CN101583487A - 混合式复合金属的飞行器起落架与发动机支撑梁 - Google Patents

Abstract

提供了一种混合式复合金属部件。该部件包括细长内金属件、绕所述内金属件的至少一部分设置的外金属件以及在所述内金属件与所述外金属件之间设置的复合材料。所述部件还可包括连接所述内金属件与外金属件的密封件与至少一个紧固件中的至少一个。所述内金属件与所述外金属件都可包括至少一个渐缩端或梯形端。所述内金属件与所述外金属件的所述渐缩端均可包括双梯形度。

Description

混合式复合金属的飞行器起落架与发动机支撑梁

技术领域

【0001】本公开的实施例涉及混合式复合金属部件的形成，且更为具体地，涉及用于形成混合式复合金属飞行器起落架以及发动机支撑梁的设备与方法。

背景技术

【0002】在许多应用中，尤其是在航空、航海、航天以及建筑工业中，重要的是提供具有诸如强度的特定性能且具有最小量或至少减小量的质量的部件。起落架与发动机支撑梁通常为重金属结构。例如，在图1中示出具有起落架200的飞机100。起落架200一般而言在驾驶舱区域150下方。图1的主起落架200设置在接近飞机机翼101处。在图2中，飞机发动机102由接近飞机机翼101的发动机支撑梁201支撑。由金属制成的起落架提供必要的保护以便防止由在跑道上的碎屑所导致的碰撞。同时，使用金属的优点在于能够支撑或约束主要载荷。当然，使用金属的较大缺点在于用于实现这些结构目的所需的质量。由于设计要求需要轻质结构，因此，典型地，由金属形成的起落架与发动机支撑梁需要的制作手段相当难而且还有其它设计问题。

【0003】在起落架中抗压缩、弯曲、扭转载荷以及跑道碎屑的要求已产生了对于新的起落架设计的需求。新的起落架设计必须满足标准要求但是具有更轻质量。全部利用金属或全部利用复合结构的现有和新兴技术已经提供了实现这些要求的有限能力。即，复合结构重量上轻于金属结构但需要用于其制造的昂贵的模具或工具以及用于其固化工艺的高压釜或压力机。此外，复合结构易受冲击损伤且不可能支撑整个飞行器的重量。因此，尽管具有重量上的缺点，但金属仍是用于起落架的材料选择。因此，起落架的净重依旧是航空工业的一个问题。

【0004】对于发动机支撑梁的要求与对起落架设计要求相似。发动机支撑梁必须提供足够的支撑以便有效抵抗由发动机导致的包括俯仰载荷和边缘载荷的各种载荷。正如起落架的情形，期望尽可能减小发动机支撑结构的重量而不严重地降低实现其载荷要求的结构能力。因此，存在对于减少质量的新的发动机支撑梁的需求。现有技术和新兴技术已经提供了完成所述需求的有限能力。典型地，发动机支撑件由金属制成。金属支撑件不需要在复合支撑件制造中使用的昂贵的模具或工具。因此，金属仍然是发动机支撑梁的材料选择。从而，发动机支撑梁的重量仍然是设计者的一个问题。

【0005】因此，提供用于形成混合式部件的设备和方法将会是有利的，其中所述混合式部件满足了由传统金属部件提供的至少一定强度以及由复合材料部件提供的至少一定重量上的优势。此外，提供用于形成如下部件的设备和方法将会是有利的，其中所述部件降低了飞机或其他运载工具的总重量而不损害其结构整体性。伴随着更小的结构重量，飞行器与其他交通工具将能够携带更大的有效载荷并实现更大的燃料效率。

发明内容

【0006】本公开的实施例可通过提供用于形成诸如混合式复合金属飞行器起落架和发动机支撑梁的混合式复合金属部件的设备与方法来满足以上需求并获得其它优点。总体而言，本公开的实施例提供用于形成混合式复合金属部件的设备与方法且无需刀具或高压釜加工，同时还可受益于复合材料与金属材料的性能与特性。具体地，混合式复合金属部件可由固化的复合材料连接到一起的金属件形成，其中该固化的复合材料占据这些金属件之间的间隙。

【0007】在一个实施例中，混合式复合金属部件包括细长内金属件(elongate inner metal piece)、绕该内金属件的至少一部分设置的外金属件以及在该内金属件与该外金属件之间设置的复合材料。该内金属件与该外金属件都可具有相对的渐缩与非渐缩端。由从内金属件的渐缩端到非渐缩端的距离所限定的长度可以与由外金属件的渐缩端到非渐缩端的距离所限定的长度大约相同。内金属件与外金属件可由密封件与至少一个紧固件中的至少一个而被连接，其中所述紧固件可以是在内金属件与外金属件之间延伸的螺栓或绕外金属件的一段均匀间隔的多个紧固件。内金属件与外金属件可由钛形成。复合材料可由用树脂浸渍的石墨而形成。内金属件与外金属件的渐缩端可包括双梯形度或双锥度。同时，内金属件与外金属件的渐缩端可以被对准而非渐缩端也同样被对准。

【0008】在另一个实施例中，提供了形成混合式复合金属部件的方法。该方法包括：将内金属件匹配在外金属件内从而使得其间有间隙，用复合材料填充该间隙的至少一部分，和连接内金属件与外金属件。内金属件与外金属件的连接可包括运用密封件与附装至少一个紧固件中的至少一项措施。附装至少一个紧固件可包括将至少一个螺栓固定到内金属件与外金属件，以及绕外金属件均匀间隔地固定多个螺栓。用复合材料填充间隙的至少一部分包括在间隙内沉积干的复合材料并用树脂浸渍干的复合材料。该方法还包括固化复合材料。复合材料的固化可包括向该复合材料施加热或辐射。同时，该方法可包括在复合材料固化期间向复合材料施加压力。

【0009】在另一个实施例中，提供了飞行器部件。该飞行器部件包括内金属管、绕内金属管的至少一部分设置的外金属管，以及在内金属管与外金属管之间设置的复合材料。如同前面所述的，内金属管与外金属管都可具有至少一个渐缩端。内金属管与外金属管的渐缩端都可包括双梯形度或双锥度。

附图说明

【0010】那么已经大致描述了本公开的实施例，现在将针对附图做出参考说明，其中所述附图并未按比例绘制，且其中：

【0011】图1是飞行器的图示，该图示出在座舱区域下方的起落架以及接近机翼的主起落架。

【0012】图2是接近飞行器发动机和机翼的发动机支撑梁的图示。

【0013】图3是细长内金属件的透视图。

【0014】图4是细长内金属件的剖视图，该内金属件带有围绕内金属件的一部分设置的外金属件。

【0015】图5是根据实施例的细长内金属件的剖视图，该内金属件带有围绕内金属件的一部分设置的外金属件以及在内金属件与外金属件之间设置的复合材料。

【0016】图6是示出在内金属件的一部分内设置的活塞的剖视图。

具体实施方式

【0017】现在下面将参考附图更为全面描述实施例，在附图中，示出了一些但不是所有实施例。实际上，这些实施例可以以许多不同形式被体现且不应该解释为对在此公开的实施例的限制；而且，提供这些实施例以使本公开将满足可应用的法律要求。所有附图中相同数字表示相同元件。

【0018】提供可被用于各种应用并且可用作例如飞行器的起落架主柱以及转向架(truck)或发动机支撑梁的混合式复合金属部件。混合式复合金属部件包括细长内金属件(elongate inner metal piece)10，如图3中所示该细长内金属件10可具有渐缩端11以及相对的非渐缩端12。细长内金属件10可以由各种金属形成，所述金属例如包括钛。细长内金属件10可以是实心或空心的。其可以如图6中所示呈圆柱形但也可以是其它形状。混合式复合金属部件还包括外金属件20。在此方面，图4示出具有渐缩端21与非渐缩端22的外金属件20。外金属件20一般是空心的并且是圆柱形，该圆柱形具有大于内金属件10的外直径的内直径。这样，外金属件20可设置成如果不是绕内金属件10的全部则绕其一部分。外金属件20可以呈现为不是圆柱形的形状。典型地，外金属件20的长度大于或等于内金属件10的长度从而内金属件10可适配在外金属件20内。外金属件20可由各种金属形成，所述金属例如包括钛。在此方面，内金属件10与外金属件20可由相同或不同金属形成。外金属件20的内直径通常大于内金属件10的外直径以在其间限定间隙13。

【0019】正如在图5中所示，在外金属件20与内金属件10之间的间隙13被复合材料30填充。复合材料30可包括各种复合材料，例如浸渍树脂的石墨。典型地，用复合材料30填充间隙13包括将复合纤维或其他干复合材料装到间隙13内，例如通过绕线、编织或手工放置，以及然后将树脂转移到间隙13内。一旦复合材料30已被放到间隙13内并且树脂已被转移到间隙13中，则可通过加热，例如通过辐射，来固化复合材料30。图5也示出部分设置在内金属件10中的活塞18并且活塞18的一部分被设置在汽缸19内。活塞18可被用于协助树脂转移，例如提供张力(tension)。尽管图5示出仅有一个活塞18被部分地设置在内金属件10中，但是其它实施例可包含被至少部分地设置在内金属件10内的两个或更多个活塞18，例如，被部分地设置在内金属件10相对端内的两个活塞18。

【0020】典型地，复合材料30基本或完全填充间隙13。间隙13的宽度取决于应用尤其是载荷要求而不同。例如，较大且较重的飞行器需要更大的复合材料厚度从而提供必要强度以抵抗在最大总重情况下由硬着陆而被施加到飞行器上的载荷。金属部件接触复合树脂材料的表面可被腐蚀并被粘胶接合填注以提供高接合强度。外金属件20与内金属件10也典型地被诸如螺栓5的紧固件连接。在一个实施例中，例如外金属件20与内金属件10可由绕外金属件20表面周向分布的多个螺栓5连接。典型地，绕外金属件20的周向，螺栓5以均匀的方式间隔开，但是如果期望的话，螺栓5也可不规则地间隔开。可以使用大直径紧固件，特别是为了抵抗扭转与边缘载荷。附加地或可替换地，外金属件20与内金属件10可被密封件连接。该密封件典型地是抗高温密封件，例如聚酰亚胺。外金属件20的内侧表面与内金属件10的外侧表面可具有用于保护所述两表面的一层聚四氟乙烯

当固化之后，可以移除聚四氟乙烯

附加地或可替换地，外金属件20与内金属件10可包括带螺纹的金属部件。

【0021】在图6中，外金属件20具有双梯形度或双锥度15。该双梯形度15在图6中显示为跨越锥形段21的两个不同锥度角T1、T2。正如所示，最末端锥度或者说限定锥度角T2的锥度通常比另一个锥度更大，即相对于由内金属件10或外金属件20限定的纵轴而言，最末端锥度或限定锥度角T2的锥度处于比另一个锥度更大的角度。双梯形度或双锥度15可为复合材料30提供期望的加载条件。

【0022】本技术领域的技术人员将会想到满足如下条件的多种改型与其它实施例，即这些实施例所属的所述多种改型与其它实施例具有前面说明书与附图中所呈现的教导内容的优点。例如，内金属件10与外金属件20中的一者或两者都无需具有渐缩端11并且也可具有圆柱形或甚至朝外的扩口端。而且，尽管已示出且描述了圆柱形内金属件10与圆柱形外金属件20，不过只要内金属件10能至少部分地适配在外金属件20内，则内金属件10与外金属件20中的一者或两者都可以具有其他横截面形状并且内金属件10与外金属件20可具有不同的横截面形状。因此，要理解的是本公开并不受限于所公开的具体实施例，而且有意将改型与其它实施例也包含在所附权利要求保护的范围之内。虽然在此使用了具体术语，但是它们仅被用于一般且描述性含义且并不出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种混合式复合金属部件，其包括：

细长内金属件；

绕所述内金属件的至少一部分设置的外金属件；以及

被置于所述内金属件与所述外金属件之间的复合材料。

2.根据权利要求1所述的混合式复合金属部件，其中所述内金属件与所述外金属件都具有相对的渐缩端与非渐缩端。

3.根据权利要求2所述的混合式复合金属部件，其中所述内金属件与外金属件被连接，使得所述内金属件的所述渐缩端与所述外金属件的所述渐缩端对准且所述内金属件的所述非渐缩端与所述外金属件的所述非渐缩端对准。

4.根据权利要求2所述的混合式复合金属部件，其中所述内金属件与所述外金属件的所述渐缩端均包括双梯形度。

5.根据权利要求1所述的混合式复合金属部件，其中所述复合材料包括浸渍树脂的石墨。

6.根据权利要求1所述的混合式复合金属部件，进一步包括连接所述内金属件与外金属件的密封件和至少一个紧固件中的至少之一。

7.根据权利要求6所述的混合式复合金属部件，其中所述至少一个紧固件包括在所述内金属件与外金属件之间延伸的螺栓。

8.根据权利要求6所述的混合式复合金属部件，其中所述至少一个紧固件包括绕所述外金属件的一段均匀间隔的多个紧固件。

9.根据权利要求1所述的混合式复合金属部件，其中所述内金属件包括钛件。

10.根据权利要求1所述的混合式复合金属部件，其中所述外金属件包括钛件。

11.一种形成混合式金属部件的方法，其包括：

将内金属件匹配在外金属件内从而使得其间具有间隙；

用复合材料填充所述间隙的至少一部分；

连接所述内金属件与所述外金属；以及

固化所述复合材料；

其中用复合材料填充所述间隙的至少一部分包括在所述间隙内沉积干的复合材料，并且其中所述方法还包括随后用树脂浸渍所述干的复合材料。

12.根据权利要求11所述的形成混合式复合材料部件的方法，其中连接所述内金属件与所述外金属件包括使用密封件与附装至少一个紧固件中的至少一项措施。

13.根据权利要求12所述的形成混合式复合材料部件的方法，其中附装至少一个紧固件包括将至少一个螺栓固定到所述内金属件与所述外金属件。

14.根据权利要求12所述的形成混合式复合材料部件的方法，其中附装至少一个紧固件包括绕所述外金属件均匀间隔地固定多个螺栓。

15.根据权利要求11所述的形成混合式复合材料部件的方法，其中固化所述复合材料包括向所述复合材料施加辐射。

16.根据权利要求11所述的形成混合式复合材料部件的方法，其中固化所述复合材料包括向所述复合材料施加热。

17.根据权利要求11所述的形成混合式复合材料部件的方法，进一步包括移动被配置在所述内金属件内的一活塞。

18.一种飞行器部件，其包括：

内金属管；

绕所述内金属管的至少一部分设置的外金属管；以及

被置于所述内金属管与所述外金属管之间的复合材料。

19.根据权利要求18所述的飞行器部件，其中所述内金属管与所述外金属管都具有至少一个渐缩端。

20.根据权利要求19所述的飞行器部件，其中所述内金属管与所述外金属管的所述渐缩端均包括双梯形度。

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