CN103662084A - 生产具有带有光滑外表面的外壳的飞机结构部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产具有带有光滑外表面（5）的外壳（3）的飞机结构部件（1）的方法。该方法包括以下步骤：提供飞机结构部件（1），该部件具有包括至少一个凹部（7）的外壳（3）；通过凹部检测装置（17）检测所述至少一个凹部（7）的位置；以及用填充材料颗粒（23）填充位于所检测位置处的所述至少一个凹部（7），所述填充材料颗粒（23）通过喷墨打印装置（27）施加到所述至少一个凹部（7）中。

Description

生产具有带有光滑外表面的外壳的飞机结构部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产具有带有光滑外表面的外壳的飞机（aircraft，飞行器）结构部件的方法。

背景技术

即使已在很大程度上采用纤维复合材料建造飞机，现今，许多飞机结构部件由金属材料制成，例如铝，其中，所述飞机结构部件的独立部分，例如外壳和支承结构件（如：框架和纵梁）通过铆钉相互连接，因为铆接既可靠又非常容易在两个金属部分之间建立。然而，这种铆接通常涉及这样一个问题：在铆接过程中，在相互连接的部分的表面上形成凹部，尤其是在外壳的外表面中，因此，所述表面中引入一定的不平部。更详细地，所述凹部通常邻近于安装在外壳中的铆钉，在铆钉头与铆钉杆相对的那侧上，即：铆钉孔的接近关联飞机结构部件的外壳外表面的那端上。

而且，即使采用如焊接等其他类型的连接，这些连接经常在涉及的部件的外表面中造成凹部。因此，本发明不限于应用在铆接部周围的区域。

这种在外壳的外表面中的不平度（asperity）造成所述外表面外观令人不满意，由于此不平部，在外壳表面上，在每个凹部的位置处形成半月形的闪光（glimmer），在该表面涂覆了清漆反射层后，所述半月部变为尤为明显。

此外，考虑到各种飞机的飞行特性，此不平部是不利的，因为在所述飞机结构部件周围的空气循环由于所述凹部而形成微小的涡流并减速，由此稍微增加了所述飞机的阻力，所述阻力随之造成飞机的燃料消耗增加而最大范围减小。

因此，众所周知在飞机构造技术领域，通过填充材料和油漆刀来手动地填充所述凹部。然而，这种凹部的手动填充相当耗时且昂贵。此外，以那样的方式，很难获得期望的结果。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方便快捷地生产具有带有非常光滑且平坦的外表面的外壳的飞机结构部件的方法。

此目的通过一种用于生产具有带有光滑外表面的外壳的飞机结构部件的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有包括至少一个凹部的外壳的飞机结构部件；

b.通过凹部检测装置检测所述至少一个凹部的位置；以及

c.用填充材料的颗粒填充位于检测位置处的所述至少一个凹部，所述填充材料的颗粒通过喷墨打印装置被施加到所述至少一个凹部。

用这种方式，可检测并专门地用填充材料的颗粒来填充飞机结构部件的外壳中的每个明显的凹部，使得没有凹部剩下，从而使所述飞机结构部件的外壳形成光滑平坦的外表面，由此改善所述飞机结构部件的外观，以及相关飞机的飞行特性，尤其是改进空气的流通并减少阻力。所述方法可以迅速恰当的实施且只需合理的成本。

本发明含义内的飞机结构部件可以为任何类型的飞机结构部件，尤其是机身或机身区段、机翼或机翼区段、尾部单元、方向舵、升降舵、副翼、高升力系统（high lift system）、发动机罩、或类似的部件、以及上文提及的部件。

本发明含义内的喷墨打印装置可以为任何类型的喷墨打印装置，尤其是具有滴落（drop）要求的喷墨打印装置，其具有圆顶喷墨打印头、压电打印头、或压力阀打印头。此外，喷墨打印装置的操作，尤其是打印头的操作和位置，可以由数字控制装置控制，该数字控制装置适于编程为控制打印头以将上述材料颗粒以预设图案施加到飞机结构部件的外壳的外表面上。

本发明含义内的凹部基本上可为任何类型的在所述飞机结构部件的外壳的外表面上的不平部，该不平部沿朝向所述飞机结构部件内部的方向偏离理想形状，所述不平部为：弯曲、间隙、或破裂，但优选地是外壳内的在铆钉头区域微小腔体，该微小腔体通过将所述外壳铆接至飞机结构部件另一部分而造成。然而，本发明不限于应用在铆接部周围形成的凹部。

填充材料可以为任何种类的固体或凝固的液体材料，该材料适于以颗粒形式施加而粘附至所述外壳的外表面，且该材料可以形成整体硬化形式（integral stiff form）。例如，填充材料可以为液态树脂，该填充材料的颗粒可以是液滴形式，且所述填充材料可以粘附至相应飞机结构部件的外壳的外表面并随后凝固。填充材料也可以为金属材料，所述填充材料的颗粒以固态施加到外壳的外表面上。为了将填充材料的颗粒结合成整体形式，可通过激光装置将激光辐射施加于所述颗粒。通过激光辐射，所述颗粒可以被激光烧结，即，所述颗粒通过由激光辐射传输给所述颗粒的热量而融化。通过填充材料的颗粒的激光烧结，甚至可以在所述填充材料的融熔颗粒与所述飞机结构部件的外壳的外表面之间形成整体连接。

凹部检测装置可以为适于检测特定几何形状或与某一预定几何形状的偏差的任何装置，包括：机械接触传感器、光学传感器、电磁传感器、声学传感器等，其以一维、二维、或三维的方式操作。

根据优选实施方式，所述至少一个凹部邻近于被接纳在外壳中的铆钉，位于铆钉头的与铆钉杆相对的那侧上。在铆接过程中形成这种凹部，这里，铆钉被插入铆钉孔，所述铆钉孔延伸穿过所述飞机结构部件的旨在通过所述铆钉连接的两个部件（如：外壳和纵梁）。指向外壳的外表面的铆钉头通常低至围绕相应铆钉孔的外壳外表面的水平面之下，使得铆钉头不突出超过所述外表面而有可能成为不合意的障碍物。因此，在所述降低的铆钉头的外表面和外壳的外表面围绕所述铆钉孔延伸的水平面之间，形成腔体或凹部，该腔体或凹部因上述列出原因而期望被消除。

根据另一优选实施方式，在检测所述至少一个凹部的位置之后，执行以下步骤：

b.1通过几何形状测量装置测量所述至少一个凹部的几何形状；以及

b.2根据测量到的所述凹部的几何形状，控制将要填充在所述至少一个凹部内的填充材料颗粒的体积和位置。

以这种方式，可以确定每个凹部的容积且同等体积的填充材料颗粒可以通过位置受控喷墨打印装置填充在所述凹部内，从而在围绕所述凹部延伸的外壳外表面的平面中形成填充材料的光滑平坦外表面而没有留下任何孔或延伸超过所述平面的突起。可以用这种方式形成非常精确的光滑外表面。

所述凹部的几何形状通常相当于柱状或球形横截面。几何形状测量装置可以形成为与凹部检测装置相似和/或可以操作性地耦接至所述凹部检测装置。然而，几何形状测量装置和凹部检测装置都可以操作性地连接至控制装置，该控制装置根据由所述凹部检测装置检测到的凹部的位置以及所述几何形状测量装置测量到的所述凹部的几何形状来控制填充在所述凹部内的填充材料颗粒的体积和位置。

尤其是，优选地，凹部检测装置和几何形状测量装置整体形成为光程测量装置。进一步优选地，光程测量装置包括激光测量装置。该激光测量装置可以为普通的激光测量装置，其适于精确地测量三维形状主体的几何形状，如干涉测量或三角测量激光测距装置。所述激光测量装置可以沿着相应飞机结构部件的外壳的外表面运动，其中，所述激光测量装置检测分布在所述外壳的外表面中的凹部并测量所述凹部的几何形状。随后，即从所述激光测量装置的“下游”，喷墨打印装置沿所述外壳的外表面运动，优选地沿与激光测量装置的运动路径相同的路径运动，其中，所述喷墨打印装置将所述填充材料颗粒施加到所述凹部中。尤其是，可以构想检测装置、测量装置和喷墨打印装置安装在沿外壳运动的共用支撑件上。根据由所述激光测量装置测量到的所述凹部的位置和几何形状，通过控制装置控制施加在所述凹部中的填充材料颗粒的精确体积和位置。

在另一优选实施方式中，填充材料包括底漆材料。所述底漆材料可以为适于提高外部清漆与所述飞机部件外壳的平坦外表面之间的粘附力的任何种类的底漆材料。所述底漆材料可以优选地与用在围绕所述凹部延伸的剩余飞机结构部件的外壳外表面的底漆材料相同。用这种方式，所述凹部的填充以及相应飞机结构部件的外壳的除凹部之外的剩余外表面上的底漆施加可以通过仅使用一种共同底漆材料在一个共同步骤中执行，所述共同底漆材料可以优选地由用于处理凹部的喷墨打印装置来施加。从而，生产时间和成本可大大减少。

在另一优选实施方式中，在填充所述至少一个凹部的步骤之后，用附加涂层涂覆所述外壳外表面。特别是，优选地，所述附加涂层通过所述喷墨式打印装置施加。所述附加涂层可以为外部清漆层，即：相应飞机结构部件外壳的外表面涂有的最外层清漆层。所述附加涂层可以直接施加在所述底漆材料层上。然而，一个或多个的中间层也可以施加在所述底漆材料层和所述附加涂层之间。优选地，所述附加涂层以及任何可能的中间层可以通过喷墨印刷装置施加，由于以这种方式，在所述飞机结构部件的外壳的外表面的整个涂覆过程中仅需要使用唯一的涂层装置，即所述喷墨打印装置。

附图说明

下文通过附图描述根据本发明的方法的实施方式。所述附图中示出：

图1是示出了生产具有带有光滑外表面的外壳的飞机结构部件的方法的优选实施方式的流程图，

图2是示出了现有技术中已知的飞机结构部件的截面图，其中示出了铆钉区域内的外壳中的凹部，

图3是激光测量装置和喷墨打印装置的截面图，其分别用于感测和涂覆图2所示的飞机结构部件的外壳的外表面，以及

图4是图2所示的飞机结构部件的截面图，其中，底漆材料层和附加涂层已经施加在所述外壳的外表面上并且进入所述凹部中。

具体实施方式

图1中，示出了根据本发明的生产具有带有光滑表面5的外壳3的飞机结构部件1的方法的优选实施方式的流程图。

作为第一步，提供飞机结构部件1，所述飞机结构部件1具有包括多个凹部7的外壳3（步骤a.）。该飞机结构部件1可以基本上是任何种类的飞机结构部件1，如机身或机身区段、机翼或机翼区段、尾部单元、方向舵、升降舵、副翼、高升力系统、发动机罩，或类似的部件、以及之前提及的部件，但在本实施方式中所述飞机结构部件为机身区段（见图2）。所述机身区段包括具有外表面5和多个支撑结构件9的外壳3，如框架和纵梁，所述外壳3通过多个铆钉11安装在所述机身区段上。在铆接过程中，当铆钉头13被降低至所述外壳3的外表面5的水平面之下时，所述外壳3的外表面5中形成所述凹部7。因此，如图2中所示，所述凹部7定位在所述铆钉头13和所述外壳3的外表面5之间，即，邻近于被接纳在外壳3中的所述铆钉11，位于铆钉头13的与对应铆钉杆15相对的那侧上。

第二步包括通过凹部检测装置17检测所述凹部7的位置（步骤b.）。在本实施方式中，凹部检测装置17包括光程测量装置，特别是激光测量装置19。如图3所示，所述激光测量装置19以距所述外表面5一预定恒定距离的方式沿相应飞机结构部件1的外壳3的外表面5运动，从而向所述外表面5发射激光辐射20，以便所述距离的改变显示凹部7的存在和位置。

此外，通过几何形状测量装置21测量所述凹部7的几何形状（步骤b.1）。在本实施方式中，所述几何形状测量装置21包括光程测量装置，具体是激光测量装置19，且与凹部检测装置17一起整体形成（见图3）。然而，可以设想只采用凹部检测装置。随后，根据测量到的所述凹部7的几何形状，来控制将要填充在所述凹部7内的填充材料颗粒23的体积和位置（步骤b.2）。因此，如图3所示，提供控制装置25，其连接至激光测量装置19且连接至设置为用填充材料颗粒23填充所述凹部7的喷墨打印装置27。所述控制装置25的输入参数对应于所述凹部7的位置和几何形状，其中，所述控制装置25的输出参数对应于填充在相应凹部7内的填充材料颗粒23的体积和位置。

根据下一步，位于所检测的位置的所述凹部7通过所述喷墨打印装置27被填充以填充材料颗粒23（步骤c.）。填充材料可以为任何种类的固体或凝固液体材料，这类材料适于以颗粒形式施加而粘附至所述外壳3的外表面5，并且这类材料可以形成整体硬化形式，例如树脂，但在本实施方式中，这类材料为与外壳3的环绕所述凹部7的剩余外表面5的底漆材料层29所用的底漆材料种类相同。对通过喷墨打印装置27施加填充材料23颗粒进行控制，使得凹部7以这种方式填满：在围绕所述凹部7的外壳3的外表面5的平面中形成光滑平坦的表面。

在本实施方式中，喷墨打印装置27可以为例如具有滴落要求的喷墨打印装置，具有圆顶喷墨打印头、压电打印头、或压力阀打印头。此外，喷墨打印装置27的操作，尤其是打印头的操作和定位，可以通过数字控制装置25来控制，所述数字控制装置适于编程为用于控制打印头以便以预定图案施加上述材料颗粒。

下一步骤包括通过喷墨打印装置27将底漆材料层29施加至所述飞机结构部件1的外壳3的外表面5上（步骤c.1）。在本实施方式中的所述底漆材料与填充材料相同，且以与颗粒23相同的形式通过相同喷墨打印装置27施加，即在一个共同涂覆步骤中（见图3）。以这种方式，可以在整个外壳3的外表面5上提供共同且连续的底漆材料层29，其具有朝向所述飞机结构部件1的外侧的外表面31，所述外表面在与外壳3的外表面5平行的一个光滑平面上延伸。

随后，通过喷墨打印装置27，将附加涂层33施加到所述底漆材料层29上以及施加到所述凹部7内的所述填充材料颗粒23上（步骤c.2）。在本实施方式中的附加涂层33包括外部清漆层，即，在所述飞机结构部件1的外壳3的外表面5上的最外层，如图4中所示。底漆材料层29与附加涂层33之间存在中间层是可能的。附加涂层33可以通过与用于施加底漆材料层29的相同的喷墨打印装置27来施加，但是，在进一步的涂覆步骤中，或其可能通过不同的喷墨打印装置施加。

总之，生产出了具有带有光滑表面5的外壳3的飞机结构部件1。该飞机结构部件1可以包括通过铆钉11连接至支撑结构件9的外壳3。在所述外壳3的外表面5上，形成底漆材料层29，所述底漆材料层也延伸入凹部7，其中凹部邻近铆钉11形成且位于铆钉头13的与铆钉杆15相对的那侧上；且所述底漆材料层朝向所述飞机结构部件1的外侧且具有光滑外表面31，该光滑外表面平行于外壳3的外表面5围绕所述凹部7延伸的平面。在所述底漆材料层29的顶部上，形成附加涂层33（特别是外部清漆层），所述附加涂层的最外层表面35也与外壳3的围绕所述凹部5的外表面5平行地延伸。

通过所述飞机结构部件1（具体是所述机身区段）的外壳3的外表面5的此涂层，在铆钉11的位置处，在外部清漆层上没有出现半月形的闪光，因此可以改善所述飞机结构部件1的不合意的外观，以及飞行特性，尤其是围绕所述飞机结构部件1的空气流通。

Claims (8)

1.一种用于生产具有带有光滑外表面（5）的外壳（3）的飞机结构部件（1）的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供飞机结构部件（1），所述飞机结构部件具有包括至少一个凹部（7）的外壳（3）；

b.通过凹部检测装置（17）检测所述至少一个凹部（7）的位置；以及

c.用填充材料颗粒（23）填充位于所检测位置处的所述至少一个凹部（7），通过喷墨打印装置（27）将所述填充材料颗粒（23）施加至所述至少一个凹部（7）中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个凹部（7）邻近于被接纳在所述外壳（3）中的铆钉（11），所述至少一个凹部位于铆钉头（13）的与铆钉杆（15）相对的那侧上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在检测所述至少一个凹部（7）的位置之后，执行以下步骤：

b.1通过几何形状测量装置（21）测量所述至少一个凹部（7）的几何形状；以及

b.2根据测量到的所述凹部（7）的几何形状，来控制待填充在所述至少一个凹部（7）内的填充材料颗粒（23）的体积和位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凹部检测装置（17）和所述几何形状测量装置（21）整体形成为光程测量装置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光程测量装置包括激光测量装置（19）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述填充材料包括底漆材料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在填充所述至少一个凹部（7）的步骤之后，用附加涂层（33）涂覆所述外壳（3）的外表面（5）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述附加涂层（33）通过所述喷墨打印装置（27）施加。

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