具有改进组件的双壳防雷帽

技术领域

本发明涉及一种用于密封附接到飞行器的结构体的附接元件的防雷帽(lightning protection cap)。本发明还涉及一种附接装置，该附接装置旨在附接到包括这种防雷帽的飞行器结构体。

背景技术

许多飞行器都具有位于其机翼下方的燃料箱。这些燃料箱经常用作辅助燃料箱并且通过附接元件被附接到飞行器的机翼。这些通常由金属制成的附接元件由于它们的位置而很可能代表雷击飞行器时的冲击点。考虑到燃料箱被雷击的危险，在现有技术中已经提出了可以将防雷帽附接到该附接元件，这些附接元件通常是铆钉或螺栓。这种帽的主要功能是保护它们所附接的附接元件免受雷击。然而，考虑到这些雷击的能量以及它们重复发生的事实，有时在相同的附接元件上，必须采取额外的预防措施来避免燃料泄漏以及与这种泄漏相关的后果，特别是火灾的风险。

文献WO 2013/178985 A1提出了被设计为用于解决这个问题的防雷帽。该防雷帽具有两个壳体，一个是内壳体和一个是外壳体，这两个壳体呈钟形并由填充有密封材料的空腔分开。在这方面，外壳体包括在钟形的上表面上的开口，该开口用于在组装这两个壳体后用该密封材料填充空腔。然而，在填充空腔之前，必须消除内壳体和外壳体之间的间隙，以防止由于外壳体相对于内壳体的任何位移而使密封材料出现不均匀。

在文献WO 2013/178985 A1中已经提出了各种解决方案来解决这个问题。第一种解决方案包括构造内壳体，使得其外表面的某些部分形成抓持装置，一旦外壳体扣合到该内壳体上，该抓持装置提供用于将外壳体钩到内壳体上的表面。这种解决方案不能防止内壳体和外壳体之间的角游隙。此外，两个部件竖直装配在壳体上产生的应力可能超过所用材料的弹性极限，特别是对于最小基准是如此的。这大大增加了制造防雷帽时壳体破裂的风险。第二种解决方案是在将密封材料引入空腔之前，将两个壳体焊接或胶合在一起。然而，除了将外壳体扣合到内壳体上的步骤之外，该解决方案还包括胶合或焊接步骤。第三种解决方案是用单个部件代替两个壳体，该单个部件例如通过增材制造来生产。然而，考虑到壳体形状的复杂性，不言而喻，以这种方式制造防雷帽的成本非常高。

最近，在改进外壳体和内壳体的组装方面做出了努力。GB 2568069 A公开了一种包括内壳体和外壳体的防雷帽，在外壳体上设置有用于将外壳体组装到内壳体的装置。该内壳体包括三个均匀间隔的槽，外壳体的突起可以穿过这些槽，以允许外壳体到达预组装位置。一旦到达该位置，外壳体的突起就能够围绕帽的轴线L旋转，容纳在内壳体的脊部下面并停留在该脊部的下表面上直到这些突起到达内壳体的突起。无法保证外壳体不会相对于内壳体旋转。这是因为外壳体的突起是通过摩擦而被保持到内壳体的突起。因此，如果突起非常坚硬和/或部件不能精确配合，组装会很困难和/或不精确。此外，因为内壳体和外壳体是通过摩擦组装的，所以在该文献中提出的解决方案关注点为提供尽可能高的摩擦阻力，例如使组装者能够在突起重叠时检测接触，并因此增加两个壳体之间的接触区。因此，在所示的示例中提供了三个接触区。

本发明提供了一种组装既简单又可靠的双壳防雷帽。

发明内容

在这点上，本发明提供了一种防雷帽，该防雷帽用于密封附接到飞行器的结构体的附接元件，该防雷帽包括内壳体和外壳体，该内壳体限定用于接纳该附接元件的内部容积，该外壳体被配置成覆盖该内壳体，该内壳体和外壳体包括互补的第一附接装置和第二附接装置，该第一附接装置和第二附接装置能够配合以使得该外壳体能够与该内壳体接合。

根据本发明的防雷帽的特征在于，内壳体或外壳体中的一者包括第二附接装置，该第二附接装置包括至少一个凸耳，并且内壳体和外壳体中的另一者包括第一附接装置，该第一附接装置包括斜坡部(ramp)和与该斜坡部分离的突起(protuberance)，以便在该斜坡部和该突起之间形成容置部(housing)，该斜坡部被配置成当外壳体相对于内壳体旋转时允许该凸耳滑动直到该容置部，从而相对于该内壳体成角度地锁定该外壳体。

当外壳体到达其最终位置时，该至少一个凸耳保持固定在容置部中。容置部在该容置部一侧由斜坡部侧向地界定，并且在该容置部的另一侧由突起侧向地界定，这使得外壳体能够相对于内壳体成角度地锁定，从而确保防止外壳体相对于内壳体旋转。此外，内壳体与外壳体之间的接触点非常局部化，这限制了外壳体永久变形甚至破裂的风险。此外，从凸耳到容置部的通路是通过斜坡部，这允许外壳体在组装过程中逐渐变形。

根据本发明的各种特征，这些特征可以结合在一起或单独使用：

-第一附接装置包括由突起和斜坡部形成的单个组件，该突起与该斜坡部分离以形成容置部；

-容置部包括上止挡部，并且该至少一个凸耳包括边缘，当外壳体相对于内壳体成角度锁定时，该边缘抵靠该止挡部，以便还相对于该内壳体轴向地锁定该外壳体；

-第二附接装置包括多个凸耳，该多个凸耳围绕该外壳体的内表面的圆周分布；

-包括该第一附接装置的壳体还包括多个突起，该多个突起围绕该壳体的外表面的圆周分布；

-内壳体和外壳体由聚乙烯亚胺制成；

-外壳体是钟形的；

-外壳体包括扩口部分和圆顶，该圆顶位于该扩口部分上方(surmounting)，一个或多个凸耳位于该扩口部分处；

-内壳体包括圆柱形部分和圆顶，该圆顶位于该圆柱形部分上方，滑动式斜坡部、突起和容置部位于该圆柱形部分处；

-包括第一附接装置的壳体还包括限定斜坡部、突起和容置部的环形突起。

本发明还涉及一种附接装置，该附接装置旨在附接到飞行器结构体，该附接装置包括附接元件和如前所述的防雷帽，其中，该防雷帽安装在该附接元件上以便覆盖该附接元件。

附图说明

本发明的进一步目的和特征将在下面的参考附图的描述中变得更加清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的防雷帽的内壳体和外壳体处于分解构造的立体仰视图；

-图2a是根据本发明的防雷帽的内壳体的立体仰视图；

-图2b是根据本发明的防雷帽的内壳体的立体俯视图；

-图3是根据本发明的防雷帽处于组装位置的侧视图；

-图4是根据本发明的防雷帽的截面视图，示出了外壳体和内壳体的某些附接装置；

-图5示出了根据本发明的防雷帽在外壳体锁定到内壳体之前的组装阶段；

-图6示出了根据本发明的组装防雷帽，直到外壳体锁定在内壳体上所涉及的步骤，这些步骤在图5中的步骤之后。

具体实施方式

本发明涉及一种防雷帽1，该防雷帽用于密封附接到飞行器的结构体的附接元件。像在本详细描述的序言中描述的防雷帽一样，根据本发明的防雷帽1具有双重作用，因为该防雷帽不仅旨在保护与其相关联的附接元件，而且万一该附接元件在雷击后产生任何裂缝，该防雷帽还旨在保证飞行器结构体在附接元件处的水密性。

防雷帽1包括内壳体10和外壳体20，它们的特征将在下面详细描述。如图1所示，防雷帽被拆解，使得更容易区分内壳体10和外壳体20的各自特征。

内壳体10限定了被设计成接纳附接元件的内部容积。因此，内部容积的形状和尺寸适合于所使用的附接元件的几何形状，并且在本说明书中将不再进一步描述。然而，图1所示的从内壳体10下方观察的立体图能够区分该壳体的某些元件。内壳体10包括多个钩接装置19，这些钩接装置被配置成使得该内壳体10能够附接到与其相关联的附接元件。在所示的示例中，钩接装置19呈舌状物的形式，优选规则地围绕内壳体的内表面10a的圆周布置。再次根据所示的实施例，每个舌状物在其一端具有钩形突起，使舌状物具有钩形突出部的外观。因此，每个舌状物可以可靠且牢固地附接到与其相关联的附接元件。

此外，如图2a和图2b所示，内壳体10包括圆柱形部分12和位于圆柱形部分12上方的圆顶11。圆顶11包括多个预定形状的空腔18，从而在外壳体20与内壳体10组装在一起时，产生足以允许密封材料在内壳体10和外壳体20之间流动的壳间容积。壳间容积是当外壳体20与内壳体10组装在一起时内壳体10与外壳体20之间的容积。前述的钩接装置19位于圆柱形部分12的内表面10a上。

外壳体20被设计成覆盖内壳体10。在附图所示的示例中，外壳体20包括扩口部分22和位于扩口部分上方的圆顶21，使该外壳体呈钟形。从图3中可以更清楚地看到，外壳体的圆顶21具有与内壳体10的圆顶11的曲率基本相同的曲率，但是不包括空腔，这界定了允许密封材料被引入壳间容积的容积，但是这不是必须的。在实践中，应尽可能相对于内壳体10的形状和尺寸评估外壳体20的形状和尺寸，且反之亦然。在这方面，外壳体20还包括位于其圆顶21顶部处的开口25，该开口在制造过程中形成密封材料用的通道。也就是说，外壳体20除了其形状之外，还具有合适的尺寸以使该外壳体能够围绕内壳体10定位。

根据本发明，内壳体10和外壳体20包括互补的附接装置14、15、16、16a、23和23a，这些附接装置能够配合以使得外壳体20能够接合在内壳体10上。更具体地，内壳体10和外壳体20中的一者包括附接装置14、15、16和16a，这些附接装置尽管不同于另一壳体的附接装置23和23a，但在功能上依赖于另一个壳体的该附接装置23和23a。换句话说，附接装置14、15、16和16a以及附接装置23和23a彼此互补，以使外壳体20能够围绕内壳体10固定。在本说明书的剩余部分中，“第一附接装置”将指附接装置14、15、16和16a，“第二附接装置”将指附接装置23和23a。

根据本发明的第一实施例，内壳体10包括第一附接装置，而外壳体20包括第二附接装置。该实施例是图1至图6的d的主题。第一附接装置包括斜坡部14和与斜坡部14分离的突起15，以形成容置部(housing)16。

在所示的实施例中，斜坡部14的形状类似于顶部被截平的斜棱锥。被截平的斜棱锥就该术语的几何意义而言具有位于内壳体的外表面10b的高度处的基部。同样就几何意义而言，被截平的斜棱锥的高度对应于将棱锥的截顶与内壳体的外表面10b分开的距离。还应该指出的是，斜坡部14由于具有预定的倾斜度而倾斜，在这种情况下有利地朝向容置部16。在这方面，棱锥顶部的截断部有利地是倒圆的或弯曲的，这与斜坡部14的倾斜一起有助于形成一个表面，该表面被称为滑动表面，从而允许多个第二附接装置中的一个第二附接装置的渐进移位。我们将在后面的描述中回述这一点。也就是说，斜坡部14的形状不受限制，并且可以采用任何其它期望的形状，只要它伴随着前述第二附接装置在容置部16中的运动，并且如将在下面解释的那样，形成该第二附接装置用的横向止挡部。

容置部16在一侧由斜坡部14横向界定，且在另一侧由突起15横向界定。该容置部包括由界定该容置部的斜坡部14的侧面形成的第一横向止挡部16b(图3)和由界定该容置部的突起15的侧面形成的第二横向止挡部16c(图2a、图3和图4)。这使得外壳体20能够连接到内壳体10，而在内壳体10与外壳体20之间没有任何角游隙。换句话说，当外壳体20围绕内壳体10旋转时，这种配置允许外壳体20相对于内壳体10成角度地锁定。

在这方面，容置部16除了占据斜坡部14和突起15之间的中间位置，该容置部非常有利地具有调节到第二附接装置23和23a的尺寸的尺寸。当第一横向止挡部16b和第二横向止挡部16c尽可能靠近外壳体20的附接装置23的侧面时，容置部16的尺寸被“调节”到第二附接装置23和23a的尺寸，使得在任何情况下附接装置都围绕内壳体10被锁定。此外，像斜坡部14一样，容置部16的形状不限于所示的设计。在本发明的上下文中重要的是，容置部16的尺寸被设定成使得外壳体20能够以一定角度锁定到内壳体10。

在所示的实施例中，突起15接近六边形半棱柱的形式，该突起的基部在内壳体的外表面10b的高度处，并且该突起的高度优选地基本上等于斜坡部14的高度，基部和高度就术语的几何意义来理解。这里的高度对应于六边形半棱柱的底面和离底面最远的面之间的距离。像斜坡部14和容置部16一样，突起15的形状不受限制，重要的是突起15被配置成形成凸耳23用的横向止挡部，这通过使其简单地存在于容置部16的一侧来实现。

从图中可以看出，斜坡部14、突起15和容置部16位于内壳体10的外表面10b上的圆柱形部分12处。斜坡部、突起和容置部基本上与第二附接装置成相同的角度对准，第二附接装置本身位于外壳体20的内表面20a上的扩口部分22处，这使得斜坡部、突起、容置部和第二附接装置能够配合并随后将外壳体20锁定到内壳体。这尤其可以在图3中看到，图3示出了根据本发明的处于组装构造的防雷帽1。

现在回到图1，图1从下方示出了位于外壳体20上的第二附接装置23中的一些第二附接装置。第二附接装置23包括至少一个凸耳。优选地，第二附接装置包括围绕外壳体20的内表面20a的圆周分布的多个凸耳。这增加了外壳体20在第一次尝试时锁定在内壳体10周围的可能性，因此简化了根据本发明的防雷帽1的组装。如下文所述，凸耳23的数量越多，多个凸耳中一个凸耳到达预组装位置的概率就越大。

在所示的实施例中，凸耳23的形状近似于截棱锥的形状，不过它们不一定具有所示的形状。每个凸耳23的横向角度尺寸(即，每个凸耳的宽度)根据容置部16的尺寸进行调节。换句话说，每个凸耳23的宽度基本上等于将第一横向止挡部16b与第二横向止挡部16c分开的距离，但是不超过该距离，这使得将到达容置部16的凸耳23能够被锁定在第一横向止挡部16b和第二横向止挡部16c之间，并且因此使得外壳体20能够在该内壳体10和外壳体20之间没有任何角游隙的情况下围绕内壳体10旋转。作为凸耳23的替代，可以使用钩子。在这种情况下，具有形状更适合这种构造的容置部16是更合适的。如上所述，在任何情况下，第二附接装置的形状都不是限制性的。第二附接装置的形状只需要适应容置部16的大小即可。

下面参照图5的a至图6的d描述根据本发明的防雷帽1的组装。

在第一步中，某些关键时刻在图5的a、图5的b和图5的c中示出，外壳体20被竖直地插入到内壳体10上。优选地，如图5的a所示，凸耳23与圆顶11中的空腔18对齐。换句话说，选择外壳体20相对于内壳体10的位置，使得当外壳体20放置在内壳体10上时，凸耳23面向空腔18。如下所述，空腔18还用作索引装置，并有助于外壳体20相对于内壳体10的预组装。然而，标记装置可以在不影响上述组装的情况下设置在内壳体10上。例如，两个径向相对的凹槽可以位于圆柱形部分12上，与外壳体上的凸耳23相对应。

图5的c等同于图6的a，除了图5的c是防雷帽的截面视图，而图6的a是立体图。在图6的a中，外壳体20相对于内壳体10定位，从而处于被称为预组装位置的位置。这个位置之所以被称为预组装位置是因为它是外壳体20在围绕内壳体10旋转之前所处的位置。在这方面，内壳体10包括邻近斜坡部14的预组装区13。当多个凸耳23中的一个凸耳与预组装区13对应时，即与该预组装区13相对时，外壳体20处于预组装位置。实际上，正如我们已经看到的，多个凸耳围绕外壳体的内表面20a的圆周分布，这增加了装配者一做出第一个手势，多个凸耳23中的一个凸耳就会到达预组装区13的可能性。一旦外壳体20到达预组装位置，所讨论的凸耳23被适当地定位，以使外壳体20围绕内壳体旋转。

然后，如图6的b所示，外壳体20围绕内壳体10旋转。凸耳23逐渐滑出预组装区13(图6的a)至斜坡部14(图6的b)，然后在斜坡部14的滑动表面(未示出)上滑动，之后到达容置部16(图6的c，也参见图3)。当凸耳23越过斜坡部14时，适度的应力被施加在内壳体10和外壳体20上。该应力导致内壳体10和外壳体20的轻微变形。这些壳体有利地由聚乙烯亚胺(polyethyleneimine，PEI)制成，这使得它们能够承受环形应力，同时在泄漏的情况下保持足够的耐燃料性。一旦凸耳23位于容置部16中，横向止挡部16b和16c相对于凸耳23的布置使得外壳体20能够被锁定，防止相对于内壳体10旋转。也就是说，内壳体10和外壳体20也可以由聚酰胺11或聚酰胺12制成。虽然这两种材料非常相似，但聚酰胺11具有可再生来源和具有更好机械性能的优势。与聚酰胺12相比，聚酰胺11具有更好的抗冲击性和耐磨性，从而使用寿命更长。

在这个阶段，可能值得指出的是，第一附接装置和第二附接装置之间的配合提供了如此可靠的角度锁定，以致于不需要向由斜坡部14和突起15形成的组件添加由第二斜坡部和第二突起形成的第二组件，该第二突起通过第二容置部与第二斜坡部分离。换句话说，当外壳体围绕内壳体旋转时，由斜坡部14和突起15组成的单个组件足以将外壳体20以一定角度锁定到内壳体10。此外，这是非常有利的，因为使用由斜坡部14和突起15形成的单个组件进一步限制了外壳体经由相关凸耳23永久变形和破裂的风险。

也就是说，可以使外壳体20与内壳体10的组装更加可靠。在这方面，如图4所示，容置部16包括上止挡部16a，当外壳体20相对于内壳体10以一定角度锁定时，凸耳的边缘23a能够与该上止挡部接触。这将外壳体20轴向锁定到内壳体10。上面提到的轴线是根据本发明的防雷帽1的纵向X轴线。因此，一旦凸耳23到达容置部16，内壳体10和外壳体20就不再能够相对于彼此移动，因为凸耳23被锁定在容置部16中(通过作为止挡部的斜坡部14和突起15的角度锁定，以及通过上止挡部16a的轴向锁定)。换句话说，只有本发明的防雷帽1的退化(即，确定的结构改变)才会允许内壳体和外壳体再次相对于彼此移动。由于存在横向止挡部16b和16c、以及上止挡部16a，因此需要非常大的力来实现这一目标，这在本发明的上下文下显然是不希望的。

应该注意的是，凸耳23的面向容置部16的底部的面不需要靠在容置部16的底部上，容置部16的底部对应于容置部16的位于内壳体10的外表面10b的高度处的面。边缘23a与容置部的上止挡部16a之间的接触区确保平移锁定得以保持。在这方面，在所示实施例中，上止挡部16a由环形突起11a形成，该环形突起在邻接圆顶11和圆柱形部分12的区域中围绕内壳体10的整个圆周延伸。因此，环形突起11a位于内壳体的圆顶11的基部处。除了容置部16之外，环形突起11a还界定了斜坡部14和突起15，特别是它们各自的上表面。

还应该注意，凸耳的高度H

此外，如果第一附接装置14、15和16与第二附接装置23和23a的组合足以实现本发明的目的，则可以使壳体的组装更加刚性。除了突起15之外，内壳体10可以包括分布在内壳体的外表面10b上的多个其它突起17。有利地，其它突起17的形状可以类似于与斜坡部14和容置部16相关联的突起15的形状。有利的是，其它突起17使得径向压力能够施加在外壳体20上，从而加强了这些壳体的组装。附带地，如图3所示，其它突起17也可以作为凸耳23用的支承表面。然而，这种布置对于实现本发明的目的不是强制性的。外壳体20相对于内壳体10的角度锁定通过凸耳23在容置部16中、特别是在横向止挡部16b和16c之间的锁定来确保。

应当注意，当内壳体10和外壳体20以这种方式组装时(图3和图6的d)，除了空腔18所在的区域之外，内壳体的外表面10b和外壳体的内表面20a相互接触。作为提醒，空腔产生足够的壳间容积，以允许密封材料在内壳体10与外壳体20之间流动。内壳体10与外壳体20之间的接触区也加强了壳体的组装。

在根据本发明的防雷帽的第二实施例中，外壳体20包括第一附接装置，而内壳体10包括第二附接装置。然而，第二实施例的实现不如第一种方法实用。简单地确保交换第一附接装置与第二附接装置以及其它突起17，则第一附接装置位于外壳体的内表面20a上，第二附接装置位于内壳体的外表面10b上。此外，关于内壳体10和外壳体20的形状和尺寸的所有描述继续适用，具体的示例也是如此。

因此，在第二实施例中，用于密封附接到飞行器的结构体的附接元件的防雷帽1包括内壳体10和外壳体20，该内壳体10界定了旨在接纳附接元件的内部容积，该外壳体被配置成覆盖内壳体10。内壳体10和外壳体20包括互补的第一附接装置14、15、16和16a以及第二附接装置23和23a，这些附接装置能够配合以使得外壳体20能够接合在内壳体10上。

根据第二实施例的防雷帽1的特征在于，内壳体10包括第二附接装置23和23a，该第二附接装置23和23a包括至少一个凸耳23，并且外壳体20包括第一附接装置14、15和16，该第一附接装置包括斜坡部14和与斜坡部14分离的突起15，以便在斜坡部14与突起15之间形成容置部16，该斜坡部14被配置成当外壳体20相对于内壳体10旋转时允许凸耳23滑入容置部16，从而相对于内壳体10成角度地锁定外壳体20。

本发明还涉及一种旨在附接到飞行器结构体的附接装置，该附接装置包括附接元件和如前所述的防雷帽。这些附接元件可以是螺栓、螺钉等的头部。防雷帽1安装在这些附接元件上，以便覆盖该附接元件。