CN101896398A - 制造飞机机身构架的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造飞机机身构架的方法，其中前后定位的多个机身段连在一起，所述方法包括以下步骤：a)制造外壳段(1，4，9，14，20)，所述外壳段在下侧具有连续的纵向开口(3，11，22)；b)加宽所述外壳段(1，4，9，14，20)，从而引入另外的部件，特别是至少一地板框架(34)；c)通过形成部分横向焊缝(33)而将所述外壳段(1，4，9，14，20)连接于已存在的刚性机身段(23)；d)将预制下部壳体(5，17，21)定位在所述纵向开口(3，11，22)中，从而在外周边上闭合所述外壳段(1，4，9，14，20)；e)完成所述部分横向焊缝(33)以形成横向焊缝(48)，并通过形成至少两纵向焊缝(46，47)而将所述下部壳体(5，17，21)与所述外壳段(1，4，9，14，20)连在一起；以及f)将所述地板框架(34)与所述外壳段(1，4，9，14，20)连在一起。每个所述外壳段(1，4，9，14，20)具有连续的纵向开口(3，11，22)，且由于加宽和挤压所述外壳段(1，4，9，14，20)的侧边，误差补偿在连接到另一刚性机身段(23)时是可能的。此外，所述纵向开口(3，11，22)通过所述外壳段(1，4，9，14，20)提供良好的内部可达性。由于下部壳体(5，17，21)的装配和安装，所述外壳段(1，4，9，14，20)通过完成所述部分横向焊缝(33)以形成所述环绕的横向焊缝(48)以及通过形成至少两连续纵向焊缝(46，47)而连接于所述另一刚性机身段(23)。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造飞机机身构架的方法，在所述方法中，多个前后位置的机身段连在一起。
背景技术
如今，飞机的机身段仍常常使用铝合金壳体在试验和测试壳体结构的方法中制造。根据飞机的类型和所需的机身直径，机身段由四到八个壳体段形成，所述壳体段通常通过铆接而连在一起，从而形成完整的机身段。为形成所述飞机的所述完整机身构架，以此方式预制的多个机身段而后前后排列并最终连在一起。
在预制所述机身段时，在所述单独壳体段间必要纵向焊缝连接件的制造过程中，所述纵向焊缝于一般对应于至少一幅板分界线的长度上在所述机身段一端横向焊缝区域中先前限定的位置不完全由铆钉穿过。
在所述预制机身段由轻微加宽的可能而相连时，在所述各纵向焊缝的所述端部不完全由铆钉穿过的该区段用于补偿误差。在初始区域仍然“弹性”的机身段被连接到机身段的刚性端，在连接所述机身段的一侧，所述弹性由在所述端部不完全由铆钉穿过的所述纵向焊缝获得。
除了在例外情况下具有极其相同的直径外，由于不可避免的制造误差，这样的误差补偿可能是必要的，因为将连在一起的所述机身段具有大空间尺寸。
机身段将通过由铝合金材料构成的壳体段的纵向焊接而日益以壳体结构整体制造。可选地，考虑由已知的电脑控制缠绕或附着法用纤维增强塑料材料(合成材料)无缝地制造所述机身段。然而，在这些刚性机身段的情况下，没有误差补偿的机会。因此，在两种情况下，缠绕的机身段或刚性焊接的机身段始终以由壳体段构成的机身段依次组合而成。
发明内容
本发明的目的是结合常规壳体机构的优点和制造刚性机身段的优点，所述刚性机身段由铝壳体段的纵向焊缝焊接或者使用合成材料的缠绕或附着法形成。
此目的由具有权利要求1以下步骤的方法而实现：
a)制造外壳段，所述外壳段在下侧具有连续的纵向开口；
b)加宽所述外壳段，从而引入另外的部件，特别是至少一地板框架；
c)通过形成部分横向焊缝而将所述外壳段连接于已存在的刚性机身段；
d)将预制下部壳体定位在所述纵向开口中，从而在外周边上闭合所述外壳段；
e)完成所述部分横向焊缝以形成横向焊缝，并通过形成至少两纵向焊缝而将所述下部壳体与所述外壳段连在一起；以及
f)将所述地板框架与所述外壳段连在一起。
通过以初始仍向下打开的外壳段，即具有连续纵向开口的外壳段制造机身段，如果将所述机身段连接于预制的刚性机身段以形成飞机的机身构架，误差补偿是可能的。为此，如果必须以尤其在其直径上刚性的所述预制机身段从所述连续纵向开口到无缝连接是可能的，将在所述连接区域的所述外壳加宽或挤压。在所述横向焊缝区域内，通过横向焊缝连接带以已知方式将所述机身段连在一起。
预制好的机身段可为以形成的纵向焊缝与至少两由铝合金材料构成的壳体段焊接在一起的机身段或者与纤维增强塑性材料整体缠绕或附着的机身段。对于由已知缠绕和/或附着方法制造的机身段的情况，优选使用碳纤维增强环氧树脂。
所述铝壳体段优选由所述摩擦搅动焊接法焊接在一起，从而获得高质量的纵向焊缝，所述纵向焊缝的机械性能可堪比那些实心材料。可选地，所述机身段还可由
薄板条，即交互满面粘贴的薄铝合金板条和玻璃纤维增强塑性材料层的薄片层结构形成。在此情况下，所述纵向焊缝通过铆接、螺栓连接或粘接形成以限制所述
上的热应力。在例外情况下，如果所述
薄板条设置有特殊连接区域，通过热连接法，特别是通过摩擦搅动焊接而直接连接是可能的。常规铝合金薄板条与薄板条的组合是非常可能的。如果所述金属构件方法与所述CFRP构件方法相结合(混合构件方法)，应当对所述铝材和所述合成材料之间接触区域的腐蚀问题特别关注。
在按照本发明所述方法的多个步骤中，另一机身段连接于已存在的机身段。
首先，预制外壳段，按照本发明，所述外壳段在其底侧具有连续的纵向开口。所述外壳段的横截面形成节距圆或大约280度的弯曲段。
为将地板框架或其他固定部件(支撑横梁、横向支撑等)引入，在所述纵向开口区域内将所述外壳段加宽至一定程度，从而使所述地板框架能够被引入所述外壳段的内部。在所述地板框架向上直到其与所述外壳段完全连接位置上的临时固定由大量保持杆实现，所述保持杆连接于所述外壳段的天花板区域中。
然后，将所述外壳段连接于已预制好的机身段，这通常凭借将所连接的所述机身段推至所谓的横向肩托上而实现，所述肩托设置在所述预制机身段上。以形成的部分横向焊缝，总将所述外壳段从上侧开始连接于向下延伸的两侧上，从而由于仍然弹性的外壳段的误差振动而在两侧向下连续挤出或推出可能的“波动或折叠”结果。在所述外壳段区域中的所述连续纵向开口通过略微加宽或挤压在此阶段仍然弹性的所述外壳段的两侧而允许误差补偿。此后，将优选完全预制的下部壳体定位和排列在所述外壳段中的下侧纵向开口中，由此，完成所述外壳段以形成在外周封闭的外壳。此时，所述下部壳体已设置有所有的纵梁部件和环状幅板段。
然后，在所述底侧完成所述部分横向焊缝以形成完整的环形横向焊缝，以所形成的至少两纵向焊缝，所述下部壳体与所述外壳段连在一起，由此，完成所述外壳段以形成完整的机身段。与此程序平行或在此程序末尾，在内侧的、特别是纵梁和环状幅板段形式的所述加强件通过纵梁带或幅板连接而连在一起。可选地，将本身已封闭的完全环状幅板通过所述纵向开口引入并在内侧连接于所述外壳段也是可能的。
最后，所述地板框架和可选的用于支撑所述地板框架的支承横梁与所述外壳段连在一起，从而形成最终的地板横向支撑连接。根据在特定单独情况下所连接材料的功能，所有的连接步骤通过铆接、螺栓连接、粘接或焊接，特别是摩擦搅动焊接而执行。
所述纵向的带凹槽外壳段优选由已知的缠绕法以纤维增强塑性材料，特别是以碳纤维增强环氧树脂制成。在这方面，所述纤维增强塑性材料附着在绕芯上，在缠绕法过程中，在纵向上延伸并设置在内侧的所述纵梁部件也形成为所述外壳段的整体部件。所述整个结构优选仅通过高压釜而被处理。所述环状幅板或用于加强所需的环状幅板段随后在一单独的制造步骤中被引入所述外壳段，并被迅速连接于所述外壳段的内侧。如果所述环状幅板不整体构造，通过幅板连接件使所述环状幅板段相互连接。
与在缠绕过程中完全闭合段的制造相比，这里描述的具有连续纵向开口的开放式构建方法极大地方便了制造缠绕外壳段过程中所述绕芯的移除，由此，在所述缠绕过程中制造相对长的圆柱形剖面是可能的。
当使用纤维增强塑性材料时，所述底部壳体通常不由缠绕法或附着法预制，而是由在相应构建的、基本水平设置的模具上分层附着所述纤维增强塑性材料而预制，所述纵梁部件优选同时形成。在另一工作步骤中，所述环状幅板段连接于内侧上，而可要求的所述横向支撑与所述底部壳体的所述外壳内侧相结合。不同的部件可选择性地通过铆接、螺栓连接、粘接或其任意组合而连在一起。
可选地，所述外壳部分段和/或将插入所述外壳部分段的所述底部壳体可以所述常规的铝构建方法，例如以铝合金薄板形成。在此情况下，位于所述壳体段之间以提供所述外壳段的所述纵向焊缝优选由所述摩擦搅动焊接法制造。可选地，所述连接过程可由铆接、螺栓连接、粘接或其任意组合而执行。通过铆接、焊接或粘接，以已知的方式将所述纵梁部件和所述环状幅板段归入所述壳体段或所述底部壳体的外壳。因此，可能需要的另外的横向支撑被插入所述底部壳体。
如果所述外壳段和/或所述底部壳体形成在至少具有
薄板条的区域，若所述
薄板条具有热焊连接区域，连接工序可仅由已知的焊接法执行，从而凭借热量的作用避免对在所述
中所述层结构的损害，并避免由此产生的强度的损耗。
所述方法另外的有利实施例陈述在另外的权利要求中。
附图说明
图中：
图1是外壳段绕芯的示意性剖面图，所述外壳段由纤维增强塑性材料形成且下部打开；
图2是特别由纤维增强塑性材料形成的外壳的剖面图，其底部壳体具有附着于其上的模具；
图3是具有设置于此用于操作的操作装置的外壳段的侧视图；
图4是底部壳体和用于操作的操作装置的侧视图；
图5是具有悬吊地板框架、支撑横梁以及先前的底部壳体的外壳段的侧视图；以及
图6是具有插入的底部壳体的、按照图5的所述外壳段的侧视图。
附图标记列表
1：外壳段(280度上部壳体) 1a：壳体段
1b：壳体段 1c：壳体段
2：绕芯 3：纵向开口
4：外壳段(底部壳体) 5：底部壳体
6：模具 7：环形幅板段
8：横向支撑 9：外壳段
10：环形幅板 11：纵向开口
12：操作装置 13：工具
14：外壳段 15：环形幅板段
16：横向支撑 17：底部壳体
18：操作装置 19：工具
20：外壳段(280度上部壳体) 21：底部壳体
22：纵向开口 23：机身段
24：外壳段(底部壳体) 25：环形幅板段
26：横向支撑 27：侧
28：侧 29：箭头
30：箭头 31：箭头
32：箭头 33：部分横向焊缝
34：地板框架 35：支撑横梁
36：支撑横梁 37：保持杆
38：保持杆 39：箭头
40：区域 41：区域
42：区域 43：区域
44：区域 45：区域
46：纵向焊缝 47：纵向焊缝
48：横向焊缝(完全环形)
具体实施方式
图1是通过以纤维增强塑性材料形成的外壳段1的示意性剖面图。
在第一步中，例如在绕芯2上凭借已知的附着法或缠绕法以纤维增强塑性材料，特别是碳纤维增强环氧树脂预制所述外壳段1。在该缠绕法过程中，图1中未示出且还在所述外壳段1的纵向上，即垂直于附图平面延伸的所述纵梁部件也与所述外壳段整体形成。为了补偿误差，所述外壳段1在其下侧具有连续的纵向开口3(纵向凹槽)，所述开口垂直于附图的平面延伸。所述外壳段1的横截面(未示出)形成大约280度的节距圆或具有80度的孔径角。只要欲引入所述外壳段1的所述地板框架和其他部件可通过加宽所述外壳段1而被引入，其他孔径角也是可能的。
可选地，在常规的铝构建方法中，以例如三个壳体段1a，1b，1c制造所述外壳段1是可能的，所述壳体段使用铝合金薄板条或
薄板条或其组合形成。在此类组合中，如由两径向外指的虚线所示，所述壳体段1a，1b，1c优选通过摩擦搅动焊接沿着两纵向焊缝连在一起，以便制造相对于其直径基本“刚性”的机身段。代替三部分割，所述外壳段还可由两个、四个或任何其他数量的壳体段构建。
图2也是重点示出通过预制的底部壳体5的外壳段4的剖面图，其为从模具6移除的状态。所述外壳段4例如通过分层附着纤维增强塑性材料，特别是碳纤维增强环氧树脂形成在所述模具6上，所述纵梁部件(未示出)与所述外壳段整体形成。然后，整个结构在高压釜中进行处理。在另一步骤中，所述底部壳体5通过组合环状幅板段7和横向支撑8而完成，所述环状幅板段和横向支撑设置有附图标记作为其他部件的代表。所述环状幅板段7和横向支撑8优先使用也用作所述外壳段的相同纤维增强塑性材料形成。
原则上，所述外壳段1，4、所述纵梁部件、所述环状幅板段以及所述横向制成可使用铝合金、
纤维增强塑性材料或这些材料的任意组合而制造。然后，例如通过铆接、螺栓连接、粘接、焊接或前述方法的组合将所述单独部件连在一起作为特定材料组合的功能。
图3是具有设置于此用于进一步操作的工具的外壳段9的侧视图。
在其位置上固定于保持装置(未示出)的外壳段9在内侧具有环状幅板10和纵梁部件(未示出)。具有工具13的操作装置12，特别是具有至少六个自由度的标准多关节型机器臂可通过纵向开口11而被引入所述外壳段9。根据所使用的材料，所述工具13可例如为钻孔机、铆固工具、焊接工具、胶枪或其任意组合。为了进一步的操作步骤，所述纵向开口11为所述外壳段提供良好的内部可达性。所述外壳段9可以常规的铝构建方法以及已知的焊接法或使用纤维增强塑性材料的附着法形成。
图4是外壳段14的侧视图，为了另外的工序，所述外壳段通过保持装置(未示出)在空间上固定于其位置。
所述外壳段14包括环状幅板段15和横向支撑16，从而形成底部壳体17。此外，垂直于附图平面延伸的大量纵梁部件(未示出)设置在所述外壳段14内表面的区域内。所述底部壳体17凭借操作装置18和工具19加工。所述工具19例如可为钻孔机、铆固工具、焊接工具或胶枪。所述工具19可具有多个不同工具。在所述底部壳体17位置上的垂直固定为随后的自动或手动加工步骤提供了所述底部壳体17良好的内部可达性。
在所述方法的进一步描述中，将同时参见图5和图6。
在图5中，构造有按照本发明纵向凹槽的外壳段20通过在下侧将预制底部壳体21装配于所述外壳段20的纵向开口22中而完成，从而形成机身段23。所述底部壳体21和其他部件具有带大约80度圆周角的外壳段24、环状幅板段25以及横向支撑26。
然而，该完成步骤仅在所述外壳段20已与另一预制机身段(图5未示出)相连以形成部分横向焊缝时执行，从而通过在箭头29到32的方向上加宽或挤压两侧27，28而确保径向误差的可能性。在这方面，部分横向焊缝33在周向上沿一角度延伸，所述角度基本对应于所述外壳段20周向的角度，即在所示出的实施例中再大约280度周向上的角度(参见图1)。
在将所述部分横向焊缝制造于所述机身段23与另一机身段(未示出)之间前，地板框架34和两支撑横梁35，36被预先固定在所述外壳段20。此外，为了便于安装，可通过所述外壳部20内的所述纵向开口22而将所述外壳段20的另一部件，例如完整的环状幅板、环转幅板段、纵向加强件(纵梁部件)以及所有类型的线(例如供给和布置线、电线、光缆等)引入。所述地板框架34或所述支撑横梁35，36的位置被连接于所述外壳段20内的天花板上的所述保持杆37，38临时固定。
通过将所述底部壳体21插入所述外壳段20内的所述纵向开口22中，图6在垂直箭头39的方向上示出完成的机身段23。用于完成所述机身段23的最后连接操作在区域40到45中执行，所述区域由六个虚线圆圈示出。特别地，两纵向焊缝46，47在区域41，45产生并向上延伸至背面上的环形横向焊缝48或所完成的部分横向焊缝33。
根据所使用的材料，可通过例如铆接、螺栓连接、摩擦移动焊接、粘接或其任意组合而形成接缝。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种制造飞机机身构架的方法，其特征在于其中前后定位的多个机身段连在一起，所述方法包括以下步骤：
a)制造外壳段(1，4，9，14，20)，所述外壳段在下侧具有连续的纵向开口(3，11，22)；
b)加宽所述外壳段(1，4，9，14，20)，从而引入至少一地板框架(34)；
c)通过形成部分横向焊缝(33)而将所述外壳段(1，4，9，14，20)连接于已存在的刚性机身段(23)；
d)将预制下部壳体(5，17，21)定位在所述纵向开口(3，11，22)中，从而在外周边上闭合所述外壳段(1，4，9，14，20)；
e)完成所述部分横向焊缝(33)以形成横向焊缝(48)，并通过形成至少两纵向焊缝(46，47)而将所述下部壳体(5，17，21)与所述外壳段(1，4，9，14，2 0)连在一起；以及
f)将所述地板框架(34)与所述外壳段(1，4，9，14，20)连在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：连接另外的机身段以完成所述机身构架。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在与至少两保持杆(37，38)连在一起前，悬吊至少一地板框架(34)以固定到位。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述外壳段(1，4，9，14，20)大体形成280度的节距圆。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：在所述内侧，所述下部壳体(5，17，21)设置有大量纵向加强件，特别是大量纵梁部件，且设置有大量环状幅板段(7，15，25)。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：通过铝合金材料、玻璃纤维增强铝
或其任意组合，使用纤维增强塑料材料形成所述下部壳体(5，17，21)。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：通过铆接铆、螺栓连接、粘接或其任意组合作用于所述横向和纵向焊缝(33，46，47，48)以及至少一地板框架(34)与所述外壳段(1，4，9，14，20)一起的连接。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：使用纤维增强塑性材料、大量纵向加强件，尤其是形成在所述内侧的纵梁部件形成所述外壳段(1，4，9，14，20)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述内侧上将大量环状幅板段(7，15，25)插入所述外壳段(1，4，9，14，20)。
10.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：使用至少两壳体段(1a，1b，1c)形成所述外壳段(1，4，9，14，20)，用铝合金材料和/或玻璃纤维增强铝
形成所述壳体段(1a，1b，1c)，沿着至少一纵向焊缝焊接所述壳体段(1a，1b，1c)，尤其是摩擦搅动焊接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在所述内侧，至少两壳体段设置有大量纵向加强件，特别是大量纵梁部件，并设置有大量环状幅板段(7，15，25)。
Claims (11)
1.一种制造飞机机身构架的方法，其特征在于其中前后定位的多个机身段连在一起，所述方法包括以下步骤：
a)制造外壳段(1，4，9，14，20)，所述外壳段在下侧具有连续的纵向开口(3，11，22)；
b)加宽所述外壳段(1，4，9，14，20)，从而引入另外的部件，特别是至少一地板框架(34)；
c)通过形成部分横向焊缝(33)而将所述外壳段(1，4，9，14，20)连接于已存在的刚性机身段(23)；
d)将预制下部壳体(5，17，21)定位在所述纵向开口(3，11，22)中，从而在外周边上闭合所述外壳段(1，4，9，14，20)；
e)完成所述部分横向焊缝(33)以形成横向焊缝(48)，并通过形成至少两纵向焊缝(46，47)而将所述下部壳体(5，17，21)与所述外壳段(1，4，9，14，20)连在一起；以及
f)将所述地板框架(34)与所述外壳段(1，4，9，14，20)连在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：连接另外的机身段以完成所述机身构架。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在与至少两保持杆(37，38)连在一起前，悬吊至少一地板框架(34)以固定到位。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述外壳段(1，4，9，14，20)大体形成280度的节距圆。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：在所述内侧，所述下部壳体(5，17，21)设置有大量纵向加强件，特别是大量纵梁部件，且设置有大量环状幅板段(7，15，25)。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：通过铝合金材料、
或其任意组合，使用纤维增强塑料材料形成所述下部壳体(5，17，21)。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：尤其通过铆接铆、螺栓连接、粘接或其任意组合作用于所述横向和纵向焊缝(33，46，47，48)以及至少一地板框架(34)与所述外壳段(1，4，9，14，20)一起的连接。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：使用纤维增强塑性材料、大量纵向加强件，尤其是形成在所述内侧的纵梁部件形成所述外壳段(1，4，9，14，20)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述内侧上将大量环状幅板段(7，15，25)插入所述外壳段(1，4，9，14，20)。
10.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：使用至少两壳体段(1a，1b，1c)形成所述外壳段(1，4，9，14，20)，用铝合金材料和/或
形成所述壳体段(1a，1b，1c)，沿着至少一纵向焊缝焊接所述壳体段(1a，1b，1c)，尤其是摩擦搅动焊接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在所述内侧，至少两壳体段设置有大量纵向加强件，特别是大量纵梁部件，并设置有大量环状幅板段(7，15，25)。
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