專利名稱：利用軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導的制作方法
利用軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導
背景技術：
本專利申請涉及通過在裝配部件和液壓管之間并入軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導的方法。裝配部件通常用于使金屬管和管子相互連接，以便用于多種應用，諸如用于航空航天工業，以運送飛行器或宇宙飛船中的燃料、液壓控制液和類似物。在這些應用中，關鍵是在裝配部件和管之間具有牢固的連接，以便承受振動和其他不利條件，而無故障。過去已經開發了多種裝配部件以使管相互連接。在一種類型的裝配部件中，向裝配部件和管施加徑向鍛壓力，其可在裝配部件周圍外部地實施或在管內內部地實施。在任一種情況下，徑向鍛壓力通過工具被直接施加至裝配部件和管。在一些例子中，裝配部件的內表面具有多個軸向間隔的環形槽或齒，通過環形槽或齒，管的材料通過鍛壓工具進行變形，以制造鍛壓的連接。在其他例子中，裝配部件外表面上的彎曲或不規則構造在鍛壓后通過使裝配部件變形而被轉移至裝配部件的內表面，其引起管偏轉并貼合不規則構造并由此制造連接。另一類型的裝配部件包括用于接收管的具有錐形外表面和圓柱形內表面的圓柱形套管。變形環圍繞套管并具有錐形內表面，其與套管的錐形外表面匹配和接合。在鍛壓前，變形環相對于套管向外放置，以便沒有徑向力通過變形環被施加至套管。在鍛壓期間，變形環在套管上以向前的方向軸向移動，以便環上錐形表面和套管的相互作用施加使套管和管向內變形的徑向力，以便在它們之間制造鍛壓連接。這些裝配部件應該通常應該被稱為軸向鍛壓裝配部件。碳纖維增強塑性(“CFRP”)材料日益被用于取代鋁以形成商業飛機的蒙皮板(skin panel)和結構構件。由于由碳復合材料提供的較高的強度重量比，CFRP材料與鋁相比是有優勢的。然而，與鋁材料相比，CFRP材料為安裝在防止雷擊的結構構件內部的系統提供了更小的EME保護。這可歸因于復合材料的固有電阻。因此，燃料箱內的導電系統可能被迫攜帶被雷擊事件感生的更多電流。復合材料燃料箱內的原有液壓裝配部件可能不總是能夠攜帶來自雷擊的更高的電流至CFRP飛機而不發生火花。在飛機中，在作為點火源的易燃蒸氣的存在下，諸如在燃料箱內部的燃料蒸氣存在下，這種發生火花是不被允許的。因此，使用CFRP材料要求特別考慮雷擊的影響和其他電磁效應(EME)。這在機翼結構中尤其重要，其中用于燃料轉移和液壓啟動的金屬管道通過燃料箱。目前的解決方法包括使用管的短部分的絕緣體，其可用于中斷電流流動，同時允許流體流動。這種絕緣體提供了限制在兩個裝配部件連接之間的電流流動的高電阻通路，但允許逐步消散靜電電荷。然而，可選方法的研究繼續提供額外保護，以防止發生火花和由雷擊和其他電磁效應引起的損害。因此，本領域技術人員繼續尋找用于避免由雷擊引起的損害的新技術。

發明內容
在一方面，公開了一種通過在裝配部件和管之間并入軟金屬夾層改進液壓管和裝配部件之間的電導的方法，其中軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中在鍛壓或安裝后裝配部件接合液壓管。根據具體的方面，通過提供具有內表面的液壓裝配部件和具有外表面的液壓管改進液壓裝配部件上的電導，其中裝配部件的內表面適于在與之有共軸關系的管的外表面的至少一部分上延伸；和在裝配部件的內表面和管的外表面之間并入軟金屬夾層，其中軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中在鍛壓或安裝后裝配部件接合液壓管。根據另一方面，本申請涉及由碳增強聚合物復合材料制成的復合材料燃料箱，其中可存在易燃蒸氣，并具有安裝在箱內的液壓系統。液壓系統包括具有內表面的液壓裝配部件和具有外表面的液壓管，其中裝配部件的內表面適于在與之有共軸關系的管的外表面的至少一部分上延伸。軟金屬夾層被并入裝配部件的內表面和管的外表面之間，其中軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中在鍛壓或安裝后裝配部件接合液壓管。如根據某些實施方式所相關的，液壓系統不具有絕緣體并允許感生雷電電流在管中流動(“雷電感生管電流”)。軟金屬夾層的目的是提高裝配部件和管之間的電導率并由此在通過管道中接頭轉移感生雷電電流期間抑制形成電弧和/或發生火花，以防止在燃料箱內部產生點火源。用于最小化雷擊影響的公開方法的其他方面將根據以下描述、附圖和所附權利要求而變得顯而易見。


圖1為根據本申請一個方面的徑向鍛壓的內嵌(in-line)液壓裝配部件的部分截面圖；圖2A為鍛壓前根據本申請一個方面的軸向鍛壓的內嵌液壓裝配部件的部分截面圖；和圖2B為鍛壓后根據本申請一個方面的軸向鍛壓的內嵌液壓裝配部件的部分截面圖。發明詳述根據一個方面，本申請涉及通過在裝配部件和液壓管之間并入軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導的方法。根據具體實施方式
，軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中裝配部件在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管。根據另一方面，本申請涉及通過提供具有內表面的液壓裝配部件和具有外表面的液壓管改進液壓裝配部件上的電導的方法，其中裝配部件的內表面適于在與之有共軸關系的管的外表面的至少一部分上延伸；和在裝配部件的內表面和管的外表面之間并入軟金屬夾層，其中軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中裝配部件在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管。當與由復合材料制成的燃料箱中的液壓裝配部件結合使用時，在此描述的方法特別有用。如本領域技術人員已知的，“復合材料”結構在樹脂基體內包括多層結構織物。碳纖維增強聚合物(CFRP)材料是合適的復合材料結構的一個例子。CFRP中的纖維是有些導電的，但遠非鋁那樣導電。由于復合材料與鋁相比的固有電阻，CFRP燃料箱中直接和間接雷電影響的威脅相對于鋁油箱大大增加。因此，CFRP燃料箱內的導電系統可能被迫攜帶通過雷擊事件感生的更大份的電流。復合材料燃料箱內的原有液壓裝配部件不總是能攜帶更大的雷電電流威脅而不發生火花或點燃燃料。將薄軟金屬夾層并入液壓裝配部件能改進通過原有裝配部件的導電并抑制管至裝配部件連接處形成電弧和/或發生火花，確保使用復合材料燃料箱中的裝配部件，以攜帶雷擊中的電流而不需要內嵌絕緣體。此外，將薄軟金屬夾層并入液壓裝配部件便于開發遵循FAR 25.981的系統。圖1為根據本申請一個方面的徑向鍛壓的內嵌液壓裝配部件10的部分截面圖。液壓裝配部件10可用于連接相對于彼此軸向對齊并限定流體通道的兩個管12和14。管12和14可由鈦或任何其他金屬管材料形成。液壓裝配部件10可由鈦或常規用于裝配部件的任何其他硬金屬材料形成。裝配部件被安裝在管12和14上，并橋連鄰近管12和14的相對端。裝配部件10具有裝配在管12和14末端上的大體圓柱形的幾何形狀，橋連流體線的那些截面。裝配部件被安裝在每個末端，錐形物處于堆起處(mound)的每一側，以提供具有減小的外直徑的裝配部件的每個末端上的截面。簡單地說，當鍛壓時，堆起處被鍛壓工具壓縮進管，形成在適當位置上鎖住管的凹陷。裝配部件10的內徑或管12和14的外徑攜帶鍍薄軟金屬的夾層16，其通過任何常規技術進行施加，合適地通過標準電鍍方法進行施加。薄金屬夾層16用粗實黑線表示。圖2A為根據本申請另一方面的鍛壓前軸向鍛壓的內嵌液壓裝配部件20的部分截面圖。圖2B為鍛壓后軸向鍛壓的內嵌液壓裝配部件20的部分截面圖。液壓裝配部件20可用于連接相對于彼此軸向對齊并限定流體通道的兩個管12和14。裝配部件20包括裝配部件主體21并且同時包含一對夾具環22和24，其具有常規結構和功能。每個環同樣為大體圓柱形，包含起初裝配在管上并接合裝配部件主體21上擴展的直徑部分26和28的內部大體圓柱形的幾何形狀。簡單地說，當鍛壓時，主體的擴展部分通過環被壓縮進管，形成如圖2B所示的在適當位置上鎖住管的凹陷。液壓裝配部件20可由鈦或常規用于裝配部件的任何其他硬金屬材料形成。裝配部件被安裝至管12和14，并橋連鄰近管12和14的相對端。薄金屬夾層16被插入裝配部件主體21以及管12和14之間。裝配部件主體21的內徑或管12和14的外徑攜帶鍍薄軟金屬的夾層16，其通過任何常規技術進行施加，合適地通過標準電鍍方法進行施加。薄金屬夾層16用粗黑實線表示。裝配部件和管之間的連接在機械鍛壓過程中形成，機械鍛壓過程是一種已知的技術。根據一個實施方式，管的外表面可用軟金屬電鍍。相同的軟金屬也可被電鍍在鍛壓裝配部件內部上。此后，對于鍛壓，裝配部件被放置在管上，上面覆蓋電鍍。鍛壓對減小了它的內表面直徑的裝配部件施加徑向或軸向壓縮擠壓力，使其緊貼中間層并到達管上。因此當撤掉壓縮鍛壓力時，裝配部件保持了它的緊壓在管上的新形狀，并且兩個管保持永久連接。對于徑向鍛壓，裝配部件通過鍛壓工具被直接壓縮或鍛壓到管上。對于軸向鍛壓，每個裝配部件環被安裝在管上，裝配部件主體被放置在管末端上，并且環隨后通過工具沿管的軸線被縱向移動至覆蓋裝配部件主體一部分的位置。隨后裝配部件通過環被壓縮或鍛壓到管上，導致其間的摩擦裝配。鍛壓后，使軟薄金屬夾層16變形成為管的一部分。因為中間金屬層在物理特性上比管或裝配部件更軟，使軟金屬層的部分流動或移動入如可能發現存在于裝配部件和管之間的任何空區域、空隙空間、劃痕、？L—不論多微小，由此改進裝配部件的電導。薄軟金屬涂層可被施加于兩部分，其中之一被施加于管的外表面上，另一個以相同的作用被施加于裝配部件的內表面上。用于形成夾層16的軟金屬可選自鋁、銅、鎵、銀、鎘、金、銻、鉬、錫、銦、銠、鉈、鉍、鉛、其合金，以及某些鋼合金。根據某些實施方式，軟金屬夾層可為從大約0. 000002至大約
0.015英寸，更具體地從大約0. 000010至大約0. 000050，并且在一些例子中為從大約0. 001至大約0.010英寸厚。本文描述的改進的裝配部件可用于在3000/5000 psi系統等中對于內嵌裝配部件(徑向鍛壓的、軸向鍛壓的、低溫冷凍的)和隔板(bulkhead)裝配部件的管連接。根據某些實施方式，本文描述的方法可在可用于飛行器組件的復合材料結構中使用。發生火花在包含燃料的飛行器部分中非常危險。FAA規章要求控制燃料箱中的點火源(包括由于雷電或靜電荷累積造成的火花發生)。普遍的規章標準可要求至多三個獨立保護特征，以防止點火源。本文描述的方法為裝配部件提供了增加的在裝配部件和管道之間的電導，以提供至少一個保護特征，抵抗作為點火源的火花發生和與之相關的潛在損害。在正文和圖中，公開了改進液壓裝配部件10、20上的電導的方法，包括提供具有內表面的液壓裝配部件10、20和具有外表面的液壓管12、14，其中裝配部件的內表面適于在與之有共軸關系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸；和在裝配部件10、20的內表面和管10、20的外表面之間并入軟金屬夾層16，其中軟金屬夾層16位于這樣的區域中，其中裝配部件10、20在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管12、14。在該方法的一個變體中，其中軟金屬選自招、銅、鎵、銀、鎘、金、鋪、鉬、錫、銦、錯、銘、秘、鉛、其合金，和鋼合金。在另一個變體中，其中軟金屬夾層16為大約0. 000002至大約0. 015英寸厚。還在另一個變體中，其中軟金屬夾層16存在于裝配部件10、20的內表面上。還在另一個變體中，軟金屬夾層16存在于管12、14的外表面上。在一個可選方案中，該方法進一步包括鍛壓裝配部件10、20和管12、14以將裝配部件10、20的內表面和管12、14的外表面進行接合和通過軟金屬夾層16進行電接觸。在一個變體中，該方法包括其中鍛壓包括徑向鍛壓或軸向鍛壓。還在另一個變體中，該方法包括其中軟金屬夾層16為大約0. 001至大約0. 010英寸厚并且軟金屬選自招、銅、鎵、銀、鎘、金、鋪、鉬、錫、銦、錯、銘、秘、鉛、其合金，和鋼合金。在一個實施例中，公開了提供預防發生火花作為保護特征以防止復合材料燃料箱中的點火源的方法，包括提供包括碳增強聚合材料和液壓系統的復合材料燃料箱，其中液壓系統包括具有內表面的液壓裝配部件10、20和具有外表面的液壓管12、14，其中裝配部件10、20的內表面適于在與之有共軸關系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸；和軟金屬夾層16被并入裝配部件10、20的內表面和管12、14的外表面之間，其中軟金屬夾層16位于這樣的區域中，其中裝配部件10、20在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管12、14。在一個變體中，其中軟金屬選自招、銅、鎵、銀、鎘、金、鋪、鉬、錫、銦、錯、I它、秘、鉛、其合金，和鋼合金。還在另一個變體中，其中軟金屬夾層16為大約0.000002至大約0.015英寸厚。還在另一個變體中，該方法包括其中軟金屬夾層16存在于裝配部件10、20的內表面。仍然在另一個變體中，該方法包括其中軟金屬夾層16存在于管12、14的外表面。在一個可選方案中，該方法進一步包括鍛壓裝配部件10、20和管12、14，以使裝配部件10、20的內表面和管12、14的外表面在壓力下接合和通過軟金屬夾層16進行電接觸。在一個可選方案中，該方法包括其中鍛壓包括徑向鍛壓或軸向鍛壓。還在另一個變體中，其中復合材料燃料箱為飛行器的一部分。在一個變體中，該方法其中與沒有夾層16的裝配部件10、20和管12、14相t匕，具有軟金屬夾層16的鍛壓提高了裝配部件10、20和管12、14之間的電接觸。在另一方面，公開了液壓系統，其中液壓系統包括具有內表面的液壓裝配部件
10、20 ;和具有外表面的液壓管12、14，其中裝配部件10、20的內表面適于在與之有共軸關系的管12、14的外表面的至少一部分上延伸；和軟金屬夾層16被并入裝配部件(10、20)的內表面和管12、14的外表面之間，其中軟金屬夾層16位于這樣的區域中，其中裝配部件10、20在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管12、14，并且與沒有夾層16的裝配部件10、20和管12、14相比，軟金屬夾層16提高了裝配部件10、20和管12、14之間的電接觸。在一個例子中，其中與沒有夾層16的裝配部件10、20和管12、14相比，提高的電接觸降低了來自雷電感生管電流的、裝配部件10、20和管12、14之間接觸上的電壓。還在另一個例子中，其中與沒有夾層16的裝配部件10、20和管12、14相比，雷電感生管電流處的裝配部件10、20和管
12、14之間接觸上的電壓降低減少了加熱并阻止在接觸中形成電弧和/或發生火花。本文描述的是改進的裝配部件，其特別可用于飛行器，并且其被構造以保護結構不受雷擊等。盡管本文描述的實施方式涉及用于飛行器中的部件，但本申請的方面可應用于其他結構諸如汽車、船等。盡管針對最小化雷擊影響已經顯示和描述了所公開的裝配部件和相關方法的不同方面，但本領域技術人員在閱讀說明書后可想到更改。本申請包括這種更改并僅通過權利要求的范圍進行限制。
權利要求
1.提供預防發生火花作為保護特征以防止復合材料燃料箱中的點火源的方法，其包括: 提供復合材料燃料箱，包括 碳增強聚合材料和 液壓系統，其中所述液壓系統包括具有內表面的液壓裝配部件(10、20)和具有外表面的液壓管(12、14)，其中所述裝配部件(10、20)的內表面適于在與之有共軸關系的所述管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸；和軟金屬夾層(16)被并入所述裝配部件(10、20)的內表面和所述管(12、14)的外表面之間，其中所述軟金屬夾層(16)位于這樣的區域中，其中所述裝配部件(10、20)在鍛壓或安裝后在壓力下接合所述液壓管(12、14)。
2.權利要求1所述的方法，其中所述軟金屬選自鋁、銅、鎵、銀、鎘、金、銻、鉬、錫、銦、銠、鉈、鉍、鉛、其合金，和鋼合金。
3.權利要求1或2任一項所述的方法，其中所述軟金屬夾層(16)為大約0.000002至大約0.015英寸厚。
4.所述權利要求1-3任一項所述的方法，其中所述軟金屬夾層(16)存在于所述裝配部件(10,20)的內表面上。
5.所述權利要求1-4任一項所述的方法，其中所述軟金屬夾層(16)存在于所述管(12、14)的外表面上。
6.所述權利要求1-5任一項所述的方法，進一步包括鍛壓所述裝配部件(10、20)和管(12、14)，以使所述裝配部件(10、20)的內表面和所述管(12、14)的外表面在壓力下接合并通過所述軟金屬夾層(16)進行電接觸。
7.所述權利要求1-6任一項所述的方法，其中所述鍛壓包括徑向鍛壓或軸向鍛壓。
8.所述權利要求1-7任一項所述的方法，其中所述復合材料燃料箱是飛行器的一部分。
9.所述權利要求1-8任一項所述的方法，其中與沒有所述夾層(16)的裝配部件(10、20)和管(12、14)相比，具有所述軟金屬夾層(16)的所述鍛壓增強了所述裝配部件(10、20)和管(12、14)之間的電接觸。
10.液壓系統，其中所述液壓系統包括 具有內表面的液壓裝配部件(10、20);和 具有外表面的液壓管(12、14)，其中所述裝配部件(10、20)的內表面適于在與之有共軸關系的所述管(12、14)的外表面的至少一部分上延伸；和軟金屬夾層(16)被并入所述裝配部件(10、20)的內表面和所述管(12、14)的外表面之間，其中所述軟金屬夾層(16)位于這樣的區域中，其中在鍛壓或安裝后在壓力下所述裝配部件(10、20)接合所述液壓管(12、14)，并且與沒有所述夾層(16)的裝配部件(10、20)和管(12、14)相比，所述軟金屬夾層(16)增強了所述裝配部件(10,20)和管(12,14)之間的電接觸。
11.權利要求10所述的液壓系統，其中與沒有所述夾層(16)的裝配部件(10、20)和管(12,14)相比，所述增強的電接觸降低了來自雷電感生管電流的、所述裝配部件(10、20)和管(12、14)之間接觸上的電壓。
12.權利要求11所述的液壓系統，其中與沒有所述夾層(16)的裝配部件(10、20)和管(12、14)相比，在所述雷電感生管電流處的裝配部件(10、20)和管(12、14)之間接觸上的所述電壓降低減少了加熱并阻止在所述接觸中形成電弧和/或發生火花。
13.一種根據權利要求10-12任一項所述的液壓系統，所述液壓系統在燃料箱內燃料蒸氣存在下提供防止發生火花的保護，以便通過所述權利要求1-9任一項提供防止發生火花以及由雷擊和其他電磁效應產生的損害的額外保護。
14.一種根據權利要求1-9任一所述的方法，所述方法改進所述液壓裝配部件(10、20)的電導，以防止在所述復合材料燃料箱內燃料蒸氣存在下的點火，從而提供防止發生火花和用于權利要求10-12任一項所述的液壓系統的其他電磁效應的額外保護。
15.改進的導電液壓裝配部件(10、20)，所述導電液壓裝配部件(10、20)提供了由在所述權利要求1-9任一項中描述的方法提供的防止燃料蒸氣發生火花的保護，并在所述權利要求10-12任一項中描述的系統的任一個中進行說明。
全文摘要
本發明的名稱是利用軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導。通過在裝配部件和液壓管之間并入軟金屬夾層改進液壓裝配部件上的電導的方法，其中軟金屬夾層位于這樣的區域中，其中裝配部件在鍛壓或安裝后在壓力下接合液壓管。
文檔編號F16L25/01GK103062542SQ20121041039
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者E·權, M·E·羅拉巴赫, B·A·約翰森, J·P·歐文, R·E·費希爾 申請人:波音公司