CN101516724B - 允许承受构件的自稳定加强肋 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加强肋，其用于经受拉伸应力和/或压缩应力和/或切向应力的结构，加强肋包括成形的截面，该截面包括：与待加固的构件(9)相接触、具有封闭截面并保证稳定性的区域，该区域包括第一撑脚(6)和第二撑脚(7)；以及垂直于待加固的构件的腹板(12)，腹板(12)提供适于承受构件的支承表面(61)，该腹板由两个撑脚之一形成。本发明应用于飞行器结构。

Description

允许承受构件的自稳定加强肋

技术领域

本发明涉及同时允许结构的稳定加固和在该结构上承受构件的加强肋。本发明还涉及包括至少一个这样的加强肋的飞行器结构。 

本发明应用在结构力学领域，尤其应用在航空领域用于飞行器的结构构件的机械性能。 

背景技术

在飞行器中，存在大量的结构构件，所述结构构件需要使用附加部件以提高这些结构构件的机械性能。这些附加部件尤其可以是加强肋。这些加强肋是固定在飞行器的结构构件上的成型部件，例如用于转移纵向负荷或用于稳定这些构件(用于防止这些构件在切向力或压缩力的作用下鼓包或弯曲)。 

例如，加强肋可以作为骨架或者桁条用在飞行器的机身中以加固外壳和某些特定的区域，如舱门框。加强肋也可以用在飞行器的机翼中，用在翼展(翼梁)方向或翼弦(翼肋)方向上。 

加强肋可以在应力较大的位置使结构在竖直方向或纵向方向上局部加固。 

加强肋可以具有不同形状的截面。加强肋的截面取决于多个参数，如待加固的结构构件的形状或者待加固的结构构件应执行的主要功能。已知的加强肋通常具有Z形截面、T形截面、J形截面或Ω形截面。图1、2和3示出各种已知截面的示例。 

更确切地，图1示出具有Z形截面的加强肋的示例。这样的Z形加强肋2包括三个部分：基座21、腹板22以及顶23。基座21与待加固的构件1接触并且贴合待加固的构件1的形状。具有两个“平坦”表面的腹板22可以在需要时用于承受其它构件。顶23用于稳定加强肋，即防止加强肋的截面在其平面中弯曲。 

图2A示出具有T形截面的加强肋的示例。该T形加强肋3包括两个 部分：基座31和腹板32。基座31与待加固的构件接触并且贴合待加固的构件的形状。具有两个“平坦”表面的腹板32可以在需要时用于承受其它构件。使用复合材料，如图2B所示，例如可由RTM(树脂传递模塑)技术通过共注塑两个背靠背定位的L形预型件来获得这样的加强肋。 

在这两个加强肋的示例中，正如具有J形截面的加强肋，加强肋包括形成支承表面的腹板。支承表面是与待加固的构件垂直或几乎垂直并且可以接纳匹配构件使得该构件与支承表面持久接触的平坦表面。因此，这样的支承表面可以保证承受其它结构构件或非结构构件。换句话说，这些类型的具有J形、T形或Z形截面的加强肋每个都包括上面可以添加附加构件的平坦表面。 

然而，当结构经受某些力时这些加强肋的形状可能具有缺点。实际上，当加强肋受到压缩负荷时，其倾向于弯曲，即加强肋倾向于自某个压力水平开始弯曲。为了避免加强肋的弯曲，必须增添在加强肋横向上设置的附加部件，如稳定夹，其作用是避免它们的负荷倾斜。 

为了解决这些稳定性问题，出现了具有Ω形截面的加强肋。图3示出这样的Ω形加强肋的示例。在图3的示例中，该加强肋4具有Ω形。加强肋4包括顶45以及在顶45的中面两侧对称的两个腹板43和44和两个基座41和42。正是加强肋的形状、特别是与待加固的构件相配所获得的截面是封闭的(即与空心梁相似的截面)这一事实，为所述加强肋提供稳定性。换句话说，无需增添任何附加部件，加强肋通过自身稳定。加强肋是自稳定的。因此，容易理解即使这样的加强肋受到压缩负荷，加强肋既不向一侧倾斜也不向另一侧倾斜。 

然而，这样的Ω形加强肋不包含任何适合承受其它构件的简单的支承表面。实际上，除了两个基座，这样的加强肋不具有任何真正适合承受其它构件的表面，这是由于顶和腹板的取向(都不垂直于待加固的构件的表面)以及由于与在封闭截面中的固定安装有关的问题(可控制性、特殊的固定等等)。 

因此，根据待加固的结构构件和根据要保证的功能，可选择使用具有支承表面的加强肋，如具有Z形截面、T形截面或J形截面的加强肋，或者选择自稳定的加强肋，如具有Ω形截面的加强肋。 

然而，航空领域中的当前趋势是总有更多要被承受的构件，既有设备构件又有系统构件。特别是在飞行器的机身上，骨架或地板结构是飞行器 的存在大量要被承受的构件的区域，既有结构构件又有系统构件，如电缆。因此允许在加强肋上承受构件同时通过功能集成最大程度地简化结构部件是重要的。 

发明内容

本发明的目的正是克服上述技术的缺陷。为此，本发明提出一种加强肋，该加强肋具有同时允许其自稳定和保证承受构件的截面。这样的加强肋满足自身的机械性能需要，且提供允许承受构件的平坦腹板。为此，本发明的加强肋包括具有与Ω形状在稳定性方面相似的形状的下部和具有允许承受构件的支承表面的上部。 

更确切地，本发明涉及一种加强肋，所述加强肋用于经受拉伸应力和/或压缩应力和/或切向应力的结构，其特征在于所述加强肋包括λ形截面，该λ形截面包括： 

-与待加固的构件相接触、具有封闭截面并保证稳定性的的区域，该区域包括第一和第二撑脚，以及 

-垂直于待加固的构件的腹板，腹板提供适于承受构件的支承表面，该腹板由两个撑脚之一形成。 

本发明的加强肋还可以包括以下特征中的一个或多个： 

-加强肋由复合材料实现。 

-第一撑脚是长撑脚，第二撑脚是短撑脚，两个撑脚在连接区互相接合从而形成加厚部分。 

-腹板12由长撑脚6的一部分构成。 

-短撑脚与长撑脚关于经过连接区的轴线XX对称。 

-每个撑脚包括稳定基座。 

-长撑脚具有C形截面。 

-长撑脚具有Z形截面。 

-短成撑脚具有L形截面。 

-长撑脚6包括在与稳定基座63相对的端形成的顶64，从而保证惯性。 

本发明还涉及飞行器结构，其特征在于该飞行器结构包括至少一个如前面限定的加强肋。 

本发明还涉及包括这些加强肋中至少一个的飞行器。 

附图说明

描述过的图1示出具有Z形截面的加强肋。 

描述过的图2A和2B示出具有T形截面的加强肋。 

描述过的图3示出具有Ω形截面的加强肋。 

图4示出根据本发明的具有λ形截面的加强肋的第一结构。 

图5示出根据本发明的具有λ形截面的加强肋的第二结构。 

与图5的结构相关的图6A和6B示出根据本发明的具有λ形截面的加强肋的重心。 

图7示出根据本发明的骨架的示例和飞行器机身中的地板横梁的示例。 

图8A和8B示出先前图7所示的骨架/横梁连接的细节。 

具体实施方式

本发明涉及用于结构构件、特别是飞行器的结构构件的加强肋，其具有λ形截面。该λ形形状同时允许加强肋的自稳定性和承受构件。 

如将要描述的，λ形截面例如可以应用于纵向加强肋，即桁条，或者可以应用于径向加强肋，即骨架。 

具有λ形截面的加强肋结合了前面描述过的自稳定加强肋和前面也描述过的适合承受构件的加强肋的优点。为此，具有λ形截面的加强肋包括下部和上部，下部具有两个保证自稳定性的支撑点而上部具有保证承受构件的支承表面。下部是与待加固的构件相接触的区域；其具有封闭截面。上部包括加强肋的腹板12；该腹板12垂直于待加固的构件。 

图4和5示出具有λ形截面的加强肋的示例。更确切地，图4示出根据本发明的λ形加强肋截面的第一结构。该λ形加强肋截面(更简单地称为λ形加强肋)包括长撑脚6(也称为大撑脚)和短撑脚7(也称为小撑 脚)。小撑脚和大撑脚由相同的材料实现。优选地，它们至少在撑脚长度的一部分上具有相同的厚度。 

小撑脚7与大撑脚6在连接区8上接合，从而在此位置形成加厚部分。 

大撑脚6是加强肋的主要撑脚。小撑脚7是加强肋的稳定器。 

每个撑脚包括多个段。小撑脚7包括位于两个撑脚的连接区8中的第一段71。小撑脚7包括与第一段71形成钝角的第二段72。小撑脚7包括称为基座的第三段73，基座的作用是允许加强肋和待加固的构件之间的连接。然而在局部，加强肋的撑脚上可以没有该第三段，这是为了限制加强肋的重量。 

大撑脚6包括与小撑脚7的第一段71相连的第一段61。大撑脚6的第一段在长度上大于小撑脚7的第一段，并构成用于承受可能的其它结构(横梁等等)的支承表面61。大撑脚6的该段61构成加强肋的腹板12。大撑脚6包括与第一段61形成钝角的第二段62。大撑脚6也包括形成基座的第三段63，基座的作用是允许加强肋与待加固的构件之间的连接。然而在局部，加强肋的撑脚上可以没有该第三段，这是为了限制加强肋的重量。 

小撑脚7与大撑脚6关于经过连接区的轴线XX对称。 

此外，大撑脚6包括与第一段61基本上形成直角的第四段64，使得所述第四段是平的。因此，第四段64，也称为顶，有助于提高加强肋的惯性。为此，该第四段64的厚度可以大于大撑脚6的其它段的厚度。 

举例来说，λ形截面加强肋可以具有110毫米的总高度和2.6毫米厚度的撑脚，但大撑脚的第四段64除外，具有5毫米的厚度。因此两个撑脚的连接区具有5.2毫米的加厚部分。该连接区8可以具有例如24毫米的长度。 

当考虑与待加固的构件相接触的区域(即λ形加强肋的撑脚包括第三段63或73的区域)时，λ形加强肋与Ω形加强肋具有性能相当的稳定性。实际上，在这些区域中，与待加固的构件相连的加强肋允许获得封闭的截面。由于其稳定性，这样的λ形加强肋可以承受拉伸负荷、压缩负荷以及切向应力负荷，同时保证承受构件。 

在图4所示的结构中，大撑脚6的各段基本上形成Z形。可称大撑脚具有Z形截面。小撑脚的各段基本上形成反向L形。可称小撑脚具有L形截面。 

在图5所示的结构中，大撑脚6的段基本上形成C形。可称大撑脚具有C形截面。小撑脚的段基本上形成反向L形。可称小撑脚具有L形截面。 

两种结构之间的不同在于段64的取向：在大撑脚6一侧或在小撑脚7一侧。对λ形加强肋结构的选择取决于要添加到加强肋的支承表面61上的构件的形状和取向。 

无论根据本发明的λ形加强肋的哪个结构，加强肋的两个撑脚以同种材料实现。该材料可以是金属。该材料也可以是复合材料，其优点是当制造加强肋时λ形的两个撑脚可以是一体的。因此，不需要任何为接合加强肋的两个撑脚所需的机械应用。例如，λ形的大撑脚和小撑脚可被共注塑或共培烧等等。在这种情况下，在确定加强肋的适当尺寸后，不存在在施加到结构构件的力的作用下两个撑脚被分离的任何风险。 

在本发明的一个优选的实施例中，加强肋的两个撑脚基于两个同时在同一模具中被模塑(例如根据RTM(树脂传递模塑)方法)的干预型件实现。因此，共注塑加强肋的两个撑脚的事实允许在连接区获得在两个撑脚之间的浸透。本发明的加强肋可以基于纤维织物(即沿纬向和经向编织的纤维)或者单向纤维布(即沿单一方向的纤维)实现。对纤维类型的选择取决于加强肋应承受的力。 

图6A和6B示出根据图5结构的λ形加强肋，分别在支承在待加固的构件上的区域中(图6A，具有基座)和与待加固的构件相支撑的区域之外(图6B，没有基座)。图6A和6B对于所述加强肋的每个区域示出加强肋的重心。可注意到，无论哪个区域，重心都不位于加强肋上，但是距加强肋极近。在图6A的情况下，重心G1恰好在加强肋的大撑脚6的边上，在加强肋之外。在图6B的情况下，重心G2完全在加强肋之外。加强肋的重心在腹板的附近是加强肋的特征，其有助于使加强肋具有自稳定的特征。 

图7示出根据本发明的加强肋建立模型的飞行器机身骨架的示例，其允许保证承受地板结构构件(此处是横梁)同时获得稳定的骨架。在航空领域中，制造圆形或椭圆形截面的单体骨架是复杂的。因此，一般基于互相用夹板连接的多个部分来制造骨架。这些部分是结构构件的示例，其可以被看作根据本发明的加强肋。在图7的示例中，可根据本发明的加强肋制造360°的骨架9，这允许地板横梁10在两个连接区11中悬挂在骨架9上。 

图8A和8B更详细地示出在图7的横梁和根据本发明的骨架之间的连接。如上所述，骨架9具有λ形截面。因此，如图8A和8B所示，骨架9在其整个长度上包括多个小撑脚7和多个大撑脚6。在图8A和8B所示的示例中，地板横梁10抵靠在加强肋的大撑脚6上。在这种情况下，加强肋是图4所示的类型，即其具有Z形的大撑脚6。在图8A和8B的示例中，由于加强肋的顶64的取向，所以这种类型的加强肋允许更容易地承受地板横梁。大撑脚6的支承表面61允许接纳一个或多个其它构件。 

在图8A和8B的示例中，骨架在桁条的基座上直接被承受。可以说骨架是半浮动的。在其它结构中，骨架可以是非浮动的(骨架在机身外壳上直接被承受以及也可能在桁条基座上直接被承受)或者是浮动的(骨架不在加固的外壳上被直接承受，而通过夹具在外壳和骨架之间进行连接)。 

Claims (10)

1.一种加强肋，所述加强肋用于经受拉伸应力和/或压缩应力和/或切向应力的结构，其特征在于所述加强肋包括λ形截面，所述λ形截面包括：

-与待加固的构件(9)相接触、具有封闭截面并保证稳定性的区域，所述区域包括第一撑脚和第二撑脚，所述第一撑脚和第二撑脚在连接区(8)互相接合从而形成加厚部分，所述第一撑脚是长撑脚(6)，所述第二撑脚是短撑脚(7)，以及

-垂直于所述待加固的构件的腹板(12)，所述腹板(12)提供适于承受构件的支承表面(61)，所述腹板由所述两个撑脚之一形成。

2.根据权利要求1所述的加强肋，其特征在于，所述加强肋由复合材料实现。

3.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，所述腹板(12)由所述长撑脚(6)的一部分构成。

4.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，所述短撑脚(7)与所述长撑脚(6)的相应部分关于经过所述连接区(8)的轴线(XX)对称。

5.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，每个撑脚包括稳定基座(63，73)。

6.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，所述长撑脚具有C形截面。

7.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，所述长撑脚具有Z形截面。

8.根据权利要求1或2所述的加强肋，其特征在于，所述短撑脚具有L形截面。

9.一种飞行器结构，其特征在于，所述飞行器结构包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的加强肋。

10.一种飞行器，包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的加强肋。

Images