CN102007035A - 复合飞行器接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种介于层状复合罩和第二罩(也可由复合材料制成或不由复合材料制成)之间的接头。本发明还涉及一种制造这样的接头的方法和制造适用于这种接头的复合罩的制造方法。所述层状复合罩包括一叠层，基本上所有的层都被成形为形成折曲部，每个折曲部包含第一部分、第二部分和介于该第一部分和第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与第一部分和第二部分成角度地延伸，斜坡两侧的层数大致相同。第二罩与复合罩部分地重叠，夹具或紧固件在罩重叠处将罩保持在一起。罩具有大致彼此对准从而形成平滑的气动表面的外侧面。

Description

复合飞行器接头
技术领域
本发明涉及一种飞行器上的位于层状复合罩和第二罩(也可由复合材料制成或不由复合材料制成)之间的接头。本发明还涉及一种制造这种接头的方法和制造适于在这种接头中使用的复合罩的方法。
背景技术
飞行器部件(包括如机翼蒙皮和其他罩之类的零件)越来越多的使用复合材料制成，例如层压制品。已知的是利用沿前缘罩和后缘罩与机翼蒙皮之间的接头定位的对接搭板来将机翼的前缘罩和后缘罩固定到机翼蒙皮上。这些对接搭板将罩固定在适当位置上并且确保罩的前缘和后缘与机翼蒙皮的相应后缘和前缘正确对准。
通常，使用在图1中以截面示出并在WO 2007/071905中描述的金属对接搭板1。该对接搭板附接在机翼蒙皮的通常面向机翼内部的内型线(IML)面上。现有技术的对接搭板1具有台阶部状的z型轮廓，其中短的垂直部分1与两个水平板部分1b、1c连接。在这个实例中，板1b装配在飞行器机翼蒙皮2的IML面的一部分之上，使得蒙皮2的前缘与垂直部分1a对接。通过螺栓3联接就位，该螺栓3在蒙皮2的外型线(OML)面上沉入蒙皮2内。
平板1c被附接至待固定至罩的前缘的结构。例如D型突出(D-nose)的前缘蒙皮4示出为附接到机翼罩前缘5(图2)。为了降低气流6对于复合蒙皮2的侵蚀，该D型突出的蒙皮4通常选择具有足够的厚度来突出于蒙皮2的前缘5之外。然而，发现仍然会发生气动侵蚀并且增加的厚度还会增加阻力。当采用复合材料时常常会加剧气动侵蚀。
现有技术的对接搭板在发生撞鸟或类似的撞击时还是易损坏的。图3示意性示出了发生在通过对接搭板1附接的前缘结构(未示出)上的撞击是如何导致在螺栓3上作用灾难性作用力的。本发明寻求至少改善一部分所述问题。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种飞行器接头，该接头包括：包含一叠层的层状的复合罩，基本上所有这些层都被成形为形成折曲部，每个折曲部包括第一部分、第二部分和介于该第一部分和该第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与该第一部分和该第二部分成角度地延伸，该斜坡两侧的层数大致相同；第二罩，该第二罩与所述复合罩部分重叠；以及夹具或紧固件，所述夹具或所述紧固件在所述罩重叠之处将这些罩保持在一起，其中这些罩具有大致彼此对准从而形成平滑气动表面的外侧面。
本发明的另一方面提供了一种制造介于复合材料罩和第二罩之间的飞行器接头的方法，所述方法包括：提供包含一叠层的层状的复合罩，基本上所有层都成形为形成折曲部，每个折曲部包括第一部分、第二部分和介于该第一部分和该第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与该第一部分和该第二部分成角度地延伸，该斜坡两侧的层数大致相同；使一第二罩与所述复合罩部分重叠；利用夹具或紧固件在所述罩重叠之处将这些罩保持在一起；以及使这些罩的外侧面大致彼此对准从而形成平滑的气动表面。
典型地，在复合材料罩的外侧设置保护件，该保护件覆盖斜坡的至少一部分。该保护件可以由复合材料、橡胶、或其他任意合适材料制成。
典型地，该保护件具有锥形形状，该锥形形状朝向所述斜坡的底部相对较厚，朝向所述斜坡的顶部相对较薄。
所述第二罩可以包含飞行器结构的前缘罩或后缘罩，所述飞行器结构如机翼、水平尾翼、垂直尾翼、或如副翼或襟翼的控制面。在这种情况下，所述复合罩典型地作为从第二罩在梁的相反方向上延伸的翼盒之类的基本元件的上蒙皮或下蒙皮。
可选地，第二罩可以包含人孔盖。在这种情况下，所述复合罩典型地作为机翼的下蒙皮。
所述保护件可以在这些罩重叠之后安装，或者更优选地，在这些罩重叠之前安装。
所述保护件可以通过粘接层、通过与其中一个罩共同固化、通过上述方法的组合、或通过其他任意适当方法来附接。
优选地，所述保护件在安装到覆盖斜坡的位置之前预成形为锥形形状。
优选地，每个斜坡以相对于第一和第二罩不陡于1/5的角度延伸。例如每个斜坡以相对于第一和第二罩为1/8或1/10的角度延伸。
本发明的再一方面提供一种制造复合罩的方法，该方法包括：将一保护件预成形为锥形形状；将该保护件安装在模具上；在该模具上的所述保护件上铺设一叠复合材料层，借此使至少一个所述层形成斜坡；并且使所述叠复合材料层固化。典型地，使所述叠中的每一层都形成有斜坡，典型地将所述罩形成为Z形或折曲形状。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，其中：
图1至图3示出了现有技术中的对接搭板的构造；
图4是飞行器机翼前梁的立体图；
图5是在图4中机翼的位于机翼蒙皮和前缘面板之间的接头的侧视截面图；
图6示出了构造图4中的机翼蒙皮的方法；
图7示出了根据图6所示方法制造的机翼蒙皮的下侧；
图8是位于机翼蒙皮和前缘面板之间的另选接头的侧视图；
图9是橡胶边缘保护件自身的侧视图；和
图10是位于机翼蒙皮和人孔盖之间的折曲接头的剖视图。
具体实施方式
图4示出了飞行器机翼的前梁。所述梁包括腹板10、上凸缘11和下凸缘(未示出)。所述梁在腹板10和凸缘11会合处具有倒圆部分10a。层状复合蒙皮12被附连到上凸缘11并且向梁的后部延伸从而形成翼盒的上边界(机翼的主要结构元件)。如图4中所示所述，蒙皮12同样略微突出所述梁的前部之外。
蒙皮12具有如图4中所示的外侧面13和如图7中所示的内侧面14。
图6中示出了蒙皮12在制造过程中的详细结构。蒙皮12由如下一系列步骤形成：
·边缘保护件22被预形为从相对厚的端部朝相对薄的边缘逐渐成锥形的楔形。边缘保护件22可以由单向挤压的复合材料、橡胶、或浸渍有环氧树脂并挤压成形的碳纤维预形成。在优选情况下，所述边缘保护件通过挤压过程预形成，其中使碳纤维和环氧树脂结合，并且由辊子拉动通过具有期望截面形状的模具。加热该模具从而使环氧树脂固化或部分固化，使得边缘保护件22保持自身形状
·在形成有台阶部29的型面28上铺设铜膜20
·如所示将边缘保护件22放置在铜膜20上，边缘保护件22的厚端部与铜膜中的台阶部接触。边缘保护件22的斜面23在其被铺设到模具上之前或之后装配一条粘合膜FM300(未示出)
·将第一“预浸渍体”层24放置在模具上，附着至所述粘合膜。“预浸渍体”层24包括浸渍有环氧树脂基的单项排列的碳纤维
·将一叠“预浸渍体”层材料铺设在模具上，按需要变化横过该叠的纤维方向，直到铺设上最后层25(其将形成蒙皮12的内表面)
·将真空袋(未示出)铺设在最后层25上，该真空袋可选的与诸如防粘膜之类的其他元件结合
·将真空袋和模具之间的空间在压热器中抽成真空，该压热器同时被加热至超过环氧树脂的固化温度从而使得预浸渍体和边缘保护件22完全固化
·移除真空袋等，剩下如图7所示的固化蒙皮12。
叠层在边缘保护件22上方形成了带有斜坡的Z形的所谓“折曲部”的轮廓。叠中的每一层都被成形为形成折曲部，每个折曲部均包括第一部分、第二部分以及第一部分和第二部分之间的斜坡，在所述第二部分处，所述层大致平行于第一部分延伸，在所述斜坡处，所述层与第一部分和第二部分成角度地延伸。例如，叠的其中一个内部层包括在斜坡46的“顶部”(在该实例中相对于图5中所示的取向定义顶部和底部)处的第一水平部分45以及在斜坡46的“底部”处的第二水平部分47。
注意，斜坡延伸通过叠的全厚，从而外部层24和内部层25与所有内部层一起分别形成有斜坡26、27。蒙皮的外侧面13由于在固化过程中与模具接合，因此其形状(称为“外型线”或OML)得以精确控制。
注意，叠中的层数在斜坡的两侧是相同的。由此，叠的内部不存在会导致多孔性问题的不连续层。
在蒙皮12螺栓联接在梁上后，通过图5的截面图中最清晰示出的搭接接头将其接合至前缘面板15。所述面板15可由或不由相似的复合材料制成。
如图5中所示，面板15的内侧面与蒙皮12的外侧面13部分重叠。边缘保护件22以及面板15的外侧面和蒙皮12的外侧面共同形成暴露于所示气流的大致连续的气动外表面。然后，使紧固件(如螺栓)沿着线31穿过蒙皮12和面板15相重叠之处。出于检查或修理的目的，该紧固件可以被移除从而可以使得接头被分开。
所述边缘保护件22位于斜坡和面板15的后缘30之间，并且保护在斜坡26的下游顶部处的边缘32免受气流(沿图5中所示方向行进)携带的小颗粒侵蚀。边缘保护件22与面板15的后缘30之间的空隙在总装时填入航空填充物(未示出)。
在罩12的内侧，斜坡的“顶部”33定位成尽可能地靠近梁11，从而斜坡与梁的倒圆部分10a部分重叠(在该实例中相对于图5中所示的取向定义顶部和底部)。这使得罩12的边缘34相位成相对靠近梁。
图8和9示出了边缘保护件的另选形式。该结构的多数元件与图5中的相同，并且相同的元件采用相同的附图标记。在该实例中，边缘保护件由预成形橡胶制成并且形成介于蒙皮12和面板15之间的密封件。所述边缘保护件具有覆盖斜坡的锥形的楔形部分40以及在重叠部分之间形成密封件的尾部41，在图9中最清晰的示出了所述尾部。该示例中的边缘保护件可以在面板15和蒙皮12重叠而形成接头之前通过粘接层(未示出)附接到面板15或蒙皮12上。图8中还示出了肋42，蒙皮12和面板15被螺栓联接至肋42。
优选的是，所述橡胶边缘保护件被预先附接到面板15上，而不是被附接于蒙皮12。这形成了发生损坏或磨损时可更换的零件，而对主结构没有影响。
图10示出了介于层状复合蒙皮50和人孔盖54之间的折曲接头。所述复合蒙皮50是飞行器机翼的底部蒙皮并且在其内表面上承载一系列T型桁条，在截面图中示出了其中一个这种桁条52的一部分。
人孔盖54通过压板53被压紧在蒙皮50上。当从飞行器机翼下方看时所述人孔盖54和压板53都是近似椭圆形的。蒙皮50形成有椭圆开口以接收压板53。所述压板53具有与蒙皮50的内表面接合的环形凸缘55。虚线所示的橡胶密封衬垫56在凸缘55和蒙皮50之间提供不透燃料的密封件。
人孔盖54通过一系列紧固件57沿其周边与压板53接合。紧固件57在被紧固时，将蒙皮50夹紧在两部分53和54之间。如虚线所示的橡胶密封垫圈58在人孔盖54和蒙皮50之间提供不透燃料的密封件。在衬垫58和蒙皮50之间提供锥形的填充物59。
蒙皮50以与图6中所示的蒙皮12类似的方式形成有折曲叠层。压板53和紧固件57一起用作夹具，从而在部分50、54的重叠之处将它们保持在一起。紧固件57可以被移除从而使得接头可以被拆开并提供进入机翼内部的入口。蒙皮50和人孔盖54具有大致彼此对准的外侧面，从而形成平滑的气动表面。
和其中前缘面板15具有恒定厚度的前述实施方式形成对照，人孔盖54的厚度朝向相对狭窄的边缘60成锥形，锥度依照折曲部中的斜坡61的角度。蒙皮50的外侧面形成有具有台阶部61的环形凹部，所述台阶部容纳衬垫58，从而使衬垫58与蒙皮50的外侧面及人孔盖54的外侧面齐平。
衬垫58和锥形填充物59一起用作边缘保护件，保护人孔盖54的边缘60和蒙皮50免受气流中携带的小颗粒的侵蚀。
尽管本发明参照一个或多个优选实施方式进行了说明，但是应理解的是在不超出所附权利要求保护的发明范围的情况下可以做出各种各样的变换或改进。

Claims (19)

1.一种飞行器接头，该接头包括：包含一叠层的层状的复合罩，基本上所有这些层都被成形为形成折曲部，每个折曲部包括第一部分、第二部分和介于该第一部分和该第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与该第一部分和该第二部分成角度地延伸，该斜坡两侧的层数大致相同；第二罩，该第二罩与所述复合罩部分地重叠；以及夹具或紧固件，所述夹具或所述紧固件在所述罩重叠之处将这些罩保持在一起，其中这些罩具有大致彼此对准从而形成平滑气动表面的外侧面。
2.如权利要求1所述的接头，该接头还包括在所述复合罩的所述外侧面上的保护件，该保护件覆盖所述斜坡的至少一部分。
3.如权利要求2所述的接头，其中所述保护件由复合材料形成。
4.如权利要求2或3所述的接头，其中所述保护件具有锥形形状，该锥形形状朝向所述斜坡的底部相对较厚，朝向所述斜坡的顶部相对较薄。
5.如前述任一权利要求所述的接头，其中所述第二罩包括飞行器机翼的前缘罩或后缘罩。
6.如前述任一权利要求所述的接头，其中所述斜坡的顶部位于该斜坡的底部的后方。
7.如前述任一权利要求所述的接头，其中所述夹具或紧固件包括在所述罩的重叠之处穿过这些罩的紧固件。
8.如前述任一权利要求所述的接头，其中每个斜坡以相对于所述第一罩和所述第二罩不陡于1/5的角度延伸。
9.一种飞行器结构，该飞行器结构包括：梁；附接到所述梁上的层状的复合罩；第二罩；以及介于所述层状的复合罩和所述第二罩之间的根据前述任一权利要求所述的接头。
10.一种制造介于复合罩和第二罩之间的飞行器接头的方法，所述方法包括：提供包含一叠层的层状的复合罩，基本上所有层都成形为形成折曲部，每个折曲部包括第一部分、第二部分和介于该第一部分和该第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与该第一部分和该第二部分成角度地延伸，该斜坡两侧的层数大致相同；使一第二罩与所述复合罩部分地重叠；利用夹具或紧固件在所述罩重叠之处将这些罩保持在一起；以及使这些罩的外侧面大致彼此对准从而形成平滑的气动表面。
11.如权利要求10所述的方法，该方法还包括在使所述罩重叠之前将一保护件附接至其中一个所述罩。
12.如权利要求11所述的方法，该方法还包括在将所述保护件附接至所述罩之前，将该保护件预成形为锥形形状。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中使所述保护件与所述复合罩共同固化。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，该方法还包括通过将材料拉动和/或挤压通过具有期望截面形状的模具而预成形所述保护件。
15.一种制造复合罩的方法，该方法包括：将一保护件预成形为锥形形状；将该保护件安装在模具上；在该模具上的所述保护件上铺设一叠复合材料层，借此使至少一个所述层形成斜坡；并且使所述叠复合材料层固化。
16.如权利要求15所述的方法，其中使所述保护件与所述叠复合材料层共同固化。
17.如权利要求15或16所述的方法，该方法还包括在将所述保护件安装到所述模具上之前使该保护件至少部分固化。
18.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中通过将材料拉动和/或挤压通过具有期望截面形状的模具而预成形所述保护件。
19.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中将基本上所有的所述层都成形为形成折曲部，每个折曲部包含第一部分、第二部分和介于该第一部分和该第二部分之间的斜坡，在该第二部分处所述层大致平行于该第一部分延伸，在该斜坡处所述层与该第一部分和该第二部分成角度地延伸，该斜坡两侧的层数大致相同。
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