CN101801783A - 用于细分飞机或航天器的耐压舱壁和方法 - Google Patents

用于细分飞机或航天器的耐压舱壁和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于将飞机或航天器分隔成内压区和外压区的耐压舱壁。该耐压舱壁包括：具有形状与所述飞机或航天器的内轮廓相对应的边缘的压板，能够将所述边缘倾斜地支撑在所述内轮廓上的支撑装置，和密封所述边缘与所述内轮廓的密封件。本发明的进一步方面提供一种用于将飞机或航天器分隔成内压区和外压区的方法。首先，提供压板，该压板具有形状与所述飞机或航天器的内轮廓相对应的边缘。在进一步的步骤中，所述边缘被倾斜地支撑在所述内轮廓上并与所述内轮廓密封在一起。

Description

用于细分飞机或航天器的耐压舱壁和方法
技术领域
本发明涉及用于细分飞机或航天器的耐压舱壁。本发明进一步涉及具有此种类型耐压舱壁的结构部件和飞机或航天器，并且还涉及用于细分飞机或航天器的方法。
背景技术
尽管可适用于细分任何期望的运输工具或容器，以下将关于飞机的后部耐压舱壁对本发明及支撑本发明的问题进行详细说明。
在非常高的高空飞行的飞机中，例如现代商用飞机中，客舱、驾驶室和货舱通常被设计成气密舱，在飞行过程中，可以在该气密舱内维持大于外部压力的气压，并允许乘客和机务人员在无需氧气罩或相似的呼吸器的情况下也能够生存。为了朝机身的后部隔离此类型的压力舱，通常在机身的后部区域中安装密封隔壁，该密封隔壁被称为耐压舱壁，并将机身的内部细分成形成压力舱的前部和例如用于产生电能和压缩空气的辅助传动装置容纳于其中的后部。
这种类型的耐压舱壁能够被设计为例如平壁的形式，该平壁通常由铝合金制成并以保型条(former)的形式铆接到蒙皮上，并以这种方式将其负荷(包括力和弯矩)释放到周围结构。由于每当飞行高度改变时特别是循环发生起飞和着陆的过程中压力舱与外部空气之间的压力差剧烈波动，传递给蒙皮的弯矩例如相应地引起蒙皮的循环可变变形，并从而导致材料疲劳。
耐压舱壁的其它设计使用例如双曲球壳部或者球冠的形状，该形状例如朝机身的后部拱起，从而以这种方式减小耐压舱壁和蒙皮的材料中的内应力。这抵消了由于拱起而导致耐压舱壁所需的空间增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于公开一种用于耐压舱壁的设计，该设计在需要较小的空间的同时减小传递到周围结构的机械应力。
根据本发明，此目的是通过具有专利权利要求1的特征的耐压舱壁、具有专利权利要求20的特征的结构部件、具有专利权利要求21的特征的飞机或航天器、以及具有专利权利要求22的特征的用于将飞机或航天器细分成内压区和外压区的方法实现的。
强调本发明的思想在使用时旨在形成一种耐压舱壁，压板具有的边缘的形状与飞机或航天器的内轮廓相对应，所述边缘被倾斜地支撑在所述内轮廓上并被密封。由于所述边缘被倾斜地支撑，在支撑位置，在所述压板与飞机或航天器的蒙皮之间仅传递力而没有弯矩。所述压板在内压区和外压区之间的压力差改变时产生的变形因此仅导致压板的边缘相对于蒙皮局部倾斜，即，在共同支撑位置，包含在蒙皮的相应切面与压板之间的角度变化。
倾斜支撑不会将任何弯矩传递到蒙皮中的事实防止机械应力并从而防止蒙皮的变形和材料疲劳。这不需要压板拱起，因此耐压舱壁需要较小的空间，而飞机中能够实际使用的空间量增大。
附属权利要求包含本发明的有利构造和改进。
在根据本发明的耐压舱壁的优选改进中，还提供环形元件，该环形元件沿着压板的边缘与压板毗邻。所述边缘在此情况下由支撑装置支撑在所述环形元件上，并且所述密封件密封所述环形元件与所述内轮廓。所述环形元件赋予所述压板附加的稳定性。优选地，所述环形元件包括钢、钛、铝或碳纤维增强塑性材料。
优选地，所述环形元件具有带有第一型件支腿和第二型件支腿的L形型件。在此情况下，所述第一型件支腿平行于所述压板的主平面延伸并在所述外压区侧靠在所述压板上。该支腿沿朝所述外压区的方向支撑所述板，并吸收在飞行过程中内压高于外压时作用在所述板上的力。所述第二型件支腿沿着所述压板的边缘垂直于所述压板的主平面延伸。该支腿包括所述板的边缘，因此所述板以稳定的方式保持在所述环形元件中，且不能侧向移动。
根据优选改进，所述压板被构成为通过所述内压区与所述外压区之间的压力差保持在所述环形元件中。这将使得，例如，如果所述板在所述内压区与所述外压区之间的压力差的作用下变形，则所述板的边缘能够相对于所述环形元件移动。这防止所述环形元件本身变形，从而进一步减小应力传导到周围结构中。
根据进一步的优选改进，所述压板被铆接、螺纹连接或粘接到所述环形元件。这使得所述板与所述环形元件之间的连接特别稳定和紧密。
根据优选改进，还提供朝所述内压区支撑所述压板的反向支撑件。其优点在于，即使当所述内压区与所述外压区之间没有压力差时，例如正常位于地面上的情况下，所述压板也被牢固地保持，
根据优选改进，所述支撑装置包括至少一个从所述压板的所述边缘沿着所述飞机或航天器的蒙皮的内表面延伸到所述内压区的拉片。在此情况下，所述拉片在一端紧固到所述压板而在另一端紧固到所述蒙皮。由于以这种方式设置的拉片基本上仅将切向张力释放到蒙皮中，因此能够以特别有效的方式防止蒙皮的变形和应力。另外，由于拉片在其各个端部被紧固，因此其中间部分保持为能自由变形并能够屈服于所述压板的边缘或所述环形元件的变形，而不将所述变形释放到蒙皮中。
优选地，所述拉片通过铆接紧固到所述蒙皮。该铆接确保力的安全传递，并理想地几乎仅承受剪切力。优选地，所述拉片在所述飞机或航天器的桁条下方紧固到所述蒙皮，从而使力能够以特别柔和的方式传递到蒙皮上。
根据优选改进，所述支撑装置包括至少一个铰接元件。在此情况下，第一铰接臂紧固到所述压板的所述边缘；第二铰接臂紧固到所述飞机或航天器的蒙皮。由于铰接臂能够相对于彼此枢轴旋转，这种类型的铰接元件使得较大的力能够被传递到蒙皮中，与此同时，特别可靠地消除任何弯矩的传递。
优选地，所述第二铰接臂紧固到在所述外压区中增强所述蒙皮的增强元件。例如，所述第二铰接臂能够在所述外压区中被联接到在耐压舱壁之后延伸的保型条，从而使力能够被可靠地传递到周围结构中。
优选地，所述铰接元件还包括连接螺栓，该连接螺栓在紧固所述第一铰接臂的区域中基本上沿着与所述压板的边缘相切的方向延伸。以这种方式定向的螺栓选择地使得所述压板的边缘当所述压板由于所述内压区与所述外压区之间的压力差而翘曲时相对于蒙皮朝蒙皮区域倾斜。同时防止沿其它方向的扭曲并以这种方式增强整个结构的稳定性。优选地，所述第一和/或第二铰接臂包括铝和/或钢材料，由此可靠地传递较大的力。所述连接螺栓优选包括钢材料。
根据优选改进，所述压板被构成为夹层部件。优选地，所述夹层部件包括具有蜂窝结构和/或泡沫材料的芯部和包括碳纤维增强塑性材料、玻璃增强塑性材料和/或铝材料的覆盖层。这种类型的夹层部件的特点是在较低的静负载下具有较高的抗弯强度。
优选地，所述压板被构成为例如由于较厚的芯部或附加层叠的覆盖层而在中央区域的刚性比在所述边缘更高。这使得所述压板在压力差的作用下不可比避免的变形被最小化，由此将所述压板的重量保持为较低。
附图说明
以下将根据实施例并参照附图对本发明进行更为详细的说明，所述附图包括：
图1为根据本发明第一实施例的耐压舱壁的详细透视图；
图2为图1的结构部件的细节的透视图；
图3为根据本发明的第二实施例的耐压舱壁的剖视图；以及
图4为图3的结构部件的细节的透视图。
具体实施方式
在附图中，除非另有说明，相似的附图标记指代相同或功能相同的部件。
图1为机身的壳体的细节的内部透视图。壳体的蒙皮120在其内表面204通过在飞机的纵方向上延伸的桁条124和与其垂直沿机身的周界延伸的保型条308得到增强。
以气密方式沿着内轮廓108将机身细分成内压区102和外压区104的耐压舱壁100位于示出的细节的区域中。例如，内压区102由包括客舱、货舱和驾驶室的压力舱102构成，而外压区104为例如位于飞机的尾部、在压力舱102之后、并用于容纳辅助传动装置的空间104。
耐压舱壁100包括压板106，该压板106的边缘110沿着内轮廓108延伸，使得机身的截面在由内轮廓限定的位置处基本上被压板106填满。为了清楚，压板在图1中被表示为透明形式，由此在图1中能够看到桁条124和保型条308的布置在外压区104中的部分。压板106被设计成夹层部件，即其包括具有泡沫、蜂窝或相似结构的芯部和位于两侧上并吸收张力和压缩力的覆盖层。例如碳纤维或玻璃增强塑性材料或者由铝合金制成的金属薄板能够被用于覆盖层。
压板106的边缘以环形元件116为界，环形元件116具有L形的型件并沿外压区104的方向和机身的径向方向，即沿朝蒙皮120的方向支撑压板106。用于环形元件116的适合材料为钢、钛、铝或碳纤维增强塑性材料。压板106的边缘110能够可选择地被粘接、螺纹连接或铆接到环形元件116上。
环形元件116通过拉片112连接到蒙皮120，拉片112在一端铆接到环形元件116，沿着蒙皮120的内表面204延伸到内压区102，并在内压区中通过铆钉122紧固到蒙皮120。用于拉片112的适合材料例如为钢或钛。例如由橡胶制成的密封件114被插入到搁靠在蒙皮120上的环形元件116与保型条308之间并将环形元件116与蒙皮120密封。
在飞行操作过程中，飞机的飞行高度越高，外压区104中的气压下降的越多。在内压区102中保持大于外压的气压，导致内压区102与外压区104之间的压力差增大，该压力差在压板106上施加沿外压区104的方向的力。该力将压板106挤压到环形元件116中，因此，即使在没有铆接、螺纹连接或粘接的情况下压板106也被保持在环形元件116中。环形元件116沿着外压区104的方向吸收压板106的挤压力，并将其作为平行于蒙皮120延伸的张力通过拉片112传递到蒙皮120中。
为了即使在例如飞机在地面上时飞机的内压区102与外压区104之间没有压力差的情况下依然将压板106牢固地保持在环形元件116中，还设置反向支撑件(counter supports)118，该反向支撑件118以均匀间隔固定到内压区102侧的桁条上，并沿内压区102的方向支撑压板106。
下面将根据图2中详细示出的图1的结构部件来深入说明压板106的支撑。环形元件116的L形型件由沿外压区104的方向支撑压板106的第一型件支腿200和与压板106的边缘110毗邻的第二型件支腿202形成。例如由橡胶或泡沫材料制成并防止空气从内压区102通过压板106与环形元件116之间的任何残余间隙逸出的内密封件(未示出)能够被设置在压板106与环形元件116之间。压板106与环形元件116的密封还能够例如通过将压板粘接到环形元件实现。
开始于内压区102的拉片112被引导围绕环形元件116的两个支腿202、200，且通过环形元件116使用铆钉(未示出)铆接紧固到第一支腿200或紧固到两个支腿200、202。当内压区102与外压区104之间的压力差206施加到压板106时，拉片112受到张力。将拉片112紧固到蒙皮120的铆钉122和将拉片112紧固到环形元件116的铆钉(未示出)在此情况下几乎仅受到剪切力。
在飞行操作过程中，如果压力差206导致压板106沿外压区104的方向拱起，这在较小程度上是不可避免的，则在边缘110的区域中产生倾斜力矩，这会使压板106的边缘110沿外压区104的方向倾斜。然而，这些倾斜力矩并未由拉片112释放给蒙皮120，因此蒙皮120并不翘曲。拉片112的拉伸载荷将其纵向拉伸，因而，环形元件116沿外压区104的方向稍微移动，如此一来，将密封件114挤压抵靠保型条308。
图3为根据第二实施例的耐压舱壁的紧固的详细剖视图。如同在图1和图2中示出的第一实施例一样，耐压舱壁包括被保持在L形型件的环形元件116中的压板106。还设置反向支撑件118，该反向支撑件118被紧固到桁条124，并防止压板106从环形元件116掉落，其中压板能够选择地被粘接、螺纹连接或铆接到环形元件116。压板106被设计成夹层部件106，该夹层部件106具有包围在两个覆盖层316之间的折叠式蜂窝结构314。折叠式蜂窝结构314和覆盖层316被设计成在压板106的中央区域300比在边缘110处厚；这增大压板106在中央区域300的刚度，并以此方式赋予压板106在压力差206的作用下仅产生微小变形的特性。
与图1和图2的实施例不同，环形元件116通过在外压区104中设置位于环形元件116与保型条308之间的铰接元件302相对于蒙皮120和增强该蒙皮的保型条308受到支撑。铰接元件302包括第一铰接臂304，该第一铰接臂304被铆接或螺纹连接到环形元件116的平行于压板106延伸的支腿上。第二铰接臂306相对于蒙皮120并相对于保型件308受到支撑，并例如通过铆接紧固到蒙皮120和保型件308。铰接臂304、306相连接，以能够通过平行于压板306且平行于蒙皮120的局部切线延伸的连接螺栓310相对于彼此枢轴旋转。
与第一实施例不同，例如由橡胶制成并将环形元件116与蒙皮密封的密封件114被设置在内压区102中，并由于压力差206而被直接挤压到蒙皮120和环形元件116上。
在图3示出的第二实施例中，压板106的支撑将通过图4中的透视图进一步阐述。铰接元件302沿着机身的周界以均匀间隔设置，各个连接螺栓均被定向为平行于蒙皮的局部切线，并从而与各自相邻的铰接元件302的连接螺栓的朝向稍微不同。铰接元件302的第二铰接臂306均被设计成有眼螺栓叉302，在有眼螺栓叉的尖头之间插入并通过连接螺栓310铰接分别相关的第一铰接臂304。连接螺栓例如由钢制成；铰接臂304、306也由钢或铝制成。
在飞行操作过程中，耐压舱壁由于外压区102与内压区104之间的压力差而受到不可避免的变形，从而导致压板106的边缘110相对于蒙皮120沿向外压区104局部倾斜。铰接元件302允许其铰接臂304、306相对于彼此相应地倾斜，使得压板的变形不会将任何弯矩传递到蒙皮120中。
尽管本发明在本文献中基于优选实施例进行了说明，但并不限于此，而是能够以各种方法进行修改。
例如，拉片并未或不仅如第一实施例所示被设置在桁条之间并被铆接到蒙皮；相反，可替代地或另外地，拉片能够被引导在桁条下方，位于桁条与蒙皮之间，并被铆接到桁条与蒙皮。还可以提供围绕整个机身延伸的大致圆柱护套形式的单个拉片。此外，拉片和铰接元件例如能够在一个实施例中联合设置在机身的内轮廓中的相同或不同部分。
压板还能够被设计为多个部件，例如第一部件封闭位于乘客地板下方的货舱，第二部件封闭位于乘客地板上方的客舱。密封件能够被设计为各种方式，包括例如橡胶中空型件，该橡胶中空型件朝内压区打开并随着外压区的压力下降而膨胀。
附图标记列表
100耐压舱壁
102内压区
104外压区
106压板
108飞机或航天器的内轮廓
110压板的边缘
112拉片
114密封件
116环形元件
118反向支撑件
120蒙皮
122铆钉
124桁条
200第一型件支腿
202第二型件支腿
204内表面
206压力差
300板的中央区域
302铰接元件
304第一铰接臂
306第二铰接臂
308保型条
310连接螺栓
314芯部
316覆盖层

Claims (22)

1.一种用于将飞机或航天器细分成内压区(102)和外压区(104)的耐压舱壁(100)，包括：
压板(106)，该压板(106)具有形状与所述飞机或航天器的内轮廓(108)相对应的边缘(110)；
将所述边缘(110)能够倾斜地支撑在所述内轮廓(108)上的支撑装置(112、302)；和
密封所述边缘(110)与所述内轮廓(108)的密封件(114)。
2.根据权利要求1所述的耐压舱壁，其特征在于，还提供环形元件(116)，该环形元件(116)沿着所述压板(106)的边缘(110)与所述压板(106)毗邻，所述支撑装置(112、302)将所述环形元件(116)支撑在所述内轮廓上，并且，所述密封件密封所述环形元件(116)与所述内轮廓(108)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的耐压舱壁，其特征在于，所述环形元件(116)包括钢、钛、铝或碳纤维增强塑性材料。
4.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述环形元件(116)具有L形型件，该L形型件具有：
在所述压板(106)上在所述外压区(104)侧平行于所述压板(106)延伸的第一型件支腿(200)；和
沿所述压板(106)的所述边缘(110)垂直于所述压板(106)延伸的第二型件支腿(202)。
5.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述压板(106)被构成为通过所述内压区(102)与所述外压区(104)之间的压力差(206)保持在所述环形元件(116)中。
6.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述压板(106)被铆接、螺纹连接或粘接到所述环形元件(116)。
7.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，还提供朝所述内压区(102)支撑所述压板(106)的反向支撑件(118)。
8.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述支撑装置(112、302)包括至少一个从所述压板(106)的所述边缘(110)沿所述飞机或航天器的蒙皮(120)的内表面(204)延伸到所述内压区的拉片(112)；所述拉片(112)在一端紧固到所述压板(106)而在另一端紧固到所述蒙皮(120)。
9.根据权利要求8所述的耐压舱壁，其特征在于，所述拉片(112)通过铆钉(122)紧固到所述蒙皮(120)。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的耐压舱壁，其特征在于，所述拉片(112)在所述飞机或航天器的桁条(124)下方紧固到所述蒙皮(120)。
11.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述支撑装置(112、302)包括至少一个铰接元件(302)，该铰接元件(302)具有：
紧固到所述压板(106)的所述边缘的第一铰接臂(304)；和紧固到所述飞机或航天器的蒙皮(120)的第二铰接臂(306)。
12.根据权利要求11所述的耐压舱壁，其特征在于，所述第二铰接臂(306)紧固到在所述外压区(104)中增强所述蒙皮(120)的增强元件(308)。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的耐压舱壁，其特征在于，所述铰接元件(302)还包括连接螺栓(310)，该连接螺栓(310)在紧固所述第一铰接臂(304)的区域中基本上沿着与所述压板(106)的所述边缘(110)相切的方向延伸。
14.根据权利要求11至13其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述第一(304)和/或第二(306)铰接臂包括铝和/或钢材料。
15.根据权利要求11至14其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述连接螺栓(310)包括钢材料。
16.根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述压板(106)被构成为夹层部件(314、316)。
17.根据权利要求16所述的耐压舱壁，其特征在于，所述夹层部件(314、316)具有芯部(314)，该芯部(314)具有蜂窝结构(314)和/或泡沫材料。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的耐压舱壁，其特征在于，所述夹层部件(314、316)具有至少一个包括碳纤维增强塑性材料、玻璃增强塑性材料和/或铝材料的覆盖层(316)。
19.根据权利要求16至18其中至少一项所述的耐压舱壁，其特征在于，所述压板(106)的刚性在中央区域(300)比在所述边缘(110)更高。
20.一种用于飞机或航天器的、具有根据前述权利要求其中至少一项所述的耐压舱壁(100)的结构部件(100、120、124、308)。
21.一种具有根据权利要求1至19其中至少一项所述的耐压舱壁(100)的飞机或航天器。
22.一种用于将飞机或航天器细分成内压区(102)和外压区(104)的方法，包括以下步骤：
提供压板(106)，该压板(106)具有形状与所述飞机或航天器的内轮廓(108)相对应的边缘(110)；将所述边缘(110)能够倾斜地支撑(112、302)在所述内轮廓上；以及密封(114)所述边缘(110)与所述内轮廓(108)。
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