CN102741119A - 飞行器机身及蒙皮区域 - Google Patents

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Abstract

本发明披露的是一种用于带有蒙皮4和带有多个周向加强件12以及仅仅少量的纵向加强件10的飞行器的纤维增强复合材料的机身2，其中蒙皮4具有多个局部加强件14；也披露了为了形成这样一种机身的蒙皮区域6。

Description

飞行器机身及蒙皮区域
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的飞行器机身，也涉及用于这种飞行器机身的蒙皮区域。
背景技术
飞行器机身在传统情况下体现为呈金属形式的构造，带有多个的纵向和周向加强件的支撑/背衬结构。而这种飞行器机身的制造确实很易于控制，飞行器机身，由于采用金属材料，具有相对较高的重量。除了金属飞行器机身部分具有较高的重量外，纵向加强件及它们附件的部件的高数量、或整合，是特别耗费劳动力的/劳动力密集的。最近，因此，可以观察到采用纤维增强复合材料的机身代替金属机身的增长趋势。这里的机身和它们的支撑结构通常是金属机身的副本。这意味着纵向加强件适应于纵向载荷，周向加强件适应于周向载荷和力矩，而蒙皮主要适应于内部压力、且适应于纵向和剪切载荷。
除了目前正在进行的尝试，例如在美国专利US 2007/0108347A1所显示的，用以通过呈格子框架形式的整体加强件结构以取代纵向和周向周向加强件的传统布置配置，其中多个加强件位于一个平面内，并相对于机身的纵向轴线以一个角度而对齐，被接合于交叉区域中。但是，在带有格子框架类型支撑结构的构造的复合形式中存在的问题的是大量的加强件和它们在交叉区域中的接合，这需要复杂的生产设备。此外，格子框架型支撑结构不是针对出现的载荷而最佳地设计的，但是代表着关于适应于待预期的所有载荷方面的某种程度的折衷。
发明内容
本发明的目的是创建一种能避免上述缺点并具体地与所发生的载荷相匹配的飞行器机身，并且也创建一种用于这样一种飞行器机身的蒙皮区域。
此目的是借助于带有权利要求1特征的飞行器机身，以及带有权利要求11特征的蒙皮区域而实现的。
一种用于飞行器的本发明的纤维增强复合材料的机身具有蒙皮和一种用于加强蒙皮的纵向和周向加强件的支撑结构。根据本发明，在蒙皮上设计了多个局部加强件。在本发明的机身中，结构元件(诸如蒙皮和支撑结构)的主要功能被再分配。蒙皮实质上只承受/适应于剪切载荷和内部压力，而一些局部的纵向加强件专门地承载着纵向载荷，或者几乎完全地。现在，如之前般，周向加强件主要地适应于周向载荷和力矩。因此，借助于一种适合的层压形式的构造，蒙皮可被配置成在纵向方向上是非常灵活的，从而使得由于低刚度因而使产生的蒙皮也具有低应力。这些导致以下的事实：至少压力膨胀(bulge)随后发生。蒙皮可为针对剪切荷载而被更好地优化，因为只有剪切载荷和内部压力是主要关注点。由此，局部加强实现了刚度的局部增加、并防止了鼓胀。因而，与常规的飞行器机身相对比，只需要非常少的纵向加强件。例如，纵向加强件减少到原来的1/6至1/12是可以想象的。此处，所需要的纵向加强件的数量是由，在其他因素中，故障安全要求或故障自动保险要求(fail-safe)而确定。因而，例如，一项法规表明，在对发动机造成不可控的损害的情况下，其中飞行旋翼/转子叶片可以穿透机身，机身必须继续具有一定水平的稳定以确保安全着陆。换句话说，而在最佳的情况下，将会仅需要少量的纵向加强件，坠毁/碰撞法规可以要求的是：必需有更多的纵向加强件。
在一个优选的实施例的实例中，在蒙皮的内侧上设计了加强件作为高起(elevation)，其在纵向上是比在横向或周向方向上具有更大的程度/范围。在这方面它们充当，可以这么说，纵向方向上一个布置在另一个后面的多个单独的纵向加强件。它们可以与蒙皮一体化设计，或可随后借助于结合技术而被附加到后者上。在一个实施例的实例中，为将要设计的加强件做好准备，从而使得：蒙皮的材料厚度被局部地减少，从而多个的凹陷形成为一种类型的波纹；这些借助于厚度没有减少的蒙皮部段而彼此间隔分开，后者则形成加强件。
加强件可以设计成空心体、且也可以设计为实体。它们优选地被没计成带有泡沫芯的空心体，因为这意味着，利用最小重量达到了蒙皮的最大的局部增强。
优选地，加强件在纵向和周向方向上形成了行，它们之间延长了周向加强件，且在一些个别情况下延伸了纵向加强件，从而使得周向和纵向加强件被直接地附着到蒙皮上。然而，在一个实施例的实例中，也针对将要经由加强件的底脚部分附着到蒙皮上的周向和纵向加强件而做好了准备。加强件相对于彼此的布置，它们的数量和它们的大小、形状，是由发生的局部负荷所确定，且因此可以在机身中变化很大。因而，也可布置了在纵向方向和/或周向方向上的加强件，从而使得它们相对于彼此而移位，或者例如，一个加强件与相邻的加强件相比，可以具有两倍的长度、和/或不同的高度或在径向方向上的宽度。类似地，在带有高的局部负荷的机身区域中的加强件也可以相对于彼此而被定位，即，与带有低的局部负荷的机身区域相比，可以呈现不同的间距，和/或不同的数量。
特别地，加强件被体现为使得：这样的设计与纵向加强件的行相比具有明显地更少的纵向加强件。因而，实施例的实例只提供了均匀地分布在机身的内圆周上的四个、八个或十二个纵向加强件。
优选的纵向加强件，因为它们特别易于制造，具有一个底脚部分，两个大致平行的刀片形的腹板从其延伸。周向加强件具有，例如，一种带有下凸缘的C型剖面，一种上凸缘，一种将两种凸缘彼此连接在一起的腹板，以及一种内凸缘。这样的纵向和周向加强件根据生产工艺是制造起来简单的。然而，形状，即纵向和周向加强件的轮廓是可变的。例如带有欧米茄轮廓的周向加强件，也是可以想到的。
本发明的用于飞行器机身的纤维增强复合材料的蒙皮区域在其内表面上具有多个局部加强件。这使得蒙皮区域能被特别地在局部与出现的载荷相匹配，并且因而能使纵向加强件的数量大幅度地减少。
其他有利的实施例的实例是其它从属权利要求的主题。
附图说明
在本发明优选实施例的实例之后借助于示意性附图而更详细地阐明。此处：
图1显示了第一个发明的机身的横截面，
图2显示了第二个发明的机身的横截面，
图3显示了一种发明的纵向加强件的横截面，
图4显示了一种发明的蒙皮区域的平面视图，
图5和6显示了图4中的本发明的局部加强件的横截面，
图7显示了图4中的本发明的局部加强件的纵向剖切图。
在附图中，相同的设计元件具有相同的附图标记，其中在一幅图中为清楚起见，有多个相同的设计元件，仅仅一些元件具备有附图标记。
附图标记列表
2机身
4蒙皮
6蒙皮区域
8内表面
10纵向加强件
12周向加强件
14加强件
16竖直轴线
18横向轴线
20腹板
22腹板
24底脚部分
26外凸缘
28外凸缘
30内凸缘
32纵向方向
34周向方向
36底脚部分
38高起
40核心
42过渡表面
44下凸缘
46上凸缘
48腹板
50内凸缘
具体实施方式
根据图1中的横截面，一种本发明的机身2具有蒙皮4，其由多个沿着它们纵向侧彼此连接的蒙皮区域6制造而成。为了清楚起见，单独的价别的蒙皮区域6，诸如，上壳体，下壳体，以及将上壳体和下壳体彼此连接的两个侧壳体，并没有被显示为单独的部件。蒙皮区域6包括纤维增强复合材料(诸如CFRP)，并在其内表面8上具有一种支撑结构，同样都是纤维增强复合材料的，其由几个纵向加强件10、多个周向加强件12、以及多个局部加强件14形成。周向加强件12和加强件14遍布于机身2的整个内圆周上方，即分布在后者上，然而为了清楚起见，仅仅周向加强件12的一个部分是与很小数目的加强件14一起被显示的。
在这个实施例中显示出提供了8条纵向加强件，其在每种情况下被成对地在直径方向上彼此相反地分布、且在机身2的内周向上彼此均匀地间隔开。此处4个纵向加强件10，即两对纵向加强件，在每种情况下被对称地或大致对称地位于机身2的竖直轴线16和横向轴线18上。
然而，根据图2所示，将纵向加强件10的数量减少到4个也是可以想象的，例如，其中，两个纵向加强件在每种情况下被安置在竖直轴线16上，且两个纵向加强件10被安置在横向轴线18上。
纵向加强件10具有：如图3所示，在每种情况下彼此大致平行地走向的两个刀片形腹板20、22，其从一种底脚部分24大致垂直地延伸，根据附图所示，左侧外凸缘26，右侧外凸缘28，以及在外凸缘26、28之间，即在腹板20、22之间所布置的内凸缘30。根据机身4的，即蒙皮区域6的，内表面8，则底脚部分24被设计成弯曲的(未显示)，从而使得：腹板20，22当被较准确地查看时是看起来朝着彼此而稍微倾斜的。由于整体上少量的纵向加强件10，则这些在纵向方向上具有特别刚性的层压。
根据图4所示，加强件14在平面视图中具有镜头的形状，具有比横向更大的纵向范围/跨度，即周向跨度，并在纵向方向32且也在周向方向34上彼此后置或分别地并排安置，彼此间隔开。它们在每种情况下，如在图5中的纵向截面中具有周向底脚部分36，包括了呈一种凸起或小山形式的高起38。高起38约束/限定了一种空腔，其中布置有一种泡沫型核心40。根据图4中图示的，加强件14具有呈平面视图的镜头的形状，具有比横向更大的纵向范围/跨度，即周向跨度，并在纵向方向32上也和周向方向34上被布置成彼此后置或分别并排地布置，彼此间隔开。它们在每种情况下，在图5的纵截面中具有周向底脚部分36，包括了一个呈凸起或小山的形式的高起38。高起38约束/限定了一种空腔，其中布置了一种泡沫型核心40。带有其周边底脚部分的加强件14被彼此间隔分离开；然而，在图6中的实施例的实例中所示，底脚部分36a，36b彼此平齐合并，从而在周向方向上，一种平面的过渡表面42是在相邻的加强件14a、14b之间形成。
根据图7所示的纵切面，在每种情况下，高起38在它们的端部处平滑地合并到它们的周向底脚部分36内，从而使得，在底脚部分36和高起38之间没有突然的，即阶梯的，过渡。
根据图7所示，周向加强件12被并排地布置在纵向上，其中在每种情况下一个加强件14被布置在两个相邻的周向加强件12a、12b之间。它们在每种情况下具有：一种C形轮廓，其带有下凸缘44，利用下凸缘44，它们与蒙皮区域6的(即机身4的)内表面8接触，一种上凸缘46，一种将凸缘44、46彼此连接的腹板48，且还有朝向远离凸缘44、46的内凸缘50。
披露的是一种带有蒙皮4和多个周向加强件12以及仅少量的纵向加强件10的飞行器的纤维增强复合材料的机身2，其中蒙皮4具有多个局部加强件14；也披露了为了形成这样一种机身的蒙皮区域6。

Claims (11)

1.一种用于带有蒙皮(4)、和带有多个纵向加强件(10)的支撑结构、以及为了加固蒙皮(4)的周向加强件(12)的飞行器的纤维增强复合材料的机身，其特征在于，蒙皮(4)具有多个局部加强件(14)。
2.根据权利要求1所述的机身，其中，加强件14设计成内表面上的高起。
3.根据权利要求1或3所述的机身，其中，加强件14具有比横向跨度更大的纵向跨度。
4.根据权利要求1或2或3所述的机身，其中，加强件(14)是与蒙皮(4)一体地设计的。
5.根据前述任一权利要求所述的机身，其中，加强件14体现为空心体。
6.根据权利要求4所述的机身，其中，加强件(14)具有泡沫状的核心(40)。
7.根据前述任一权利要求所述的机身，其中，加强件形成了纵向行和周向排，在二者之间周向加强件(12)延伸，并且，在一些个别的情况下是纵向加强件(10)。
8.根据权利要求7所述的机身，其中，提供有比纵向加强件(10)更多的纵向行的加强件(14)。
9.根据前述任一权利要求所述的机身，其中，提供有4，8或12个纵向加强件(10)，其在每种情况下成对地在直径方向上彼此相反地布置。
10.根据前述任一权利要求所述的机身，其中，纵向加强件(10)具有两个大致平行的腹板部分(20，22)。
11.一种在其内表面上带有多个局部加强件(14)的飞行器机身的纤维增强复合材料的蒙皮区域(6)。
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