CN100471757C - 飞机窗框 - Google Patents
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Abstract
一种安装在飞机外壳(5)上的窗框(1)，其在各种情况下都包括至少一个外凸缘(2)、一个内凸缘和一个垂直布置在这两个凸缘之间的垂直凸缘(4)，其由纤维增强合成树脂制成，其中，首先将包含纤维材料的半成品部件插入到模具中，在压力和温度下注入树脂，然后，以这种方式制成的部件在模具中硬化。该半成品部件具有由网状材料、纤维束或者网状材料与纤维束的组合制成的层结构。
Description
本申请要求2004年8月9日提交的美国临时专利申请No.60/600,112和2004年5月24日提交的德国专利申请No.102004025377.3的优先权，在此引用其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种安装在飞机外壳上的窗框，其在每种情况下都包括至少一个外凸缘、一个内凸缘和一个垂直设置在这两个凸缘之间的垂直凸缘，其中与飞机结构的连接通过外凸缘进行，在内凸缘上附接所要保持的窗元件，该窗元件通过垂直凸缘保持。另外，本发明涉及一种制造这种窗框的方法。
背景技术
在当今大多数所制造及运行的飞机中，使用铝制窗框，其包括通过锻造和修整制成的部件。该组件被安排成总共三个区域：外凸缘、内凸缘和垂直设置于上述两凸缘之间的垂直凸缘。窗框通常通过外凸缘用两行铆钉连接在飞机结构上或者飞机外壳上。窗元件搁置在内凸缘上，通常包括两片窗玻璃和设置在其间的密封件，并且通过限位件保持在其位置上，该限位件与垂直凸缘相连。
除了固定窗元件外，这种窗框也具有吸收所增加的应变的功能，应变通常发生于安装在传递载荷外壳上的窗户上相对较大切口的边缘处。从而一方面窗框的外凸缘用作该切口的加强件，而另一方面，通过外缘，窗框和外壳通过铆钉相互连接到一起。由于制造这种现有的铝制窗框通常是通过锻造，因此无法得到有利于铆钉力分布的窗框轮廓截面分布，因为为了能进行简单铆接，凸缘的倾斜度最大可能会达到约两度。
内凸缘用于容纳窗元件，这里简化了窗安装的倾斜度。同时，来自于客舱的内部压力的现存载荷通过该内凸缘传递到飞机外壳上。
垂直凸缘专门用作窗框上的加强肋，以在最小的可能重量下最小化外壳上的张力。在该垂直凸缘上，附连有有眼螺栓，窗元件的限位件或者保持件通过该螺栓保持在其位置上。同时，当安装窗元件时，垂直凸缘还构成引导件。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种上述类型的窗框，与在这种应用中现今使用的窗框相比其可以显著减轻重量。同时，制造这种窗框的成本也会尽可能降低。另外，通过本发明，可以提供制造这种窗框的最简单且最节约成本的执行方法。
本发明通过提供一种包括纤维增强树脂的窗框达到第一目的。所述窗框，包括至少一个在不同径向区域内具有变化厚度的外凸缘、至少一个内凸缘和垂直布置在该至少一个外凸缘和该至少一个内凸缘之间的至少一个垂直凸缘，其中该至少一个外凸缘能够与飞机结构相连，并且在该至少一个内凸缘上，能附连有所要保持的窗元件，该窗元件通过该至少一个垂直凸缘保持，其特征在于该窗框包括纤维增强树脂，所述窗框包括单独的纤维层，所述单独的纤维层具有单独的纤维层方向，所述纤维层包括层方向的纤维处理，以使所述纤维沿荷载方向。
通过一种方法达到另一目的，在该方法中，将由纤维材料制成的半成品部件插入到模具中，在压力和温度下将树脂注入模具，然后以这种方式制成的部件在模具中硬化，其中所述半成品部件具有层结构，所述层结构包括单独的纤维层，所述单独的纤维层具有单独的纤维层方向，所述纤维层包括层方向的纤维处理，以使所述纤维沿荷载方向。
本发明使得能够利用纤维复合结构的窗框，从而与现今使用的铝窗框相比，可以减轻50％的重量。除了能大大减轻重量的潜力之外，这种部件的成本与铝锻构件制成的窗框相比并未升高。
同时，根据本发明能够制造在平均5mm的壁厚下公差约为0.2mm的纤维窗框，相当于约4％的制造公差。相反地，对于铝锻窗框，根据加工方法的不同，在同样厚度下会达到约1.5mm的公差，相当于约30％的制造公差。因此，通过本发明，不仅可以在各窗框之间显著减轻重量波动，而且同时大大简化了窗框在飞机上的安装或者窗元件在窗框上的安装。最后，本发明窗框的其它优点是增强安全性以及大大改善绝热性。
附图说明
下面，将参考附图中所示实施例来更详细地介绍本发明。附图中：
图1示出了一窗框的透视图；
图2示出了穿过图1窗框的安装位置的详细剖面图；
图3示出了处于打开状态的制造图1窗框的模具部件；
图4示出了处于闭合状态的图3的模具；
图5和6示出了图1窗框的主要方向示意图，其中图6是图5中VI区域的详细示意图；
图7示出了第一预制件结构的剖面图；
图8示出了第二预制件结构的剖面图；以及
图9示出了第三预制件结构的剖面图。
具体实施方式
图1所示窗框1由纤维结构制成，并且与现有的铝锻窗框类似，也具有外凸缘2、内凸缘3以及设置在两内外凸缘之间的垂直凸缘4。与传统的铝窗框相反，在这种情况下外凸缘2具有一致的周向边缘。另外，与相应的铝锻造部件相反，外凸缘2在不同径向区域具有变化的厚度。这使得在铆接区域和外壳切口区域具有大大改善的材料利用效率。图2用剖面图进行了更清楚地表示，其中示出了该窗框1在飞机外壳5上的安装位置。在该图中还示出了用于连接窗框和外壳5的铆钉位置6，以及两个窗玻璃7和8，其和密封件9一起构成了窗元件。
窗框1通过所谓的“树脂转移模塑法”或者RTM技术进行制造。在此方面，首先由纤维制成模件10，即所谓的预制件。接下来其放置在一个由两部分构成的模具11中，如图3和4所示。在下模具12和上模具13中设置有内型芯14和外型芯15，在此情况下内型芯和外型芯形成为两部分。预制件10插在两型芯14和15之间，模具11闭合，在压力和温度下将树脂注射到该模具中。然后成品部件1在模具11中硬化。
因此预制件10可以被制成一个完整部件，或者在所谓的子预制(sub-preform)技术中形成一个部件，在此技术中，完整的窗框1由各单独子结构部件或者子预制件组合而成。但是，不管在哪种情况，预制件10都包括单独的层，其大体上可通过下述三种类型制成：
—网状半成品部件，
—纤维束，
—网状半成品部件与纤维束的结合。
各纤维层的方向对于本文所述减轻窗框1的重量来说是关键因素，其促成了承载层结构。不在窗框周边的纤维方向无法达到本文所述减轻装置重量的效果。图5和6示出了主方向为0°、45°和90°的主要层方向。因此0°方向表示窗框1的周向，90°方向沿着径向，45°方向穿过从垂直凸缘4到外凸缘2的过渡区域。
图7示出了包括网状半成品部件的窗框1的层结构剖面图。在该图中，附图标记20表示内凸缘的0°绕芯，附图标记21表示所有外部区域的±60°层以及从外凸缘2到内凸缘3延伸的±60°层，附图标记22表示垂直凸缘4区域的0°和90°层。这些层方向在外凸缘2、内凸缘3和垂直凸缘4的交界面上测量。在该区域以外，提供下述因素用于弯曲放置的网状半成品：
垂直凸缘4：
—所有纤维保持测量方向；
内凸缘3和外凸缘2：
—0°纤维保持为测量方向；
—±45°纤维保持测量方向，但被弯曲；
—±60°纤维保持测量方向，但被弯曲；
图8示出了带有纤维束的承载层结构，再次示出了穿过纤维束层结构的剖面图。在该图中，附图标记20表示内凸缘的0°绕芯，附图标记23表示在所有外部区域具有±60°层的纤维束以及带有从外凸缘2延伸到内凸缘3的±60°层的纤维束，附图标记24表示在垂直凸缘4区域内带有0°和90°层的纤维束，附图标记25表示在外凸缘区域内带有±45°层的纤维束。这些层方向在外凸缘2、内凸缘3和垂直凸缘4的交界面上测量。为了进行纤维处理，使纤维能沿载荷方向，要选择窗框1的结构，概述如下：
外凸缘2：
—铆接区域的准各向同性径向结构；
垂直凸缘4：
—0°芯用于承受主要载荷；
—±60°层位于外侧。
内凸缘3：
—0°方向为主；
—±60°层位于外侧；
—90°用于加强。
以这种方式，各定位纤维具有下述具体细节：
垂直凸缘4：
—所有纤维保持测量方向；
内凸缘3和外凸缘2：
—0°纤维保持为测量方向；
—±45°纤维的角度变为±60°；
—±60°纤维的角度变为±70°。
最后，图9示出了结合有网状结构和纤维束的层结构。这里，同样附图标记20表示内凸缘的0°绕芯的网状结构层，而附图标记27表示0°卷绕挤出件(coiled push)，28表示±60°网状结构层，29表示0°/90°网状结构层。
用这种方式制造的窗框1与普通的铝窗框相比在相同的制造成本下大约能减轻50％的重量。其公差基本上低于相应铝部件的公差。同时，该窗框与普通的铝窗框相比能提供更高的安全性和更好的绝热性。
Claims (8)
1.一种安装在飞机外壳上的窗框，包括至少一个在不同径向区域内具有变化厚度的外凸缘、至少一个内凸缘和垂直布置在该至少一个外凸缘和该至少一个内凸缘之间的至少一个垂直凸缘，其中该至少一个外凸缘能够与飞机结构相连，并且在该至少一个内凸缘上，能附连有所要保持的窗元件，该窗元件通过该至少一个垂直凸缘保持，其特征在于该窗框(1)包括纤维增强树脂，所述窗框包括单独的纤维层，所述单独的纤维层具有单独的纤维层方向，所述纤维层包括层方向的纤维处理，使所述纤维沿荷载方向。
2.如权利要求1所述的窗框，其特征在于该窗框(1)由网状半成品部件制成。
3.如权利要求1所述的窗框，其特征在于该窗框(1)由包含纤维束的半成品部件制成。
4.如权利要求1所述的窗框，其特征在于该窗框(1)由半成品制成，该半成品部件包括纤维束和网状半成品部件的组合。
5.制造如权利要求1至4任意一个所述的窗框的方法，其特征在于包含纤维材料的半成品部件(10)插入到模具(11)中，在压力和温度下将树脂注入其中，然后以这种方式制成的部件(1)在模具(11)中硬化，其中所述半成品部件(10)具有层结构，所述层结构包括单独的纤维层，所述单独的纤维层具有单独的纤维层方向，所述纤维层包括层方向的纤维处理，使所述纤维沿荷载方向。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于该半成品部件(10)具有由网状材料制成的层结构。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于该半成品部件(10)具有由纤维束制成的层结构。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于该半成品部件(10)具有包括网状材料与纤维束的组合的层结构。
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