專利名稱：連接飛機(jī)構(gòu)件的接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接一對飛機(jī)構(gòu)件的接頭。所述接頭包括第一構(gòu)件；以及在粘結(jié)區(qū)域范圍內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件。所述構(gòu)件可以通過共固化、共粘結(jié)、二次粘結(jié)(例如借助于粘合層)或任何其他適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)方法而粘結(jié)在一起。
背景技術(shù)：
圖1示出了連接縱梁腳1和機(jī)翼蒙皮面板2的傳統(tǒng)接頭。構(gòu)件通過粘合層3粘結(jié)在一起。如果粘合層3發(fā)生故障，則故障安全螺栓4維持構(gòu)件之間的連接。當(dāng)機(jī)翼處于使用中時(shí)，三種主要類型的負(fù)荷典型地作用于接頭。首先，由于由機(jī)翼的整體彎曲導(dǎo)致的機(jī)翼蒙皮2的局部曲率，負(fù)荷作用于接頭。其次，剪切負(fù)荷作用于機(jī)翼蒙皮2，所述剪切負(fù)荷必須通過接頭被傳遞到縱梁1。最后，由于在縱梁收尾(rim-0ut)5處的幾何中斷，剝離負(fù)荷可以起作用以使縱梁腳1從蒙皮2分離。如曲線7中所示，剪應(yīng)力6通過粘合層3從蒙皮2傳遞到縱梁腳1。剪應(yīng)力在傳遞開始的地方處于最大值，然后一旦所有的負(fù)荷在構(gòu)件之間被按比例分布，則剪應(yīng)力達(dá)到零。 在粘合層3保持完好的同時(shí)，螺栓4傳遞很少的剪應(yīng)力或不傳遞剪應(yīng)力。關(guān)于圖1的布置的問題在于，粘合層3容易破裂，該破裂典型地在縱梁收尾5處開始，在該處剪應(yīng)力7處于最大值。雖然由于故障安全螺栓4的存在，在災(zāi)難性故障之前，上述結(jié)構(gòu)總體上可以承受相對高的負(fù)荷，但是航空器規(guī)章要求保持結(jié)構(gòu)的總體完整性。因此必須防止裂紋發(fā)生達(dá)到極限負(fù)荷水平，也就是在飛機(jī)的使用壽命期間很可能經(jīng)歷的最高負(fù)荷水平。這典型地通過加厚蒙皮2來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種連接一對飛機(jī)構(gòu)件的接頭，所述接頭包括第一構(gòu)件； 在粘結(jié)區(qū)域內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件，所述粘結(jié)區(qū)域終止于一邊緣處；位于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣和所述第二構(gòu)件的邊緣之間的非粘結(jié)區(qū)域，所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)不被粘結(jié)；以及一個(gè)或更多個(gè)緊固件，所述緊固件穿過所述非粘結(jié)區(qū)域并且將所述第一構(gòu)件緊固至所述第二構(gòu)件。所述第一構(gòu)件例如可以包括面板，并且所述第二構(gòu)件例如可以包括縱梁，所述縱梁具有一對側(cè)邊緣和比所述側(cè)邊緣短的端邊緣。在這種情況下，所述非粘結(jié)區(qū)域位于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣和所述縱梁的所述端邊緣之間。優(yōu)選地，所述接頭還包括墊片層，所述墊片層在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)定位在所述構(gòu)件之間。所述墊片層由低摩擦材料形成，其中所述墊片層和所述第一構(gòu)件之間的摩擦系數(shù)小于所述第二構(gòu)件和所述第一構(gòu)件之間的摩擦系數(shù)。所述墊片層優(yōu)選地遍布大部分所述非粘結(jié)區(qū)域。可選地，所述墊片層可以被省略，在這種情況下，所述第一構(gòu)件和/或所述第二構(gòu)件可以包括臺(tái)階部，所述臺(tái)階部基本上填滿所述兩個(gè)構(gòu)件之間的所述非粘結(jié)區(qū)域。這防止了在沒有所述墊片層的情況下在制造期間在所述非粘結(jié)區(qū)域中發(fā)生粘結(jié)。優(yōu)選地，所述緊固件穿過所述構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)，并且如果包括所述墊片層的話，則所述緊固件穿過所述墊片層。所述緊固件優(yōu)選地是螺栓。優(yōu)選地，最接近于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣的緊固件具有軸，所述軸以最小直徑D 穿過所述非粘結(jié)區(qū)域，其中所述軸的中心軸線與所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣之間的距離L大于2D。所述第二構(gòu)件可以通過共固化、共粘結(jié)或者二次粘結(jié)而在所述粘結(jié)區(qū)域范圍內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件。所述構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)可以由多個(gè)層形成，所述層例如可以由復(fù)合材料制成。本發(fā)明的第二方面提供一種在所述構(gòu)件之間傳遞剪切力的方法，所述方法包括基本上不經(jīng)由所述非粘結(jié)區(qū)域在所述構(gòu)件之間傳遞剪切力，并且經(jīng)由所述緊固件在所述構(gòu)件之間傳遞至少一部分剪切力。優(yōu)選地，所述方法還包括在所述粘結(jié)區(qū)域內(nèi)將所述第二構(gòu)件粘結(jié)至所述第一構(gòu)件；防止所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域中被粘結(jié)；以及利用穿過所述非粘結(jié)區(qū)域的一個(gè)或更多個(gè)緊固件將所述構(gòu)件緊固在一起。優(yōu)選地，在粘結(jié)步驟期間，通過墊片層來防止所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域中被粘結(jié)，所述墊片層在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)定位在所述構(gòu)件之間。如上所述，該墊片層可選地可以被省略，在這種情況下，所述構(gòu)件中的一個(gè)(或兩個(gè))可以另外包括臺(tái)階部，所述臺(tái)階部基本上填滿所述非粘結(jié)區(qū)域，從而防止在制造期間在所述非粘結(jié)區(qū)域中發(fā)生粘結(jié)。本發(fā)明的另一方面提供一種包括根據(jù)發(fā)明的第一方面所述的接頭的飛機(jī)。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1示出連接縱梁和面板的傳統(tǒng)接頭；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的接頭；圖3示出附接于機(jī)翼蒙皮的內(nèi)表面的三個(gè)縱梁；圖4是沿著圖3所示的線A-A的橫截面圖；圖5示出制造連接兩個(gè)構(gòu)件的接頭的方法；以及圖6示出由圖5的方法所得到的接頭。
具體實(shí)施例方式圖3示出了附接到機(jī)翼的下部蒙皮14的內(nèi)表面的三個(gè)縱梁10-12?？v梁10_12和蒙皮14由層狀復(fù)合材料諸如碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)制成。典型地，CFRP包括用環(huán)氧樹脂基體浸漬的單向碳纖維的一系列層。每個(gè)縱梁10-12均具有平行于蒙皮14定向的腳部15_17以及與蒙皮14成直角地定向的葉片18-20。每個(gè)縱梁腳均具有一對相對較長的側(cè)邊緣和一對相對較短的端邊緣。 這些端邊緣通常被稱為“收尾”。示出了縱梁腳16的一個(gè)收尾22，但是未示出縱梁腳15、17 的收尾。注意，縱梁11的葉片19具有終止于尖端23處的錐形端邊緣21，該尖端23未達(dá)到收尾22。這有助于使蒙皮14和縱梁11之間的負(fù)荷傳遞過程平穩(wěn)。圖4是沿著圖3所示的線A-A截取的橫截面圖，該圖4示出了在縱梁收尾附近的縱梁/蒙皮接頭?？v梁11的腳部16通過粘合層30和一組六個(gè)螺栓31被附接于機(jī)翼蒙皮 14，螺栓31中的三個(gè)在圖4中示出。粘合層30終止于離開非粘結(jié)區(qū)域的邊緣32處，在非粘結(jié)區(qū)域中不存在粘合劑，該非粘結(jié)區(qū)域位于邊緣32和收尾22之間。墊片層33在該非粘結(jié)區(qū)域中定位在上述構(gòu)件之間。螺栓31穿過構(gòu)件14、16以及墊片層33。和圖1的傳統(tǒng)布置形成對比，螺栓31在構(gòu)件之間傳遞很大一部分剪切負(fù)荷。該原理在圖2中示出，該圖2示出了通過在構(gòu)件之間放置墊片層8并且使粘合層3終止于邊緣9 處而改進(jìn)的圖1的接頭。因?yàn)楹苌俚幕驔]有剪應(yīng)力可以通過墊片層8傳遞，所以螺栓4傳遞很大一部分剪切負(fù)荷，并且由粘合劑傳遞的剪切負(fù)荷非常低。因此與圖1的布置相比，在粘合劑中裂紋開始的機(jī)會(huì)大大減少。類似的原理適用于圖4所示的接頭。注意，與傳統(tǒng)接頭相比，螺栓31的尺寸可能需要被增大，但是已預(yù)料到通過使蒙皮和/或縱梁更薄足以抵消這種重量上的增加。此外，返回參考圖4，因?yàn)檎澈蟿┑倪吘?2已經(jīng)被移動(dòng)而離開縱梁收尾22和蒙皮 14之間的幾何中斷，所以剝離負(fù)荷不再必須通過粘合劑傳遞，螺栓31代替?zhèn)鬟f該負(fù)荷。而且，通過將邊緣32定位在機(jī)翼上彎矩被降低的位置處，可以使由機(jī)翼的整體彎曲引起的粘合劑上的負(fù)荷減到最小或者消除。為了確保大部分剪應(yīng)力通過螺栓31而不是通過粘合劑傳遞，優(yōu)選的是維持邊緣 32和螺栓之間的相當(dāng)大的間隙。更具體地講，可以限定粘結(jié)區(qū)域的邊緣32和螺栓31的軸的中心軸線之間的距離L (見圖4)，該螺栓是最接近于粘結(jié)區(qū)域的邊緣32的螺栓。該距離 L優(yōu)選地大于螺栓31的軸的最小直徑D的兩倍，但是小于屈曲距離。該屈曲距離被定義為在結(jié)構(gòu)變得遭受無法接受的屈曲風(fēng)險(xiǎn)之前所能容忍的最大距離L。墊片層33由具有低摩擦系數(shù)的材料諸如Teflon形成。如果螺栓31被預(yù)拉伸，則這一點(diǎn)是特別重要的。這使剪應(yīng)力通過墊片層33的傳遞減到最小。墊片層33還防止水滲入到非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)。圖5示出了制造連接第一構(gòu)件50和第二構(gòu)件51的與上述類似的接頭的方法。首先，在非粘結(jié)區(qū)域中將墊片層52鋪設(shè)在第一構(gòu)件和/或第二構(gòu)件50上。其次，在粘結(jié)區(qū)域中將粘合劑層53施加至第一構(gòu)件50。然后將兩個(gè)構(gòu)件壓在一起直到粘合劑已經(jīng)凝固。在粘合劑已經(jīng)凝固之后，使螺栓M穿過非粘結(jié)區(qū)域。所得到的接頭在圖6中示出。墊片層52 允許粘結(jié)區(qū)域的邊緣55的位置能被容易地控制。圖2和圖4所示的接頭也可以通過本方法制造。在這種情況下，典型地將粘合層施加至面板，并且將縱梁壓在面板上的粘合層上。在圖5的實(shí)施例中，兩個(gè)構(gòu)件在被一層粘合劑粘結(jié)在一起之前被預(yù)固化。然而，可以采用其它的粘結(jié)方法，包括共固化和共粘結(jié)。在共固化的情況下，構(gòu)件被同時(shí)固化，并且隨著它們固化它們在粘結(jié)區(qū)域中變得粘結(jié)在一起，并且墊片層防止環(huán)氧樹脂流入非粘結(jié)區(qū)域。在共固化的情況下，粘合層可以存在或可以不存在。在共粘結(jié)的情況下，構(gòu)件中的一個(gè) (典型地為面板)被預(yù)固化，并且縱梁被固化在面板上。在共粘結(jié)的情況下，粘合層可以存在或不存在。雖然已經(jīng)參照一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離如所附的權(quán)利要求限定的發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變或修改。
權(quán)利要求
1.一種連接一對飛機(jī)構(gòu)件的接頭，所述接頭包括第一構(gòu)件；在粘結(jié)區(qū)域內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件，所述粘結(jié)區(qū)域終止于一邊緣處；位于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣和所述第二構(gòu)件的邊緣之間的非粘結(jié)區(qū)域，所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)不被粘結(jié)；以及一個(gè)或更多個(gè)緊固件，所述一個(gè)或更多個(gè)緊固件穿過所述非粘結(jié)區(qū)域并且將所述第一構(gòu)件緊固至所述第二構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭，其中，所述第一構(gòu)件包括面板，并且所述第二構(gòu)件包括縱梁，所述縱梁具有一對側(cè)邊緣和比所述側(cè)邊緣短的端邊緣，并且其中所述非粘結(jié)區(qū)域被定位在所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣和所述縱梁的所述端邊緣之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接頭，所述接頭還包括墊片層，所述墊片層在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)定位在所述構(gòu)件之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接頭，其中，所述墊片層由低摩擦材料形成，由此所述墊片層和所述第一構(gòu)件之間的摩擦系數(shù)小于所述第二構(gòu)件和所述第一構(gòu)件之間的摩擦系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的接頭，其中，每個(gè)所述緊固件均穿過所述墊片層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的接頭，其中，所述墊片層遍布大部分所述非粘結(jié)區(qū)域。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接頭，其中，所述緊固件穿過所述構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接頭，其中，所述緊固件是螺栓。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接頭，其中，最接近于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣的緊固件的穿過所述非粘結(jié)區(qū)域的軸的最小直徑是D，所述軸的中心軸線和所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣之間的距離L大于2D。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接頭，其中，所述第二構(gòu)件通過共固化、共粘結(jié)或者二次粘結(jié)在所述粘結(jié)區(qū)域內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的接頭，其中，所述構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)由多個(gè)層形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接頭，其中，所述構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)由多層復(fù)合材料形成。
13.一種在任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的接頭中在構(gòu)件之間傳遞剪切力的方法，所述方法包括基本上不經(jīng)由所述非粘結(jié)區(qū)域在所述構(gòu)件之間傳遞剪切力，并且經(jīng)由所述緊固件在所述構(gòu)件之間傳遞至少一部分剪切力。
14.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭的方法，所述方法包括在所述粘結(jié)區(qū)域內(nèi)將所述第二構(gòu)件粘結(jié)至所述第一構(gòu)件；防止所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域中被粘結(jié)；以及利用穿過所述非粘結(jié)區(qū)域的一個(gè)或更多個(gè)緊固件將所述構(gòu)件緊固在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在粘結(jié)步驟期間，通過墊片層防止所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域中被粘結(jié)，所述墊片層在所述非粘結(jié)區(qū)域內(nèi)定位在所述構(gòu)件之間。
全文摘要
一種連接一對飛機(jī)構(gòu)件的接頭，所述接頭包括第一構(gòu)件；在粘結(jié)區(qū)域范圍內(nèi)被粘結(jié)至所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件，所述粘結(jié)區(qū)域終止于邊緣處；位于所述粘結(jié)區(qū)域的所述邊緣和所述第二構(gòu)件的邊緣之間的非粘結(jié)區(qū)域，所述構(gòu)件在所述非粘結(jié)區(qū)域范圍內(nèi)不被粘結(jié)；以及一個(gè)或更多個(gè)緊固件，所述緊固件穿過所述非粘結(jié)區(qū)域并且將所述第一構(gòu)件緊固至所述第二構(gòu)件。
文檔編號F16B11/00GK102177351SQ200980140418
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者恩佐·科森蒂諾 申請人:空中客車操作有限公司