CN105438438A - 复合材料的机翼边缘附接及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了复合材料的机翼边缘附接及方法。飞机机翼的复合边缘包括复合材料机翼翼盒蒙皮板，在附接区域中附接至外部机翼翼梁，和复合材料斜面，在复合材料机翼翼盒蒙皮板上并且与复合材料机翼翼盒蒙皮板共同固化。复合材料斜面具有近端和远端，具有外悬边缘，在附接区域中具有的基本上恒定的厚度和层数。复合材料斜面在远端处具有最大斜面厚度，远端设置在外悬边缘的后面，限定外悬边缘上的肩部。复合材料机翼边缘蒙皮板，具有基本上等于最大斜面厚度的厚度，在肩部并邻近于斜面的远端附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板。

Description

复合材料的机翼边缘附接及方法

技术领域

本公开内容总体涉及飞机机翼构造。更具体地，本公开内容提供用于附接飞机机翼(特别是复合材料的机翼结构)的固定前缘和后缘的系统和方法。

背景技术

近年来，飞机制造公司已经研发了大量使用碳纤维复合材料等(“复合材料”或者“CFCM”)(诸如石墨/环氧和碳纤维增强塑料(“CFRP”))的飞机设计和飞机制造方法。复合材料明显比传统的飞机材料(例如，铝、钛、钢和这些的合金)轻，并且可以提供轻重量和高强度，允许更轻的、更节能高效的飞机。在一些新飞机中，例如，主要结构(包括机身和机翼)的大部分由复合材料制成。一些新飞机可以是以体积计约80％的复合材料。

因为复合材料具有与一些传统的飞机材料不同的特性，所以已发展新设备、装备和处理方法。这包括机翼结构的制造方法。飞机的典型机翼结构包括从机翼的根部延伸至翼梢的一个或多个主翼梁。这些机翼翼梁通常从机翼的根部至机翼的梢部成锥形，并且沿着它们的长度附接有多个翼肋。这些翼肋包括内部翼肋，其位于主翼梁与前缘翼肋和后缘翼肋之间。翼肋通常定位为垂直于机翼翼梁，并且在每个翼肋位置处与机翼翼梁一起限定出与机翼的截面形状对应的轮廓。

附接至机翼翼肋的是提供机翼的完整形状和空气动力学轮廓的蒙皮板。机翼结构的从前主翼梁至后主翼梁的部分被称为机翼翼盒。在复合材料的飞机中，覆盖机翼翼盒的机翼蒙皮板通常比用于前缘或者后缘的蒙皮板厚得多。然而，机翼边缘蒙皮板附接至机翼翼盒板。在飞机于机翼的前缘上具有可移动的缝翼的情况下，固定前缘板沿着缝翼之下的前缘附接至机翼。

为了提供复合材料飞机机翼中的复合材料固定边缘蒙皮板的合适连接和接合，已发展各种连接方法。一些现行的方法使用诸如接合带、啮合板、摆动板或二次粘结填料的手段来促使该接合。这些做起来可能是重的、复杂的并且昂贵的。这个问题的一些方法为了确保接合的完整性而增加额外的处理步骤。

本公开内容旨在针对以上问题的一个或多个。

发明内容

根据本申请的一个方面，本申请公开了飞机机翼的复合材料边缘，包括复合材料机翼翼盒蒙皮板，在附接区域中附接至外部机翼翼梁；以及复合材料斜面，在复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面上并且与复合材料机翼翼盒蒙皮板共同固化。复合材料机翼翼盒蒙皮板在附接区域中具有外悬边缘，具有基本上恒定的厚度和层数。复合材料斜面在远端处具有最大斜面厚度，远端设置在外悬边缘后面，在外悬边缘上限定肩部。复合材料机翼边缘蒙皮板具有基本上等于最大斜面厚度的厚度，并在肩部附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板并邻近于斜面的远端。

根据本申请的另一方面，本申请公开了用于复合材料飞机机翼的固定机翼边缘连接，包括整体肩部，在复合材料机翼翼盒蒙皮板的边缘处悬于附接区域中的外部机翼翼梁外部，肩部由边缘处的复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面和锥形的基本上垂直厚端限定；以及复合材料机翼边缘蒙皮板，附接至邻近于锥形的厚端的肩部。复合材料机翼翼盒蒙皮板在附接区域中具有基本上恒定的厚度和基本上恒定的层数，锥形的厚端设置在边缘的后面，锥形包括与附接区域中的机翼翼盒蒙皮板的外表面共同固化的锥形板层。复合材料机翼边缘蒙皮板具有的厚度基本上等于锥形的厚端的厚度。

根据本申请的又一个方面，本申请公开了用于附接复合材料飞机机翼的固定边缘的方法。该方法包括形成复合材料机翼翼盒蒙皮板，其具有基本上恒定的板层的基部厚度和共同固化的锥形板层的增厚的边缘区域，通过以阶梯式后退(setback，后面)的方式形成共同固化的锥形板层，在边缘区域上形成整体肩部，肩部具有基本上等于基本上恒定的板层的基部厚度的厚度，将机翼翼盒蒙皮板附接至飞机机翼的外部翼梁，肩部外悬于外部翼梁，并且将复合材料机翼边缘蒙皮板附接至肩部。

附图说明

图1是由复合材料构造的飞机的立体图。

图2是图1的飞机的机翼的立体图，示出内部机翼结构和前缘和后缘。

图3是图2的机翼的单个前向前缘翼肋组件的立体图。

图4是飞机的机翼的现有技术前缘的截面图，该飞机具有复合材料蒙皮构造和由可移动机翼缝翼覆盖的固定前缘。

图5是用于在远离前向前缘翼肋的位置处附接复合材料机翼的固定前缘蒙皮板的现有技术方法的特写截面图。

图6是根据本公开内容的具有复合材料构造的飞机的机翼的前缘的截面图，其结合了固定前缘附接的实施方式。

图7是图6的上部固定前缘附接位置的特写截面图。

图8是图6的上部固定前缘附接位置的特写截面图，示出紧固件及其他特征。

图9A是与固定前缘蒙皮板邻接对准的现有技术机翼翼盒蒙皮板的截面图，示出蒙皮轮廓的对准。

图9B是示出机翼翼盒蒙皮板的远端部分的假设的偏差的截面图，以允许本文公开的固定机翼边缘附接的完成的轮廓具有基本上与图9A的现有技术邻接关系相同的轮廓。

图9C是示出偏斜的机翼翼盒蒙皮板的截面图，前缘蒙皮板与斜面部分附接并对准。

图10是根据本公开内容的下固定前缘附接构造的实施方式的截面图。

图11是下固定前缘附接构造的一个实施方式的特写截面图。

图12是容纳可移除板的下固定前缘附接构造的另一个实施方式的特写截面图。

图13是容纳可移除板的下固定前缘附接构造的另一个实施方式的特写截面图。

图14是复合构造的机翼的后缘的截面图，上固定机翼边缘附接及下固定机翼边缘附接根据本公开内容构造。

图15是根据本公开内容的上固定后缘附接的实施方式的特写截面图。

图16是飞机制造和保养方法的流程图。

图17是飞机的框图。

虽然本公开内容易受各种修改和替换形式的影响，但是具体实施方式通过示例在附图中示出，并在下文中将进行详细描述。然而，应理解，本公开内容不旨在限于所公开的特定形式。相反，目的是涵盖落入由所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围内的所有修改、等效物和替代。

具体实施方式

参考图1，常规飞机100通常包括机身102、与机身102附接的机翼104、及包括垂直尾翼108和水平尾翼110的尾部结构106。机翼可以包括沿着其后缘116的副翼112和襟翼114以用于辅助低速飞行，并且机翼104的前缘118可以包括可移动的缝翼120以用于在起飞期间增加升力。飞机100还包括引擎122，在这种情况下，装配至机翼104，用于提供用于飞行的推力。

如在图1中示出的飞机传统地使用钢、铝及其他金属材料构造飞机机架和蒙皮。然而，近年来，复合材料和相关联的构造技术得到发展，其允许飞机的生产使用诸如碳纤维复合物的材料用于飞机机架和蒙皮的大部分。复合材料坚固并且重量轻，并允许飞机的构造显著比它们的传统构造的相应件轻，提供效率、有效负载能力和性能方面的改进。

虽然除了在图1中示出的构造，还使用和/或提出各种飞机构造，诸如多机翼、多机身和飞翼构造，但是所有固定机翼飞机包括至少一个主机翼。在图2中示出的是图1的飞机100的机翼104的透视图。无论飞机是由传统的钢和铝部件还是复合材料部件构造，机翼的结构通常如图2中所示。机翼104具有前缘118和后缘116、上翼蒙皮124和下翼蒙皮126(图4)。机翼104包括一个或多个主翼梁(通常128)，其通常从翼根130横越地延伸至翼梢132，其中，翼梁128将机翼结构附接至机身(图1中的102)。在图2中示出的机翼104包括两个主翼梁128，最接近机翼的前缘118的前向主翼梁128a和最接近机翼104的后缘116的尾部主翼梁128b。通常从机翼的前缘至机翼的后缘横越地附接至机翼翼梁128的是一系列机翼翼肋134。这些翼肋134向机翼104提供强度并且给出机翼其翼面形状。机翼蒙皮124、126直接附接至翼肋134，并且也可以直接附接至主翼梁128。

为了向机架提供结构强度，主翼梁128通常尽可能长的制成，并且从机翼104的下蒙皮126延伸至上蒙皮124。因此，翼肋134通常包括多个部分，包括前缘翼肋部分134a、一个或多个内部翼肋部分134b、及后缘翼肋部分134c。图3示出的是前缘翼肋部分134a的特写立体图，其沿着前向主翼梁128a的正面136附接，并且限定机翼凸头形状。在图4中示出完整的前缘机翼装配的截面图。图4的视图是用于相对大型飞机的复合构造的机翼104的前缘118。前缘118可以称为复合边缘或者复合材料机翼边缘。机翼104通常包括固定的机翼部分138和可移动的前向机翼缝翼120。图4示出前向主翼梁128a、内部翼肋部分134b及前缘翼肋部分134a。固定的机翼部分138可以在概念上划分为机翼翼盒部分140和前缘部分142，其中，机翼翼盒部分140包括前向主翼梁128a及其结构尾部，而前缘部分142包括前向主翼梁128a的前向结构。

在机翼翼盒部分140中，机翼结构包括分别在机翼104的顶部和底部上的上复合材料机翼翼盒蒙皮板124和下复合材料机翼翼盒蒙皮板126。这些机翼翼盒蒙皮板124、126附接至翼肋134和主翼梁128a，并且还附接至通常平行于主翼梁128a布置的纵梁或者桁条144。主翼梁128a的前方是前缘蒙皮板146，前缘蒙皮板146围绕由前缘翼肋部分134a支撑的机翼104的凸头成曲形。前缘蒙皮板146可以包括重量轻的蜂窝芯，帮助为该板提供额外的强度。

如上所述，复合材料机翼/尾翼翼盒板通常比与其邻接的前缘板(或后缘板)厚得多。例如，如在图4至图6中可以看出，机翼翼盒蒙皮板124、126比前缘蒙皮板146厚约十倍。这是因为施加在形成机架的主承载结构的一部分的机翼翼盒蒙皮板124、126上更大的结构负荷，并且因为前缘蒙皮板146的弯曲，自然相对于其厚度增加了其强度。

为了促进相对薄的前(或后)缘蒙皮板146与机翼翼盒蒙皮板124、126之间的接合，现有设计使用各种设备，诸如接合带、啮合板、摆动板和二次粘结填料。图5中示出的是用于在远离前向前缘翼肋的位置处附接复合材料机翼104的固定前缘蒙皮板146的现有结构的特写截面图。机翼翼盒蒙皮板124未直接连接至机翼前缘蒙皮板146。替代地，机翼翼盒蒙皮板124附接至前向主翼梁128a，并与翼梁128a外悬一定距离。其中具有阶梯(joggle)150的接合带148利用紧固件152附接至机翼翼盒蒙皮板124，并且还利用紧固件154附接至前缘蒙皮板146。接合带148的几何形状旨在弥补机翼翼盒蒙皮板124与前缘蒙皮板146之间在厚度上的差值。

图5的构造具有许多部件，包括接合带148和紧固件152、154，潜在增加飞机的重量(因为接合带148通常由金属制成)和用于安装的劳动力。该构造在装配期间还可能涉及额外的劳动和垫片等的使用以确保机翼翼盒蒙皮板124和机翼前缘蒙皮板146的适当的对准和前缘缝翼的适当的空气动力学流线面。

如本文中公开的，已发展通过允许机翼/尾翼和边缘的板直接彼此附接来减小用于复合材料固定机翼边缘附接的部件数的系统和方法。这使固定前缘结构和后缘结构能够直接附接至复合材料机翼和尾翼翼盒，无需使用接合带、啮合板、摆动板或者二次粘结填料。这样在减小接合处的易变性的同时减少部件的数量、重量和成本。易变性的减小还可以有助于减小的填隙和空气动力学的不整齐的可能性减小以用于改进的性能。

图6示出的是具有复合构造(类似在图1和图2中示出的飞机100和机翼104)的飞机的机翼200的前缘的截面图，结合了根据本公开内容的固定前缘附接的实施方式。该前缘200也可以称为复合边缘或者复合材料机翼边缘。图7示出的是该固定前缘附接的特写截面图，而图8提供示出紧固件及其他特征的该附接的特写截面图。机翼200通常包括固定机翼部分202和可移动前向机翼缝翼204，图6中示出可移动前向机翼缝翼204的收起位置。机翼200的上复合材料机翼翼盒蒙皮板206及下复合材料机翼翼盒蒙皮板208分别利用紧固件214，诸如埋头的钛或者合金钢紧固件附接至内部翼肋部分210b和前向主翼梁212a。固定前缘蒙皮板216围绕机翼200的凸头弯曲，由前缘翼肋部分210a支撑并且也直接在其近端217处附接至机翼翼盒蒙皮板206、208。前缘蒙皮板216可以包括重量轻的蜂窝芯，帮助提供该板额外的强度。

本文示出的复合材料机翼边缘蒙皮板附接构造可以用于机翼的前缘或者后缘的任一个。在任一前缘或者后缘实施方式中，复合材料机翼翼盒蒙皮板206、208在附接区域218利用外悬部分220附接至外部的机翼翼梁(即，前向主翼梁或尾部主翼梁)。附接区域218是机翼翼盒蒙皮板206的通常接近外部机翼翼梁212a的区域，无论前部和尾部，均包括外悬区域220。虽然机翼翼盒蒙皮板206在一些区域可以在厚度上变化，但是其在附接区域218中具有基本上恒定的基底厚度和层数。换言之，机翼翼盒蒙皮板206在附接区域218具有基本上恒定的板层219的基部厚度，以使附接区域中的蒙皮板的强度最大化。

外悬部分220包括在板206的外表面226上的共同固化锥形复合板层224的增厚的边缘区域222。增厚的边缘区域222包括锥形复合板层224，在它们的厚端或者远端230设置在远端边缘232(也是机翼翼盒蒙皮板206的外悬边缘)的后面，以提供整体肩部234，复合材料(composite，复合)机翼边缘蒙皮板216利用紧固件236直接附接至肩部234。整体肩部234由复合材料斜面238限定，复合材料斜面238具有限定从远边缘232退回距离d的厚端230的一组锥形复合板层224，锥形复合板层224在复合材料机翼翼盒蒙皮板206的外表面226上进行共同固化。这些锥形复合板层224限定锥形复合材料斜面238，锥形复合材料斜面238具有与机翼翼盒蒙皮板206的外表面226齐平的近端242，和设置在外悬边缘232的后面距离d的远端230，在远端230具有最大斜面厚度t，从而在外悬边缘232上限定肩部234。复合材料斜面238可以具有在10：1至100：1的范围内的锥度比。在一个实施方式中，斜面的锥度比约是40比1。即，其中斜面238具有约0.13英寸的最大厚度，斜面部分可以具有约5.2英寸的总长度。

与机翼翼盒蒙皮板206共同固化的复合材料斜面238提供几个优势。先前的方法提出为了空气动力学目的，在邻近于边缘板的该类型附接点使用二次施加的填料。然而，与共同固化过渡结构相比较，二次粘结填料增加处理时间和费用。根据本公开内容，共同固化非结构性复合材料提供该过渡斜面238。

肩部234可以各种方式形成，包括成形、机械加工及其他方法。在一个实施方式中，通过对着具有期望肩部形状的芯轴(未示出)搁置板206的基本上恒定的板层219和锥形复合板层224，来完成整体肩部234的形成。被定位以形成斜面或者锥形238的锥形复合板层224的远端230可以在机翼翼盒蒙皮板206的放置和固化期间对着芯轴放置并保持，以便形成肩部234。即，可以在机翼翼盒蒙皮板206的搁置和固化期间提供具有期望的肩部尺寸的芯轴模型，使得斜面复合板层224的远端230开始于设置在外悬边缘232的后面有一距离的期望肩部。

替代地，斜面复合板层224可以延伸至机翼翼盒蒙皮板206的外悬部分220的远边缘232，并且肩部234可以通过机械加工机翼翼盒蒙皮板206的外悬边缘232(在固化之后)以移去共同固化斜面复合板层224的一部分并建立肩部234而形成。本领域的技术人员对用于在复合板上进行该类机械加工的系统是熟知的。机械加工步骤可以移去肩部234区域中的所有斜面复合板层224，或者在肩部234形成之后，一些斜面复合板层224仍然可以延伸至远边缘232。当在固化的蒙皮板中对肩部234进行机械加工时，肩部234的近端246可以提供有释放半径“r”，帮助减少应力集中，在此，蒙皮板206的总厚度改变。无论成形或者机械加工，肩部234由复合材料机翼翼盒蒙皮板206的在外悬边缘232处的外表面226以及斜面或者锥形238的基本上垂直的厚端230限定，斜面或者锥形238设置在外悬边缘232的后面。

肩部234的高度或者厚度t近似等于机翼边缘蒙皮板216的厚度。鉴于机翼边缘蒙皮板厚度中的类似变化，该厚度t认为可能在0.08英寸至0.30英寸的范围之内。对于复合材料飞机机翼，机翼翼盒蒙皮板206厚度一般约是机翼边缘蒙皮板216的厚度的十倍，但甚至在单个飞机中这些板的相对厚度可以变化。一般而言，机翼翼盒蒙皮板206可能具有在0.5英寸至1.0英寸范围内的基部厚度，但也可以使用其他尺寸。在一个具体实施方式中，复合材料机翼翼盒蒙皮板206的基部厚度约是一英寸，而复合材料机翼边缘蒙皮板216的厚度约是0.1英寸。一般地说，本文公开的固定边缘板附接系统和方法可以在复合材料机翼翼盒蒙皮板206的厚度是复合材料机翼边缘蒙皮板216的厚度的约3倍至约12倍的情况下使用。

肩部234的长度或者深度可以根据紧固件大小及其他几何因素变化。在一个实施方式中，使用具有0.13英寸的厚度和约1.6英寸的深度d的肩部234，其中，机翼翼盒蒙皮板206具有约0.55英寸的厚度。一般而言，认为肩部234的长度d可以在1.0英寸至2.0英寸的范围之内，但也可以使用其他尺寸。

复合材料机翼边缘蒙皮板216例如利用机械紧固件236在肩部234并邻近于斜面或者锥形238的远端230附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板206。紧固件236可以是埋头金属(钛或者钢合金)紧固件。机翼边缘蒙皮板216的近端217与斜面或者锥形238的远端230之间的任何间隙可以通过密封剂250填充。斜面或者锥形238因此提供从边缘蒙皮板216至机翼翼盒蒙皮板206的外机翼表面的平滑过渡轮廓，以在允许机翼边缘蒙皮板216直接附接至机翼翼盒蒙皮板206的同时，还允许机翼翼盒蒙皮板206的基部厚度和板层在附接区域218中基本上连续。该构造帮助保证机翼蒙皮206的外模塑线(OML)和前缘蒙皮216的OML将更紧密的匹配–即，齐平、平滑空气动力学的表面。

通过图8提出并在图9A至图9C中更加明确地示出机翼边缘附接系统的另一方面。期望的是，机翼200具有平滑空气动力学轮廓。如图9A所示，现有的机翼翼盒蒙皮板124限定顶部表面轮廓170。其中，相邻的机翼边缘蒙皮板146与机翼翼盒蒙皮板124以邻接关系布置，两个蒙皮板在邻接172的点处可以具有共同的对准，使得表面轮廓170是连续的且未中断的。然而，在新机翼边缘附接方法中，以虚线174表示的机翼边缘蒙皮板的重叠连接和以虚线176表示的斜面或者锥形部分潜在提供空气动力学表面轮廓170的小破裂。

为了解决该问题，机翼翼盒蒙皮板206的基部板层219的弯曲可以在斜面或者锥形238的区域222中稍微进行调节，如在图9B和图9C中所示。具体地，邻近复合材料斜面238(即，锥形的薄边缘242的尾部)的复合材料机翼翼盒蒙皮板206的外表面226的部分可以形成为限定机翼翼盒蒙皮板的期望的标准的空气动力学轮廓。如图9B中所示，在薄边缘242的前方，机翼翼盒蒙皮板206向下偏斜(即，相对于机翼支撑结构向内)以限定微小的s弯曲。该向内的弯曲使斜面或者锥形238的区域222中的机翼翼盒蒙皮板206的远边缘232偏斜，以限定向内的s弯曲，该向内的s弯曲与虚线252表示的标准机翼表面轮廓偏离，使得复合材料斜面238的外表面限定基本上继续邻近复合材料斜面的复合材料机翼翼盒蒙皮板的标准空气动力学轮廓的外轮廓。与假设的蒙皮板外表面轮廓252的偏离是距离t，并提供将变为肩部234的机翼翼盒蒙皮的远端区域。在图9B的假设的视图中，斜面238的厚远端点230与假设的蒙皮板外表面轮廓252对准。

应理解的是，图9B中示出的构造仅是假设的。事实上，机翼翼盒蒙皮板206的远端边缘232的偏斜和锥形复合板层224的设置用以形成斜面238，并在复合材料机翼翼盒蒙皮板206的放置和固化期间同时完成。即，用于构造机翼翼盒蒙皮板的模板或者芯轴可以构造有邻近于前缘的期望的轻微偏斜，使得连续的板层219自然层叠为期望的偏斜形状，其中，锥形复合板层224放置为以在固化叠层时生产机翼翼盒蒙皮板206的期望的外表面轮廓252的方式形成斜面238。如图9C中所示，当机翼边缘蒙皮板216最终附接至邻近于斜面238的厚端230的肩部234时，整个装配与所期望的外表面轮廓252匹配，甚至机翼边缘蒙皮板216附接在全部厚度机翼翼盒蒙皮板206的顶部上。

虽然图7至图8的实施方式示出在前缘的上部的附接区域，但本文示出的附接系统和方法还可以用于前缘的下部附接点。图10和图11中示出的是根据本公开内容的下固定前缘附接构造的实施方式的截面图。如所示，机翼200的底部上的复合材料机翼翼盒蒙皮板208利用紧固件214附接至内部翼肋部分210b并且利用外悬边缘232附接至附接区域218中的前向主翼梁212a。前缘蒙皮板216围绕机翼的凸头成曲形，由前缘翼肋部分210a支撑并且在机翼翼盒蒙皮板208的肩部234处利用紧固件236直接附接至机翼翼盒蒙皮板208。

在附接区域218中，机翼翼盒蒙皮板208的基部具有基本上恒定的厚度和层数。然而，机翼翼盒蒙皮板208的总厚度由于复合材料斜面或者锥形238而变化，复合材料斜面或者锥形238邻近外悬边缘232终止，建立整体肩部234。如上所述，复合材料斜面238由在复合材料机翼翼盒蒙皮板208的外表面226上共同固化的一组锥形复合板层形成。这些锥形复合板层形成在锥形斜面238中，锥形斜面238具有与机翼翼盒蒙皮板208的外表面226齐平的近端242；以及在外悬边缘232后面的远端230，在远端230具有最大斜面厚度，从而在外悬边缘232上限定出肩部234。该肩部234的高度或厚度近似等于机翼边缘蒙皮板216的厚度，并且复合材料机翼边缘蒙皮板216在肩部234的该区域中附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板208。机翼边缘蒙皮板216的近端217与斜面或者锥形238的远端230之间的任何间隙可以通过间隙填充材料250填充，以在机翼翼盒蒙皮板208与机翼边缘蒙皮板216之间提供平滑的空气动力学过渡。斜面或者锥形238因此帮助提供从边缘蒙皮板216至机翼翼盒蒙皮板208的外机翼表面的平滑过渡轮廓，同时允许机翼边缘蒙皮板216直接附接至机翼翼盒蒙皮板208，还允许机翼翼盒蒙皮板208的基部厚度和板层在附接区域218中基本上连续。

本文公开的固定前缘附接系统和方法还可以应用于提供可移除板的前缘附接或后缘附接，并且这可以通过几种方式完成。本领域的技术人员将理解到，飞机可以包括不同位置处的可移除板以用于允许通向内部结构的维护。机翼的前缘常常包括几个可移除板以用于允许通向机翼缝翼致动机构及其他内部部件和系统。用于固定的飞机蒙皮板的一般紧固件和板本身不适于反复移去和固定。因此，使用专用的可移除紧固件和特别构造的板，其中，板期望用于反复移去和替换。

图12示出的是在容纳可移除板的下部翼梁附接点处的下固定前缘附接的实施方式的特写截面图。在该构造中，机翼翼盒蒙皮板208利用外悬边缘232附接至前向主翼梁212a。在附接区域中，机翼翼盒蒙皮板208包括增加机翼翼盒蒙皮板208的总厚度的斜面或者锥形238，斜面238的远端230在外悬边缘232的后面，从而以上论述的方式限定出肩部234。

其中，包括与固定前缘蒙皮板216相关联的可移除板，该可移除板260可以直接附接至除了机翼翼盒蒙皮板208本身以外的结构。在图12示出的实施方式中，(例如，复合或者金属的)接合板262利用紧固件264附至机翼翼盒蒙皮板208的肩部234。形成肩部234的一般尺寸、特性和方法可以是如上所述的。可以提供间隙填充材料265(诸如密封剂)以填充斜面238的远端230与接合板262的近端267之间的间隙，以提供空气动力学表面轮廓。

接合板262包括基本上等于可移除复合前缘蒙皮板260的厚度的啮合扣266。可移除复合前缘蒙皮板260利用可移除紧固件268(诸如金属埋头螺栓，金属诸如钛或者钢合金)，附接至接合板262。这类型的紧固件包括附接至接合板262的内部的螺母片270(例如，金属的)。可移除板260还可以包括允许紧固件268的反复移去和替换，而没有损害可移除板260的耐用的套管(例如，金属的)。因为可移除的复合前缘蒙皮板260被构造为诸如在维修活动期间反复移去和替换，所以间隙填充材料可能没有设置在接合板262的啮合扣266与可移除板260的近端261之间的间隙273中。虽然在图12中仅示出可移除板260的尾部边缘，但是可以针对附接以相同的方式构造可移除板260的前向及其他边缘。还可以使用其他构造。

在图13中示出的另一个实施方式中，可移除板260直接附接至机翼翼盒蒙皮板208的肩部234。在这个实施方式中，可移除紧固件272设置在机翼翼盒蒙皮板208的肩部234中。可移除紧固件272包括耐用的套管274(例如，金属的)，该套管274延伸通过机翼翼盒蒙皮板208的肩部234，并与浮置螺母啮合，该浮置螺母由套管274的基部中的有波纹的突出部保持，其原位粘结或者密封至机翼翼盒蒙皮板208。可移除板260还可以包括允许紧固件272反复移去和替换，而没有损害可移除板260的耐用的套管(例如，金属的)。因为可移除复合材料前缘蒙皮板260被构造为诸如在维修活动期间反复移去和替换，所以可以在可移除板260的近端261与肩部234中的斜面238的远端230之间的间隙276中设置间隙填充材料，或者该间隙填充材料可以脱落。

在图13中，仅示出可移除板260的尾部边缘。因为在这个实施方式中可移除板260的尾部边缘直接附接至机翼翼盒蒙皮板208，所以可以提供用于附接可移除板的剩余边缘(未示出)的其他结构。例如，构造和功能类似图12的接合板262的四分之三框架(未示出)可以提供以包围可移除板260的周界中的未邻近于机翼翼盒蒙皮板208的边缘的部分。可移除板260可以因此被构造为附接至机翼翼盒蒙皮板208的外悬边缘232和四分之三框架两者，以填充由机翼翼盒蒙皮板208的外悬边缘232和周界框架限定出的组合的开口。

如上所述，本公开内容的系统和方法同样应用于飞机机翼的前缘和后缘。图14示出的是复合构造的机翼200的后缘280的截面图，其具有根据本公开内容构造的上部固定机翼边缘附接及下部固定机翼边缘附接。图15中提供的是这些附接中的上固定机翼边缘附接的特写截面图。如所示，分别在机翼200的顶部和底部上的相应上部复合材料机翼翼盒蒙皮板206和下部复合材料机翼翼盒蒙皮板208利用外悬边缘232附接至附接区域中的尾部主翼梁212b和内部翼肋部分210b。参考图15，上部固定后缘蒙皮板282通常是平坦的并使尾部延伸至机翼阻流板(图14中的289)的基部，并通过后缘翼肋部分210c支撑并在机翼翼盒蒙皮板206的肩部234处以以上论述的方式直接附接至机翼翼盒蒙皮板206。

在附接区域218中，机翼翼盒蒙皮板206的基部具有基本上恒定的厚度和层数。然而，机翼翼盒蒙皮板206的总厚度由于复合材料斜面或者锥形238而变化，复合材料斜面或者锥形238邻近外悬边缘232终止，建立整体肩部234。如上所述，复合材料斜面238在复合材料机翼翼盒蒙皮板206的外表面226上由共同固化的一组锥形复合板层形成。这些复合材料板层形成在锥形斜面238中，锥形斜面238具有与机翼翼盒蒙皮板206的外表面226齐平的近端242和在外悬边缘232后面的远端230，在远端230具有最大斜面厚度，从而在外悬边缘232上限定出肩部234。该肩部可以形成或者机械加工，如上所述，或者可以一些其他方法建立。该肩部234的高度或厚度近似等于复合材料机翼后缘蒙皮板282的厚度，并且板282在肩部234附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板206。斜面或者锥形238因此提供从机翼翼盒蒙皮板206至机翼后缘蒙皮板282的平滑过渡外机翼表面轮廓，在允许板282直接附接至机翼翼盒蒙皮板206的同时，还允许机翼翼盒蒙皮板206的基部厚度和板层在附接区域218中基本上连续。后缘蒙皮板的下部附接点可以类似的方式构造。

因此，本文公开的该固定机翼边缘的附接系统和方法沿着前缘和/或后缘为复合材料机翼蒙皮提供了整体阶梯。复合材料机翼包括平行的板层和锥形的板层两种，所有的板层被共同固化以达到更大的强度。整体阶梯要么是机械加工为复合材料板的边缘，要么阶梯是在板的层压和/或固化期间由机械加工工具或者芯轴形成。有利地，与通常包括多于两个部件的其他先前的方法不同，该连接可以仅以零件接合在一起方式进行。

因此，系统和方法提供以较少的零件进行机翼前缘或者后缘蒙皮至机翼翼盒蒙皮的接合，潜在地提供了用于平坦的、平滑地空气动力学表面的更好的容差及潜在更好的空气动力学性能。系统和方法还提供需要更少的劳动用于构造的更便宜的、更轻的、更高效的结构。该系统和方法与先前的机翼边缘蒙皮附接方法的不同之处在于，结构板层在邻近于各个外主翼梁的蒙皮附接区域中是锥形的，允许相对于翼梁更浅的斜面角度和更短的外悬。

可以在如图16中所示的飞机制造和保养方法300的背景下，针对图17中所示的飞机302描述本公开内容的实施方式。在预生产过程中，示例性方法300可包括：飞机302的规格和设计304以及材料采购306。在生产过程中，进行飞机302的组件和子配件制造308以及系统集成310。之后，飞机302可进行认证和交付312，以投入服役314。然而在为客户提供服务期间，安排飞机302进行例行维护和保养316(其还可包括改造、重新构造、翻新等)。

可通过系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)来执行或者实施方法300的各个过程。为了该描述的目的，系统集成商可包括但不限于，任意数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可包括但不限于，任意数量的承包商、分包商以及供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事机构、服务机构等。

如图17中所示，通过示例性方法300生产的航空运载工具(诸如飞机302)可包括具有多个系统320和内部322的机身318。高级系统320的示例包括推进系统(propulsionsystem)324、电气系统326、液压系统328以及环境系统330中的一个或多个。可包括任意数量的其他系统。尽管飞机被给出作为本公开内容的航空应用的示例，但应当理解这仅是航空应用的一个示例。另外，虽然示出了航空的示例，但本公开内容的原理可以应用于诸如汽车工业的其他工业。

进一步地，本公开内容包括根据下列项的实施方式：

1.一种飞机机翼的复合材料固定边缘，包括：

复合材料机翼翼盒蒙皮板，在附接区域中附接至外部机翼翼梁并具有外悬边缘，具有

在附接区域中的基本上恒定的厚度和层数；以及

复合材料斜面，在复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面上，并且与复合材料机翼翼盒蒙皮板共同固化，具有近端和远端，在远端具有最大斜面厚度，远端设置在外悬边缘后面，在外悬边缘上限定的肩部；以及

复合材料机翼边缘蒙皮板，具有基本上等于最大斜面厚度的厚度，在肩部并邻近于斜面的远端附接至复合材料机翼翼盒蒙皮板。

2.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料机翼边缘蒙皮板是机翼的前缘和后缘中的一个。

3.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料机翼翼盒蒙皮板的厚度是复合材料机翼边缘蒙皮板的厚度的约3倍至约12倍。

4.根据项3所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料机翼翼盒蒙皮板的厚度约是1英寸，而复合材料机翼边缘蒙皮板的厚度约是0.1英寸。

5.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，附接区域在下翼梁附接点，并且机翼边缘蒙皮板包括可移除板。

6.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料斜面具有约40：1的锥度比。

7.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料斜面的远端和肩部通过利用共同固化的复合材料斜面对复合材料机翼翼盒蒙皮板的外悬边缘进行机械加工形成。

8.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，肩部具有约1.5英寸的深度。

9.根据项1所述的复合材料固定机翼边缘，其中，复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面的邻近于复合材料斜面的近端的一部分限定空气动力学轮廓，并且复合材料机翼翼盒蒙皮板的外悬边缘和复合材料斜面的近端与远端之间的一部分限定向内的弯曲，限定外轮廓的复合材料斜面的外表面基本上与复合材料机翼翼盒蒙皮板邻近于复合材料斜面的近端的空气动力学轮廓继续。

10.一种用于复合材料飞机机翼的固定机翼边缘附接，包括：

整体肩部，在复合材料机翼翼盒蒙皮板的外悬于附接区域中的外部机翼翼梁的边缘处，复合材料机翼翼盒蒙皮板在附接区域中具有基本上恒定的厚度和基本上恒定的层数，由边缘处的复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面和锥形的基本上垂直的厚端限定的肩部设置在边缘的后面，锥形包括与附接区域中的机翼翼盒蒙皮板的外表面共同固化的锥形板层；以及

复合材料机翼边缘蒙皮板，具有基本上等于锥形的厚端的厚度的厚度，附接至邻近于锥形的厚端的肩部。

11.根据项10所述的固定机翼边缘附接，其中，复合材料机翼翼盒蒙皮板的厚度是复合材料机翼边缘蒙皮板的厚度的约3倍至约12倍。

12.根据项10所述的固定机翼边缘附接，其中，复合材料机翼边缘蒙皮板是机翼的前缘和后缘中的一个。

13.根据项10所述的固定机翼边缘附接，其中，锥形具有约40比1的锥度比。

14.根据项10所述的固定机翼边缘附接，其中，肩部由对复合材料机翼翼盒蒙皮板的边缘和共同固化的锥形的厚端进行机械加工形成。

15.根据项10所述的固定机翼边缘附接，其中，附接区域在下翼梁附接点，并且机翼边缘蒙皮板包括可移除板。

16.一种用于附接复合材料飞机机翼的固定边缘的方法，包括：

形成复合材料机翼翼盒蒙皮板，具有基本上恒定的板层的基部厚度和共同固化的锥形板层的增厚的边缘区域；

通过在后面形成共同固化的锥形板层在边缘区域上形成整体肩部，肩部具有基本上等于基本上恒定的板层的基部厚度的厚度；

将机翼翼盒蒙皮板附接至飞机机翼的外部翼梁，肩部悬于外部翼梁的外面；并且

将复合材料机翼边缘蒙皮板附接至肩部。

17.根据项16所述的方法，其中，通过对着具有期望肩部形状的芯轴搁置基本上恒定的板层和锥形板层完成整体肩部的形成。

18.根据项16所述的方法，其中，通过对机翼翼盒蒙皮板的边缘区域进行机械加工完成整体肩部的形成。

19.根据项16所述的方法，其中，将复合材料机翼边缘蒙皮板附接至肩部包括附接具有基部厚度的约1/3至约1/12的厚度的复合材料机翼边缘蒙皮板，并且其中，复合材料机翼边缘蒙皮板是机翼的固定前缘蒙皮板和机翼的固定后缘蒙皮板中的一个。

20.根据项16所述的方法，进一步包括将可移除板附接至复合材料机翼边缘蒙皮板。

虽然已示出并且描述了各种实施方式，但是本公开内容未因此受限制，并且应当理解为包括对本领域技术人员清晰可见的所有这类变形和变体。

Claims (14)

1.一种飞机机翼的复合材料固定边缘，包括：

复合材料机翼翼盒蒙皮板，在附接区域中附接至外部机翼翼梁并具有外悬边缘(232)，所述复合材料机翼翼盒蒙皮板具有

在所述附接区域中恒定的厚度和层数；以及

复合材料斜面(238)，在所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的外表面上，并且与所述复合材料机翼翼盒蒙皮板共同固化，所述复合材料斜面具有近端(242)和远端(230)，在所述远端处有最大斜面厚度(t)，所述远端设置在所述外悬边缘的后面，在所述外悬边缘上限定肩部(234)；以及

复合材料机翼边缘蒙皮板(216)，具有等于所述最大斜面厚度的厚度，在所述肩部并邻近于所述复合材料斜面的所述远端附接至所述复合材料机翼翼盒蒙皮板。

2.根据权利要求1所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)是所述机翼的前缘和后缘中的一个。

3.根据权利要求1所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的厚度是所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)的厚度的3倍至12倍。

4.根据权利要求3所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的厚度是1英寸，而所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)的厚度是0.1英寸。

5.根据权利要求1所述的复合材料固定边缘，其中，所述附接区域在下翼梁附接点，并且所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)包括可移除板。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料斜面(238)具有40比1的锥度比。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料斜面(238)的所述远端(230)和所述肩部(234)通过利用共同固化的复合材料斜面对所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的所述外悬边缘进行机械加工而形成。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料固定边缘，其中，所述肩部(234)具有1.5英寸的深度。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料固定边缘，其中，所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的所述外表面的邻近于所述复合材料斜面(238)的所述近端(242)的一部分限定空气动力学轮廓，并且所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的所述外悬边缘和位于所述复合材料斜面的所述近端与所述远端(230)之间的一部分限定向内的弯曲，限定外轮廓的所述复合材料斜面的外表面与所述复合材料机翼翼盒蒙皮板邻近于所述复合材料斜面的所述近端的所述空气动力学轮廓连续。

10.一种用于附接复合材料飞机机翼的固定边缘的方法，包括：

形成复合材料机翼翼盒蒙皮板，具有恒定的板层(219)的基部厚度和共同固化的锥形板层(224)的增厚的边缘区域(222)；

通过在后面形成所述共同固化的锥形板层而在所述边缘区域上形成整体肩部(234)，所述肩部具有等于恒定的板层的所述基部厚度的厚度；

将所述复合材料机翼翼盒蒙皮板附接至飞机机翼的外部翼梁，所述整体肩部外悬于外部翼梁之外；并且

将复合材料机翼边缘蒙皮板(216)附接至所述整体肩部。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过对着具有期望肩部形状的芯轴放置恒定的板层(219)和锥形板层(224)进行所述整体肩部(234)的形成。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，通过对所述复合材料机翼翼盒蒙皮板的所述边缘区域(222)进行机械加工来形成所述整体肩部(234)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，将所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)附接至所述整体肩部(234)包括附接具有所述基部厚度的1/3至1/12的厚度的复合材料机翼边缘蒙皮板(216)，并且其中，所述复合材料机翼边缘蒙皮板是所述机翼的固定前缘蒙皮板和所述机翼的固定后缘蒙皮板中的一个。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，进一步包括将可移除板(260)附接至所述复合材料机翼边缘蒙皮板(216)。