CN103303459B - 立体框架结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括立体框架的结构，该立体框架包含在该立体框架内的一个或多个位置处相交以便在每个相应的相交位置处限定节点的多个支柱段，其中，支柱段是包括多个层板层的层压板，并且其中相交的支柱段的层板层在节点处交织。本发明还提供一种形成该结构的方法。本发明还提供一种机翼结构，包括：立体框架，该立体框架限定适于容纳上遮盖件和下遮盖件以形成机翼的上空气动力表面和下空气动力表面的笼；以及大致顺着翼展方向在整个该结构上延伸的至少一个翼梁，其中，翼梁包括翼梁腹板以及上翼梁盖板和下翼梁盖板，并且其中翼梁腹板设置在笼的内侧或外侧中的一个上，并且翼梁盖板附连于笼的内侧或外侧中的另一个上。

Description

立体框架结构

技术领域

本发明涉及包括立体框架的结构以及形成立体框架结构的方法。

背景技术

例如用于飞行器的典型的翼型结构包括扭转“机翼翼盒”，该扭转“机翼翼盒”具有前纵向翼梁和后纵向翼梁、附连于前翼梁和后翼梁的多个横翼肋以及在前翼梁和后翼梁之间延伸的上遮盖件和下遮盖件。多个纵向桁条典型地附连于遮盖件或与遮盖件一体地形成，以便加固或增强遮盖件，从而能够减小遮盖件厚度并且因此减小遮盖件的重量。翼肋、翼梁和遮盖件以及有时还有桁条各自制造成分离的部件，这些分离的部件紧固或固定在一起以形成翼型结构。

近数十年来，为了减小结构的重量，已经朝向在翼型结构中更多地使用复合材料来代替传统的金属材料方向发展。常用的复合材料包括纤维增强聚合物层压板，例如，碳纤维增强的聚合物。当前，复合物翼型结构的设计通常与它们多代替的金属结构的设计相似，具有附连于遮盖件或者与遮盖件一体地形成的桁条，遮盖件经由螺栓或粘接于翼梁和翼肋部件。

到目前为止，复合材料未将它们的潜力发挥至如下程度：包括复合物和金属部件的混合结构(例如，具有复合物翼梁和复合物遮盖件的金属翼肋)有时表现出优于全复合物结构。由使用复合材料形成的相似部件直接替换金属部件通常不能够最有效地利用复合材料。已知的复合物或混合翼型结构因此不能够最优化并且具有大量的部件。用相似的复合物部件直接替换金属部件还不能够使性能以及复合材料的可能的制造过程最大化。

发明内容

本发明的第一方面提供了包括立体框架的结构，该立体框架包含多个支柱段，该多个支柱段在立体框架内的一个或多个位置处相交以便在每个相应的相交位置处限定节点，其中，支柱段是包括多个层板层的层压板，并且其中相交的支柱段的层板层在节点处交织。

本发明的第二方面提供了形成立体框架结构的方法，该方法包括如下步骤：a)提供用于铺设层板层的层板铺设装置；以及b)铺设层板层以形成多个层压板支柱段，该多个层压板支柱段在该结构内的一个或多个位置处相交以便在每个相应的相交位置处限定节点，从而使得相交的支柱段的层板层在节点处交织。

本发明的第三方面提供了翼型结构，该翼型结构包括立体框架和至少一个翼梁，其中，该立体框架限定适于接收上遮盖件和下遮盖件以形成翼型的上空气动力表面和下空气动力表面的笼，该至少一个翼梁大致顺翼展方向在整个该结构上延伸，其中，翼梁包括翼梁腹板以及上翼梁盖板和下翼梁盖板，并且其中，翼梁腹板设置在笼的内侧或外侧中的一个上，并且翼梁盖板附连于笼的内侧或外侧中的另一个。

在一个支柱段与立体框架的一个或多个其它支柱段相交的地方限定结构中的每个节点。

在节点处相交的支柱段可以是连续的，从而使得每个在节点处相交的支柱段延伸进入节点，穿过节点并且从节点的相反侧离开。可替代地，在节点处与另一支柱段相交的至少一个支柱段在节点处终止，从而使得支柱段中的一个或多个延伸进入节点并且形成节点的一部分，但是不从节点的相反侧延伸离开。

与具有相交支柱段——所述相交支柱段在节点处机械地紧固或粘接或者紧固或粘接于其中支柱段未附连至彼此或未彼此一体地形成的结构——的等效结构相比：通过提供具有在节点处交织的支柱段的立体框架结构，能够增加立体框架的强度和刚度。由于不要求机械紧固或粘接的接合部的简化，还能够减小结构的重量。

节点可具有单个地交替地层板层，从而使得每个层板层夹在来自另外的一个或多个支柱段的两个层板层之间。可替代地，层板层不是在节点处单个地交替，而是至少某些层板层与来自相同的支柱段的另外的层板层相邻或夹在相同支柱段的两个其它的层板层之间。

支柱段中的一个或多个沿它们的长度的至少一部分可具有大体非平面状的(即，三维的)轮廓。与具有大致平面状轮廓的支柱相比，三维轮廓适于给予支柱段更大的刚度。支柱例如可具有L形截面或C形截面或T形截面或箱形截面或顶帽形截面，或本领域的那些技术人员能够意识到的任何其它适合的支柱段。可替代地，支柱段中的至少一个具有大致平面状的轮廓。

节点中的至少一个可以是基本上平面状的。

基本上非平面状的支柱段的轮廓当其靠近节点时变平。通过在节点处使支柱段的轮廓变平，可以实现简单、紧凑、交织的节点。

通常，任何节点可以是平面状的或非平面状的。节点可形成在各自具有基本上三维轮廓的两个或多个支柱段的相交点处；或具有大体平面状轮廓的两个或多个支柱段的相交点处；或至少一个具有三维轮廓并且至少一个具有大体平面状轮廓的两个或多个支柱段的相交点处。

支柱段中的至少一个具有末端。末端可以是大致平面状的。在具有末端的支柱段具有大致三维轮廓的地方，该三维轮廓当靠近末端时变平以提供大致平面状的末端。通过在其末端处将轮廓变平，末端可以更容易地被附连至另一部件，并且更适于将载荷传递至另一部件。当将该结构用在飞行器机翼结构中时，在其末端具有平面状的轮廓的支柱段可更适于将载荷传递至机翼遮盖件或机身部件或附连于机翼结构的任何其它部件。

立体框架可包括复合材料。例如，立体框架的至少一部分形成为纤维增强的聚合物层板层的层压板。复合材料例如可包括诸如树脂(热固性)基体或热塑性基体之类的聚合物基体中的碳纤维和/或玻璃纤维和/或凯夫拉尔(Kevlar)层板层。如本领域的那些技术人员能够意识到的，可以使用其它合适的纤维和/或基体材料。通常，支柱段可包括适于形成层压板部件的任何材料。

具有交织的节点的立体框架可限定大致二维的结构，例如，格构面板。大致二维的立体框架可以是基本上平面状的或可以具有弯曲。可以将多个离散的二维立体框架进行装配以限定例如笼的三维结构的侧部。可替代地，立体框架可限定大致三维的结构。三维结构可具有至少两个一体地形成的侧部。三维结构可限定一体地形成的笼。

结构可包括设置在立体框架的两个相邻的侧部之间的拐角元件。拐角元件可处于拐角的内侧或外侧，并且可通过粘接或使用机械紧固件或通过粘接与机械紧固件的组合附连于立体框架。可替代地，拐角元件可以与立体框架一体地形成。拐角元件可在立体框架的相邻侧部相交处的结构的边缘处的多个支柱段之间延伸。

立体框架可以是笼。立体框架可限定具有内侧和外侧的封围件。笼可具有至少一个敞开侧部或端部。笼可具有敞开的或封闭的横截面。笼的侧部可形成为单个一体的结构，或可替代地可以通过将多个立体框架部分附连在一起形成笼来形成笼。

立体框架可包括相对的节点并且结构可进一步包括在节点之间延伸的结构构件。结构构件可适于对抗相对的节点之间的载荷。结构构件可例如布置成用以对抗掉应用于笼的侧部的平面力，并且可以布置成用以进行拉伸和/或压缩和/或剪切。相对的节点无需是正对的，而是大致相对的。在相对的节点之间延伸的结构构件可采用各种形式，并且可以是例如管状构件。

立体框架可包括围绕立体框架的周围延伸的至少一个环状部分。该环状部分可包括一个或多个支柱段。环状部分可形成封闭的环。可以将多个封闭的环设置成在立体框架的纵向方向上间隔开。可替代地，环状部分可形成开口环，例如以螺旋线的形式围绕笼的周围一圈或多圈的环。

该结构可另外包括附连于立体框架的侧部的例如板材材料的面板。立体框架可适于增强和/或加固附连于立体框架的面板，或可替代地面板可包括非结构覆层。面板可以是大致连续的并且能够与由下面的立体框架结构限定的格构面板区分开。

面板可以附连于一个或多个支柱段。支柱段可具有用于面板的附连的附连表面。例如，具有L形截面或C形截面轮廓的支柱段可具有适于与面板接合的基座或壁，或具有顶帽形轮廓的支柱段可具有适于与面板接合的凸缘对。可通过粘接或使用机械紧固件或通过粘接和机械紧固件的组合或任何其它适合的附连方式将面板附连于立体框架。可替代地，面板可以通过例如共同固化与立体框架一体地形成。

结构可进一步包括待附连于立体框架的相应的其它侧部的例如为板材材料的至少一个其它面板。

可替代地，立体框架可不具有增强面板的主要功能，并且可以不具有附连于立体框架的面板。特别地，立体框架可限定敞开的格构结构，例如用于不具有外部覆层面板的起重机等的格构结构。

面板可附连于立体框架，其中，立体框架的节点限定用于支撑面板的表面的平台。面板可紧固或附连于该平台。可替代地，面板可附连于立体框架，其中，立体框架的节点在垂直于面板表面的方向上与面板的表面分离。与具有由于增加的极矩而抵靠面板的表面放置的节点的立体框架相比，将来自面板的节点与表面分离可改善立体框架在节点处加固和/或增强面板的能力。

本发明的另外的方面提供了包括根据本发明的第一方面的结构的翼型。该翼型可用于飞行器并且可以是例如固定的机翼、稳定器、可运动的控制表面或旋转机翼。可替代地，翼型可以是风轮机叶片或任何其它翼型应用。在另一方面，该结构可用在水翼或任何其它流体-箔(fluid-foil)中。

翼型可包括附连于立体框架的相对侧的上遮盖件和下遮盖件。翼型可进一步包括附连于立体框架的相对侧的前翼梁和后翼梁。每个翼梁可包括翼梁腹板以及上翼梁盖板和下翼梁盖板。翼梁腹板可设置在笼的内侧或外侧中的一个上，并且翼梁盖板可附连于笼的内侧或外侧中的另一个上或与笼的内侧或外侧中的另一个一体地形成。

立体框架可替代传统上在翼型扭转翼盒结构中使用的桁条。通过为立体框架提供在立体框架的相对侧之间延伸的结构构件，还能够替代传统上在扭转翼盒中使用的翼肋。

与传统扭转翼盒中使用的独立的翼肋和桁条相比，立体框架的一体的支柱段可提供结构上更加有效的设计。机翼结构因此可以更轻，从而导致增加的燃料效率以及较低排放，并且零件数量的减少导致了制造和运行成本的降低。

用于对抗掉遮盖件之间的平面载荷的结构构件与他们所替代的翼肋相比可具有较小的体积。因此可增加机翼内的自由内部体积，从而导致机翼内能够携带的燃料的最大体积增加，由此增加飞行器的范围。

支柱段可与结构的承载方向基本上对齐。通过将支柱段布置在希望的承载方向上，该结构与传统的纵向桁条和横向翼肋相比在结构上更加有效。通过将每个支柱段内的层板层中的纤维的占优方向与局部承载方向对齐，诸如碳纤维之类的材料的方向性能因此可以用于使结构的效率最大化。

在翼型结构的上下文中，支柱段可以例如朝向顶端与翼型的弦向方向更加对齐，以抵抗翼型扭转，并且朝向根端与翼型的翼展方向更加对齐，以抵抗弯曲和升力载荷。可替代地，与横过大部分翼型结构的弦向方向相比，支柱段通常与翼展方向更加对齐，以抵抗机翼弯曲。

在本发明的第二方面的方法中，层板层可铺设在工具上。可以在自动的、半自动的或手动过程中使用一个或多个层板铺设装置铺设层板层。例如，可以使用一个或多个层板铺设头铺设层板层。层板层可作为热固性的或热塑性的预浸渍层或可替代地作为干的或浸湿的纤维层板被铺设。层板层可以是编织的或是单向的，或用于制造层压板材料的任何其它适合形式层板层。

在普通的材料带(stock tape)宽度上铺设层板层。可替代地，可以在定制的宽度上铺设层板层，或具有层板的铺设时可改变的宽度，或随后进行修整。

支柱段可各自具有通用的宽度、层板布设、材料和/或轮廓。可替代地，支柱段的宽度、层板布设、材料和/或轮廓可以沿其长度而改变，并且支柱段的宽度、层板方向、材料和/或轮廓可以与结构内的其它支柱段不同。

每个支柱段可使得其大部分纤维与支柱段的纵向轴线对齐。可替代地，支柱段可具有用以提供希望的结构性能特征的任何的层板布设。

层板层可铺设在成形成为支柱段中的至少一个提供非平面状的(三维的)横截面轮廓的工具上。

在层板铺设过程中可以相对于层板铺设装置旋转该结构。优选地，该结构围绕其纵向旋转，或可替代地层板铺设装置运动时该结构可保持静止。该旋转可以以恒定的速度或可替代地以可变的——例如循环地改变——速度出现。在层板铺设过程中该旋转可以是连续的，或可替代地存在不出现旋转的时间。

在层板铺设过程中，层板铺设装置可以相对于结构在结构的纵向轴线的方向上运动。当层板铺设装置在纵向轴线的方向上运动时，该结构可以在纵向方向上保持静止(但是仍然可以进行旋转)。可替代地，该结构可以在纵向方向上运动并且层板铺设装置可以在纵向方向上保持静止(但是仍然可以进行旋转)。

附图说明

图1图示了飞行器的平面视图；

图2图示了穿过飞行器的机翼的示意性横截面，其包括具有立体框架笼结构的扭转“机翼翼盒”、前翼梁和后翼梁以及上机翼遮盖件和下机翼遮盖件；

图3图示了包括多个一体地形成的层压板支柱段的立体框架结构；

图4a图示了支柱段相交处的立体框架结构的节点；

图4b图示了示出层压板支柱段的交织的层板层的节点的分解状态视图；

图4c图示了立体框架结构的节点至机翼遮盖件的附连；

图5图示了立体框架结构的节点的可替代实施方式；

图6图示了支柱段的末端；

图7图示了立体框架结构的相对侧上的节点之间的结构构件；

图8详细地图示了翼梁腹板和翼梁盖板至立体框架结构的附连；

图9图示了用于形成立体框架结构的工具；

图10图示了立体框架笼结构的可替代实施方式；以及

图11图示了立体框架笼结构的另外的可替代实施方式。

具体实施方式

图1图示了具有机身2和机翼3、4的飞行器1。如图2示意性地示出的，机翼3具有扭转机翼翼盒结构，该扭转机翼翼盒结构包括上遮盖件5和下遮盖件6、前翼梁腹板7和后翼梁腹板8、立体框架格构型笼9以及翼梁盖板10。遮盖件5、6部分地限定机翼3的机翼轮廓的上空气动力表面和下空气动力表面。翼梁腹板7、8和它们各自的翼梁盖板10一起形成机翼的在机翼的纵向方向上顺翼展方向延伸的前翼梁和后翼梁。机翼3还包括完成翼型轮廓的前缘和后缘结构(未示出)以及为了不影响对本发明的理解而在图2中省略的各种其它部件。

图3中所示的立体框架笼9是由例如碳纤维增强聚合物层板的层压板复合材料形成的一体地形成的立体框架结构。笼9具有上表面9a和下表面9b、前表面9c和后表面9d以及机内端9e和机外端9f。表面9a-9d全部一体地形成，从而使得笼9是一体式部件。上遮盖件5和下遮盖件6分别附连于上表面9a和下表面9b的外侧并且前翼梁腹板7和后翼梁腹板8分别附连于前表面9c和后表面9d的外侧。笼9在其机内端9e和机外端9f处是敞开的并且机内端9e适于附连至机身2。翼梁盖板10在四个表面9a-9d之间形成的拐角处设置在笼的内侧上。

笼9增强并且加固上遮盖件5和下遮盖件6并且为机翼翼盒结构提供主要的结构增强。笼9因此代替传统机翼翼盒结构的桁条，并且至少部分地代替机翼翼盒结构的翼肋。如下文中详细地描述的，这导致了重量的减少以及机翼翼盒的结构性能的改善。

机翼翼盒可附加地包括翼肋(未示出)，例如用以提供油箱边界或提供例如用于传感器或泵的附连点。翼肋可以基本上横向于机翼3的翼展方向并且可以沿着翼展间隔开以便将机翼翼盒分成多个隔间。翼肋中的每一个可以包括基本上竖直的腹板段以及附连于上遮盖件5和下遮盖件6的上凸缘部分和下凸缘部分或翼肋脚，其中，该腹板段适于提供附连点并且用以对抗垂直于机翼表面的载荷。翼肋可进一步包括切口，该切口例如用于节省重量或允许支柱段11穿过翼肋。翼肋可以比传统机翼结构中使用的翼梁轻，因为笼9执行通常由翼肋执行的一些结构功能。

布置在笼9的拐角的内侧的翼梁盖板10允许遮盖件5、6和翼梁腹板7、8直接附连于笼9的外侧，从而使得机翼翼盒能够更紧凑并且有效地被封装。

立体框架笼9包括在横过该结构的各个位置处相交的多个支柱段11，每个相交位置限定如4a所示的节点12。如图4b中节点12的分解状态视图所示，支柱段11是包括多个层板层13的层压板，并且相交支柱段11的层板层13在节点12处交织。通过使相交的支柱段11的层板层交织，能够使得该结构比具有例如翼肋和桁条的分离的单独的增强构件的等效的机翼增强结构更强并且更轻。

支柱段11具有用于增加刚度的非平面状的顶帽形轮廓。每个支柱段的轮廓包括两个凸缘部分14和中间部分15。凸缘部分14关于笼9面向外并且提供用于上遮盖件5和下遮盖件6以及前翼梁腹板7和后翼梁板8的附连的附连表面16。

节点12是基本上平面状的并且每个支柱段11的轮廓当支柱段靠近节点时变平，如图4a所示。以这种方式，能够实现简单的、紧凑的交织的节点，同时增加节点之间的支柱段的弯曲刚度。当轮廓变平时支柱段11的宽度增加，从而使得贯穿整个节点层板层13的宽度是恒定的。以这种方式，贯穿每个节点，能够使用恒定或标准宽度的层板层。此外，因为纤维能够连续地穿过节点，所以改善了通过节点的载荷传递。

在一个实施方式中，当支柱段靠近节点12时，每个支柱段11的非平面状的轮廓变平并且趋向于接近包含附连表面16的平面，如图4a所示。凸缘部分14的附连表面16因此与节点12的外表面大致共面。遮盖件5、6可螺栓连接、粘接或附连于节点12。图4c图示了用于将上遮盖件5附连于节点12的机械紧固位置。

在另一实施方式中，当支柱段靠近节点12时，每个支柱段11的非平面状的轮廓变平并且趋向远离包含附连表面16的平面，如图5所示。当例如遮盖件5或6的平面在节点12a的上方附连于笼9的外侧，节点与面板分离，由此增加了极矩。以这种方式，能够使节点位置处面板的弯曲刚度的降低最小化或者消除。

支柱段11中的一些具有末端17，如图6所示。支柱段11的大致非平面状的轮廓朝向末端17处的大致平面状根端安装部18变平。根端安装部18适于附连于飞行器的另一区段，例如机身2的部件或机翼遮盖件5、6中的一个。

立体框架笼9包括多个相对的节点，例如如图7所示位于笼9的上表面9a和下表面9b上的相对的节点12。机翼翼盒结构进一步包括在相对的节点12之间延伸并且附连于该相对的节点12的结构构件19。尽管为了清晰的目的在图3中省略了结构构件19，但是几对相对的节点12由相似的结构构件19连接。

形成笼之后，能够容易地将结构构件19穿过格构型立体框架笼9中的支柱段11之间的开口插入笼9中。结构构件19通常是管状支柱，并且包括两个柱段19a、19b和中间部19c。中间部19c可旋拧入柱段19a、19b，从而使得关于结构构件19的纵向轴线旋转中间部19c能够使柱段19a、19b运动分离，由此增加结构构件19的长度，以便使结构构件19的端部与相对节点12接合。以这种方式，结构构件能够定位在两个节点之间并且将结构构件延伸至与两个节点相接以便附连于该两个节点。可使用机械紧固件或通过粘接将支柱段19附连于节点12。

结构构件对抗上表面9a和下表面9b之间的载荷，并且因此能够传递掉应用于上表面9a和下表面9b或上机翼遮盖件5和下机翼遮盖件6的平面载荷，从而充当了翼肋的角色传递掉机翼结构中的平面压缩载荷。由结构构件提供的内部增强也增加了笼的刚度，从而减小了笼的重量。

支柱段11定位和定向成符合机翼3的特定设计的刚度要求并且布置在希望的载荷方向上，并且因此使得结构的效率以及碳纤维层板的方向性能最大化。与传统机翼结构的纵向桁条和横向翼肋相比，笼9因此能够更有效地增强机翼遮盖件，从而能够减小笼9的重量，同时提供至少相同的或改善的结构性能。支柱段11朝向机翼顶端9f与笼9的纵向轴线更加对齐以抵抗机翼扭转，并且朝向根端9e与飞行器机身2的纵向轴线更加对齐以抵抗弯曲和升力载荷。

当装配机翼3时，立体框架笼9提供为一体式部件并且机翼遮盖件5、6以及翼梁腹板7、8关于笼9定位并且附连于笼9。机翼遮盖件5、6以及翼梁腹板7、8经由机械紧固件和粘合剂的组合附连于附连表面9a-9c。与将许多桁条单独地定位和附连于机翼遮盖件的复杂的并且耗时的先前的过程相比，以这种方式，机翼遮盖件增强件(由笼提供)可以应用为一体式部件并且在单个操作中应用。代替传统桁条，用一体地形成的笼来增强机翼遮盖件，因此显著地减少了机翼3的装配时间。

有利地，一体式增强笼9与遮盖件5、6和翼梁腹板7、8的简单附连还允许遮盖件和翼梁腹板的设计简化，从而进一步减小重量、时间、成本和制造过程的复杂性。例如，在由立体框架笼结构内的构建区域提供附加的局部增强的情况下，遮盖件可具有均一的厚度。类似地，翼梁腹板可具有均一的厚度。笼9还为其它部件的附连提供了方便的结构，并且在装配过程中，提供了通过格构型立体框架结构中的支柱段11之间的孔的易于进出性。

如图8所示，大致非平面状的支柱段11在立体框架笼9的侧部9a和9d之间以及侧部9b和9d之间的拐角处变平。类似地，大致非平面状的支柱段11在笼的前部的立体框架笼9的侧部9a和9c之间以及侧部9b和9c之间的拐角处变平(未示出)。翼梁腹板8紧固、粘接或附接于笼9的侧部9d的外侧。类似地，翼梁腹板8紧固、粘接或附接于笼的前部处的笼9的侧部9d的外侧(未示出)。各个翼梁盖板10粘接或附接于笼9的各个拐角的内侧。

在可替代实施方式中，翼梁盖板10与笼9一体地形成。翼梁盖板充当立体框架的另外的支柱段，并且限定结构的另外的相交节点。在一个示例中，在层板铺设过程之前，将翼梁盖板布设在工具20上或单独地形成并放置在工具上。然后如上所述地将笼9布设在工具20和翼梁盖板10上。然后，使笼9和翼梁盖板10共同固化，从而使得笼和翼梁盖板形成一体式部件。在另一示例中，翼梁盖板中的一个或多个可以通过将翼梁盖板的层板层与笼的层板层13交织而与笼9一体地形成。

在可替代实施方式中，笼9’可形成为如图10所示的具有多个大体上纵向的支柱段11’和多个大体上横向的支柱段11”的一体的笼。在本实施方式中，纵向支柱段11’在整个结构的各个位置处与支柱段11”相交，每个相交位置限定节点12’。与前述实施方式类似，支柱段11’是包括在节点12’处交织多个层板层的层压板。笼9’包括上文中关于笼9描述的其它的特征并且类似地附连于上遮盖件5和下遮盖件、前翼梁腹板7和后翼梁腹板8以及翼梁盖板10。

如9所示，笼9’形成在工具20上。由铺设头21或多个铺设头在自动层板铺设过程中将层板层13作为预浸渍条带铺设在工具20上。工具具有多个特征22，该特征22适于在将层板层13布设在工具上时给予支柱段11’、11”和节点12’希望的轮廓形状。

工具具有纵向轴线23，在层板铺设过程中工具围绕该纵向轴线23旋转。当工具20围绕纵向轴线23旋转时，层板铺设头为横向支柱段11”铺设层板层。当工具20静止时，层板铺设头为纵向支柱段11’铺设层板层。支柱段11’、11”以这种方式形成并且在节点12’处相交。单个的层板层无需是连续的，但是由此形成的立体框架结构是一体式的。实际上，优选地终止层板层以更换不同的层压材料规格。

笼9形成在类似于已经讨论的工具20的工具上，该工具在层板铺设过程中围绕纵向轴线旋转。尽管为了形成笼9’工具20在层板铺设过程中的某些时间段内旋转并且在其它的时间段内保持静止，但是为了形成笼9在层板铺设头在纵向轴线的方向上向上和向下运动工具的长度时工具可以连续地且以恒定的速度进行旋转，从而使得层板层13铺设在围绕工具缠绕的形成支柱段11且在多个节点12处相交的封闭的环中。与工具经历重复的角加速度和减速度的过程相比，通过使得工具能够以恒定的速度旋转，能够减少层板铺设时间以及减少旋转工具所需的能量。

当构建层板层13以形成笼9时，形成支柱段11中的每一个的层板层在节点处交替地相交，从而形成在节点处带有交织的层板层的结构。因此，尽管支柱段并不都是连续的，但笼本身形成为一体式部件。可以通过在每个行程铺设单个层板层13从而使得在每个节点12处层板层单个地交替来构建笼9。可替代地，可以在每个行程铺设多个层板层13从而使得在节点12处至少一些层板层与来自相同支柱段11的另一层板层相邻。在同时布设多个层板的地方，这些层板可包括不同材料规格的层板。

通过制造一体式笼9来增强机翼遮盖件5、6，机翼结构不在需要制造传统上制成机翼翼盒结构的多个不同的单独的桁条和结构翼肋部件。由于具有较少的部件以及较少的运动、布设、切削、固化和检查操作，制造过程因此被简化，从而导致制造过程的复杂性、成本和时间的减少。

在可替代实施方式中，机翼遮盖件5、6中的一个或两个和/或翼梁腹板7、8中的一个或两个粘接于笼9或与笼一体地形成。

在可替代实施方式中，如图11所示的立体框架结构109包括在一个或多个位置处相交的多个支柱段111，每个相交位置限定节点112。结构109不具有封闭的段，取而代之的是构建成面板。类似于上述笼9的支柱段11，支柱段111由在节点112处交织的多个层板层形成。结构109形成为一体式部件。机翼遮盖件可附连于立体框架结构109，从而使得结构109支持和增强机翼遮盖件。

在可替代实施方式中，包括立体框架的结构适于增强和/或加固飞行器或航天器或任何其它结构的任何面板，其中，该立体框架包含在交织的节点处交织的多个层压板支柱段。例如，面板或笼可适于支撑飞行器中的任何翼型遮盖件或蒙皮面板或机身蒙皮面板或地板面板或建筑物中的地板或墙壁或天花板部件。立体框架可采用适于增强和/或加固任何面板的任何形状。

在另一实施方式中，包括包含在交织的节点处交织的多个层压板支柱段的立体框架的结构可用作不具有增强面板的主要功能的结构部件。例如，立体框架可提供建筑物或车辆或任何其它应用中的结构格构面板、或适于被用作建筑物或车辆或任何其它应用中的柱体或梁或支柱的笼。立体框架可采用适于结构部件的任何形状。

如本领域中的那些技术人员将意识到的，可以对上述实施方式中的每一个的一个或多个方面进行适当的组合。

尽管已经参考一个或多个优选实施方式对本发明进行了描述，应当意识到在不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以进行各种改变或改进。

Claims (24)

1.一种包括立体框架的结构，所述立体框架包括多个支柱段，所述多个支柱段在所述立体框架内的一个或多个位置处相交而在每个相应的相交位置处限定节点，其中，所述支柱段是包括多个层板层的层压板，并且其中相交的所述支柱段的层板层在所述节点处交织，并且其中，在一个节点处相交的所述支柱段是连续的，从而使得在所述节点处相交的支柱段中的每个支柱段延伸进入所述节点、穿过所述节点并且从所述节点的相反侧离开。

2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述支柱段中的至少一个具有大致非平面状的轮廓。

3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述支柱段的所述轮廓当所述支柱段靠近节点时变平。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述节点中的至少一个是基本上平面状的。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述支柱段中的至少一个具有末端以及当其靠近所述末端时变平的大致非平面状的轮廓。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述立体框架包括复合材料。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述立体框架具有至少两个一体地形成的侧部。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，进一步包括设置在所述立体框架的两个相邻的侧部之间的拐角元件。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述立体框架包括相对的节点以及在所述相对的节点之间延伸的结构构件。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述立体框架是笼。

11.根据权利要求10所述的结构，其中，所述笼具有至少一个敞开的侧部。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，其中，所述立体框架包括围绕所述结构的周边延伸的至少一个环状部分。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的结构，进一步包括附连于所述立体框架的面板。

14.根据权利要求13所述的结构，其中，所述立体框架的节点在垂直于所述面板表面的方向上与所述面板的表面间隔开。

15.根据权利要求13所述的结构，进一步包括附连于所述立体框架的相应的侧部的多个面板。

16.一种包括根据权利要求1-15中任一项所述的结构的翼型。

17.根据权利要求16所述的翼型，进一步包括附连于所述立体框架的相对的侧部的上遮盖件和下遮盖件。

18.根据权利要求16所述的翼型，进一步包括附连于所述立体框架的相对的侧部的前翼梁和后翼梁。

19.根据权利要求18所述的翼型，其中，每个翼梁包括翼梁腹板以及上翼梁盖板和下翼梁盖板，并且其中，所述翼梁腹板设置在所述立体框架的内侧或外侧中的一个上，并且所述翼梁盖板附连于所述立体框架的所述内侧和所述外侧中的另一个或与所述立体框架的所述内侧和所述外侧中的另一个一体地形成。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的翼型，其中，所述支柱段与所述结构的承载方向基本上对齐。

21.一种形成立体框架结构的方法，所述方法包括如下步骤：

a)提供用于铺设层板层的层板铺设装置；以及

b)铺设层板层以形成多个层压板支柱段，所述多个层压板支柱段在所述结构内的一个或多个位置处相交而在每个相应的相交位置处限定节点，使得相交的所述支柱段的层板层在所述节点处交织，

其中，在一个节点处相交的所述支柱段是连续的，从而使得在所述节点处相交的支柱段中的每个支柱段延伸进入所述节点、穿过所述节点并且从所述节点的相反侧离开。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述层板层设置在成形成为所述支柱段中的至少一个提供非平面状的横截面的工具上。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述结构在所述层板铺设过程中相对于所述层板铺设装置旋转。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，所述结构具有纵向轴线，并且其中所述层板铺设装置在所述层板铺设过程中在所述纵向轴线的方向上相对于所述结构运动。