CN102548841A - 用于边界层吸除的装置和用于其的复合构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在飞机的外蒙皮(1)上进行边界层吸除的装置，在所述装置上，由通孔(10)贯穿的能吸除的面(3)通过至少一个吸气管道(6)与吸气源(7)连接，其中可吸除的面(3)由至少一个板型的复合构件形成，所述复合构件由形成多个朝外蒙皮(1)敞开的吸气通道(12a-12c)的、由作为基体的轻金属构成的挤压型材(9)制成，在所述基体上，在能吸除的面(3)的区域中安装微穿孔的盖板(11)，用于形成外蒙皮(1)。此外，本发明还涉及一种用于制造这样的板型的复合构件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在飞机的外蒙皮上进行边界层吸除的装置，在所述装置上，由通孔贯穿的能吸除的面通过至少一个吸气管道与吸气源连接。此外，本发明还涉及一种用于形成这样的能吸除的面的复合构件以及一种用于制造所述复合构件的方法。
背景技术
本发明的应用领域延伸到尤其有关大型民用飞机的飞机制造中。这样的民用飞机的气动部件如发动机舱、机翼或者垂直尾翼可设有用于在外蒙皮上进行边界层吸除的装置，以便降低摩擦阻力。在机翼中，气流在经过最大的曲率之后加速并且随后再次减慢。在此，边界层损失动能并且变厚。在转变点上，从层流的边界层变成涡流。结果是提高了摩擦阻力。
为了尽可能范围大的飞行包线中在机翼的或者飞机的其他气动部件的尽可能大的部分上保持层流，必须阻止边界层的从层流到涡流的转变或者将其进一步向下游移动。在本发明范畴中感兴趣的在边界层之内的空气的吸除是一种可行的用于边界层稳定化的方法。在吸除时，在型面的重要区域中安装最小的开口，通过所述开口吸除所激起的层流的存在边界层稳定性的边界层。
从DE 10 2004 024 016 A1中得知一种用于在民用飞机的外蒙皮上进行边界层吸除的此类装置。装置基本由在此设置在机翼的两个部位上的能吸除的面组成。能吸除的面具有与共同的吸气管道形成连接的多个小的开口，所述吸气管道另一方面联接到吸气源上。
从DE 1 280 057中得出一种用于实现设有通孔的、用于边界层吸除的能吸除的面的技术解决方案。在这种情况下，能吸除的面在外蒙皮上设有多个彼此平行间隔地设置的细长的吸气缝，所述吸气缝在所配属的气动部件的内部中形成用于在此外呈板形的结构元件中引入的腔室的开口。在裂缝之下，腔室在底部区域中相应地具有一排小的开口，所述小的开口在吸气缝的方向上延伸，并且形成与置于其下的相应导槽的连接。符合吸气缝的数量的导槽在气动构件的内部中由弯曲的波纹板构成。弯曲的波纹板与另一下置的并且垂直于此延伸的波纹板共同作用，给气动构件提供足够的稳定性。这样构成的外蒙皮固定在这里由具有T形横截面的框架元件构成的结构上。形成外蒙皮的板状的结构元件与波纹板焊接。
在现有技术中不利的是各个结构元件和装配所述结构元件的制造耗费。特别地，引导负压的导槽要求在波纹板和形成外蒙皮的板型构件之间的连接的密封焊接。此外，对此构成的具有下置的腔室的吸气缝的制造由于原则上三明治式的材料结构是相当耗费的。此外必需的是，波纹板通过弯曲来非常精确地改型，以便确保板型构件的相协调的安装。在这种情况下出现的制造公差能够仅非常受限地通过焊缝来消除。
此外，从技术文献“Schrauf G.：Status of Laminar Flow Technology，AIAA Fluid Dynamic Conference，2008年6月”中得出一种用于制造用于边界层吸除的能吸除的面的复合结构方式，其中在第一制造步骤中通过激光焊接将型材轨道彼此平行间隔开地安装到穿孔的承载板上。接下来，通过弯曲承载板形成外蒙皮的轮廓，由此将型材轨道内置地设置。这借助于预设最终形状的弯曲装置来进行。最后，加工如此改型的气动部件的内腔，以构成用于吸气管道的通道引导部。承载板已经预先穿孔，从而使得如此完成的能吸除的面在连接到吸气管道上之后即可使用。
在此，各个桁条的相当耗费并且大规模的激光焊接在制造技术上产生不利的影响。由此产生长的制造时间。根据气动和流体力学的要求，吸气腔室在前缘处的宽度大于四倍地变化，从而使得根据气动部件的造型，非常多的单独的吸气腔室是必需的。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于边界层吸除的装置以及一种与此相关的制造方法，所述装置具有形成能吸除的面的复合构件，所述制造方法实现具有低的耗费和能再生的高质量的坚固的可吸除的面的有效制造。
在用于边界层吸除的装置方面，目的基于权利要求1的前序部分的特征结合其特征部分的特征来实现。在复合构件本身方面，目的通过权利要求5来实现，并且权利要求9说明了一种用于制造该复合构件的特殊方法。相应地引用的从属权利要求包含了本发明的有利的改进形式。
本发明包括装置技术上的教导，能吸除的面由至少一个板型的复合构件构成，所述复合构件由显示出多个朝外蒙皮敞开的吸气通道的、由轻金属构成的作为基体的挤压型材制成，在所述挤压型材上，在能吸除的面的区域中安装微穿孔的盖板，以形成外蒙皮。
根据本发明的解决方案的优点尤其在于，通过该可简单制造的复合构件能够产生任意形状和大小的能吸除的面。由于挤压成的基体，复合构件是非常稳定的，并且挤压的制造方法保证了能再生的高质量。挤压的另一优点为，能够使用轻金属作为材料，使得复合构件整体上相当轻质地构成。此外，通过使用挤压型材，取消了否则相当耗费的用于在能吸除的面的区域中的外蒙皮之下构造吸气通道的焊接工作，由此也降低了制造时间。
优选的是，能吸除的面的根据本发明构成在挤压型材中的吸气通道在飞机的气动部件的翼展方向上间隔地并排地延伸，这适用于所谓的“固定弦”型材。这种延伸方向给复合构件提供了机械稳定性以及对于有效吸除边界层有利的通道引导。
在民用飞机的情况中，其上设置有能吸除的面的气动部件可以是发动机舱和/或机翼和/或垂直尾翼。通过在那里维持流动有利的层流，在该气动部件中的边界层吸除导致民用飞机的摩擦阻力的显著的降低。
根据改进本发明的措施提出，将孔板插入到优选由气动部件的内腔形成的、在能吸除的面以及吸气源之间的吸气管道中，以调整空气质量流。通过孔板开口的大小能够控制作用到能吸除的面上的负压，以便借助简单的技术手段确保边界层有效吸除。尽管通常不需要改变节流阀横截面，然而也可考虑的是，借助于可调节的节流阀来代替孔板调整空气质量流。
优选作为由轻金属铝或者铝合金构成的挤压型材的基体设有由优选钛或者不锈钢构成的微穿孔的盖板，以便形成复合构件。在钛、钛合金或者不锈钢中，一方面能够在制造技术上简单地引入微穿孔，另一方面，这些优选的金属对于形成发明对象的应用而言在飞机的外蒙皮区域中是足够抗腐蚀的。
根据本发明的另一方面，通过材料接合的连接将微穿孔的盖板固定地优选粘接到或者硫化连接到在敞开的通道的区域中的挤压型材上，优选通过脉冲电流法。
为了制造这样的材料接合的固定的连接，机械地加工挤压型材的与盖板形成接触的桁条头，例如通过铣削来加工，以便实现用于盖板的非常平的支承面。这对于以下构成有利的先决条件，即，随后形成材料接合的连接，从而形成稳定的、板形的复合构件。
根据改进本发明的另一措施提出，在将盖板安装到挤压型材上之后才引入微穿孔，更确切地说，优选通过激光钻孔。因而不必需在将盖板与挤压型材材料接合地连接之前产生微穿孔。在优选后续地将微穿孔引入到盖板中的情况下，仅需要对在其后存在敞开的吸气通道的面区域进行打孔。因此，可有利地将其后存在挤压型材的桁条头的面区域从微穿孔中取出，从而不由于微穿孔而影响材料接合的连接。那么，优选形成用于局部边界层吸除的在翼展方向上延伸的微穿孔的吸气通道。
如果应为了更高的吸除效果而扩大微穿孔的区域，则根据本发明的另一有利的扩展方案方面提出，将挤压型材的桁条头倒角，从而形成更大的有效吸除面。
通过将盖板粘接或者硫化连接到机械预加工的挤压型材上而形成的材料接合的连接产生稳定的复合构件。在粘接的情况中提出，将环氧树脂粘接剂涂覆到挤压型材的桁条头上，并且接下来在压力作用下置放盖板。在粘接剂硬化之后，形成可设有腐蚀保护的均匀固定的粘接连接。如果取而代之地通过硫化来形成材料接合的连接，则提出，首先用导电蜡填充在敞开的吸气通道的区域中的挤压型材。这也能够根据桁条头的距离通过置入封住蜡的固态芯来进行，以便节约蜡材料。在硫化结束之后，通过施加热量除去蜡。
附图说明
下面，根据附图与本发明的优选实施例的说明一起详细描述改进本发明的其他措施。其示出：
图1示出具有用于在外蒙皮上进行边界层吸除的能吸除的面的民用飞机的侧视图；
图2示出来自根据图1的民用飞机的垂直尾翼的在能吸除的面的区域中的部段的立体图；
图4示出在复合构件的区域中的图2中的断面放大图(细节A)；并且
图4a-d示出用于制造复合构件的制造步骤的顺序。
具体实施方式
根据图1，在这里示例性示出的民用飞机的外蒙皮1上，在垂直尾翼2的区域中存在能吸除的面3。除此之外，在另一气动部件上，这里是在机翼4上以及发动机舱5上设置有没有进一步示出的类似的能吸除的面，所述能吸除的面是用于边界层吸除的装置的组件。
垂直尾翼2的能吸除的面3通过在此仅示意地示出的吸气管道6与吸气源7连接，所述吸气源产生所必需的负压，以吸除在面3之上的边界层。为了调整空气质量流，将孔板8插入到用于边界层吸除的装置的吸气管道6中。
没有进一步详细示出的垂直尾翼2的能吸除的面3的在图2中示出的断面具有由大约40微米至100微米的最小的通孔10贯穿的表面，所述表面通过由不锈钢构成的微穿孔的盖板11制成，所述盖板与形成基体的、内侧的、由铝组成的挤压型材9一起形成复合构件。
复合构件的在图3中可见的细节A示出由铝构成的挤压型材9的横截面，所述挤压型材形成多个朝能吸除的面的敞开的吸气通道12a-12c，并且由于稳定的横截面形状而给复合构件提供所必需的稳定性。为了形成被绕流的外蒙皮，挤压型材9的敞开的吸气通道12a-12c借助微穿孔的盖板11来封闭，所述盖板在该实施例中被粘接。
以图4a-4d的顺序说明用于制造上面说明的板型的复合构件的示例的方法，所述复合构件应用在垂直尾翼的范畴中：
根据图4a，首先在由铝构成的挤压型材9上进行桁条头13的机械加工，以便产生平的支承面。额外地，桁条头13的侧壁14a和14b通过机械加工来倒角。机械加工在此通过铣削来进行。
根据图4b，接下来将盖板11安装到挤压型材9的平的支承面上并且与该支承面材料接合地固定连接。在该实施例中，材料接合的连接通过胶膜15形成。这样，形成稳定的板型的复合构件。
根据在图4c中图解说明的在盖板11和挤压型材9之间的替选的材料接合的连接，首先用导电蜡16填充所述挤压型材，所述导电蜡在盖板11的硫化之后从所形成的空腔中再次熔化出来。
根据图4d，在最后的制造步骤中，通过微穿孔实现将多个通孔10引入到盖板11中。盖板11的微穿孔通过激光钻孔来产生。
补充地，对此应指出的是，“包括”不排除其他的元件或者步骤，并且“一个”不排除多数。此外应指出的是，参考上面的实施例说明的步骤或者特征还能够与上面说明的其他的实施例的其他步骤和特征组合使用。在权利要求中的附图标记不应视为限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于在飞机的外蒙皮(1)上进行边界层吸除的装置，具有由通孔(10)贯穿的、通过至少一个吸气管道(6)与吸气源(7)连接的能吸除的面(3)，
其特征在于，所述能吸除的面(3)构造在至少一个板型的复合构件上，所述复合构件包括形成多个朝所述外蒙皮(1)敞开的吸气通道(12a-12c)的、由轻金属构成的作为基体的挤压型材(9)，在所述基体上，在所述能吸除的面(3)的区域中安装微穿孔的盖板(11)，用于形成所述外蒙皮(1)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述能吸除的面(3)的所述吸气通道(12a-12c)在所述飞机的气动部件的翼展方向上并排地延伸。
3.根据权利要求2所述的装置，
其特征在于，所述气动的部件是作为飞机的民用飞机的发动机舱(5)或机翼(4)或垂直尾翼(2)。
4.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，将孔板(8)插入到通过所述气动部件的内腔形成的所述吸气管道(6)中，用于调整空气质量流。
5.复合构件，具有用于在飞机中的外蒙皮()上进行边界层吸除的能吸除的面(3)，
其特征在于形成多个敞开的吸气通道(12a-12c)的、由轻金属构成的作为基体的挤压型材(9)，所述挤压型材具有由抗腐蚀的金属构成的微穿孔的盖板(11)，用于形成所述能吸除的面(3)。
6.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，为了制造材料接合的固定的连接，将所述微穿孔的盖板(11)粘接或者硫化连接在所述挤压型材(9)上。
7.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，所述微穿孔的盖板(11)由作为抗腐蚀材料的钛或者不锈钢构成。
8.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，所述挤压型材(9)由铝或者铝合金构成。
9.用于制造根据权利要求5所述的板型的复合构件的方法，
其特征在于下述步骤：
-机械地加工形成多个并排敞开的吸气通道(12-12c)的所述挤压型材()的桁条头(13)，用于产生用于所述盖板(11)的平的支承面；
-将所述盖板(11)借助于材料接合的固定的连接安装到所述挤压型材(9)的所述桁条头(13)上，用于产生板型的所述复合构件。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，在将所述盖板(11)安装到所述挤压型材(9)上之后，引入通过微穿孔产生的多个通孔(10)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其特征在于，所述盖板(11)的所述微穿孔通过激光钻孔产生。
12.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，为了调节所述盖板(11)的所述能吸除的面(3)，通过机械的加工在所述挤压型材(9)的所述桁条头(13)的两侧将侧壁(14a、14b)倒角。
Claims (12)
1.用于在飞机的外蒙皮(1)上进行边界层吸除的装置，在所述装置上，由通孔(10)贯穿的能吸除的面(3)通过至少一个吸气管道(6)与吸气源(7)连接，
其特征在于，所述能吸除的面(3)由至少一个板型的复合构件形成，所述复合构件由形成多个朝所述外蒙皮(1)敞开的吸气通道(12a-12c)的、由轻金属构成的作为基体的挤压型材(9)制成，在所述基体上，在所述能吸除的面(3)的区域中安装微穿孔的盖板(11)，用于形成所述外蒙皮(1)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述能吸除的面(3)的所述吸气通道(12a-12c)在所述飞机的气动部件的翼展方向上并排地延伸。
3.根据权利要求2所述的装置，
其特征在于，所述气动的部件是作为飞机的民用飞机的发动机舱(5)或机翼(4)或垂直尾翼(2)。
4.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，将孔板(8)插入到通过所述气动部件的内腔形成的所述吸气管道(6)中，用于调整空气质量流。
5.复合构件，具有用于在飞机中的外蒙皮()上进行边界层吸除的能吸除的面(3)，
其特征在于，具有形成多个敞开的吸气通道(12a-12c)的、由轻金属构成的作为基体的挤压型材(9)，所述挤压型材具有由抗腐蚀的金属构成的微穿孔的盖板(11)，用于形成所述能吸除的面(3)。
6.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，为了制造材料接合的固定的连接，将所述微穿孔的盖板(11)粘接或者硫化连接在所述挤压型材(9)上。
7.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，所述微穿孔的盖板(11)由作为抗腐蚀材料的钛或者不锈钢构成。
8.根据权利要求5所述的复合构件，
其特征在于，所述挤压型材(9)由铝或者铝合金构成。
9.用于制造根据权利要求5所述的板型的复合构件的方法，
其特征在于下述步骤：
-机械地加工形成多个并排敞开的吸气通道(12-12c)的所述挤压型材()的桁条头(13)，用于产生用于所述盖板(11)的平的支承面；
-将所述盖板(11)借助于材料接合的固定的连接安装到所述挤压型材(9)的所述桁条头(13)上，用于产生板型的所述复合构件。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，在将所述盖板(11)安装到所述挤压型材(9)上之后，引入通过微穿孔产生的多个通孔(10)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其特征在于，所述盖板(11)的所述微穿孔通过激光钻孔产生。
12.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，为了调节所述盖板(11)的所述能吸除的面(3)，通过机械的加工在所述挤压型材(9)的所述桁条头(13)的两侧将侧壁(14a、14b)倒角。
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