在pi結(jié)合結(jié)構(gòu)中的低應(yīng)力加強(qiáng)件過(guò)渡段的制作方法
【專利說(shuō)明】在PI結(jié)合結(jié)構(gòu)中的低應(yīng)力加強(qiáng)件過(guò)渡段
[0001]政府利益聲明
[0002]本發(fā)明在政府支持下在美國(guó)空軍授予的合同編號(hào)F33657-D-0026下進(jìn)行。政府對(duì)本發(fā)明具有一定的權(quán)利。
[0003]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0004]本申請(qǐng)要求于2013年11月15日提交的題為“LOW STRESS STIFFENER RUNOUT INPI BONDED STRUCTURE”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/904,927的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本文提出的實(shí)施例的領(lǐng)域是針對(duì)具有高應(yīng)力的飛行器蒙皮中的不連續(xù)縱梁，并且更具體地針對(duì)配置縱梁過(guò)渡段以降低應(yīng)力同時(shí)還提供排水穿過(guò)縱梁過(guò)渡段。
【背景技術(shù)】
[0006]交通工具壽命可以通過(guò)降低交通工具的結(jié)構(gòu)組件上的應(yīng)力載荷而被增加。結(jié)構(gòu)組件經(jīng)常使用加強(qiáng)面板和結(jié)合肋條和縱梁(加強(qiáng)件)的其他結(jié)構(gòu)以防止所述面板在遭遇壓縮載荷時(shí)屈曲或以其他方式失效。雖然縱梁相對(duì)于壓縮載荷提供了足夠的加固，但是在某些情況下，縱梁過(guò)渡段或縱梁終止肋條并與肋條接合的區(qū)域可能由于局部應(yīng)力集中而經(jīng)歷過(guò)早失效。
[0007]傳統(tǒng)上，由于與其他結(jié)構(gòu)組件例如肋條沖突，縱梁利用過(guò)渡段來(lái)終止縱梁，并且所述過(guò)渡段固有地形成降低面板使用壽命的局部應(yīng)力集中。各種技術(shù)被使用以降低該局部應(yīng)力集中。但是增加蒙皮和縱梁的厚度有助于相應(yīng)面板的成本和重量的不希望的增加。同樣，增加的剛度通常引起增加的載荷，這可能導(dǎo)致過(guò)早失效。
[0008]水可以收集在組裝的結(jié)構(gòu)組件的內(nèi)部的封閉周界內(nèi)。例如，在交通工具例如飛行器中，水收集在機(jī)翼或控制表面例如襟翼、副翼或升降舵的一部分的連結(jié)的上表面和下表面之間。封閉在結(jié)構(gòu)組件內(nèi)的一部分縱梁可以被配置為允許排水從一側(cè)穿過(guò)縱梁到另一側(cè)。例如，如圖1中所示，U形切口或開(kāi)口可以被機(jī)械加工在縱梁的腹板內(nèi)，所述切口或開(kāi)口足夠大以產(chǎn)生排水路徑并且允許結(jié)構(gòu)組件的封閉內(nèi)部中的充足的排水。
[0009]雖然為了排水需要U形切口，但是U形切口增加了面板的局部應(yīng)力。在飛行條件下，U形切口的當(dāng)前配置產(chǎn)生應(yīng)力集中，其導(dǎo)致封閉結(jié)構(gòu)組件的過(guò)早失效。雖然具有較大半徑或曲率的U形切口將降低峰值應(yīng)力集中，但是所得的降低的應(yīng)力仍將導(dǎo)致較早的疲勞失效。同樣，如果具有大半徑的U形切口被機(jī)械加工在縱梁中來(lái)充分降低應(yīng)力集中以便減小過(guò)早失效，那么擴(kuò)大的U形切口的半徑將大于縱梁的腹板的高度，這是不現(xiàn)實(shí)的。
[0010]正是基于這些考慮和其它考慮，提出了本文的公開(kāi)內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]應(yīng)該意識(shí)到，提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
以便以簡(jiǎn)化的形式介紹概念的選擇，所述概念將在以下的【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意圖用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0012]根據(jù)本文公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，提供了第一縱梁。第一縱梁包括腹板，所述腹板具有腹板高度和在所述腹板遠(yuǎn)端處的過(guò)渡段。所述過(guò)渡段至少由延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端的凸起區(qū)域和隨著所述腹板高度降低繼續(xù)進(jìn)入所述凸起區(qū)域中的所述腹板的漸縮的遠(yuǎn)端邊緣限定。所述凸起區(qū)域的相對(duì)兩側(cè)每側(cè)均包括反向錐形，使得隨著所述腹板漸縮進(jìn)入所述凸起區(qū)域中并且隨著所述凸起區(qū)域延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端，所述凸起區(qū)域基本上垂直于所述腹板而擴(kuò)寬。所述凸起區(qū)域可以包括彼此相鄰的多個(gè)漸縮的表面，所述漸縮的表面被取向和配置為斜坡以在所述凸起區(qū)域上共同引導(dǎo)水。所述腹板的所述漸縮的遠(yuǎn)端邊緣可以終止在所述凸起區(qū)域中或者繼續(xù)進(jìn)入所述結(jié)構(gòu)組件的所述蒙皮的橫向凸起部分中。
[0013]根據(jù)本文公開(kāi)的另一實(shí)施例，提供了縱梁組裝件?？v梁組裝件包括橫向肋條和具有腹板的第一縱梁，所述腹板具有腹板高度和在所述腹板的遠(yuǎn)端處的過(guò)渡段。所述過(guò)渡段至少由延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端的凸起區(qū)域和隨著所述腹板高度降低而繼續(xù)進(jìn)入所述凸起區(qū)域中的所述腹板的漸縮的遠(yuǎn)端邊緣限定。所述凸起區(qū)域的相對(duì)兩側(cè)每側(cè)均包括反向錐形，使得隨著所述腹板漸縮進(jìn)入所述凸起區(qū)域中并且隨著所述凸起區(qū)域延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端，所述凸起區(qū)域基本上垂直于所述腹板而擴(kuò)寬。所述縱梁組裝件還包括與所述第一縱梁縱向?qū)R的第二縱梁。所述第二縱梁包括腹板，所述腹板具有腹板高度和在所述腹板的遠(yuǎn)端處的過(guò)渡段。所述過(guò)渡段至少由延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端的凸起區(qū)域和隨著所述腹板高度降低繼續(xù)進(jìn)入所述凸起區(qū)域中的所述腹板的漸縮的遠(yuǎn)端邊緣限定。所述凸起區(qū)域的相對(duì)兩側(cè)每側(cè)均包括反向錐形，使得隨著所述腹板漸縮進(jìn)入所述凸起區(qū)域并且隨著所述凸起區(qū)域延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端，所述凸起區(qū)域基本上垂直于所述腹板而擴(kuò)寬。所述第一和第二縱梁的所述凸起區(qū)域繼續(xù)進(jìn)入結(jié)合到所述橫向肋條的蒙皮的橫向凸起部分中，并且所述第一和第二縱梁的所述遠(yuǎn)端被所述橫向肋條平分。
[0014]根據(jù)本文公開(kāi)的另一實(shí)施例，提供了降低縱梁周圍的應(yīng)力載荷和控制縱梁周圍的排水的方法。所述方法包括提供具有腹板和凸起區(qū)域的縱梁，所述腹板具有腹板高度和在所述腹板的遠(yuǎn)端處的過(guò)渡段，并且所述凸起區(qū)域縱向且橫向延伸超出所述腹板的所述遠(yuǎn)端。所述方法還包括隨著所述腹板高度減小，漸縮所述腹板的遠(yuǎn)端并且使所述遠(yuǎn)端邊緣繼續(xù)進(jìn)入所述凸起區(qū)域中，并且反向漸縮所述凸起區(qū)域的相對(duì)兩側(cè)，使得隨著所述遠(yuǎn)端邊緣繼續(xù)進(jìn)入所述凸起區(qū)域中并且隨著所述凸起區(qū)域延伸超過(guò)所述腹板的所述遠(yuǎn)端，所述凸起區(qū)域基本上垂直于所述腹板而擴(kuò)寬。所述方法還可以包括在所述縱梁的所述凸起區(qū)域上引導(dǎo)水，其中所述凸起區(qū)域提供彼此鄰近的多個(gè)漸縮表面并且將所述漸縮的表面取向?yàn)樾逼乱栽谒鐾蛊饏^(qū)域上共同引導(dǎo)水。
[0015]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可以在本公開(kāi)的各種實(shí)施例中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者可以在其他實(shí)施例中組合實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考下面的說(shuō)明書和附圖看到。
【附圖說(shuō)明】
[0016]通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明和附圖將更全面地理解本文中提出的實(shí)施例，其中
[0017]圖1示出了在用于形成結(jié)構(gòu)組件的Pi結(jié)合肋條結(jié)構(gòu)中一體機(jī)械加工的蒙皮和具有U形切口的不連續(xù)縱梁的透視圖，以及
[0018]圖2示出了在Pi結(jié)合結(jié)構(gòu)中一體的蒙皮和具有由連續(xù)橫向加強(qiáng)件(肋條)平分的漸縮的端部的縱梁的一個(gè)配置的透視圖，其中每個(gè)漸縮的端部包括繼續(xù)進(jìn)入結(jié)合到肋條的蒙皮的結(jié)構(gòu)中的凸起區(qū)域，其與本文所公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地使用，以及
[0019]圖3示出了在Pi結(jié)合結(jié)構(gòu)中一體的蒙皮和具有由連續(xù)橫向肋條平分的漸縮的端部的縱梁的另一配置的透視圖，其中每個(gè)漸縮的端部包括凸起區(qū)域并且每個(gè)縱梁的遠(yuǎn)端漸縮到相應(yīng)的凸起區(qū)域中，其與本文所公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地使用。
[0020]圖4示出了圖3的Pi結(jié)合結(jié)構(gòu)的一體的蒙皮和具有連續(xù)橫向肋條的縱梁的配置的端面視圖，其與本文所公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地使用，以及
[0021]圖5示出了根據(jù)本文公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例提供的用于降低縱梁周圍的應(yīng)力載荷和控制縱梁周圍排水的方法的一個(gè)配置。
[0022]在本申請(qǐng)中提出的多個(gè)附圖示出了本公開(kāi)的實(shí)施例的變化和不同的方面。因此，關(guān)于每個(gè)圖示的詳細(xì)說(shuō)明將描述相應(yīng)圖示中所指示的差異。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面的詳細(xì)描述是針對(duì)通過(guò)在不顯著增加組件剛度或重量的情況下降低峰值應(yīng)力來(lái)增加一體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的壽命。如上所述，當(dāng)遭遇工作載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)組件的過(guò)早失效可能在縱梁過(guò)渡段(runout)位置處出現(xiàn)。解決由于局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的縱梁的過(guò)早失效的方案應(yīng)當(dāng)考慮重量因素以及制造的成本和復(fù)雜度，特別是在飛行器行業(yè)內(nèi)。
[0024]本公開(kāi)的多個(gè)方面可以用于多種類型的交通工具，例如，飛行器、航天器、衛(wèi)星、船舶、潛艇、和客運(yùn)、農(nóng)業(yè)或建筑交通工具。為了簡(jiǎn)單地解釋本公開(kāi)的各方面，本說(shuō)明書可利用飛行器作為主要的示例。下面描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例將在用于飛行器的一體結(jié)構(gòu)組件的環(huán)境中被描述，其中縱梁和蒙皮(面板)由一個(gè)固體材料塊制成，并且其中縱梁是由連續(xù)橫向肋條平分的不連續(xù)縱梁，