CN102202965B - 用于调整飞机的水平稳定器的配件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于调整飞机的水平稳定器的、由复合材料制成的配件，所述配件(30)包括抗扭箱的侧壁(2a和2b)以及将配件(30)与飞机的尾部机身(1)的框架连接的连接装置(3a、3b)，所述侧壁(2a、2b)通过中心件(4)连接在一起，所述中心件包括：与配件(30)的第一侧壁(2a)连接的第一端部(4a)、与配件(30)的第二侧壁(2b)连接的第二端部(4b)、以及将所述端部(4a、4b)连接在一起的中心部分(4c)，配件(30)还包括连接至所述侧壁(2a、2b)外表面的多个端部件(5a、5b)，所述配件(30)由于其在响应于边缘荷载和趋向于关闭侧壁(2a、2b)的垂直负载应力时具有的更大坚固性、所述配件的更大的一体性和负载路径的简单性，所述配件具有响应于飞机应力的最佳结构性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调整飞机的水平稳定器的配件。
背景技术
通常，通过用一个或两个枢转点以及一控制点将可调整的水平稳定器与飞机接合，来执行飞机中所述稳定器的装配。为了允许水平稳定器位于其中的飞机的调整，控制点必须能够垂直地改变其位置，以允许稳定器在一枢转点或多个枢转点上枢转。为了允许控制点的位置的所述改变，通常提供借助于一配件固定的电机/心轴单元，以使得所述心轴在一个方向或另一个方向上的旋转导致控制点的向上或向下的移动。
用于固定上述电机/心轴单元的心轴的配件是通常与抗扭箱连接的金属配件，所述抗扭箱又与飞机的两个负载框架连接。用于驱动心轴的电机被固定在配件中，而经由球窝接头与电机连接的心轴相对于配件枢转，以使得水平稳定器的控制点处的力矩和为零，实际上，负载是纯垂直负载。
典型地，金属配件包括主紧固件和辅紧固件，以能够满足飞机的失效保险需求，以使得主紧固件失效的情况中，辅紧固件能够支撑所产生的负载，而不会因此威胁飞机的完整性。主紧固件通常具有凹耳，而辅紧固件具有凸耳或凹耳。
尽管近些年来具有在尽可能多的飞机部件中引入复合材料或“合成物”(例如CFRP(碳纤维增强塑料))的趋势(这是由于与铝(最常使用的金属材料)相比，此材料所包含的重量减小)，但大多数飞机制造商都不愿意使用碳纤维来制造所述配件，因为这些配件的复杂性会导致昂贵的制造成本。由于用于调整飞机的水平稳定器的电机/心轴单元的配件必须具有的相对大量的耳部和所述耳部的布置原因，在用于调整飞机的水平稳定器的电机/心轴单元的配件的情况中，此复杂性特别明显。
因此，希望能够具有一种克服了上述缺点、并由此可以简单且低成本的方式用复合材料制成的用于电机/心轴单元的配件，所述电机/心轴单元用来调整飞机的水平稳定器。
文献US 2008/0001029A1描述了一种配件，其壁部构成由复合材料制成的抗扭箱的一部分，所述配件旨在与用于调整飞机的水平稳定器的电机/心轴组件接合。根据US 2008/0001029A1所述的配件包括：两个侧壁，所述侧壁形成抗扭箱；用于将所述壁与飞机的尾部机身的两个框架连接的连接装置；以及用于接合枢转的电机/心轴单元的主紧固件；和辅紧固件。此外，通过中心件将抗扭箱的侧壁连接在一起，所述中心件形成辅紧固件，布置于所述壁之间。
根据US 2008/0001029A1所述的用于水平稳定器的电机/心轴单元的配件导致的问题是，其具有非常复杂的几何形状，特别是关于其中心件，使得其制造困难且成本高昂，而且需要额外的零件，以使配件稳定并响应于负载而实现适当的性能。
本发明旨在解决上述缺点。
发明内容
因此，本发明涉及一种由复合材料(即，碳纤维增强塑料)制成的、用于电机/心轴单元的心轴的配件，所述心轴改变了飞机的水平稳定器的紧固点的高度，以使其允许所述稳定器相对于飞机尾部机身的调整，所述稳定器布置于飞机尾部机身上。
根据本发明的配件包括：形成抗扭箱一部分的两个侧壁；和用于将所述侧壁与飞机尾部机身的两个框架连接的连接装置。根据本发明的配件的抗扭箱的两个侧壁具有U形横截面，因此它们能够不需要额外的零件便可与尾部机身的外壳连接。
根据本发明的配件又包括主紧固件和辅紧固件，以能够满足飞机的失效保险需求。
根据本发明，主紧固件由上述抗扭箱侧壁以及与所述侧壁连接的另两个端部件组成，一个端部件与第一侧壁连接，另一个端部件与第二侧壁连接。每个端部件又包括平行于侧壁延伸的第一部分、从第一部分中之一分别朝着相应的侧壁延伸的第二部分，以及均与相应侧壁抵靠地布置且与所述相应侧壁连接的第三部分，所述两个端部件由此形成Ω(omega，欧米加)形状的横截面。
两个端部件的第一部分包括各自的第一主通孔，而抗扭箱的侧壁包括各自的第二主通孔，所述第二主通孔与第一主通孔对准，由此形成主紧固件。
根据本发明的配件的辅紧固件由具有I形横截面的中心件形成，所述件在其中心部分中还包括第二通孔。具有侧壁的U形横截面的第二接头的此几何形状改进了该配件响应于横向负载的性能，这是因为所述I形横截面对形成所述配件的抗扭箱的侧壁提供更好的支撑，并且还因为U形横截面提供了对于所述壁的外壳的直接连接。此外，此配件的几何形状比根据现有技术已知的配件的几何形状更简单且更易于制造(仅在其中心件方面)。
根据本发明，每个端部件的所述部分可包括附加层压板，其优选地由与配件元件的其余部分相同的材料制成，以使得所述层压板具有和所述部分相同的横截面，由此组成所述Ω结构。所述层压板可通过端部件的顶部上的附加层形成，使得它们形成一体件。
上述结构允许用碳纤维增强塑料(即，复合材料)来形成抗扭箱的壁、配件的中心件和端部件，并同时允许作用在上述单元上的负载的最佳分布。因此，施加至配件的负载本质上是垂直方向上的负载，虽然所述配件由于水平稳定器的调整也受到较小的纵向负载，以及较小的横向负载分量。在配件的端部件与附加层压板两者之间的连接由粘结接头组成的情况中，与配件的端部件的几何形状一致的附加层压板，防止端部件的第三部分脱胶的可能问题，并减小了抗扭箱的侧壁。
主紧固件的垂直负载以及纵向负载均被施加至第一通孔(施加至位于端部件中以及抗扭箱的壁两者中的耳部)。这些负载通过设置于端部件的各自的第三部分中的接被传递至抗扭箱的壁，然后被转换成与所述壁相连接的框架的腹板(web)中的剪切流。第三部分和侧壁之间的接头可以是铆接接头或粘结接头。在失效保险状态(其中，负载被施加至辅紧固件)中，这些负载也是经由铆接接头或粘结接头被传递至抗扭箱的壁。
为了制造根据本发明的具有抗扭箱的配件，可使用本质上传统的技术，所述技术允许进行零件的成形，并且，在考虑铆接接头的情况中，该技术允许所述零件的铆接。因此，可通过自动处理(用ATL和热成型来预先处理)来获得上述零件，或者，例如，可通过树脂压铸模(RTM)处理来制造。在两种情况中，均可分别制造零件，然后将其铆接或粘结在一起，或可将其制造成为单个整体部分。
根据本发明的具有抗扭箱的配件由于其更大的整体性和负载路径的简单性，所以制造简单且便宜，并且比金属设计轻，从而可满足之前说明的目的。
参考附图，从对示出了其主题的一个实施方式的详细描述中，将会看到本发明的其它典型特征和优点。
附图说明
图1是飞机的尾部机身和尾翼的示意性侧视图。
图2是根据本发明的具有抗扭箱的配件的示意性透视图，所述配件用于调整飞机的水平稳定器。
图3是根据图2所示的本发明的具有抗扭箱的配件的一个实施方式的示意性侧视图，包括用于与负载框架连接的件。
图4是根据图2所示的本发明的具有抗扭箱的配件的示意性前透视图，也示出了配件与外壳的连接。
图5是根据图2所示的本发明的具有抗扭箱的配件的沿着图4的截面A-A截取的示意性平面图。
图6是根据本发明的一个实施方式的具有抗扭箱的配件的沿着图4的截面A-A截取的示意性平面图，示出了和端部件的形状一致的附加层压板。
具体实施方式
图1示出了飞机的尾部机身1，带有升降舵1c的水平稳定器1a和带有方向舵1d的垂直稳定器1b布置于该尾部机身上。可通过与控制点10连接的电机/心轴机构以传统的方式调整水平稳定器1a，该机构的启动导致水平稳定器1a枢转，从而同样以传统的方式使得水平稳定器1a和升降舵1c能够分别采用位置1a’，1c’和1a”，1c”，如所述图1所示。
图2至图6示出了根据本发明的用于调整水平稳定器1a的配件30的一个优选实施方式，所述配件30包括抗扭箱的侧壁2a和2b。所述配件30包括角度件形式的第一连接装置3a，以使得可将壁2a和2b铆接至飞机的尾部机身1的第一框架(图中未示出)。此外，配件30包括第二连接装置3b(也是角度件的形式)，以使得可将侧壁2a和2b铆接至尾部机身1的第二框架。件3a或3b可包含在相应的侧壁2a或2b中，而不需要额外的零件。可通过上部2c将侧壁2a，2b连接在一起，从而使得配件部件的横截面(由2a+2b+2c连接在一起组成)是U形，其允许通过上部2c将所述侧壁2a，2b与尾部机身1的外壳直接连接(图4)。
另一方面，通过布置于所述侧壁2a、2b之间的中心件4将侧壁2a，2b连接在一起。如果需要的话，在中心件4的每侧上，每个壁2a或2b可具有旨在防止所述壁2a、2b弯曲的大区域(swaggered zones)。中心件4包括与第一壁2a连接的第一端部4a、与抗扭箱的第二侧壁2b连接的第二端部4b，以及将所述端部4a、4b连接在一起的中心部分4c。将端部件5a、5b与侧壁2a、2b连接。抗扭箱的侧壁2a和2b、以及部分2c、端部件5a和5b、中心件4以及连接装置3a和3b均可由碳纤维增强塑料制成。
每个端部件5a、5b均包括：平行于侧壁2a、2b延伸的相应的第一部分5d、5e；分别从第一部分5d、5e中的一个朝着相应侧壁2a、2b延伸的相应的第二部分5f、5g；以及相应的第三部分5h、5i，每个均与相应侧壁2a、2b连接。可以看到，分别构成端部件5a和5b的部分5d、5f、5h和5e、5g、5i具有整体上Ω形状的横截面，使得可在这些部分5d、5e、5f、5g、5h、5i上布置层压板6，所述层压板6具有与所述部分的横截面相似的Ω形状横截面，并且，可通过添加附加CFRP层压板来获得层压板6，使得后者与每个端部件5a、5b形成一体件。在5a和5b的两侧上，通过铆钉或通过粘结接头，将相应的第三部分5h、5i和附加层压板6的部分连接至相应的侧壁2a，2b。
端部件5a、5b的第一部分5d、5e包括相应的第一主通孔7a、7b，而侧壁2a、2b包括第二主通孔7c、7d(图4)。将这些主通孔7a、7b、7c和7d对齐，并且其分别位于主耳部8a、8b、8c和8d中，所述主耳部从端部件5a、5b的第一部分5d、5e的相应底部边缘以及壁2a、2b的相应底部边缘凸出，以由此形成主紧固件。
可用更大厚度的区域或具有混合钛-CFRP层压板的区域来加固所述耳部8a、8b、8c、8d。
依次地，中心件4包括具有两个辅通孔9的区域，其形成根据本发明的配件的辅紧固件，也可用更大的厚度或具有混合钛-CFRP的层压板来加固所述区域。
通过粘结或铆接将端部件5a、5b的第三部分5h、5i和中心件4两者连接至相应的壁2a，2b，尽管中心件4、壁2a、2b、2c、件3a和3b以及端部件5a、5b也可以是单块部件。
因此，根据本发明的由复合材料制成的、用于调整飞机的水平稳定器1a的配件包括作为主要件的侧壁2a，2b，所述侧壁2a和2b通过中心件4连接在一起，中心件4包括：与第一壁2a连接的第一端部4a，与第二壁2b连接的第二端部4b，以及将所述端部4a、4b连接在一起的中心部分4c(图5)。此外，所述配件包括端部件5a和5b，它们优选地是Ω形状的(虽然它们也可具有I形或其它形状的横截面)，并且它们与侧壁2a和2b连接(图5)。这些端部件5a和5b位于侧壁2a和2b的外部，如可在图5中看到的。
此外，如可在图6中看到的，配件30可包括附加的层压板6，其可布置于端部件5a、5b的顶部上，每个层压板6具有与所述件的横截面相似的Ω形状横截面，并与后者形成一体件。
可通过附加的部件将根据本发明的配件的壁2a、2b与尾部机身1的外壳连接。类似地，配件构造还可包括上部或壁，以使得通过所述上部2c将侧壁2a和2b连接在一起，由此构成单个U形集成部分，其允许通过所述上部2c将侧壁2a、2b直接连接至尾部机身1的外壳，不需要附加的部件，使得根据本发明的配件在响应于横向负载时的性能更加有利，归因于与外壳的直接连接以及具有I形横截面的中心件，所述配件响应于外部荷载应力具有更坚固的结构。
因此，与已知配件相比，根据本发明的配件具有以下优点：
-该配件(主要在中心件4a，4b，4c方面)更易于制造，因为，由于端部件5a和5b位于侧壁2a和2b的外表面上，所以中心件4具有I形横截面；
-除了更简单的制造以外，所述I形横截面具有这样的效果：该配件响应于边缘荷载或试图关闭壁2a和2b的垂直方向负载而更加坚固，该配件响应于所述应力具有更好的结构性能；
-此外，当不需要附加的部件而通过上部2c将配件直接连接至尾部机身1的外壳时，根据本发明的配件的性能比已知解决方案好得多。
可对上述实施方式进行包括在由以下权利要求限定的范围内的那些改进。
Claims (14)
1.一种用于相对于飞机的尾部机身(1)调整所述飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件(30)包括抗扭箱的侧壁(2a和2b)以及将所述配件(30)连接至所述飞机的尾部机身(1)的框架的连接装置(3a，3b)，所述侧壁(2a，2b)通过中心件(4)连接在一起，所述中心件(4)包括：与所述配件(30)的第一侧壁(2a)连接的第一端部(4a)、与所述配件(30)的第二侧壁(2b)连接的第二端部(4b)、以及将所述端部(4a、4b)连接在一起的中心部(4c)，所述配件(30)还包括连接至所述侧壁(2a，2b)外表面上的端部件(5a、5b)，由于所述配件在响应于边缘荷载和试图关闭所述侧壁(2a、2b)的垂直负载应力时具有的更大的坚固性、所述配件的更大的一体性和负载路径的简单性，所述配件(30)具有响应于飞机负载的最佳结构性能。
2.根据权利要求1所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件(30)的侧壁(2a、2b)通过上部(2c)连接在一起，使得所述配件的该件的横截面是U形的，其允许不需要附加的部件，通过所述上部(2c)将所述侧壁(2a、2b)直接连接至所述飞机的尾部机身(1)的外壳，并改进了所述配件(30)响应于边缘荷载时的性能，因为所述U形横截面为所述配件(30)的侧壁(2a、2b)提供了更好的支撑。
3.根据权利要求1所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件(30)包括用于执行所述侧壁(2a、2b)与所述飞机的尾部机身(1)的外壳的连接的附加部件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，每个侧壁(2a、2b)在所述中心件(4)的每侧上具有旨在防止所述侧壁(2a、2b)的弯曲的大区域。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述端部件(5a、5b)具有Ω形式的整体横截面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，具有与所述端部件(5a、5b)相同几何形状的附加层压板(6)被增加至所述端部件(5a、5b)，与所述端部件(5a、5b)形成一体件，使得避免所述端部件(5a、5b)与所述侧壁(2a、2b)分开的可能问题。
7.根据权利要求6所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述附加层压板(6)由复合材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件包括主紧固件，所述主紧固件又包括对齐的并分别位于主耳部(8a、8b、8c、8d)中的通孔(7a、7b、7c、7d)。
9.根据权利要求8所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述通孔(7a、7b)被布置在所述端部件(5a、5b)的加固区域中，所述通孔(7c，7d)被布置在所述侧壁(2a、2b)的加固区域中。
10.根据权利要求9所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述端部件(5a、5b)和所述侧壁(2a、2b)的加固区域是更大厚度的区域。
11.根据权利要求9所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述端部件(5a、5b)和所述侧壁(2a、2b)的加固区域是设置有混合钛-CFRP层压板的区域。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件包括辅紧固件，所述辅紧固件又包括位于所述中心件(4)中的通孔(9)。
13.根据权利要求12所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件(30)的辅紧固件用混合钛-CFRP层压板来加固。
14.根据权利要求12所述的用于调整飞机的水平稳定器(1a)的、由复合材料制成的配件(30)，其特征在于，所述配件(30)的辅紧固件是更大厚度的区域。
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