CN104417749A - 飞行器结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可移动地安装在飞行器(400)的外部上的飞行器结构(401、402)，该飞行器结构是包括结构部件(100)和空气动力表面部件(200、300)的空气动力结构，该结构部件向飞行器结构提供结构上的强度和刚度，该结构部件包括用于将空气动力结构可移动地安装至飞行器外部的一体式固定件(116、117)以及用于附接至致动器的一体式固定件(115)，该致动器用于对飞行器结构相对于飞行器的运动进行致动，该空气动力表面部件附接至该结构部件的一侧，该空气动力表面部件提供飞行器结构的空气动力外表面。本发明还涉及一种制造方法。

Description

飞行器结构及制造方法

背景技术

本发明涉及飞行器结构及制造方法。更为具体地但非排他性地，本发明涉及一种用于可移动地安装在飞行器的外部上的飞行器结构，该飞行器结构是空气动力结构。本发明还涉及一种具有多个这种飞行器结构的飞行器以及制造该飞行器结构的方法。

可移动的空气动力飞行器结构——比如扰流板、襟翼、缝翼、副翼、升降舵以及方向舵——制造特别地昂贵。对于扰流板的情况——其中飞行器上的每个扰流板均具有略微不同的形状——尤其是这样，这需要不同的工具来制造每个扰流板以及接触面部件。这导致了需要非常大量的定做零件。例如，常规的单过道飞行器可以具有10个扰流板(每个机翼上有5个扰流板)。由于这么大量的定做零件，制造过程通常主要是人工的以使所需的初始工具最少化。这增加了制造这些零件的续生成本。这些扰流板包括夹在两个碳纤维片状件之间的蜂窝状结构。

尽管已经考虑到使用尺寸和形状相同的扰流板，但已经发现这会过度损害空气动力性能。

本发明设法缓解上述问题。替代性地或附加性地，本发明设法提供改进的飞行器结构和/或制造方法。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了制造第一飞行器空气动力结构和第二飞行器空气动力结构的方法，该方法包括下述步骤：制造第一结构部件和第二结构部件，其中，第一结构部件是使用尺寸和形状与第二结构部件的尺寸和形状大致相同的工具制造的；制造第一空气动力表面部件和第二空气动力表面部件，其中，第一空气动力表面部件是使用尺寸和形状与第二空气动力表面部件的尺寸和形状不同的工具制造的；将第一结构部件附接至第一空气动力表面部件从而形成第一飞行器空气动力结构；以及将第二结构部件附接至第二空气动力表面部件从而形成第二飞行器空气动力结构。

在本发明的上下文中，空气动力飞行器结构是具有如下空气动力表面的结构，该空气动力表面设计成移动以影响由飞行器所经受的空气动力载荷从而影响飞行器的速率(速度和/或方向)。这种空气动力飞行器结构通常安装在飞行器的机翼上或者水平尾翼上。

在此方法中，该结构部件可以用相同的工具制成并且例如可以用于飞行器上的每个扰流板。具有提供空气动力表面的单独部件意味着由于不同的空气动力表面部件可以用于每个扰流板，因此空气动力性能不被损害。

根据第二方面，本发明提供了用于可移动地安装在飞行器的外部上的飞行器结构，该飞行器结构是包括结构部件和空气动力表面部件的空气动力结构，该结构部件向飞行器结构提供结构上的强度和刚度，该结构部件包括用于将空气动力结构可移动地安装至飞行器外部的一体式固定件、以及附接至致动器的一体式固定件，该致动器用于对飞行器结构相对于飞行器的运动进行致动，该空气动力表面部件附接至结构部件的一侧，该空气动力表面部件提供飞行器结构的空气动力外表面。

在本发明的上下文中，空气动力外表面是在飞行期间当展开时暴露于气流的表面。

在本发明的上下文中，术语“一体式”意味着一旦成形(例如，固化)该部分是永久相同的部分。不意味着其是使用例如机械紧固件固定的部分。

具有向飞行器结构提供强度和刚度的结构部件允许相同的结构部件用于多个飞行器结构中的每个飞行器结构。例如，具有相同尺寸和形状的结构部件(并且因此可以使用相同的工具制造)可以用于飞行器上的每个扰流板。具有提供空气动力表面的单独部件意味着由于不同的空气动力表面部件能够用于每个扰流板，因此空气动力性能不被损害。

优选地，该结构部件提供空气动力结构的绝大部分的结构上的强度和刚度，并且其中由空气动力表面部件提供的结构上的强度和刚度是极少的。

优选地，该飞行器结构是扰流板、襟翼、缝翼、副翼、升降舵或方向舵。更优选地，该飞行器结构是扰流板。

优选地，空气动力表面部件通过锁定特征附接至该结构部件。这些锁定特征可以是“卡扣”偏置凸部的形式。替代性地或附加性地，空气动力表面部件可以用传统的机械紧固件、比如螺栓或铆钉附接至结构部件。

优选地，空气动力表面部件的面积大于结构部件的面积，使得结构部件大致上被空气动力表面部件覆盖。这意味着结构部件不需要特定的空气动力特性。

优选地，该结构部件的面积大致上由具有内部加劲元件(stiffeningelement)的框架结构限定。

优选地，该空气动力表面部件具有与空气动力外表面相反的配合表面，配合表面在其上具有与结构部件的框架结构相对应的接触面图案(interface pattern)。这允许在制造期间空气动力表面部件易于与结构部件对齐。接触面图案可以共同固化或共同模制至空气动力表面部件。

优选地，安装固定件在框架的外部，并且延伸超过空气动力表面部件使得其未被空气动力表面部件覆盖。这允许将飞行器结构安装至飞行器而不影响空气动力表面。

优选地，结构部件的致动器固定件是框架结构的内部部分。这允许由致动器施加的力围绕结构部件均匀地分布，从而使结构部件在结构上更有效。

优选地，结构部件还包括位于框架结构的相对于空气动力表面部件的另一侧上的片状元件。这为结构部件提供了额外刚度。

替代性地，第二空气动力表面部件可以放置在结构部件的所述另一侧上。这导致具有两个相反空气动力表面的飞行器结构。例如，这可以用于作为方向舵的飞行器结构。

优选地，结构部件和/或空气动力表面部件由合成复合材料、比如碳或玻璃纤维复合材料制成。替代性地，结构部件和/或空气动力表面部件可以是金属的。例如，结构部件可以是铸造或锻造的，而空气动力表面部件可以是机加工的片状金属。

根据本发明的第三方面，还提供了一种用于可移动地安装在飞行器的外部上的飞行器结构，该飞行器结构是包括片状部件和非片状部件的空气动力结构，该片状部件由在树脂基体中包括单向纤维的合成复合材料制成，该非片状部件由在树脂基体中包括切断的长纤维的合成复合材料制成。

具有由在树脂基体中包括单向纤维的合成复合材料制成的片状部件和由在树脂基体中包括切断的长纤维的合成复合材料制成的非片状部件允许低成本制造过程而不损害这些部件的结构性能。切断的长纤维可以容易地操纵成非片状部件的复杂模制形状，而单向纤维可以容易地用于形成片状部件。

优选地，片状部件和非片状部件结合在一起、优选地共同固化在一起。

优选地，片状部件是以上关于本发明第二方面提到的空气动力表面部件或片状元件。

优选地，非片状部件是以上关于本发明第二方面提到的结构部件。

优选地，非片状部件是具有内部加劲元件的框架结构。

优选地，该结构用于枢转地安装在飞行器的外部上。

优选地，该结构是飞行器的扰流板、缝翼、襟翼、升降舵、副翼或方向舵。

根据本发明的第四方面，还提供了如上所述的多个飞行器结构，其中，结构部件的尺寸和形状大致相同，并且其中，空气动力表面部件的尺寸或形状大致不同。具有尺寸和形状大致相同的结构部件允许其由单个、相同的模具制成。具有尺寸和形状大致不同的空气动力表面部件允许其被制成任何所需的空气动力形状而不损害空气动力性能。

根据本发明的第五方面，还提供了如上所述的多个飞行器结构，其中，非片状部件的尺寸和形状大致相同，并且其中，片状部件的尺寸和形状大致不同。具有尺寸和形状大致相同的非片状部件允许其由单个、相同的模具制成。具有尺寸和形状大致不同的片状部件允许其被制成任何所需的空气动力形状。

根据本发明的第六方面，还提供了包括如上所述的多个飞行器结构的飞行器。

根据本发明的第七方面，还提供了制造如上所述的多个飞行器结构或飞行器的方法，该方法包括下述步骤：使用尺寸和形状大致相同的工具制造多个结构部件，以及使用尺寸和形状大致不同的工具制造多个空气动力表面。

根据本发明的第八方面，还提供了制造如上所述的多个飞行器结构或飞行器的方法，该方法包括下述步骤：使用尺寸和形状大致相同的工具制造多个非片状部件，以及使用尺寸和形状大致不同的工具制造多个片状部件。

根据本发明的第九方面，还提供了制造空气动力飞行器结构的方法，空气动力飞行器结构用于可移动地安装在飞行器的外部上，该方法包括下述步骤：制造结构部件，其中，该结构部件包括用于将空气动力结构可移动地安装至飞行器外部的一体式固定件、以及附接至致动器的一体式固定件，该致动器用于对飞行器结构相对于飞行器的运动进行致动；以及制造空气动力表面部件并且将空气动力表面部件附接至结构部件的一侧。

根据本发明的第十方面，还提供了制造空气动力飞行器结构的方法，空气动力飞行器结构用于可移动地安装在飞行器的外部上，该方法包括下述步骤：由在树脂基体中包括单向纤维的合成复合材料制造片状部件；由在树脂基体中包括切断的长纤维的合成复合材料制造非片状部件。

当然，将会理解的是，关于本发明一方面所描述的特征可结合到本发明的其他方面中。例如，本发明的方法可结合参照本发明的装置所描述的特征中的任何特征，并且本发明的装置可结合参照本发明的方法所描述的特征中的任何特征。

附图说明

现在将参照所附的示意图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式：

图1示出根据本发明第一实施方式或第二实施方式的用于飞行器结构的一部分的通用结构模块的立体图；

图2a示出根据本发明第一实施方式的用于飞行器结构的一部分的表面部件的立体图；

图2b示出根据本发明第二实施方式的用于飞行器结构的一部分的表面部件的立体图；以及

图3a示出图2a的表面部件的侧视图；

图3b示出图2b的表面部件的侧视图；

图4示出表面部件中的一个表面部件与通用结构模块之间的连接的侧视图；以及

图5示出包括多种飞行器结构的飞行器的平面图。

具体实施方式

图1示出用于扰流板的一部分的通用结构模块100的立体图。该通用结构模块100意在用于飞行器上的全部扰流板，其中，每个扰流板具有附接至通用结构模块100的不同表面部件(稍后描述)。

通用结构模块100包括具有两条短边103、105和两条长边102、104的矩形箱型框架101。在箱型框架101内侧沿着长边102中一个长边的中部设置有半圆形框架106。

设置有从半圆形框架106向外呈辐射状地伸展至箱型框架101的边103、边104、边105内侧的六个支杆107、108、109、110、111、112。第一支杆107延伸至沿着短边105的大约中间处，第二支杆108延伸至短边105与长边104的拐角，第三支杆109延伸至自长边104与短边105的拐角起沿着长边104长度的大约四分之一路径处，第四支杆110延伸至自长边104与短边105的拐角起沿着长边104长度的大约四分之三路径处(换句话说，自长边104与短边103的拐角起沿着长边104长度的大约四分之一路径处)，第五支杆111延伸至短边103与长边104的拐角，并且第六支杆112延伸至沿着短边103的大约中间处。

在通用结构模块100的上表面上设置有用于附接至表面部件的下述多种附接凸部：位于短边105与长边102的拐角和半圆形框架106的一条边与长边102的交会处之间的中间处的附接凸部119a；位于短边105与长边102的拐角和短边105与支杆107的交会处之间的中间处的附接凸部119b；位于短边105与支杆107的交会处和短边105与长边104的拐角之间的中间处的附接凸部119c；位于短边105与长边104的拐角和长边104与支杆109的交会处之间的中间处的附接凸部119d；位于长边104与支杆109的交会处和支杆110之间的中间处的附接凸部119e；位于短边103与长边104的拐角和长边104与支杆110的交会处之间的中间处的附接凸部119f；位于短边103与长边104的拐角和短边103与支杆112的交会处之间的中间处的附接凸部119g；位于短边103与长边102的拐角和短边103与支杆112的交会处之间的中间处的附接凸部119h；以及位于短边103与长边102的拐角和半圆形框架106的另一条边与长边102的交会处之间的中间处的附接凸部119i。

这些附接凸部119中的每个附接凸部均具有面向内的凸起，用于与表面部件上相应的锁定凸部锁定(如可以在图4中看到的)。

在半圆形框架内部，离长边104最远的一条边上设置有为两个凸耳形式的致动器固定件115，这两个凸耳具有穿过这两个凸耳的孔。这允许致动器(未示出)枢转地安装至通用结构模块100。

在箱型框架101的外部，在长边104的外侧邻近半圆形框架106的交会处设置有两个安装固定件116、117。这些固定件116、117各自包括两个凸耳，这两个凸耳具有穿过这两个凸耳的孔。这允许通用结构模块100枢转地安装至飞行器机翼(未示出)。

设置有两个下拉连杆113、114，在长边104的每个外部拐角处均定位有一个下拉连杆。当被收起时，这些连杆113、114将扰流板的端部锁定到位。这确保了当被收起时，扰流板随飞行器机翼弯曲。

最后，在通用结构模块100的下侧上的是延伸横过箱型框架101区域的片状件118。该片状件118赋予通用结构模块100结构上的强度和刚度。

因此，通用结构模块100包括非片状部件(下拉连杆113、114、致动器固定件115、安装固定件116、117、箱型框架101、半圆形框架106、六个支杆107、108、109、110、111、112、以及附接凸部119)和片状部件118。

非片状部件由碳纤维切断的长纤维(又称不连续的长纤维)的碳纤维在树脂基体中制成。这些纤维随机取向，并且这些纤维(30mm至100mm长)的相对较短性质提供内部刚度的同时仍然具有高的适型性，其中铺叠成型是相对具有挑战性的。取代必须进行铺叠成型，可以使用共同冲压或共同注塑成型来形成非片状部件。

片状部件118由单向碳纤维在树脂基体中制成。由于简单的片状部件不需要高的适型性，具有单向的纤维使得片状部件118更易于制造，其为平的且铺叠相对简单。

在通用结构模块100的制造期间，非片状部件与片状部件被铺叠并且被共同固化在一起从而形成一体式模块100。

图2a和图3a示出用于附接至通用结构模块100从而形成第一扰流板的表面部件200的图示。

表面部件200包括具有外部宽度205和外部长度204的轮廓片。该轮廓片具有轮廓厚度以提供扰流板的所期望的外部空气动力表面207，如图3a中可以看到的。轮廓厚度适应扰流板所期望的外部翼型及曲率上的差异。

表面部件在其内侧具有与通用结构模块100的箱型框架101和支杆107至支杆112相对应的接触面图案201。该接触面图案具有宽度203和长度202。这在图案的任一边上留出额外宽度206。

接触面图案也包括与通用结构模块100上的附接凸部119a至119i的位置相对应的锁定凸部208a至208i。锁定凸部208和附接凸部119利用弹性倒钩锁定到位，如图4所示。

表面部件200的厚度的主要部分由单向碳纤维在树脂基体中制成。由于简单的片状部件不需要高适型性，因此具有单向的纤维使得表面部件200更易于制造。接触面图案201优选地由与下层复合材料相容的切断的长纤维材料或增韧树脂通过共同冲压或共同模制而被添加。

图2b与图3b示出了用于附接至通用结构模块100从而形成第二扰流板的表面部件300的图示。

表面部件300包括具有外部宽度305和外部长度304的轮廓片。这些尺寸304、305大于表面部件200的对应尺寸。该轮廓片具有轮廓厚度以提供扰流板的所期望的外部空气动力表面307，如图3b中可以看到的。轮廓厚度适应扰流板所需的外部翼型及曲率上的差异。再者，这个厚度大于表面部件200的对应厚度。

表面部件在其内侧具有与通用结构模块100的箱型框架101和支杆107至112相对应的接触面图案301(与表面部件200上的接触面图案201相同)。该接触面图案具有宽度303和长度302(与表面部件200上的图案的宽度203和长度202相同)。这在图案的任一侧上留出额外宽度306。该额外宽度大于表面部件200上的额外宽度206。

接触面图案还包括与通用结构模块100上的附接凸部119a至119i的位置相对应的锁定凸部308a至308i。锁定凸部308和附接凸部119利用弹性倒钩锁定到位，如图4所示。

表面部件300的厚度的主要部分由单向碳纤维在树脂基体中制成。由于简单的片状部件不需要高适型性，因此具有单向的纤维使得表面部件300更易于制造。接触面图案301优选地由与下层复合材料相容的切断的长纤维材料或增韧树脂通过共同冲压或共同模制而被添加。

在制造期间，使用相同的工具制造通用结构模块100以产生所需数量的大致相同的通用结构模块100。还产生表面部件200、300(以及未在此描述的其它部件)，并且表面部件200、300通过偏置到附接凸部119中的锁定凸部208、308而附接至每个通用结构模块100。锁定凸部208、308是接触面图案201、301上的共同冲压或共同模制的特征。具有锁定凸部208、308消除了对装配夹具的需要并且减少了所需的传统机械紧固件的数目，并且因此降低了制造扰流板的成本。

将表面部件200、300附接至通用结构模块100形成了完整的扰流板401、402。这些扰流板401、402然后通过使用安装固定件116、117而附接至飞行器机翼并且通过致动器固定件115附接至致动器。这些扰流板401、402还通过下拉连杆113、114附接至机翼。图5示出包括多个飞行器结构的飞行器400的平面图，这些飞行器结构包括扰流板401(包括附接至通用结构模块100的表面部件200)以及扰流板402(包括附接至通用结构模块100的表面部件300)。

在使用期间，扰流板401、402通过枢转的安装固定件116、117相对于飞行器机翼枢转。扰流板401、402通过附接至致动器固定件115的致动器而被移动。

尽管参照特定实施方式描述和说明了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解到，本发明适于进行本文没有具体说明的许多不同变型。现在将仅通过示例的方式描述某些可能的变型。

在以上的描述中，通用结构模块100(包括片状部件和非片状部件)以及表面部件200、300由碳纤维复合材料制造。其可以是热固性或热塑性的碳纤维增强塑料。作为替代，热固性或热塑性的碳纤维增强塑料可以用于这些部件中的一个或多个部件。作为另一替代，这些部件中的一个或多个部件可替代为金属的，例如，由铝合金制成。

在前面的描述中，如果提及了具有已知的、明显的或可预知的等同替代的整体或元件，则这些等同替代如同单独阐述地一样结合于本文中。应该参照用于确定本发明真正范围的权利要求书，该范围应该解释成涵盖任何这样的等同替代。读者还将理解，本发明的被描述成优选的、有利的、方便的等的整体或特征都是可选的，并且它们并不限制独立权利要求的范围。此外，应当理解的是，这种可选的整体或特征尽管在本发明的一些实施方式中是可能有益的，但在其它实施方式中可能是不理想的并且因此可能不存在。

Claims (20)

1.一种制造第一飞行器空气动力结构和第二飞行器空气动力结构的方法，所述方法包括下述步骤：

-制造第一结构部件和第二结构部件，其中，所述第一结构部件是使用尺寸和形状与第二结构部件的尺寸和形状大致相同的工具制造的；

-制造第一空气动力表面部件和第二空气动力表面部件，其中，所述第一空气动力表面部件是使用尺寸和形状与第二空气动力表面部件的尺寸和形状不同的工具制造的；

-将所述第一结构部件附接至所述第一空气动力表面部件从而形成所述第一飞行器空气动力结构；以及

-将所述第二结构部件附接至所述第二空气动力表面部件从而形成所述第二飞行器空气动力结构。

2.一种用于可移动地安装在飞行器的外部上的飞行器结构，所述飞行器结构是包括下述部件的空气动力结构：

-结构部件，所述结构部件向所述飞行器结构提供结构上的强度和刚度，所述结构部件包括：

○用于将所述空气动力结构可移动地安装至所述飞行器外部的一体式固定件，以及

○用于附接至致动器的一体式固定件，所述致动器用于对所述飞行器结构相对于所述飞行器的运动进行致动，

以及

-空气动力表面部件，所述空气动力表面部件附接至所述结构部件的一侧，所述空气动力表面部件提供所述飞行器结构的空气动力外表面。

3.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述空气动力表面部件通过锁定特征附接至所述结构部件。

4.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述空气动力表面部件的面积大于所述结构部件的面积，使得所述结构部件大致上被所述空气动力表面部件覆盖。

5.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述结构部件的面积大致由具有内部加劲元件的框架结构限定。

6.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述空气动力表面部件具有与所述空气动力外表面相反的配合表面，所述配合表面在所述配合表面上具有与所述结构部件的框架结构相对应的接触面图案。

7.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述结构部件和/或所述空气动力表面部件由合成复合材料、比如碳纤维复合材料制成。

8.一种用于可移动地安装在飞行器的外部上的飞行器结构，所述飞行器结构是包括下述部件的空气动力结构：

-片状部件，所述片状部件由在树脂基体中包括单向纤维的合成复合材料制成，以及

-非片状部件，所述非片状部件由在树脂基体中包括切断的长纤维的合成复合材料制成。

9.根据权利要求8所述的飞行器结构，其中，所述片状部件和所述非片状部件结合在一起、优选地共同固化在一起。

10.根据权利要求8所述的飞行器结构，其中，所述片状部件是权利要求2中的所述空气动力表面部件，或者是位于所述框架结构的相对于所述空气动力表面部件的另一侧上的片状元件。

11.根据权利要求8所述的飞行器结构，其中，所述非片状部件是权利要求2中的所述结构部件。

12.根据权利要求8所述的飞行器结构，其中所述非片状部件是具有内部加劲元件的框架结构。

13.根据权利要求2所述的飞行器结构，其中，所述结构用于枢转地安装在所述飞行器的外部上。

14.根据权利要求2所述的多个飞行器结构，其中，所述结构部件具有大致相同的尺寸和形状，并且其中，所述空气动力表面部件具有大致不同的尺寸或形状。

15.根据权利要求8所述的多个飞行器结构，其中，所述非片状部件具有大致相同的尺寸和形状，并且其中，所述片状部件具有大致不同的尺寸和形状。

16.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求14或15所述的多个飞行器结构。

17.一种制造根据权利要求14所述的多个飞行器结构或飞行器的方法，所述方法包括下述步骤：

-使用尺寸和形状大致相同的工具制造多个结构部件，以及

-使用尺寸和形状不同的工具制造多个空气动力表面部件。

18.一种制造根据权利要求15所述的多个飞行器结构或飞行器的方法，所述方法包括下述步骤：

-使用尺寸和形状大致相同的工具制造多个非片状部件，以及

-使用尺寸和形状不同的工具制造多个片状部件。

19.一种制造空气动力飞行器结构的方法，所述空气动力飞行器结构用于可移动地安装在飞行器的外部上，所述方法包括下述步骤：

-制造结构部件，所述结构部件包括用于将所述空气动力结构可移动地安装至所述飞行器外部的一体式固定件、以及用于附接至致动器的一体式固定件，所述致动器用于对所述飞行器结构相对于所述飞行器的运动进行致动，以及

-制造空气动力表面部件，并且将所述空气动力表面部件附接至所述结构部件的一侧。

20.一种制造空气动力飞行器结构的方法，所述空气动力飞行器结构用于可移动地安装在飞行器的外部上，所述方法包括下述步骤：

-由在树脂基体中包括单向纤维的合成复合材料制造片状部件，以及

-由在树脂基体中包括切断的长纤维的合成复合材料制造非片状部件。