CN104340355A - 腹板组件以及腹板组件的制造方法 - Google Patents

腹板组件以及腹板组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了用于与卡扣配合组合件一起使用的腹板组件。所述腹板组件包括但不限于金属板构件，其具有外周、第一侧和第二侧。金属板构件还包括多个突起，该突起从所述第一侧的第一表面和从所述第二侧的第二表面延伸。所述多个突起邻近外周的一部分设置，且配置成接合与所述卡扣配合组合件相关联的母接收器。

Description

腹板组件以及腹板组件的制造方法
技术领域
本发明通常涉及结构组件，以及更具体地涉及适于与卡扣配合组合件一起使用的腹板(web)组件。
背景技术
传统的飞机通常包括机翼、水平尾翼、垂直尾翼、以及具有相对薄轮廓的其它承载组件。如在序列号为13/800,464的待决美国专利申请中所公开的那样，这种组件可通过下述构成，即通过获取配备有卡扣配合部件(公部件或母接收器)的多个子组件，将粘合剂施加到卡扣配合部件上，所述子组件经由其卡扣配合部件卡扣配合到一起，且使得粘合剂固化。序列号为13/800,464的美国专利申请进一步教导这种子组件可通过获取金属坯料并将其加工到所需厚度以便形成腹板组件来制成。将连结件组件进一步机械加工以便形成公或母卡扣配合部件。由这种子组件制成的承载组件是质轻的、坚固耐用的结构，与由被铆接或另外机械紧固到一起的多个子组件构成的传统组件相比，所述结构具有更少的组件和更轻的重量。
虽然上述的解决方案已经足够，但尚有改进的余地。上述组件使用金属坯料，所述金属坯料被机械加工到所需厚度以便形成腹板组件。在所需厚度相对小的应用中，机械加工过程可能会导致浪费掉显著量的金属材料。此外，在必须将金属坯料机械加工到非常小厚度的应用中，金属坯料的机械加工过程可能会导致金属卷曲或经受其它类型的不期望的变形。这种变形会需要实施矫正措施。这些矫正措施依次增加制造腹板组件的时间、成本和复杂性。
因此，希望提供一种腹板组件，其适于与卡扣配合组合件一起使用，但不会导致显著的浪费。此外，希望提供一种腹板组件，制造该腹板组件而不会卷曲或不会发生其它变形或者不希望的影响，上述卷曲或其它变形或者不希望的影响需要实施矫正措施。此外，其它希望的特征和特性从随后的发明内容、详细描述和所附的权利要求结合附图以及前述的技术领域和背景技术将变得显而易见。
发明内容
本文公开适于与卡扣配合组合件一起使用的腹板组件的各种实施例以及腹板组件制造方法的各种实施例。
在第一非限制性的实施例中，腹板组件包括但不限于金属板构件，其具有外周以及第一侧和第二侧。金属板构件还包括多个突起，其从所述第一侧的第一表面和从所述第二侧的第二表面延伸。所述多个突起邻近外周的一部分设置，且配置成接合与所述卡扣配合组合件相关联的母接收器。
在第二非限制性的实施例中，所述方法包括但不限于以预定的模式切割金属板构件以便形成外周。所述方法进一步包括但不限于邻近外周的一部分形成多个突起，所述多个突起以交替的模式从腹板组件的相对侧突出。
在另一个非限制性的实施例中，腹板组件包括但不限于金属板构件，其具有外周以及第一侧和第二侧。金属板构件还包括多个突起，其从所述第一侧的第一表面和从所述第二侧的第二表面延伸。所述多个突起邻近外周的一部分设置，且配置成接合与所述卡扣配合组合件相关联的母接收器。多个突起的每个突起在所述第一表面和第二表面之间交替。多个突起沿着外周的所述部分以基本上连续和不间断的模式设置。限定通过金属板构件中央部分的开口部以及限定围绕开口部的凸缘。多个突起的每个突起在配置上基本上是一致的。多个突起以对应于外周所述部分的模式布置，且多个突起的每个突起距离外周所述部分的边缘是大致等距离的。
附图说明
以下将结合附图对本发明进行说明，其中相同的附图标记表示相同的元件，以及：
图1是卡扣配合组合件的透视图；
图2是图1所示卡扣配合组合件的分解视图，示出根据本公开的教导所制成的腹板组件的各种非限制性实施例；
图3是示出图2中所示的腹板组件的透视图；
图4是示出图3所示腹板组件的俯视图；
图5是示出图3所示腹板组件的侧视图；
图6是示出图3所示腹板组件一部分的放大局部侧视图；
图7是示出图3所示腹板组件的替代性实施例一部分的放大局部侧视图；
图8是示出图3所示腹板组件的另一替代性实施例的另一放大局部侧视图；
图9是示出在与母接收器接合之前的图3所示腹板组件的示意性局部侧视图；
图10是示出在与母接收器接合之后的图9所示腹板组件的示意性局部侧视图；
图11是示出图3所示腹板组件的替代实施例的侧视图；
图12是示出图3所示腹板组件的另一替代性实施例的俯视图；
图13是示出图3所示腹板组件的又一替代实施例的透视图；以及
图14是示出根据本公开教导的腹板组件制造方法的非限制性实施例的流程图。
具体实施方式
下面的详细描述在本质上仅仅是示例性的，并不意旨限制本发明或本发明的应用和用途。此外，也并不意旨受到在前面的背景技术或下面的详细描述中所呈现的任何理论的束缚。
本文公开适于与卡扣配合组合件一起使用的改进的腹板组件以及用于制造改进的腹板组件的方法。改进的腹板组件包括金属板构件，其被切割或以其它方式形成为具有适于与卡扣配合组合件一起使用的外周。例如，金属板组件可被切割或形成为用作诸如机翼或翼型件的卡扣配合组合件中的翼梁。在另一实例中，金属板组件可被切割或形成为用作诸如机翼或翼型件的卡扣配合组合件中翼肋；在其它实例中，金属板组件可被切割或形成为用作卡扣配合组合件的任何其它子组件或结构。不是通过以相对厚的金属坯料开始然后机械加工去掉多余的材料，而是通过以金属板构件开始制造过程，本公开的腹板组件避免了与在上面背景技术部分中所述的制造腹板组件相关联的大量废物。
因为金属板构件未被机械加工成所需的形状，因此其不包括公卡扣配合部件(“公部件”)或母卡扣配合接收器(“母接收器”)。为了使得金属板构件能够以卡扣配合联接的方式与母接收器配合，在所述金属板构件中紧邻所述金属板构件的外周形成多个突起。可以任何合适的方式将多个突起赋予给所述金属板构件，所述方式包括但不限于冲压、冷轧、挤压、压接、铆窝和/或当前已知的或以后研发的其它任何金属成形方法。
所述多个突起从腹板组件的相对表面延伸以便设置成与母接收器的相对侧接合。这确保了合适的卡扣配合联接。此外，其可将腹板组件基本居中定位在母接收器内，以便允许粘合剂的基本均匀分配。在一些非限制性的实施例中，多个突起的每个突起可在腹板组件的相对侧之间交替。在其它实施例中，多个突起可具有任何其它合适的模式，由此一些突起从腹板组件一侧突出以及一些突起从腹板组件的相对侧突出。
通过审阅伴随该申请的图示连同审阅下述的详细描述可获得对上述的腹板组件以及形成腹板组件的方法的更深入的了解。
图1是卡扣配合组合件20的透视图。卡扣配合组合件20包括多个子组件，所述子组件包括以卡扣配合布置联接到一起的翼梁、翼肋和平坦表面。在一些实施例中，在卡扣配合接合之前可将粘合剂施加到每个卡扣配合联接件或接头上，以便确保各个子组件在卡扣配合组合件20的整个使用寿命期间保持联接到彼此。在其它组件中，卡扣配合接头本身就足以确保接头的较长使用寿命。此外在其它实施例中，可采用其它措施来确保卡扣配合接头保持联接。例如但不限于，可采用焊接、摩擦搅拌焊接和/或机械紧固以便增强卡扣配合接头。在图示的实例中，卡扣配合组合件20配置成用于在飞机上使用的翼型件的一个部段。虽然在有关飞机的实施方式的上下文中公开和描述了本文的教导，但是应该理解本文的教导并不限于在与飞机相关的应用中使用。相反，本文的教导可在任何所需的和/或合适的研究领域中应用。例如但不限于，本文的教导可在任何类型的车辆(例如陆地车辆)、任何类型的水运工具、以及任何类型的航天器的构建中应用。此外，本文的教导不限于在关于车辆的制造方面应用，而是也可适于在由子组件构建结构的任何其它研究领域内应用。例如但不限于，本文的教导可在消费品、耐用品、以及建筑构建中应用。
卡扣配合组合件20包括在上面板22、下面板24以及多个腹板组件，诸如翼肋26、翼梁28和翼梁30。在图示的实施例中，卡扣配合组合件20包括翼型件的一个部段，其适于在飞机上(例如，水平尾翼，襟翼，机翼等)使用。上面板22包括翼型件的上表面以及下面板24包括翼型件的下表面。因此，当飞机在飞行中，上面板22和下面板24与飞机飞行通过的自由气流直接接触。
上面板22和下面板24由翼梁28和翼梁30支撑，且进一步通过多个翼肋26支撑。当卡扣配合组合件20移动通过自由气流时，迎面而来的强大空气的一部分导致将向下的力施加到上面板22上。类似地，迎面而来的强大空气的一部分导致将向上的力施加到下面板24上。此外，取决于飞行状态，自由气流可对上面板22和下面板24施加正向或负向力。翼梁28、翼梁30和多个翼肋26基本上垂直于上面板22和下面板24取向。这些内部结构抵抗由自由气流所施加的向下和向上力，并且当暴露于自由气流下时以防止向内变形的方式支撑着面板。由迎面而来的强大自由气流所施加的载荷在基本上与这些组件的垂直轴对准的方向上通过翼梁28、翼梁30以及通过多个翼肋26。因为这些组件以矩阵状的构造联接到彼此，因此它们给彼此提供相互支撑，从而这些结构可相对薄，但仍能足够地提供必要的结构支撑。
图2是示出卡扣配合组合件20各种子组件的分解视图。在所示的实施例中，卡扣配合组合件20包括两个翼梁(翼梁28和翼梁30)和三个翼肋26。在其它实施例中，可以采用任何其它合适数目的翼梁和翼肋。通过将每个翼肋26的下端部插入到下面板24的母接收器34内，三个翼肋26的每一个均以卡扣配合的方式与下面板24联接。上面板22还包括配置成接纳翼肋26上端部的母接收器(未示出)。类似地，通过将每个翼梁的下端部插入到相应的母接收器32和33内，翼梁28和翼梁30以卡扣配合的方式与下面板24联接。类似地，通过将每个翼梁的上端部插入到与上面板22相关联的相应母接收器内，翼梁28和翼梁30以卡扣配合的方式与上面板22联接。
此外，翼肋26配置成以卡扣配合方式联接到翼梁28和翼梁30。为了促进该卡扣配合联接，多个母接收器36可附接到包括翼梁28的金属板构件上。在图示的实例中，母接收器通过螺纹紧固件38附接到金属板构件上。在其它实施例中，可以任何合适的方式实现将母接收器36附接到金属板构件上，所述方式包括但不限于，通过使用粘合剂或通过任何合适的焊接技术。每个翼肋26的前端部可卡扣配合到翼梁28的母接收器36内，以及每个翼肋26的后端部可卡扣配合到翼梁30的母接收器内以便形成格子状结构。一旦以这种方式组装，格子状结构则可卡扣配合联接到上面板22和下面板24内。当将各个子组件组装到一起时，在将翼肋26和翼梁28的端部部分插入到上面板22和下面板24的母接收器内之前，可将粘合剂施加到每个组件的母接收器和/或公端部。使用粘合剂结合卡扣配合联接各个子组件给卡扣配合组合件20提供坚固且耐用的结构。
参照图3-5，图3是翼肋26的放大透视图。图4是翼肋26的俯视图，以及图5是翼肋26的侧视图。如图4中最佳看出的那样，翼肋26包括具有外周40的金属板构件39。在图示的实施例中，外周40具有截头三角形的配置。在其它实施例中，翼肋26可具有任何合适或所需配置的外周。上端部41和下端部43配置成分别接合上面板22和下面板24的母接收器34(参见图2)。类似地，前端部45和后端部47配置成接合分别安装到翼梁28和翼梁30的母接收器36(参见图2)。在翼肋26的大致拐角处设有拐角止裂开口42，以便于弯曲翼肋26的各个端部而不会产生来自相邻端部的干扰。拐角止裂开口42也便于围绕金属板组件的外周形成多个突起的金属加工操作。
翼肋26包括设置于离外周40相距基本一致距离处的多个突起48。多个突起48围绕翼肋26的基本整个外周40定位。如图5中最佳看出的那样，翼肋26具有第一侧50和第二侧52。多个突起48中的一些突起从第一侧50的表面突出，而多个突起48中的其它突起从第二侧52的表面突出。这些突起在图5以及在如下论述的图6-8中提供的放大视图中最佳地看出。通过从金属板构件39的相对侧突出，多个突起48结合成模拟翼肋26表面上的凸出或升高的(spur or raised)边缘。通过模拟凸出或升高的边缘，多个突起48使得上端部41、下端部43、前端部45和后端部47以卡扣配合的关系与相应的母接收器接合。通过任何传统的方法或以后研发的任何金属成形方法来在金属板构件39中形成多个突起48。多个突起48可通过手工或通过机器或它们的组合来形成。
如图4中最佳看出的那样，减重孔52和减重孔54延伸通过金属板构件39。减重孔52和减重孔54在金属板构件39内提供减轻翼肋26重量的空隙在其它实施例中，可采用更大或更小数目的减重孔。凸缘56和凸缘58(参见图3)分别围绕减重孔52和54设置且从第一侧50向外突出。在其它实施例中，在不背离本发明教导的情况下，一个或两个凸缘56和58可从侧面52突出。凸缘56和58增加翼肋26的硬度，从而在翼肋26处于载荷下的情况下有助于翼肋26抵抗变形。
继续参照图1-5，图6-8示出翼肋26的不同实施例的放大局部视图。图6-8从允许观察到翼肋26边缘的视角示出翼肋26。在图6-8中所示的翼肋26的不同实施例均具有用于接合母接收器的不同端部部分。翼肋26可采用在图6-8中所示不同配置中的一个、一些或全部，或可采用应用其它突起模式的任何其它合适的配置。
相对于图6，翼肋26的端部部分60具有第一侧62和第二侧64。端部部分60包括多个突起66。在该实施例中，多个突起66的每个突起以交替的模式从端部部分60的相对侧上延伸。此外，交替模式的多个突起66以连续和基本上不间断的方式沿着端部部分60的基本整个长度延伸。该模式形成基本上不间断的“凸出部”，以便与位于卡扣配合组合件20的相邻子组件上的母接收器接合。
相对于图7，翼肋26'的端部部分70具有第一侧72和第二侧74。端部部分70包括多个突起76。在图7中所示的多个实施例中，多个突起76的每个突起以交替的模式从端部部分70的相对侧延伸，但相比于图6中所示的模式，图7中所示的模式通过间歇长度的光滑表面78周期性地中断。当相邻组件具有多个母接收器，而不是延伸过组件的单个连续的母接收器时，这种模式可以是合适的。这种配置也可用于控制或限制用于将公部件卡扣到母部件内所需的插入力的大小。
相对于图8，翼肋26'的端部部分80具有第一侧82和第二侧84。端部部分80包括多个突起86。在该实施例中，突起86成组布置。每一组包括从翼肋26'的同一侧突出的多个连续的突起86，以及多个组布置成交替，这样它们的突起从翼肋26'的相对两侧突出。例如，组88的每个突起86均从第二侧84突出，而组90的突起86从第一侧82突出。所述组以交替的模式沿着端部部分80的大致整个长度设置。
应当理解在图6-8中所示的从翼肋26的表面延伸的突起模式并非是穷举。相反，在不背离本发明教导的情况下，其它突起模式也是可能的。
图9和图10是本公开的腹板组件的示意性局部侧视图，并且示出腹板组件的端部部分与母接收器的接合。相对于图9，腹板组件100的端部部分102位于母接收器104的上方并与其对准。腹板组件100包括从端部部分102的相对侧突出的多个突起106。突起106配置成与母接收器104的一对凸缘108的下侧接合。当端部部分102被推入到母接收器104的开口内时，一对凸缘108将在由突起106施加的凸轮力下移动到旁边。一对凸缘108的向外运动允许端部部分102完全进入到母接收器104内并坐落于其内。如图10中所示，一旦突起106已经移动通过每个凸缘108的底端，则凸缘108将返回到其初始位置(例如，它们弹回原位)，并且通过突起106和凸缘108下侧之间的接合，将防止腹板组件100脱离与母接收器104的接合。
如图9中所示，在端部部分102插入之前，已经将一定量的粘合剂110沿着母接收器104的底部部分沉积。粘合剂是一种粘接剂，当固化时将确保腹板组件100与母接收器104的坚固联接。当将端部部分102推入到母接收器104内时，粘合剂110部分位移并在由母接收器104所形成的通道内进行再分配，从而涂覆所述通道的内表面以及端部部分102接合母接收器104的部分。
图11是示出本公开的腹板组件120的替代性实施例的侧视图。继续参照图1-10，上述的各个腹板组件均具有大致平坦的配置，这样每个腹板组件基本上是平坦的。图11示出呈现边缘部分的腹板组件120的侧视图。在该视图中，可以看出腹板组件120不是平面的，而是其具有沿着纵向轴线的曲率。希望这种曲率可给腹板组件120提供增加硬度的效果以便抵抗通过其垂直轴线传递的载荷。在其它情况下，这种曲率可由一个或多个母接收器的相应曲率或布置来决定，所述母接收器与腹板组件120将联接到其的上面板或下面板相关联。
图12是本公开腹板组件130的另一个替代性实施例的俯视图。继续参照图1-10，上述的各个腹板组件均具有包括多个大致直形边缘的外周。如图12中所示，腹板组件130具有包括至少两个弯曲边缘的外周132。这种配置在腹板组件130将接合到其的上表面和/或下表面具有曲率的情况下是必要的。
图13是本公开腹板组件140的另一个替代性实施例的透视图。继续参照图1-10，腹板组件140非常类似于图2-5中所示的翼肋26。然而，尽管翼肋26具有沿着翼肋26的大致整个外周40延伸的多个突起48，但是相对于腹板组件140，多个突起142可仅沿着腹板组件140的上边缘144和下边缘146延伸。腹板组件140的前端部148和后端部150基本上没有突起，而是分别包括凸缘152和凸缘154。凸缘152和154分别包括紧固件开口156和紧固件开口158。腹板组件140配置成用于与具有翼梁(不具有母接收器)的卡扣配合组合件一起使用。因此，上边缘144和下边缘146可分别卡扣配合到卡扣配合组合件的上面板和下面板内，并且可通过诸如螺纹紧固件的机械紧固件联接到这种卡扣配合组件的翼梁上。这种布置可以免除使得翼梁的中间部分与母接收器配合的需要。
图14是示出根据本公开教导的腹板组件制造方法160的非限制性实施例的流程图。在步骤162，以预定的模式切割金属板构件以便形成具有外周的腹板组件。例如，外周可类似于针对图2翼肋26或翼梁28或翼梁30所示的那样。在其它实施例中，外周可类似于针对图12腹板组件132所示的那样。此外在其它实施例中，外周可具有任何合适的尺寸和形状。可以使用任何已知的金属切割/成形技术或以后研发的任何金属切割/成形技术切割金属板构件。
在步骤164，在金属板构件的外周附近形成多个突起。在一些实施例中，多个突起可沿着基本上整个外周延伸，而在其它实施例中，多个突起可仅沿着外周的一部分延伸。多个突起配置成以交替的模式从金属板构件的相对侧突出。继续参照图6-8，交替模式可以是交替突起的连续布置，或者它可以是交替突起的由金属板构件的相对光滑表面中断的非连续模式，或突起可成组布置，所述组在金属板构件的相对两侧之间交替。在其它实施例中，可以采用突起的任何其它所需布置，其中至少一个突起从金属板构件的第一侧突出，以及至少一个突起从金属板构件的第二侧突出。
在框166，可对腹板组件执行任何所需的金属板操作。例如但不限于，腹板组件可形成为非平面配置，和/或腹板组件的部分可弯曲以便形成凸缘，和/或腹板组件可被液压成形以便赋予其任何所需的复杂曲率或其它形状，和/或可以采用任何其它的传统金属加工技术或以后研发的任何金属加工技术以便进一步形成所需的腹板组件。
虽然在本公开的前述详细描述中呈现了至少一个实施例，但是应该意识到存在大量的变型。还应意识到一个或多个示例性实施例仅仅是实例，而并不意旨以任何方式限制本发明的范围、应用性或结构。相反，前面的详细描述将给本领域的技术人员提供用于实施本发明示例性实施例的方便路线图。应当理解的是在不脱离如所附权利要求限定的本公开范围的情况下，可对示例性实施例中所述的元件功能和布置进行各种变化。

Claims (20)

1.腹板组件，其适于与卡扣配合组合件一起使用，所述腹板组件包括：
金属板构件，其具有外周、第一侧和第二侧，金属板构件包括多个突起，所述多个突起从所述第一侧的第一表面和从所述第二侧的第二表面延伸，所述多个突起邻近外周的一部分设置，且配置成接合与所述卡扣配合组合件相关联的母接收器。
2.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起的每个突起在第一表面和第二表面之间交替。
3.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起以基本上连续和不间断的模式沿着外周的所述部分设置。
4.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起以间歇性的模式沿着外周的所述部分设置。
5.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述外周的所述部分基本上包括外周的全部。
6.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述金属板构件包括翼肋元件。
7.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述金属板构件包括翼梁元件。
8.根据权利要求7所述的腹板组件，其特征在于还包括设置于所述第一表面和所述第二表面之一上的母接收器。
9.根据权利要求8所述的腹板组件，其特征在于所述母接收器机械地紧固到所述第一表面和所述第二表面之一。
10.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述外周的第二部分包括配置成机械紧固到另一个腹板组件的凸缘。
11.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于限定通过金属板构件中央部分的开口。
12.根据权利要求11所述的腹板组件，其特征在于围绕开口限定凸缘。
13.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述金属板构件具有弯曲的配置。
14.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述金属板构件具有弯曲的外周。
15.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起的每个突起在配置上是大致一致的。
16.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起以对应于外周的所述部分的模式布置。
17.根据权利要求1所述的腹板组件，其特征在于所述多个突起的每个突起距离外周所述部分的边缘是大致等距离的。
18.腹板组件的制造方法，腹板组件适于与卡扣配合组合件一起使用，所述方法包括：
以预定的模式切割金属板构件以便形成外周；以及
邻近外周的一部分形成多个突起，多个突起以交替的模式从腹板组件的相对侧突出。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于形成所述多个突起包括下述之一：将所述多个突起冲压或铆窝到腹板组件内以及将所述多个突起冷轧到腹板组件内。
20.腹板组件，其适于与卡扣配合组合件一起使用，所述腹板组件包括：
金属板构件，其具有外周、第一侧和第二侧，金属板构件包括多个突起，所述多个突起从所述第一侧的第一表面和从所述第二侧的第二表面延伸，所述多个突起邻近外周的一部分设置，且配置成接合与所述卡扣配合组合件相关联的母接收器；
其中所述多个突起的每个突起在第一表面和第二表面之间交替以及所述多个突起以基本上连续和不间断的模式沿着外周的所述部分设置，限定通过金属板构件中央部分的开口，围绕开口限定凸缘，所述多个突起的每个突起在配置上是大致一致的，所述多个突起以对应于外周所述部分的模式布置，以及所述多个突起的每个突起距离外周所述部分的边缘是大致等距离的。
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