分布。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：在将所述树脂填料(120)注射到所述紧固件(10)中之后，将可去除的插塞装置(94)插入到每个进给通道(70)的所述开口(40)中，以防止所述树脂填料从所述紧固件泄漏。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，安装一个或多个紧固件(10)的步骤包括：安装所述一个或多个紧固件，其中所述至少一个进给通道(70)包括中心进给通道(70a)和同心环进给通道(70b)中的一者。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，注射并且填充所述树脂填料(120)的步骤包括：使用注射工具组件(110)将所述树脂填料注射到所述紧固件(10)中，所述树脂填料包括混合有导电的填料材料(124)的树脂材料(122)，所述注射工具组件包括包含所述树脂填料的容器(118)，所述容器被构造成联接到所述紧固件，并且其中所述注射工具组件进一步包括压力注射器(126)，所述压力注射器联接到所述容器并被构造成联接到所述紧固件的所述螺纹部(42)处的所述开口(40)，所述压力注射器被构造成在压力下将所述树脂填料注射到所述紧固件中。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，注射并且填充所述树脂填料(120)的步骤包括：用所述树脂填料填充所述至少一个进给通道(70)，以使所述轴主体(20)以从约0.001英寸到约0.002英寸的径向膨胀沿径向进行膨胀。
12.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，提供电接触(88)并且提供所述电流(152)分布的步骤包括：分配头部电流分布(153)和轴主体电流分布(154)，所述轴主体电流分布沿着沿径向膨胀的所述轴主体(20)的长度(96)是均匀的，并且所述头部电流分布多于所述轴主体电流分布。
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| US15/141,643 | 2016-04-28 | ||
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