CN104340353A - 同时保持若干附接夹具与飞行器机身框架元件接触的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系统(35)，该系统(35)包括多个附接夹具(20)，该多个附接夹具(20)设计成将飞行器机身框架的附接元件(4)固定至机身蒙皮(3)上和/或固定至配装在该机身蒙皮上的加劲件(8)，该系统还包括工具元件(37)，该工具元件(37)与夹具(20)交替地设置使得彼此连接，以便减少飞行器机身的制造时间和成本。

Description

同时保持若干附接夹具与飞行器机身框架元件接触的工具
技术领域
本发明涉及飞行器机身领域，并且更特别地涉及安装附接夹具的领域，安装附接夹具将飞行器机身框架元件固定至机身蒙皮和/或固定至配装在该机身的蒙皮上的加劲件。
本发明更特别地但不唯一地应用于商用飞行器的领域。
背景技术
飞行器机身设计成抵抗由增压引起的载荷和由发动机传递的载荷。
这是机身包括周向框架和空气动力学蒙皮的原因，该周向框架又称为“轨道框架”，并且空气动力学蒙皮有时称为“自加强蒙皮”，该空气动力学蒙皮固定至这些周向框架并且设置有通常沿着纵向方向的加劲件，该加劲件固定在蒙皮的内侧面上并且通常被称为“纵梁”。
该纵梁可以具有不同类型的截面，例如，T形、I形、J形或Ω形。在一些已知的构型中，周向框架具有直接固定在自加强蒙皮的内侧面上的底板，在这种情况下，框架包括槽口，纵梁穿过该槽口布置。在其他已知的构型中，纵梁被插入在周向框架与自加强蒙皮之间，并且框架随后布置在纵梁的上方。
在这两种情况下，并且特别地在后者的情况下，通常称为“夹具”的角形部放置在纵梁之间以将周向框架连接至蒙皮和/或纵向加劲件。
然而，夹具被放置到框架上的适当位置并且被一个接着一个地固定。每个夹具的这种单独的处理使得装配方法很昂贵，特别是由于与每个机身框架相关联地存在非常多的夹具。此外，由于大量的附接夹具，这种机身制造阶段通常需要考虑在机身部段内侧存在若干操作者。因此，当操作者正在将这些夹具放置到位并且固定夹具时，在部段的内侧难以同时执行其他装配任务，这也是导致制造成本增大并且耗时的另一个因素。
因此，需要优化这种夹具的放置和附接阶段，从而限制其对总体的机身制造成本的影响。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地克服根据现有技术的相关实施方式的上文提到的缺点。
实现本发明的第一目的的是一种系统，该系统包括多个附接夹具，该多个附接夹具设计成将飞行器机身框架的附接元件固定至机身蒙皮上和/或固定至配装在该机身蒙皮上的加劲件，该系统还包括结合元件，优选地工具元件，该结合元件与夹具交替地设置使得它们彼此连接。
本发明与基于每个夹具单独处理的现有技术的不同之处在于，本发明使用下述系统：该系统包括若干夹具，该夹具通过结合元件预先装配，该结合元件优选地为工具元件，在夹具已经附接至框架之后，该工具元件将被移除和再利用。因此，根据本发明的系统有助于将夹具设置在框架元件上的操作。因此，操作是合理化的，该操作具有减少了装配时间因而减小了成本的优点。此外，一旦这些夹具已经在框架元件上放置到位，则这些夹具能够被更容易和更快速地固定，这减少了在机身内侧所需的操作者的数量。因此，其他的装配操作能够在所关注的机身部段中同时完成，因此减小了整体的机身制造时间和成本。当这种夹具附接操作自动化时，例如使用机器人时，这种优点更加显著。
如上文提到的，结合元件优选地为工具元件，该工具元件在夹具已经附接在框架上之后将被移除和再利用。替代性地，这些结合元件能够在夹具已经被附接至框架之后被保留，并且因此形成机身的一体部分而没有被移除。在下列描述中，前一种情况是优选的，其中结合元件为将被移除和再利用的工具元件。
本发明优选地包括下文描述的可选特性中的一个或若干个。
至少若干所述附接夹具的每一者包括两个连接装置，两个连接装置中的每一者安装在所述工具元件中的一个工具元件上。
两个连接装置中的至少一者呈凸部的形式。
两个连接装置中的至少一者是可移除的。优选地，所述可移除连接装置具有机械弱化区域，该机械弱化区域能够被破坏以分离附接夹具。该夹具可以被制成能够通过除破坏以外的方式来移除，而不脱离本发明的范围。
两个连接装置中的至少一者设计成使得，在其相关联的工具元件已经被移除之后，两个连接装置中的所述至少一者形成用于将要安装在机身上的设备的紧固装置。
所述工具元件可以呈杆的形式，该杆优选地与系统的纵向方向近似平行地定向，这些工具元件和附接夹具沿着该系统的纵向方向依次放置。
至少若干所述杆中的每一者的一个端部连接至第一附接夹具的一个端部，并且所述若干杆的每一者的另一个端部连接至第二附接夹具的一个端部，第一夹具和第二夹具布置在所述杆的相对的两侧上。
每个附接夹具具有定形状为类似角加强件的至少一部分。
至少若干所述工具元件和所述夹具通过柔性连接件彼此连接。这使得能够形成了柔性的、大致线性的系统，在该系统中，零部件交替地像火车车厢一样设置。有利地，这种特别的特征意味着，系统能够接受变形，使得该系统能够最佳地匹配机身框架元件的几何形状。
替代性地，连接部可以是刚性的而不是柔性的。在这种情况下，工具元件可以相对于彼此倾斜或可以被弯曲，以获得与框架元件的曲率基本相同的曲率。例如，杆可以具有圆弧形状。
优选地，该系统包括五至十五个之间的附接夹具。
本发明的另一目的是一种包括机身框架的元件和像上文描述的系统的组件，其中，附接夹具与所述框架元件接触地支承。
本发明的另一目的是将附接夹具装配在飞行器机身框架的元件上的方法，该方法包括下述步骤：将在上文描述的系统中的夹具固定至框架元件的步骤；以及将工具元件从所述系统移除的步骤。
这两个步骤可以依次完成或者同时完成，这是因为只要每个工具元件所连接的两个夹具一固定至框架元件，该工具元件就可以被移除。根据本发明，工具元件被设计成使得工具元件能够被再利用以形成另一系统，该另一系统具有新的附接夹具。
优选地，当机身框架元件已经相对于机身蒙皮就位时使用装配方法，或者当机身框架元件距离蒙皮一定距离——优选地远离框架元件所必须结合的机身部段——时使用该装配方法。在这种情况下，附接有夹具的框架元件随后被引入至机身部段的内侧，以被附接至蒙皮和/或加劲件。
本发明的另一目的是将机身框架元件附接至机身蒙皮上和/或附接至固定至蒙皮的加劲件上的方法，该方法包括下述步骤：在上文描述的装配方法中的步骤和将夹具附接至蒙皮和/或加劲件的步骤。
同样在这种情况下，当在机身部段中就地应用装配方法时，附接方法中的两个步骤能够依次完成或者同时完成。此外，如上文提到的，当在部段的外侧进行装配时，优选地在框架元件被移置到部段中之前，并且因此，在夹具附接至蒙皮和/或加劲件之前，移除工具元件。然而，这些工具元件可以在夹具附接至蒙皮和/或加劲件的步骤期间或之后被移除。
在下文给出的非限制性的详细描述中，本发明的其他优点和特性将变得清晰。
附图说明
参照附图进行描述，在附图中：
-图1示出了具有机身的飞行器的侧视图，该机身将利用本发明专有的系统制造；
-图2示出了如从飞行器的内侧观察到的先前图中示出的机身的一部分的放大图；
-图3示出了根据本发明的优选实施方式的系统的立体图；
-图4示出了先前图中示出的系统的部件的立体图；
-图5示出了根据本发明的优选实施方式的组件，该组件具有支承在机身框架元件上的附接夹具；以及
-图6示出了已经移除了工具元件之后的机身的一部分。
具体实施方式
首先参照图1，该图示出了具有机身2的商用飞行器1，图2中更详细地示出了机身2的一部分，机身2的该部分从飞行器的内侧观察到。
常规地，机身2包括蒙皮3以及机身的多个框架4(图2中仅示出其中一个框架)，这些框架4固定至蒙皮3的内面3a并且由蒙皮3的内面3a支撑。该框架4在飞行器的横向平面中——换句话说，在与作为飞行器的纵向、轴向方向的方向6正交的平面中——延伸经过机身的全部周缘或一些周缘。每个框架均可以制造成单件，或者可以由若干框架元件/区段形成，若干框架元件/区段中的每个框架元件/区段仅形成框架的角扇区，然后，这些元件首尾相接地组装。通常，框架元件延伸绕过大约30°至120°的角扇区。在不脱离本发明的范围的情况下还可以选择其他角扇区。为了方便，图2以及随后的图中可见的框架元件在本说明书的其余部分中将被称为“框架4”。然而，应当指出的是，构成框架的其他框架元件的设计与下面描述的设计相同或类似，并且是本发明特有的。
此外，机身2包括多个纵梁8，所述多个纵梁8为加劲件，呈穿过框架4与蒙皮3之间的加强部分的形式。沿着纵向方向6设置的所有纵梁8通过诸如铆钉之类的常规装置固定至蒙皮的内面3a。在这种情况下，纵梁8具有大致Ω形状，但纵梁8可以具有其他形状，例如I、L、J等形状。
每个框架4均包括连接板12，该连接板12为图2中示出的竖直部分，凸缘14位于框架4的端部处，而底板16位于另一端部处。常规地，将凸缘连接至底板的连接板与加劲件的中央部分类似，只是底板将固定至纵梁8的顶部。底板16——也称为基部——通过如铆钉或螺栓的常规装置固定。凸缘14形成加劲件的与由底板形成的端部相反的自由端部。
在示出的实施方式中，框架4的截面呈大致“S”或“Z”形状，其中，连接板12近似垂直于凸缘14并且近似垂直于底板16，从而形成框架的相反端部。然而，也可以选择除90°之外的角度来用于一些框架4，具体地用于飞行器的前锥或尾段中的框架。然而，其他总体截面形状也是可以的，例如I形、Ω形等。还可以考虑中空部段而不脱离本发明的范围。
机身2还包括附接夹具20，该附接夹具20将机身框架4固定在蒙皮3上和/或固定在固定至蒙皮的纵梁8上。每个框架4还利用沿着该框架分布的、优选地位于纵梁8之间的多个夹具20固定。在图2中示出的示例中，每个附接夹具20均包括横向竖直部分20a以及沿着轴向方向的近似正交部分20b，该横向竖直部分20a将与框架的连接板12接触并且将固定至框架的连接板12，近似正交部分20b将与蒙皮3接触并且将固定至蒙皮3。如图2中的示例所示，部分20b并非必须支承在蒙皮上，而是可以与纵梁连接部8a接触，该纵梁连接部8a本身与蒙皮3接触。当部分20b优选地通过铆钉或类似装置固定至蒙皮时，其也通过穿过上述连接部8a的铆钉固定至纵梁8。
因此在该实施方式中，每个夹具20均具有大致L形截面。然而，可以设想诸如以下夹具之类的其他形状，该夹具的至少一部分呈角加强件的形式，具有如参照下列附图描述的具有将部分20a、20b相连接的附加部分。
尽管未图示，但机身2还可以包括将纵梁连接至机身框架的其他附接元件，如稳定件。
现在将参照图3和图4来描述根据本发明的优选实施方式的系统35。该系统将包括若干附接夹具20，使得若干附接夹具20可以被同时移动并放置到待固定的其中一个框架4上的适当位置。应当指出的是，可以使用单个系统35来为特定框架4安装所有夹具，也可以将若干系统35首尾相接地放置以将所有夹具安装在该框架上。在任何情况下，优选的是，每个系统35均应包括五个夹具20到十五个夹具20。下列描述应用于与每个框架4相关联的单个系统35，每个框架4例如延伸经过60°至120°角扇区。
因此，系统35包括夹具20，该夹具20通过工具元件37临时连接至彼此。更确切地，该系统包括沿着系统的纵向方向39交替地设置的附接夹具20和工具元件37。每个工具元件37的一端也连接至第一夹具20，并且每个工具元件37的相反端连接至第二夹具20，该第二夹具20在系统中沿着方向39与第一夹具紧邻。然而，工具元件37可以设置在系统35的端部处，因此仅通过其一个端部连接至夹具，另一端部保持自由，或者用于在固定框架4的方法期间将系统附接至机身的其余部分。
因此，系统35中的每个夹具20均呈具有彼此正交的三个部分20a、20b、20c的角加强件的总体形状。定向成与方向39正交的附加部分20c形成连接装置，在该连接装置中形成有孔口。该夹具20在其沿着方向39的相反端部处包括另一凸部形状连接装置20d，该凸部形状连接装置20d例如与夹具一起形成为单件，优选地由包括纤维和树脂的混合物的复合材料制成。凸部20d包括固定至夹具的部分20a的第一端，以及已经形成有孔口的第二端。
两个连接装置20c、20d优选地平行于彼此并且面向彼此，并且设计成安装在工具元件37上。在优选实施方式中，连接装置20c设计成结构性的，并且因此分担机身刚度。连接装置20c还优选地设计成在其相关联的工具元件已经被移除的情况下，形成用于待安装在机身上的设备的附接装置。例如，该设备可以是“托架”式系统连接件，该“托架”式系统连接件因此可以利用穿过附接夹具20的装置20c的孔口安装在机身上。
另一方面，凸部20d设计成可移除的并且在夹具已经固定至机身之后从夹具20移除。优选地，移除通过在机械弱化区域41处破坏凸部20d来实现，在这种情况下，机械弱化区域41由靠近与部分20a的接合处的折痕构成。然而，可以设想弱化区域的任何其他设计，例如减小截面和/或厚度。根据又一替代方案，移除可以通过除破坏之外的方法实现，例如通过提供可逆的组装/拆卸装置来实现。
工具元件37呈杆的形式，其中，杆的轴线大致平行于方向39，工具元件37沿着方向39与夹具20交替布置。杆37优选地彼此基本成直线。杆37是直的，并且其中每个杆37均具有两个相反的端部。杆的第一端安装在第一夹具的部分20c上，而杆的第二相反端安装在第二夹具的凸部20d上，该第二夹具与系统35内的一列中的第一夹具紧邻。杆37的端部也穿过设置在连接装置20c、20d中的孔口，以将杆组装在位于杆的各侧上的这些第一夹具和第二夹具上。
杆37固定了夹具20之间的间隔，该间隔与机身上的组装构型中所需的间隔大致相等。此外，夹具20和杆37通过柔性连接件连接至彼此，该柔性连接件例如通过在装置20c、20d的孔口与穿过这些孔口的杆的端部之间形成间隙来获得。选择间隙以使长链式系统35是柔性的，使其将能够变形成使得其能够最优地匹配框架4的几何形状。换句话说，通过该柔性，系统35可以稍微变形为与将布置有该系统35的框架的弯曲大致匹配。通过本质上径向的、且不改变或仅稍微改变沿着方向39的夹具之间的间隔的这种间隙，这些夹具可以表现得与火车车厢一样并且因此最佳地与框架4的弯曲匹配。作为示例，所选择的间隙允许一个夹具从系统35中的紧邻的夹具的方向倾斜不超过15°。并非仅可以通过将杆的端部中的一个端部组装到其相关联的连接装置上来实现柔性，另一杆端可以刚性地安装在其本身的连接装置上。
根据本发明的组件61在框架4附接至蒙皮3和/或加劲件8之前形成。该组件61包括系统35，其中，系统35的夹具20与框架4的连接板12接触。该组件61优选地在框架4放置在蒙皮3上时形成，如图5所示。
然而，系统35由此优选地在区段外部形成，例如使用将夹具20组装在杆37上的诸如机器人之类的自动装置形成。只有在此之后，系统35进入机身区段并且放置成与其相应的框架4接触，由于间隙而稍微变形并且以与框架的弯曲匹配。将系统35移置在机身区段中可以手动地进行或可以例如利用机器人自动进行。
当系统35在框架4上放置到位时，杆37放置在具有Ω形截面的纵梁8的上方。由于夹具20之间的间隔由杆预先确定，所以这些夹具在纵梁8之间处于其相对于框架4的最终位置。夹具20除了支承在连接板12上之外，夹具的轴向部分20b还被迫与蒙皮3接触。
替代性地，组件61可以在机身区段的外侧形成，然后进入到机身区段中。以此方式，可以在该区段中同时进行其他任务。明显地，同时执行任务的可能性有助于节约制造机身的时间和成本。
下一步骤为使用根据本发明的组装方法，包括利用铆钉或类似装置将组件61的夹具紧固到其框架4上的步骤。该步骤可以是例如使用机器人自动进行的，这减少了安装时间。此外，由于这些机器人的尺寸较小，因此可以在区段内进行其他组装任务。
参照图6，下一步骤为移除杆，将杆从夹具20已经通过铆钉固定至框架4的系统中抽出。可以通过以下方式来移除杆：将每个杆从相邻夹具中的一个夹具的部分20c上的相应孔口抽出，同时破坏另一相邻夹具上的凸部。一旦杆已经从其凸部中的孔口移除，则杆可以重新用于形成根据本发明的另一系统。
应当指出的是，杆可以在系统中的所有夹具20都已经固定之后移除。替代性地，杆可以在每个新夹具已经固定在框架上之后移除。
最后，本发明还涉及一种将框架4紧固至机身蒙皮3和/或紧固在纵梁8上的方法。该方法包括实现如上所述的组装方法的步骤，以及优选地通过铆钉或类似装置将夹具附接至蒙皮和/或纵梁的步骤，这两个步骤或者同时进行或者先后进行。
优选地，每个夹具20均固定至框架4并且固定至蒙皮3和/或纵梁8，然后移除已经固定至这些机身元件3、4的系统中的连接一个夹具与下一个夹具的杆。同样，可以在每个新夹具已经固定至框架并且固定至蒙皮和/或纵梁之后移除杆，或者可以在系统中的所有夹具20已经固定至框架、蒙皮和/或纵梁之后移除所有杆。
明显地，本领域技术人员可以对仅作为非限制性示例描述的本发明进行各种修改。

Claims (15)

1.一种系统(35)，所述系统(35)包括多个附接夹具(20)，所述多个附接夹具(20)的数量优选地为大于或等于三，所述系统设计成将飞行器机身框架的附接元件(4)固定至机身蒙皮(3)和/或固定至配装在所述机身蒙皮上的加劲件(8)，所述系统还包括呈工具元件(37)的形式的结合元件，所述结合元件与所述夹具(20)交替地设置使得它们彼此连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少若干所述附接夹具(20)中的每一者包括两个连接装置(20c、20d)，所述两个连接装置(20c、20d)中的每一者安装在所述工具元件(37)中的一个工具元件(37)上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个连接装置中的至少一者呈凸部(20d)的形式。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个连接装置(20d)中的至少一者是可移除的。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可移除的连接装置(20d)具有机械弱化区域(41)，所述机械弱化区域(41)能够被破坏以使所述附接夹具分离。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个连接装置中的至少一者(20c)被设计成使得：在其相关联的工具元件(37)已经被移除之后，所述两个连接装置中的所述至少一者(20c)形成用于将要安装在所述机身上的设备的紧固装置。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工具元件(37)呈杆的形式，所述杆优选地与所述系统的纵向方向(39)近似平行地定向，这些工具元件(37)和附接夹具(20)沿着所述系统的所述纵向方向(39)依次布置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，至少若干所述杆(37)中的每一者的一个端部连接至第一附接夹具(20)的一个端部，并且所述若干杆中的每一者的另一个端部连接至第二附接夹具(20)的一个端部，所述第一夹具和所述第二夹具布置在所述杆(37)的相对的两侧上。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个附接夹具(20)具有形状类似角加强件的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少若干所述工具元件(37)和所述夹具(20)通过柔性连接件彼此连接。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括五个与十五个之间的附接夹具(20)。
12.一种包括机身框架(4)的元件和根据权利要求1所述的系统(35)的组件(61)，其中，附接夹具(20)与所述框架元件(4)接触地支承。
13.一种将附接夹具(20)装配在飞行器机身框架(4)的元件上的方法，其特征在于，所述方法包括：将根据权利要求1的所述系统(35)的所述夹具(20)固定至框架元件(4)的步骤；以及将工具元件(37)从所述系统移除的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述机身框架元件(4)已经相对于所述机身蒙皮(3)就位时，使用所述方法，或者当所述机身框架元件(4)距离所述蒙皮(3)一定距离，优选地远离所述框架元件(4)所必须结合至的机身部段时，使用所述方法。
15.一种将机身框架元件(4)附接至机身蒙皮(3)和/或附接至固定于蒙皮的加劲件(8)的方法，所述方法包括：根据权利要求13所述的装配方法中的步骤；和将所述夹具(20)附接至所述蒙皮和/或所述加劲件的步骤。
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