CN102317154B - 一种复合结构桁架的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合桁架结构(102)的方法和结构。该结构包括由多个复合材料板材形成的腹板(206)，各板材包括第一面和相对的第二面，各面包括长度和宽度。多个板材的各个板材面对面连接至多个板材的至少另一板材，使得各面的长度和宽度与相邻板材面的长度和宽度基本匹配。多个板材制成为包括上弦构件(202)、下弦构件(204)和延伸于其间的多个腹板构件(206)。该结构也包括在邻近腹板外周处连接至腹板的至少一个第一凸缘板(208)。

Description

一种复合结构桁架的方法与系统

发明背景

本公开的实施方式一般涉及轻型桁架构件的形成方法和结构，且更具体地，涉及复合翼肋和桁架构件的形成方法和结构。

传统的飞行器机翼构造一般包括相对机身纵轴横向延伸的一个或多个翼梁，以支撑限定机翼形状的多个纵向延伸横向间隔开的肋。肋的竖直腹板部分包括构造为可承载压缩负载和拉伸负载以保持机翼形状的结构元件。飞行器机翼肋的桁架设计是转移并分配负载至整个机翼结构的有效方法。另外，桁架结构也用于桥梁、地板及其它支承结构。因桁架结构中使用了金属部件和结构元件，至少一些已知的桁架结构较重。虽然轻型材料可用于制造坚固而轻型的桁架结构，但是，为了在桁架结构元件间提供充分的负载转移，当前的复合肋制造起来复杂且一般较重。在机翼中使用复合肋的飞行器机翼也难以进行组装。

需要能提供轻型支承结构的方法和结构，以有助于桁架结构和连接部件的加工，并减少组装时间。

发明内容

在一实施例中，用于复合桁架的结构包括由多个复合材料板材形成的腹板，各板材包括第一面和相对的第二面，各面包括长度和宽度。多个板材的各个板材面对面连接至多个板材的至少另一板材，使得各面的长度和宽度与相邻板材面的长度和宽度基本匹配。多个板材形成为包括上弦构件、下弦构件和延伸于其间的多个腹板构件。该结构也包括在邻近腹板外周处连接至腹板的至少第一凸缘板。

在又一实施例中，一种复合结构构件的成形方法，其包括面对面连接多个复合材料板材以形成腹板、使腹板成形以形成上弦和下弦、并在腹板中形成多个开口以形成延伸于上弦和下弦间的多个结构腹板构件。该方法也包括连接至少一个凸缘板至上弦和下弦中至少其一的外周边缘。

在另一实施例中，一种形成包括复合翼肋的飞行器机翼的方法包括形成翼肋，其中形成翼肋包括由沿面对面方向连接在一起的多个复合板材形成腹板、在腹板中形成包括上弦构件、下弦构件和均由在腹板中形成的多个开口限定的多个腹板构件的多个互连结构元件、以及连接凸缘板至邻近翼肋外周边缘处的翼肋的一侧，该凸缘板包括横向延伸的凸缘构件。该方法进一步包括组装至少一个翼肋于前翼梁和后翼梁中至少其一、以及使用横向延伸的凸缘构件组装后缘蒙皮至翼梁和翼肋组件。该方法也包括组装上、下中心蒙皮至肋、翼梁和后缘蒙皮组件，使得中心蒙皮与后缘蒙皮搭叠，以及连接前缘蒙皮至机翼组件，使得前缘蒙皮与中心蒙皮和后缘蒙皮组件搭叠。

附图说明

图1是根据本公开实施例的飞行器机翼结构的等距剖视图。

图2是根据本公开示例性实施例的桁架肋组件的侧视剖视图。

图3是沿剖面线A-A所剖的图2所示桁架肋组件的剖视图。

图4是沿剖面线B-B所剖的图2所示桁架肋组件的剖视图。

图5是沿剖面线C-C所剖的图2所示桁架肋组件的剖视图。

图6是沿剖面线D-D所剖的图2所示桁架肋组件的剖视图。

图7是沿剖面线E-E所剖的图2所示桁架肋组件的剖视图。

图8是根据本公开另一示例性实施例的桁架肋组件的侧视剖视图。

具体实施方式

下面的描述通过示例而非限制的方式描述了本公开。显然，本说明可使本领域技术人员制造并使用本公开，说明了本公开的几个实施例、改装、变形、变化及用途，包括目前认为的本公开的最佳实施方式。

图1是根据本公开实施例的飞行器机翼结构100的等距剖视图。在示例性实施例中，飞行器机翼结构100包括在飞行器机翼结构100的前缘108和后缘110之间沿前向104和后向106延伸的多个桁架肋组件102。飞行器机翼结构100也包括从飞行器的机身(未示出)延伸的前翼梁112和后翼梁114。包覆部分或蒙皮116的下机翼连至前缘108和后缘110之间的桁架肋组件102的下部。同样，包覆部分或蒙皮118的上机翼接合至前缘108与后缘110之间的桁架肋102的上部。

图2是根据本公开示例性实施例的桁架翼肋组件102的侧视剖视图。尽管说明是作为用于飞行器机翼的肋，但应理解该结构及制造该结构的方法可用于其它复合桁架结构，例如但不限于托梁、屋顶桁架和桥面板支承构件等。在这种实施例中，桁架肋组件102构造为可接收一个或多个覆层构件，以支承其上的覆层构件。

在示例性实施例中，桁架肋组件102包括复合桁架结构。桁架肋组件102包括上弦构件202、下弦构件204，以及延伸于其间的多个腹板构件206。上弦构件202、下弦构件204，和腹板构件206各由并排安装的至少第一部分202和第二部分204形成。各部分由纤维增强板材制成，例如但不限于平面编织(PW)或5硬度(5H)材料。也可使用诸如纤维玻璃、石墨、芳香族聚酰胺等纤维增强材料，例如但不限于芳纶纤维环氧树脂(Aramid fiber epoxies)或热塑性塑料。各部分粘结或固结在一起。各部分粘结或固结在一起后，所有桁架结构元件形成各结构元件的箱型结构。肋的盖板206打开，且在机翼蒙皮接合至肋时闭合。肋或桁架的空腔内可使用泡沫芯。

在示例性实施例中，桁架肋组件102包括连接至桁架肋组件102外周且从桁架翼肋组件102横向伸出的横向凸缘。横向凸缘208可具有相互远离延伸的右部和左部。在其它实施例中，仅使用右凸缘或左凸缘。在示例性实施例中，凸缘208绕桁架肋组件102的整个外周延伸。在另一可选实施例中，凸缘208仅绕桁架肋组件102的部分外周延伸。前翼梁凸缘210和后翼梁凸缘212以与横向凸缘208相同的方式形成，但分别限定各翼梁开口214和216的内周。翼梁和盖板位置处所示的凸缘208、210、212构造为接合所述肋和/或所述肋的部分至各蒙皮，以形成蒙皮组件，之后接合分组件成为完整的机翼。各腹板开门218分别由向腹板开口218内延伸的右凸缘和/或左凸缘220限定。

尽管所示桁架肋组件102制造为整体桁架肋组件102，但是应理解桁架肋组件102可由一个以上独立部件形成，以有助于不同机翼组装方法。该复合桁架肋不限于用于飞行器机翼，也可用于不同地点建造且现场架设的建筑物的地板或屋顶桁架以及桥梁桁架。

图3是沿剖面线A-A(图2所示)所剖的桁架肋组件102的剖视图。在示例性实施例中，通过一个或多个复合材料板材剪裁形成上弦构件202、下弦构件204和腹板构件206，来形成桁架肋组件102。板材并排接合在一起，且凸缘施加到桁架肋组件102外周和开口218。剖面A-A处的凸缘包括左横向部分302和右横向部分304，该左横向部分302和右横向部分304均远离复合板材的中心线306延伸。凸缘也包括伸入开口218的右凸缘部分308和与凸缘部分308互补的左凸缘部分310。在示例性实施例中，右凸缘部分308和左凸缘部分310相互接合，以有助于将复合板材连接在一起。左横向部分302和右横向部分304构造为以接合的方式接收蒙皮构件，以有助于组装机翼结构。

图4是沿剖面线B-B(图2所示)所剖的桁架肋组件102的剖视图。在示例性实施例中，沿剖面线B-B所剖的桁架肋组件102包括在前翼梁开口214两侧的前翼梁凸缘210、以及伸入开口218且有助于将复合板材连接在一起的凸缘220。

图5是沿剖面线C-C(图2所示)所剖的桁架肋组件102的剖视图。在示例性实施例中，沿剖面线C-C所剖的桁架肋组件102包括左半凸缘502和右半凸缘504、以及伸入开口218且有助于将复合板材连接在一起的凸缘220。

图6是沿剖面线D-D(图2所示)所剖的桁架肋组件102的剖视图。在示例性实施例中，沿剖面线D-D所剖的桁架肋组件102包括左半凸缘602和右半凸缘604、以及伸入开口218且有助于将复合板材连接在一起的凸缘220。

图7是沿剖面线E-E(图2所示)所剖的桁架肋组件102的剖视图。在示例性实施例中，沿剖面线E-E所剖的桁架肋组件102包括在后翼梁开口216两侧及左凸缘702和右凸缘704中每一个上的后翼梁凸缘212。桁架翼肋组件102也包括沿上弦构件202和下弦构件204延伸的横向凸缘208。组装期间，后翼梁凸缘212有助于连接桁架肋组件102至后翼梁114，且横向凸缘208有助于连接包覆部分或蒙皮构件至桁架肋组件102。

图8是根据本公开另一示例性实施例的桁架翼肋组件800的侧视剖视图。在示例性实施例中，桁架翼肋组件800制造为三个部分，前部802、中部804和后部806。各部分由诸如PW或5H材料的复合板材制成，或由缠绕在槽中的连续纤维而制成，其中所述槽以表示上弦810、下弦812、以及形成桁架腹板的互连结构构件814的各部分的方式定向。在一些实施例，有利地，可由板材制成一个或多个前部802、中部804和后部806，而其它部分由设置的fib(纤维)加工材料制成。组装通过连接前部802、中部804和后部806完成。在一实施例中，前部802和中部804在相互连接前组装至前翼梁(未示出)，中部504和后部506在相互连接前组装至后翼梁(未示出)。

上述复合结构构件的成形方法及其形成的桁架结构具成本效益且可靠性高。本方法和结构包括在桁架中成形且接合在一起的复合板材，包括上弦、下弦和具有多个结构桁架元件的腹板。桁架包括有助于加固桁架以及贴附蒙皮或覆层于桁架构件的凸缘构件。复合板材粘结或固结在一起，以有助于提供强度和稳定性。因支承设备较少或较小，轻型桁架简化了装卸。因此，该方法和结构以成本有效和可靠的方式有助于减少重量和加工时间，并且增大强度和硬度。

尽管已根据各个具体实施例说明了本公开的实施方式，本领域技术人员应认识到本公开的实施方式可在权利要求的精神和范围内修改执行。

Claims (13)

1.一种复合桁架结构，其包括：

包括多个复合材料板材的腹板，各板材包括第一面和相对的第二面，各面包括长度和宽度，使得各面的长度和宽度与相邻板材面的长度和宽度基本匹配，成形并且接合在一起的多个板材包括：

上弦构件；

下弦构件；以及

延伸于其间的多个腹板构件，由此形成飞行器翼肋的至少一部分，

翼梁开口，其中翼梁凸缘限定所述翼梁开口的内周，

横向凸缘，其被连接到飞行器翼肋的外周并且从所述翼肋横向伸出，

其中所述翼梁凸缘和所述横向凸缘构造为接合各蒙皮以形成蒙皮组件，并且之后接合分组件成为完整的机翼。

2.根据权利要求1所述的结构，进一步包括联接至与第一凸缘板相对的所述腹板的一侧的第二凸缘板，其中所述腹板夹在所述第一凸缘板和所述第二凸缘板之间，并且所述第一凸缘板和所述第二凸缘板形成柱状空间。

3.根据权利要求2所述的结构，其中所述第一凸缘板包括远离各凸缘板边缘而延伸的凸缘。

4.根据权利要求2所述的结构，其中所述第一凸缘板包括远离各凸缘板外周边缘延伸的凸缘。

5.根据权利要求1所述的结构，进一步包括第二凸缘板，所述第二凸缘板包括远离所述第二凸缘板外周边缘而延伸的凸缘。

6.根据权利要求1所述的结构，其中所述多个复合材料板材包括平面编织复合材料和5硬度复合材料中至少其一。

7.根据权利要求1所述的结构，进一步包括远离所述多个复合材料板材而延伸的凸缘，所述凸缘限定穿过结构翼梁通路的开口，所述凸缘构造为有助于联接所述腹板至翼梁。

8.根据权利要求1所述的结构，进一步包括在所述腹板中形成所述多个腹板构件的多个开口，至少一开口包括与所述多个复合材料板材的面平行延伸的凸缘构件。

9.根据权利要求1所述的结构，其中所述多个腹板构件进一步包括竖腹板构件、水平腹板构件和斜腹板构件中的至少之一。

10.根据权利要求1所述的结构，其中所述上弦构件的第一端联接至所述下弦构件的第一端，所述上弦构件的第二端联接至所述下弦构件的第二端。

11.一种形成包括复合翼肋的飞行器机翼的方法，所述方法包括：

形成翼肋，其包括：

由面对面取向而联接到一起的多个复合板材而形成腹板；

在腹板中形成多个互连结构元件，包括：

上弦构件，

下弦构件，

多个腹板构件，由此形成飞行器翼肋的至少一部分，

翼梁开口，其中翼梁凸缘限定所述翼梁开口的内周，和

横向凸缘，其被连接到飞行器翼肋的外周并且从所述翼肋横向伸出，

其中所述翼梁凸缘和所述横向凸缘构造为接合各蒙皮以形成蒙皮组件，并且之后接合分组件成为完整的机翼；以及

连接凸缘板至翼肋的接近所述翼肋的外周边缘一侧，所述凸缘板包括横向延伸的凸缘构件，所述凸缘板形成为围绕由所述腹板构件的至少一部分限定的开口，所述开口具有多个弧形角并且接收后翼梁；

组装至少一个翼肋至前翼梁和后翼梁中至少一个；

使用所述横向延伸的凸缘构件组装后缘蒙皮至翼梁和翼肋组件；

组装上、下中心蒙皮至所述翼肋、翼梁和后缘蒙皮组件，使得所述中心蒙皮与所述后缘蒙皮搭叠；以及

连接前缘蒙皮至所述机翼组件，使得所述前缘蒙皮与所述中心蒙皮和后缘蒙皮组件搭叠。

12.根据权利要求11所述的方法，其中连接凸缘板至所述翼肋一侧包括连接第一凸缘板至所述翼肋第一侧，和连接第二凸缘板至所述翼肋第二相对侧，每个凸缘板包括构造成接合包覆部分的横向延伸的凸缘。

13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述腹板中形成多个互连结构元件包括形成上弦构件和下弦构件，其中所述上弦构件的第一端联接到所述下弦构件的第一端，而所述上弦构件的第二端联接到所述下弦构件的第二端。