專利名稱：制造飛機結(jié)構(gòu)的方法和模具組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于飛機的固定的空氣動力學結(jié)構(gòu)的翼梁。更加具體地，本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料翼梁，所述復(fù)合材料翼梁具有整體加固件。本發(fā)明還涉及一種制造包括整體加固件的翼梁的方法。
背景技術(shù)：
通常，已知的是使用加強件或加固件提高飛機部件的機械性能。加固件能夠提供額外的強度并且減小承受集中負載的諸如附接點的區(qū)域中的變形。這種局部加強件所存在的問題是需要緊固件，以將所述局部加強件固定到毗鄰部件。這產(chǎn)生了局部應(yīng)力集中。而且，熱效應(yīng)可能會導(dǎo)致加固件和毗鄰部件中的不相等的應(yīng)變，從而產(chǎn)生高應(yīng)力，這可能會導(dǎo)致需要較早地進行更換或維修。在飛機的可運動的控制表面附接件的領(lǐng)域中所存在的另一個問題是，必須管理從肋引入到固定的空氣動力學結(jié)構(gòu)翼梁中的負載，控制表面能夠運動地安裝到所述肋。例如，已知擾流板肋從翼梁上的兩個附接點(一個在頂部邊緣，而一個在底部邊緣)延伸，以在擾流板的附接凸耳處會合。因此，兩個附接點連接到翼梁和機翼蒙皮并且間隔開，所有這些部件都設(shè)計成管理由擾流板施加的高負載。已知方法所存在的問題是，由于附接點定位在翼梁的兩個端部中的任意一個端部處(在機翼的情況下，頂部和底部)，所以每個肋均必須制造成沿著翼梁配合安裝在特定點。在這個實施例中，這是因為機翼蒙皮通常朝向機翼末端趨于會聚。另外，機翼蒙皮幾何形狀的變化通常使得必須給肋加填片和/或?qū)ζ溥M行修整，以使其適合。厚度發(fā)生變化的其它固定的空氣動力學結(jié)構(gòu)(諸如穩(wěn)定器)也存在類似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服或至少減緩以上提及的問題。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟:提供結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件至少部分地限定了飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分；提供加固件模具部件，所述加固件模具部件至少部分地限定了飛機加固件的模具表面；將預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件施加到加固件模具部件；組裝結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件，使得預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件限定了飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第二部分；將預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件施加到組裝的模具，使預(yù)先所述固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件與所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分和第二部分相接觸；同時固化結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件，以形成整體的飛機的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件。“預(yù)先固化的復(fù)合材料元件”指的是若干可能性中的一個，例如，僅纖維(稍后利用基質(zhì)浸潰所述纖維)、預(yù)浸材料或部分浸潰材料或分階段(部分固化)復(fù)合材料(staged(part-cured) composite material)。有利地，提供一種整體的復(fù)合材料加固件(其與例如翼梁本體同時經(jīng)受最終固化)意味著，兩個部件之間的負載傳遞主要由基質(zhì)聯(lián)結(jié)物(matrix bond)承擔。在仍然需要緊固件來附接擾流板肋的情況下，由于來自擾流板肋的負載的大部分由加固件和翼梁分攤，所以減輕了緊固件孔在形成局部應(yīng)力集中方面的任何不利影響。換言之，來自肋的負載平均地分配在位于加固件和翼梁之間的接觸區(qū)域上，從而消除了與僅通過機械緊固件連接的翼梁和加固件相關(guān)的高集中負載。此外，將加固件設(shè)置成與翼梁成一體和與此相關(guān)的負載能力的增加，允許將擾流板肋的附接位置從肋的末端運動到中央?yún)^(qū)域。使用本發(fā)明可獲得的加固量足以使得擾流板肋從翼梁的中心以懸臂的方式伸出，這意味著能夠沿著整個機翼使用通用肋，從而削減了成本并且降低了復(fù)雜性。優(yōu)選地，飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分和第二部分基本是連續(xù)的，更加優(yōu)選地，飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分和第二部分共面且是連續(xù)的。預(yù)先固化的復(fù)合材料元件中的至少一個可以是預(yù)先浸潰的纖維元件。優(yōu)選地，模具部件被可釋放地組裝，以允許組裝、拆卸和重新組裝。優(yōu)選地，利用機械緊固件組裝模具部件。飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分和第二部分的橫截面優(yōu)選地是大體C形的。應(yīng)當理解的是，用于固定的空氣動力學結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠例如是用于機翼或穩(wěn)定器的前緣翼梁或后緣翼梁。 優(yōu)選地，所述方法包括在固化之后，在整體的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件中加工出肋附接部件。肋附接部件優(yōu)選地穿過固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件。優(yōu)選地，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件是盒狀部分的一部分的情況下，構(gòu)件基質(zhì)元件和加固件基質(zhì)元件沿著結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面向內(nèi)的表面接合。例如，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件是飛機機翼盒的一部分，則在使用過程中，接合沿著后翼梁的面向前的表面。在使用過程中，構(gòu)件基質(zhì)元件和加固件基質(zhì)元件還優(yōu)選地沿著結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面向上的表面和面向下的表面中的至少一個接合。在使用過程中，構(gòu)件基質(zhì)元件和加固件基質(zhì)元件可以沿著結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面向上的表面和面向下的表面接合。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件限定了凹部，加固件中的至少一部分嵌在所述凹部中。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件是盒組件的一部分，并且結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面向上的表面和面向下的表面沿著盒的面向內(nèi)的方向以成錐形的方式遠離彼此。一系列機械附接孔可以設(shè)置成貫通復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件的重疊區(qū)域。優(yōu)選地，設(shè)置有用于附接可運動的控制表面的肋，其中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件被夾在所述肋和所述加固件之間。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于制造飛機結(jié)構(gòu)的模具組件，所述模具組件包括:結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件；和加固件模具部件，其中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件構(gòu)造成被組裝，以將預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件放置成相接觸，用于同時固化。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件構(gòu)造成使得在組裝后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件形成單個連續(xù)的模具表面，并且更加優(yōu)選地，當加固件模具部件上施加有預(yù)定厚度的復(fù)合材料(例如預(yù)浸層)時，加固件模具部件構(gòu)造成與結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件形成單個連續(xù)的模具表面。優(yōu)選地:結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件包括凸形構(gòu)造，用于模制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的凹形部件；加固件模具部件包括凸形構(gòu)造，用于模制加固件的凹形部件，并且其中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件的凸形構(gòu)造包括用于接收加固件模具部件的凸形構(gòu)造的構(gòu)造。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)部件模具部件和加固件模具部件包括用于在使用過程中可分離地機械接合的對應(yīng)的接合構(gòu)件。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件是用于機翼或穩(wěn)定器的翼梁。有利地，這種制造方法使得不再需要任何將增加組裝的成本和時間的機械緊固件。此外，與機械緊固的加固件相比，成品更結(jié)實，并且具有更少的應(yīng)力集中。


現(xiàn)在將參照以下附圖描述根據(jù)本發(fā)明的用于空氣動力學結(jié)構(gòu)的示例性的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其制造方法，其中:圖1a是具有根據(jù)本發(fā)明制造的翼梁的組件的側(cè)視圖；圖1b是圖1a的組件的剖視圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明制造的加固件的側(cè)視圖；圖2b是沿著線條B-B的圖2a的加固件的剖視圖；圖3a是在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中使用的模具的一部件的俯視圖；圖3b是沿著圖3a的線條B-B的剖視圖；圖3c是沿著圖3a的線條C-C的剖視圖；圖4a是在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中使用的模具的一部件的側(cè)視圖；圖4b是圖4a的模具部件的俯視圖；圖4c是圖4a的模具部件的側(cè)視圖，該模具部件上鋪設(shè)有復(fù)合纖維；圖4d是圖4a的模具部件的俯視圖，該模具部件上鋪設(shè)有復(fù)合纖維；圖5a是處于組裝狀態(tài)的圖3a和4a的模具部件的視圖；圖5b是沿著圖5a的線條B-B的剖視圖；圖6a是與圖5a相似的視圖；圖6b是沿著圖6a的線條B-B的剖視圖；和圖6c是模具部件的俯視圖。
具體實施例方式參照圖la，后緣翼梁組件10包括翼梁本體12，所述翼梁本體大致呈C形，并且具有中央板14以及上部分支16和下部分支18。
翼梁本體12延伸機翼的大體整個寬度。上機翼蒙皮20從翼梁本體12向后伸出，并且附接到上部分支16。下蒙皮22附接到下部分支18，并且沿著向后方向延伸超過翼梁本體12。上遮蔽面板24和下遮蔽面板26設(shè)置成分別從上蒙皮20和下蒙皮22延伸。第一擾流板肋28從翼梁本體12的中央板14向后延伸，并且包括用于可旋轉(zhuǎn)地附接擾流板的凸耳30。鏡像的第二擾流板肋44設(shè)置在第一擾流板肋28的近側(cè)(如圖1b所示)，并且具有與凸耳30同心的凸耳45，用于附接擾流板。第一加固件32設(shè)置成位于翼梁本體12的前面。如圖1b所示，第二加固件34設(shè)置在第一加固件32的近側(cè)，并且是所述第一加固件32的鏡像。如能夠在圖1b中所看到的那樣，第一和第二加固件32、34的橫截面解基本為C形，并且參照第一加固件32，包括板36、從第板36伸出的第一分支38和第二分支40。第一和第二加固件32、34的板36相互面對并且大體上偏移。如圖1a所示，通過機械緊固螺栓42，第一擾流板肋28穿過翼梁本體12的板14并且進入到第一加固件32的第一分支38中的螺栓緊固。第二擾流板肋44以相同的方式附接到第二加固件34。參照圖2a和2b，更加詳細地示出了第一加固件32。如上所述，第一加固件32包括板36，所述板36具有從所述板36的兩個側(cè)部伸出的第一分支38和第二分支40，以便限定如圖2b所示的u形截面。板36還限定了上凸緣46和下凸緣48。板36在內(nèi)圓角處接合分支38、40和凸緣46、48中的每一個，以便幫助從模具移除。還應(yīng)當指出的是，在第二分支40處具有通過帶條形成在所述第二分支40上的其它復(fù)合材料層。根據(jù)本發(fā)明，翼梁本體12和加固件32、34按照如下方式形成一體。轉(zhuǎn)到圖3a，翼梁模具50包括凸形異型件52，所述凸形異型件52具有對應(yīng)于翼梁的凹形輪廓的凸形輪廓。參照圖3b，凸耳54、56從異型件52的每個側(cè)部伸出，以便安裝模具。參照圖3c示出的截面，異型件52在這個位置中斷，并且僅凸耳54、56繼續(xù)沿著翼展方向延伸。如能夠在圖3a中所見的那樣，在凸形異型件52中，間隙58、60設(shè)置成靠近彼此。在模具50的位于凸耳54、56之間的暴露表面上設(shè)置有一系列的螺栓孔61。轉(zhuǎn)到圖4a和4b，示出了第二加固件34的模具58。模具58包括凸形異型件60，所述凸形異型件60具有從所述凸形異型件60伸出的附接凸緣62。凸形異型件60成形為加固件34的期望形狀。凸緣62限定了多個螺栓孔64。轉(zhuǎn)到圖4c和4d,模具58不出為具有布置在所述模具58上的復(fù)合纖維層66。如能夠在圖4d中所看到的那樣，復(fù)合纖維層形成第二加固件34的形狀。轉(zhuǎn)到圖5a和5b，加固件模具58通過機械緊固件68附接到翼梁模具50，所述機械緊固件68穿過凸緣62中的孔64并進入到模具50的主體的孔61中。如圖5a和5b所示，一旦模具50處于合適位置，加固件纖維層66與異型件52齊平，以形成連續(xù)的凸形輪廓，將翼梁模制在所述凸形輪廓上。然后，將纖維層施加在翼梁模具50的異型件52上。一旦翼梁纖維已被施加在模具上，引入基質(zhì)材料，并同時固化翼梁本體12和加固件34，以為了形成整體部件。可以以任何已知的方式引入基質(zhì)材料；重要的事情是，在固化時，形成加固件和翼梁的基質(zhì)處于接觸狀態(tài)。當纖維材料鋪設(shè)在模具上時，基質(zhì)可以預(yù)先浸入到纖維材料中，或者替代地，可以隨后引入基質(zhì)(即，利用單獨的纖維部件形成共同模制的基質(zhì))。轉(zhuǎn)到圖6a至6c，示出了用于第一和第二加固件32、34的處理。應(yīng)當指出的是，用于加固件的模具70的略微不同之處在于，凸緣72包括L形段74，使得用于加固件32、34的模具70能夠抵接到中央部分76，并且使用穿過加固件模具凸緣的機械緊固件78緊固。一旦加固件和翼梁共同固化，諸如孔的構(gòu)造可以貫通它們的共同厚度形成，用于插入機械緊固件，以便附接例如用于可運動的控制表面的肋。圖1a示出了螺栓42形式的這種緊固件。應(yīng)當指出的是，變形方案落入在本發(fā)明的范圍內(nèi)。翼梁可以是機翼或穩(wěn)定器中的任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件，或者飛機的其它固定的空氣動力學結(jié)構(gòu)。在各個模具之間可以使用任何其它緊固方法，以將所述模具保持在合適位置。例如，替代機械緊固件，可 以使用機械滑動接觸面(811(1；[1^；[1^6忖306)。
權(quán)利要求
1.一種制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟: 設(shè)置結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件至少部分地限定了飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分； 設(shè)置加固件模具部件，所述加固件模具部件至少部分地限定了飛機加固件的模具表面； 將預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件施加到所述加固件模具部件； 組裝所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和所述加固件模具部件，使得所述預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件限定了所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第二部分； 將預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件施加到組裝的模具，使所述預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件與所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的所述第一部分和第二部分相接觸； 同時固化所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件和所述加固件，以形成整體的飛機的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的所述第一部分和第二部分是基本連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的所述第一部分和第二部分共面。
4.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述預(yù)先固化的復(fù)合材料元件中的至少一個是預(yù)先浸 潰的纖維元件。
5.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件被能夠釋放地組裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，利用機械緊固件組裝所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件。
7.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的所述第一部分和第二部分的橫截面基本為C形的。
8.根據(jù)任一項前述權(quán)利要求所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件是機翼翼梁或穩(wěn)定器翼梁。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在固化之后在整體的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件中加工肋附接部件的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造飛機結(jié)構(gòu)的方法，其中，所述肋附接部件穿過所述固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和所述加固件。
11.一種用于制造飛機結(jié)構(gòu)的模具組件，所述模具組件包括: 結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件；和 加固件模具部件， 其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和所述加固件模具部件構(gòu)造成被組裝，以使預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與加固件相接觸，用于同時固化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模具組件，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和所述加固件模具部件構(gòu)造成使得在組裝后，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和所述加固件模具部件形成單個連續(xù)的模具表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模具組件，其中，當所述加固件模具部件具有施加在所述加固件模具部件上的預(yù)定厚度的復(fù)合材料時，所述加固件模具部件構(gòu)造成與所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件形成單個連續(xù)的模具表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項所述的模具組件，其中: 所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件包括凸形構(gòu)造，用于模制所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的凹形部件； 所述加固件模具部件包括凸形構(gòu)造，以用于模制所述加固件的凹形部件， 并且其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件的所述凸形構(gòu)造包括用于接收所述加固件模具部件的所述凸形構(gòu)造的構(gòu)造。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項所述的模具組件，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和所述加固件模具部件包括對應(yīng)的接合部件，用于在使用過程中能夠分離地機械接合。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中的任一項所述的模具組件，其中，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件是用于機翼或 穩(wěn)定器的翼梁。
全文摘要
制造飛機結(jié)構(gòu)的方法和模具組件。方法包括設(shè)置至少部分地限定飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件；設(shè)置至少部分地限定飛機加固件的模具表面的加固件模具部件；將預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件施加到加固件模具部件；組裝結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件，使得預(yù)先固化的加固件復(fù)合材料元件限定飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第二部分；將預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件施加到組裝的模具，使預(yù)先固化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)合材料元件與飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模具表面的第一部分和第二部分相接觸；同時固化結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件，以形成整體的飛機的固定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固件。還提供了包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件模具部件和加固件模具部件的模具組件。
文檔編號B64F5/00GK103144780SQ201210523538
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者D·M·斯圖爾特 申請人:空中客車運營有限公司