Результат интеллектуальной деятельности: УЛУЧШЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ НА ФИТИНГАХ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО СЛОЯ ИЗ МЯГКОГО МЕТАЛЛА

Предшествующий уровень техники

Данная патентная заявка относится к способам улучшения проводимости на фитингах гидравлической системы путем введения промежуточного слоя из мягкого металла между фитингом и трубопроводом гидравлической системы.

Обычно фитинги (JPH 11280580) применяют для соединения металлических труб и патрубков, одна в другую, такое соединение нашло повсеместное применение во многих областях техники, например в аэрокосмической промышленности, при транспортировке топлива, в гидравлических системах подачи топлива в самолете или космическом аппарате. В данных применениях важным является безопасное соединение между фитингом и трубами, чтобы выдерживать без поломки вибрацию и другие неблагоприятные явления.

Ранее для соединения труб, одна с другой, были разработаны различные фитинги. При использовании одного типа фитинга к фитингу и трубе прилагали радиальное усилие обжатия, которое могло быть выполнено снаружи, т.е. вокруг фитинга, или внутренне, т.е. внутри трубы. В любом случае радиальное усилие обжатия приложено инструментом непосредственно к фитингу и трубе. В некоторых устройствах внутренняя поверхность фитинга имеет множество разнесенных по оси кольцевых канавок или зубьев, по которым деформируется материал трубы инструментом обжатия для получения обжатого соединения. В других устройствах криволинейная конфигурация или конфигурация неправильной формы на наружной поверхности фитинга перенесена на внутреннюю поверхность фитинга, что позволяет деформировать трубу и создавать на ней неправильную конфигурацию, и, тем самым, осуществлять соединение.

Другой вид фитинга содержит цилиндрическую соединительную муфту, имеющую коническую наружную поверхность и цилиндрическую внутреннюю поверхность для приема трубы. Деформирующее кольцо окружает муфту, при этом оно имеет коническую внутреннюю поверхность, которая выполнена соответствующей для конической наружной поверхности муфты и входит с ней в зацепление. Перед обжатием деформирующее кольцо располагают снаружи по отношению к муфте, так что деформирующим кольцом радиальное усилие не передается муфте. Во время обжатия деформирующее кольцо аксиально перемещают в прямом направлении поверх муфты, так что взаимодействие конических поверхностей на кольце и муфте создает направленное внутрь радиальное усилие, деформирующее соединительную муфту и трубу с образованием между ними обжатого соединения. Данные фитинги, в общем, относятся к фитингам, обжатым по оси.

Пластмассовые материалы, армированные углеродным волокном ("carbon fiber reinforced plastic - CFRP"), широко применяются, вместо алюминия, для изготовления панелей обшивки и иных конструктивных элементов пассажирских самолетов. CFRP-материалы являются предпочтительными по сравнению с алюминием из-за более высокого отношения прочность/вес, что обеспечивается углеродными композиционными материалами. Однако по сравнению с материалами из алюминия CFRP-материалы обладают меньшей защитой от электромагнитного воздействия в системах, установленных внутри конструктивных элементов, в том числе от разрядов молний. В результате, проводящие системы, находящиеся внутри топливного резервуара, могут быть подвержены воздействию более высокого тока, индуцированного в случае возникновения разряда молнии. Обычные фитинги гидравлической системы, расположенные внутри топливного резервуара, выполненного из композиционного материала, не всегда могут быть способны провести более высокий ток, вызванный разрядом молнии, на самолет из CFRP-материала без искрообразования. В самолете такое искрообразование недопустимо при наличии легковоспламеняющихся паров, являющихся источником возгорания, примером этому может служить присутствие паров топлива в топливном резервуаре. Таким образом, применение CFRP-материалов требует специального рассмотрения с точки зрения воздействия на них разрядов молний и других электромагнитных явлений (ЕМЕ). Это особенно важно в конструкции крыла, где металлический трубопровод подачи топлива и гидравлический привод проходят через топливный резервуар.

Современные решения предусматривают применение изоляторов из коротких участков трубопровода, которые могут быть использованы для прерывания электрического тока, в то же самое время допускают поток текучей среды. Данные изоляторы обеспечивают участок высокого электрического сопротивления, который ограничивает течение электрического тока между двумя соединениями фитингов, но позволяет постепенную диссипацию электростатического заряда. Однако исследования альтернативных способов, направленных на обеспечение дополнительной защиты от искрового воспламенения, влекущего за собой выход оборудования из строя и вызванного разрядами молнии и другими электромагнитными явлениями, продолжаются.

Соответственно специалисты в данной области техники продолжают вести поиск новых технологий для предотвращения выхода оборудования из строя в результате воздействия разрядов молний.

Краткое описание сущности изобретения

По первому аспекту изобретения раскрыт способ улучшения проводимости между трубопроводом гидравлической системы и фитингом путем введения промежуточного слоя из мягкого металла между фитингом и трубопроводом, при этом промежуточный слой из мягкого металла располагают в области, где фитинг входит в зацепление с трубопроводом гидравлической системы в результате обжатия или монтажа.

В соответствии с конкретным аспектом настоящего изобретения проводимость на фитинге гидравлической системы улучшена за счет обеспечения фитинга гидравлической системы, имеющего внутреннюю поверхность, и трубопровода гидравлической системы, имеющего наружную поверхность, при этом внутреннюю поверхность фитинга приспосабливают к продолжению над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода в коаксиальной взаимосвязи с ним; при этом между внутренней поверхностью фитинга и наружной поверхностью трубопровода введен промежуточный слой из мягкогометалла, при этом промежуточный слой из мягкого металла располагают в области, где фитинг входит в зацепление с трубопроводом гидравлической системы в результате обжатия или монтажа.

В соответствии с другим аспектом изобретения данная заявка направлена на топливный резервуар, изготовленный из армированного углеродом полимерного материала и имеющий гидравлическую систему, установленную на резервуаре. Гидравлическая система содержит фитинг гидравлической системы, имеющий внутреннюю поверхность, и трубопровод гидравлической системы, имеющий наружную поверхность, при этом внутренняя поверхность фитинга приспособлена к продолжению над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода в коаксиальной взаимосвязи с ним. Между внутренней поверхностью фитинга и наружной поверхностью трубопровода введен промежуточный слой из мягкого металла, при этом промежуточный слой из мягкого металла расположен в области, где фитинг входит в зацепление с трубопроводом гидравлической системы в результате обжатия или монтажа. Будучи связанной с некоторыми вариантами осуществления, гидравлическая система не имеет изоляторов и позволяет индуцированному молнией току протекать по трубопроводу ("протекающий по трубопроводу индуцированный молнией ток"). Целью промежуточного слоя из мягкого металла является улучшение электрической проводимости между фитингом и трубопроводом и, следовательно, подавление дугового разряда и/или искрообразования по время переходов индуцированного молнией тока через соединение трубопровода с недопущением возникновения источника воспламенения внутри топливного резервуара.

Другие аспекты раскрытых способов минимизации последствий от разрядов молний станут более понятными из последующего описания, сопровождаемого чертежами и приложенной формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - частичный разрез радиально обжатого, расположенного в линию фитинга гидравлической системы, согласно одному аспекту данной заявки;

Фиг.2А - частичный разрез обжатого по оси, расположенного в линию фитинга гидравлической системы, согласно одному аспекту данной заявки, до обжатия; и

Фиг.2В - частичный разрез обжатого по оси, расположенного в линию фитинга гидравлической системы, согласно одному аспекту данной заявки, после обжатия.

Подробное описание сущности изобретения

Согласно одному аспекту данная заявка направлена на способ улучшения проводимости по фитингам гидравлической системы, предусматривающий этап, на котором между фитингом и трубопроводом гидравлической системы вводят промежуточный слой мягкого металла. Согласно конкретным вариантам осуществления изобретения, промежуточный слой мягкого металла располагают в области, где фитинг входит в зацепление с трубопроводом гидравлической системы в результате обжатия или монтажа под давлением.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения данная заявка направлена на способ улучшения проводимости по фитингам гидравлической системы путем предоставления гидравлического фитинга, имеющего внутреннюю поверхность, и трубопровода гидравлической системы, имеющего наружную поверхность, при этом внутреннюю поверхность фитинга адоптирована таким образом, что продлена над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода, в коаксиальной взаимосвязи с ним; и между внутренней поверхностью фитинга и наружной поверхностью трубопровода вводят промежуточный слой мягкого металла, при этом промежуточный слой мягкого металла располагают в области, где фитинг входит в зацепление с трубопроводом гидравлической системы в результате обжатия или монтажа под давлением.

Описанные здесь способы являются чрезвычайно полезными в отношении фитингов, применяемых в топливных резервуарах и изготовленных из композиционных материалов. Как известно специалистам в данной области техники, "композиционная" структура содержит множество слоев из конструкционной ткани внутри матрицы из смолы. Пластмассовые материалы, армированные углеродным волокном (CFRP - Carbon Fiber Reinforced Polymer), являются одним примером подходящих конструкционных тканей. Волокна в CFRP являются в некоторой степени проводящими, но не настолько проводящими, как алюминий. Благодаря собственному сопротивлению композиционных материалов, по сравнению с алюминием, опасность прямых и косвенных воздействий молнии в топливном резервуаре из CFRP существенно повышена по сравнению с опасностью в случае применения резервуара из алюминия. В результате проводящие системы внутри топливного резервуара из CFRP могут быть вынуждены нести большую долю тока, индуцированного в случае воздействия разряда молнии. Обычные фитинги гидравлической системы внутри композитного топливного резервуара не всегда способны противостоять опасностям, исходящим от более значительного тока молнии, без искрообразования или воспламенения топлива. Введение тонкого промежуточного слоя из мягкого металла в фитинги может улучшить проводимость через обычные фитинг и подавить дуговой разряд и/или искрообразование в трубопроводе до соединений фитингов, допуская применение фитингов в топливном резервуаре из композиционного материала для переноса тока при разряде молнии без необходимости применения линейных изоляторов. Кроме того, введение в фитинг гидравлической системы тонкого промежуточного слоя из мягкого металла облегчает создание системы, которая будет соответствовать пункту 25.981 Федеральных авиационных правил (FAR 25.981).

Фиг.1 изображает разрез радиально обжатого и расположенного в линию фитинга 10 гидравлической системы, выполненного согласно одному аспекту данной заявки. Фитинг 10 гидравлической системы может быть применен для соединения двух труб 12 и 14, которые выровнены по осям одна относительно другой и образуют канал для текучей среды. Трубы 12 и 14 могут быть изготовлены из титана или любого другого металлического материала для труб. Фитинг 10 гидравлической системы может быть изготовлен из титана или из любого твердого металлического материала, традиционного для изготовления фитингов. Фитинг смонтирован на трубах 12 и 14 и он соединяет противостоящие концы соседних труб 12 и 14.

Фитинг 10 выполнен с соблюдением, в общем, принципов цилиндрической геометрии, и он обеспечивает подгонку концов труб 12 и 14, соединяя их секции в единую линию текучей среды. Фитинг выполнен с утолщением куполовидной формы на каждом конце и с сужениями на каждой стороне утолщения для обеспечения участков на каждом конце фитинга, которые имеют уменьшенный наружный диаметр. Проще говоря, будучи обжатым, утолщения вдавлены обжимным инструментом в трубопровод, образуя вмятины, которые закрепляют трубу на месте. Либо внутренний диаметр фитинга 10, либо наружный диаметр труб 12 и 14 несет на себе тонкий покрывающий промежуточный слой 16 из мягкого металла, который наносится по любой традиционной технологии, в этом случае применимы стандартные способы гальванического покрытия. Тонкий металлический промежуточный слой 16 показан в виде толстой сплошной черной линии.

Фиг.2А изображает частичный разрез обжатого по оси и расположенного в линию фитинга 20 гидравлической системы до обжатия, согласно другому аспекту данной заявки. Фиг.2В изображает частичный разрез обжатого по оси и расположенного в линию фитинга 20 гидравлической системы после обжатия. Фитинг 20 гидравлической системы может быть применен для соединения двух труб 12 и 14, которые выровнены по оси одна относительно другой и образуют единый канал для текучей среды. Фитинг 29 включает в себя корпус 21 фитинга, а также содержит пару зажимных колец 22 и 24, которые являются обычными по конструкции и назначению. Каждое кольцо также является, в общем, цилиндрическим по своей форме, отвечает требованиям внутренней, в общем, цилиндрической геометрии, их первоначально устанавливают поверх трубы и они входят в зацепление с участками 26 и 28 расширенного диаметра на корпусе 21 фитинга. Проще говоря, будучи обжатыми, расширенные участки корпуса вжимаются кольцами в трубу, образуя вмятины, которые закрепляют трубу на месте, как это представлено на Фиг.2В. Фитинг 20 гидравлической системы может быть изготовлен из титана или любого твердого металлического материала, традиционного для изготовления фитингов. Фитинг смонтирован на трубах 12 и 14 и соединяет противостоящие концы соседних труб 12 и 14.

Тонкий металлический промежуточный слой 16 помещен между корпусом 21 фитинга и трубами 12 и 14. Либо внутренний диаметр корпуса 21 фитинга, либо наружный диаметр труб 12 и 14 несет на себе тонкий покрывающий промежуточный слой 16 из мягкого металла, который наносится по любой традиционной технологии, в этом случае применимы стандартные способы гальванического покрытия. Тонкий металлический промежуточный слой 16 показан в виде толстой сплошной черной линии.

Соединение между фитингом и трубой выполнено способом механического обжатия по известной технологии. Согласно одному варианту осуществления изобретения наружная поверхность трубы может быть покрыта мягким металлом. Точно такой же мягкий металл может быть нанесен на внутреннюю поверхность фитинга. После этого, для обжатия, фитинг размещают на трубе, перекрывая покрытие, после чего обжимают места сжатия радиальной или осевой сдавливающей обжимающей нагрузкой, которая уменьшает диаметр его внутренней поверхности, запрессовывая его в промежуточный слой и через него в трубу. В результате этого, когда снимают сдавливающую обжимающую нагрузку, фитинг сохраняет свою новую форму, плотно прижимаясь к трубопроводу, и две трубы остаются постоянно соединенными. В случае радиального обжатия фитинг сдавливают или обжимают непосредственно на трубе обжимающим инструментом. В случае осевого обжатия каждое кольцо фитинга устанавливают на трубе, корпус фитинга размещают поверх концов труб, затем кольца двигают в продольном направлении инструментом вдоль оси труб в положение перекрытия участка корпуса фитинга. Далее фитинг сдавливают или обжимают кольцами на трубопроводе, что приводит к фрикционной подгонке между ними.

После обжатия промежуточный слой 16 из мягкого металла сам по себе будет деформирован, как часть трубы. Поскольку промежуточный металлический слой мягче по физической характеристике и трубы, и фитинга, то участки данного слоя из мягкого металла затекают или смещаются в любые свободные области, пустотное пространство, царапины, поры, в том числе даже самые незначительные, которые, как это может быть установлено, существуют между фитингом и трубой, тем самым улучшая проводимость фитинга.

Тонкое покрытие из мягкого металла может быть нанесено на двух частях, одно из которых выполнено на наружной поверхности трубы, а другое выполнено на внутренней поверхности фитинга, с одинаковым результатом.

Применяемый для образования промежуточного слоя 16 мягкий металл может быть выбран из группы, состоящей из алюминия, меди, галлия, серебра, кадмия, золота, сурьмы, платины, олова, индия, родия, таллия, висмута, свинца, их сплавов и некоторых сплавов стали. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, промежуточный слой из мягкого металла может быть толщиной от около 0,000002 до около 0,15 дюйма, в частности от около 0,000010 до около 0,000050, а в некоторых случаях от около 0,001 до около 0,010 дюйма.

Усовершенствованные фитинги, описанные здесь, могут быть применены в соединениях трубопровода в виде линейно расположенных фитингов (радиально обжатых, обжатых по оси, криогенных) и арматурных фитингов в системах с давлением, например, 3000/5000 фунт/кв. дюйм, и т.д. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, описанные здесь способы могут быть применены в композиционных конструкциях, полезных в узлах воздушного судна. Искровое воспламенение является очень опасным в отсеках воздушного судна, содержащих топливо. Правила Федерального авиационного управления (FAA) предусматривают контроль над источниками воспламенения (включая искровое воспламенение, вызванное молнией или накоплением электростатического заряда) в топливных резервуарах. Действующий регулирующий стандарт предусматривает наличие не менее трех независимых защитных систем для предотвращения источника воспламенения. Описанные здесь способы обеспечивают фитинги улучшенной проводимостью между фитингом и трубопроводом, с обеспечением по меньшей мере одного защитного признака от искрового воспламенения, как источника воспламенения, так и связанной с ним потенциальной опасности.

В тексте и на чертежах раскрыт способ улучшения проводимости на фитингах 10, 20 гидравлической системы, предусматривающий наличие фитинга 10, 20 гидравлической системы, имеющего внутреннюю поверхность, и трубопровода 12, 14 гидравлической системы, имеющего наружную поверхность, при этом внутреннюю поверхность фитинга приспосабливают проходить над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода 12, 14 в коаксиальной взаимосвязи с ним; и между внутренней поверхностью фитинга 10, 20 и наружной поверхностью трубопровода 12, 14 вводят промежуточный слой 16 из мягкого металла, при этом промежуточный слой 16 из мягкого металла располагают в области, где фитинг 10, 20 находится в зацепление с трубопроводом 12, 14 гидравлической системы в результате обжатия или монтажа под давлением. При этом по одному варианту осуществления способа мягкий металл выбирают из группы, состоящей из алюминия, меди, галлия, серебра, кадмия, золота, сурьмы, платины, олова, индия, родия, таллия, висмута, свинца, их сплавов и сплавов стали. При этом по другому варианту способ предусматривает использование промежуточного слоя из мягкого металла, толщина которого составляет от около 0,000002 до около 0,015 дюйма. При этом по еще одному варианту способ включает в себя промежуточный слой 16 из мягкого металла, который располагают на внутренней поверхности фитинга 10, 20. При этом по еще одному варианту промежуточный слой 16 из мягкого металла присутствует на наружной поверхности трубопровода 12, 14. В одном альтернативном варианте способ дополнительно включает в себя этап, на котором фитинг 10, 20 и трубопровод обжимают с приведением внутренней поверхности фитинга 10, 20 и наружной поверхности трубопровода 12, 14 в зацепление и электрический контакт посредством промежуточного слоя 16 из мягкого металла. В одном варианте способ включает в себя этап, на котором обжатие предусматривает радиальное обжатие или осевое обжатие. При этом по еще одному варианту способ включает в себя промежуточный слой 16 из мягкого металла, толщина которого составляет от около 0,001 до около 0,010 дюйма, а мягкий металл выбирают из группы, состоящей из алюминия, меди, галлия, кадмия, золота, сурьмы, платины, олова, индия, родия, таллия, висмута, свинца, их сплавов и сплавов стали.

В одном примере раскрыт способ обеспечения защиты от искрообразования в качестве защитной меры по предотвращению образования источника возгорания в топливном резервуаре, предусматривающий обеспечение топливного резервуара, содержащего армированный углеродом полимерный материал и гидравлическую систему, при этом гидравлическая система содержит фитинг 10, 20 гидравлической системы, имеющий внутреннюю поверхность, и трубопровод 12, 14 гидравлической системы, имеющий наружную поверхность, и в котором внутренняя поверхность фитинга 10, 20 приспособлена к расположению над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода 12, 14 в коаксиальной взаимосвязи с ним; и между внутренней поверхностью фитинга 10, 20 и наружной поверхностью трубопровода 12, 14 введен промежуточный слой 16 из мягкого металла, и в котором промежуточный слой 16 из мягкого металла располагают в области, где фитинг 10, 20 входит в зацепление с трубопроводом 12, 14 гидравлической системы в результате обжатия или монтажа под давлением. Согласно одному варианту изобретения мягкий металл выбирают из группы, состоящей из алюминия, меди, галлия, серебра, кадмия, золота, сурьмы, платины, олова, родия, таллия, висмута, свинца, их сплавов и сплавов стали. Еще по одному варианту изобретения толщина промежуточного слоя 16 из мягкого металла составляет от около 0,000002 до около 0,015 дюйма. По еще одному варианту изобретения способ предусматривает этап, на котором промежуточный слой 16 из мягкого металла присутствует на внутренней поверхности фитинга 10, 20. Еще в одном варианте изобретения способ предусматривает этап, на котором промежуточный слой 16 из мягкого металла присутствует на наружной поверхности трубопровода 12, 14. В одном альтернативном варианте изобретения способ дополнительно включает в себя этап, на котором фитинг 10, 20 и трубопровод 12, 14 обжимают для приведения внутренней поверхности фитинга 10, 20 и наружной поверхности трубопровода 12, 14 в зацепление под давлением и в электрический контакт посредством промежуточного слоя 16 из мягкого металла. В одном альтернативном варианте изобретения способ включает в себя этап, по которому обжатие представляет собой радиальное обжатие или осевое обжатие. Еще в одном варианте топливный резервуар представляет собой часть воздушного судна. В одном варианте по способу обжатие с промежуточным слоем 16 из мягкого металла улучшает электрический контакт между фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 по сравнению с фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 без промежуточного слоя 16.

По другому аспекту настоящего изобретения раскрыта гидравлическая система, при этом гидравлическая система содержит фитинг 10, 20 гидравлической системы, имеющий внутреннюю поверхность, и трубопровод 12, 14 гидравлической системы, имеющий наружную поверхность, при этом внутренняя поверхность фитинга 10, 20 приспособлена к продолжению над, по меньшей мере, участком наружной поверхности трубопровода 12, 14 в коаксиальной зависимости с ним; а между внутренней поверхностью фитинга 10, 20 и наружной поверхностью трубопровода 12, 14 введен промежуточный слой 16 из мягкого металла, при этом промежуточный слой 16 из мягкого металла расположен в области, где фитинг 10, 20 входит в зацепление с трубопроводом 12, 14 гидравлической системы в результате обжатия или монтажа под давлением, и промежуточный слой 16 мягкого металла улучшает электрический контакт между фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 по сравнению с фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 без промежуточного слоя 16. В одном отдельном случае улучшенный электрический контакт снижает электрическое напряжение индуцированного молнией тока, проходящего между фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14, по сравнению с фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 без промежуточного слоя 16. В другом отдельном случае сниженное электрическое напряжение по контакту между фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 индуцированного молнией тока уменьшает нагрев и предотвращает появление электрической дуги и/или искрообразования на контакте по сравнению с фитингом 10, 20 и трубопроводом 12, 14 без промежуточного слоя 16.

Раскрытое в настоящей заявке устройство представляет собой усовершенствованный фитинг, который, в частности, является полезным при использовании в воздушном судне и который сконструирован для защиты конструкций от разрядов молнии и подобного ей явлений. Несмотря на то, что рассмотренные здесь варианты осуществления изобретения направлены на конструкции, применяемые в воздушном судне, аспекты данной патентной заявки могут быть применены в других конструкциях, например в автомобилях, кораблях и т.п.

Несмотря на то, что аспекты раскрытых фитингов и соответствующих способов, направленных на минимизацию влияний разрядов молнии, были показаны и описаны, специалисты в данной области техники могут найти, при прочтении настоящего описания, их модификации. Данная заявка включает в себя такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.