CN105863879B - 使夹层结构中的载荷最小化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种夹层结构(10)，该夹层结构(10)包括第一表皮、第二表皮、第一铰链部件、和第二铰链部件。该第一铰链部件可以可动地连接于第一表皮和第一表皮接头。第二铰链部件可以可动地连接于第二表皮和在第二表皮接头。第一铰链部件和第二铰链部件可以可动地相互连接并且连接于在第一和第二表皮接头之间的部件接头。

Description

使夹层结构中的载荷最小化的方法
本申请是2013年3月5日提交的名称为：“在表皮之间具有剪切刚度且在厚度方向上具有柔顺性的夹层结构”的中国专利申请201310069993.3的分案申请。
技术领域
本发明总的涉及结构设计，更具体地涉及经受差温加热的夹层板的设计。
背景技术
喷气式发动机的排气喷嘴通常用高温材料构造，以经受从发动机中心部分流出的燃烧气体的比较高的温度。例如，许多排气喷嘴通常由具有良好的强度重量比和在高温下具有良好的机械性能的钛构造。但是，喷气式发动机设计的趋势是提高排气流中的燃烧气体温度。这种提高的燃烧气体温度可以接近钛的工作极限。
由于夹层结构的高的比强度/强度系数和比较低的重量，夹层结构可以用在高温结构用途中。常规的夹层结构可以由被芯材隔开的一对相对的面板构成。常规的夹层结构中的常规的芯材可以在多个方向上提供比较高水平的刚度。例如，常规的芯材可以在该夹层结构的长度或纵向平面内(in-plane)方向上和在该夹层结构的宽度或横向平面内方向上提供较高水平的刚度。该芯材也可以在该夹层结构的平面外(out-of-plane)方向上提供拉伸刚度。
遗憾的是，当夹层结构最初经受高温环境时，例如在燃气涡轮发动机的发动机起动期间当热的燃烧气体流过排气喷嘴时，一个面板可能被很快加热到比相对的面板高的温度。被加热的面板所得到的温度的增加可能导致该面板在平面内方向上的膨胀。由于两个面板被刚性芯材剪切连接，被加热的面板的平面内膨胀可能导致在两个面板中的显著的应力。
正如能够看到的，本领域需要一种用于提供夹层结构的系统和方法，这种夹层结构提供高水平的强度和刚度，同时由于夹层结构的差温加热，该夹层结构的两个面板之一同时适应平面内膨胀。
发明内容
上面指出的与夹层结构有关的需要通过本发明具体解决，本发明提供一种夹层结构，包括第一表皮、第二表皮、第一铰链部件和第二铰链部件。该第一铰链部件可以可动地连接于该第一表皮和第一表皮接头。该第二铰链部件可以可动地连接于该第二表皮和第二表皮接头。该第一铰链部件和第二部件在位于该第一和第二表皮接头之间部件接头处可动地相互连接。
有利的是该第一和第二表皮接头分别限定第一和第二轴线；该部件接头限定部件轴线；并且该第一轴线、第二轴线和部件轴线基本上相互平行。
有利的是该第一和第二铰链部件每个具有近端和远端；该近端在对应的第一和第二表皮接头处连接于第一和第二表皮的相应的一个；并且该远端是相互共用的并且形成位于第一和第二表皮接头之间的顶点，因此第一和第二铰链部件形成单一的铰接结构。
有利的是第一和第二铰链部件共同构成铰链组件；该夹层结构包括连接于第一和第二表皮的一对铰链组件；并且该一对铰链组件以背靠背排列的方式安装。
有利的是第一和第二铰链部件共同构成铰链组件；并且该铰链组件顺序地(inseries)设置在夹层结构中。
有利的是，第一表皮接头、第二表皮接头和部件接头的至少其中之一构造成刚性接头和可动接头其中之一。
有利的是第一铰链部件和第二铰链部件的至少其中之一由形成三角形子组件的至少两个杆构成；每个杆具有近端和远端；每一个杆的近端在对应的第一和第二表皮接头处连接于第一和第二表皮的对应的一个；并且每一个杆的远端在部件接头处相互连接。
优选地第一和第二铰链部件的每一个包括三角形子组件；并且该三角形子组件连接在部件接头处并且形成金字塔形的组件。
有利的是第一和第二铰链部件的至少其中之一包括剪切板；并且该剪切板在第一和第二表皮接头的相应的一个处用刚性连接和铰接连至少其中之一连接于第一和第二表皮的至少其中之一。
有利的是第一和第二表皮的至少其中之一具有安装在其上的至少一个加强件；并且该加强件包括纵向加强件和横向加强件的至少其中之一。
有利的是夹层结构具有封闭的截面，该封闭的截面是圆形截面。
有利的是当第一表皮响应第一和第二表皮的差温加热相对于第二表皮运动时，铰链部件与第一表皮的偏移轨迹对齐。
有利的是还包括安装在夹层结构内并且构造成循环用于吸收夹层结构的热的冷却剂的温度控制系统。
有利的是夹层结构形成下述的至少其中之一：发动机排气喷嘴；热保护系统；以及箱和结构之间的连接件。
在另一个实施例中，公开一种包括夹层结构的发动机排气喷嘴，该夹层结构具有第一表皮、第二表皮、第一铰链部件和第二铰链部件。该第一铰链部件可以可动地连接于第一表皮和第一表皮接头。该第二铰链部件可以可动地连接于第二表皮和第二表皮接头。第一铰链部件和第二铰链部件在位于该第一和第二表皮接头之间的部件接头处可动地相互连接。
还公开一种使夹层结构中的剪切应力最小化的方法。该方法可以包括提供第一表皮的步骤，该第一表皮通过可动地连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接的第一铰链部件和第二铰链部件与第二表皮分开。该方法还可以包括在限定夹层结构的纵向方向的平面内的方向上相对于第二表皮移动第一表皮。该方法还附加地包括响应在平面内方向上移动第一和第二表皮，移动第一和第二铰链部件。此外，该方法还可以包括响应第一和第二表皮在平面内方向上的相对运动在平面外方向上相对于第二表皮移动第一表皮。
有利的是还包括如下步骤：在基本横向于纵向取向的平面内方向上基本防止第一表皮相对于第二表皮运动。
有利的是还包括如下步骤：在具有相应的第一和第二轴线的相应的第一和第二表皮接头处，将第一和第二铰链部件连接于第一和第二表皮的相应的一个；并且在具有部件轴线并且位于第一和第二表皮接头之间的铰链部件处，连接第一和第二铰链部件；以及以基本相互平行的关系取向第一轴线、第二轴线和部件轴线的至少其中两个。
有利的是在第一表皮接头、第二表皮接头和部件接头处，第一和第二铰链部件连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接；并且第一表皮接头、第二表皮接头和部件接头的至少其中之一构造成刚性接头和可动接头其中之一。
有利的是还包括如下步骤：将第一和第二铰链部件形成单一的铰接结构。
有利的是还包括如下步骤：将第一和第二铰链部件的至少其中之一形成为由至少两个杆形成的三角形子组件；每个杆具有近端和远端；在对应的第一和第二表皮接头处，将每一个杆的近端连接于第一和第二表皮的对应的一个；并且每一个杆的远端在部件接头处相互连接。
有利的是还包括如下步骤：将第一和第二铰链部件的每一个形成为三角形的子组件；并且连接该三角形子组件以形成金字塔形的组件。
有利的是还包括如下步骤：将第一和第二铰链部件的至少其中之一形成为剪切板。
有利的是在平面内方向上相对于第二表皮移动第一表皮的步骤包括：响应差温加热第一表皮和第二表皮，相对于第二表皮膨胀第一表皮。
有利的是在平面内方向上相对于第二表皮移动第一表皮的步骤包括：提供第一和第二表皮至少其中之一作为受压箱的壁；并且响应该箱的内部压力的变化相对于第二表皮膨胀第一表皮。
有利的是还包括如下步骤：利用至少一个加强件加强第一和第二表皮的至少其中之一。
有利的是还包括如下步骤：将铰链部件与第一表皮的偏移轨迹对齐；并且该偏移的轨迹包括第一表皮相对于第二表皮运动的方向。
有利的是还包括如下步骤：循环冷却剂通过安装在夹层结构内的温度控制系统。
有利的是还包括如下步骤：将铰链部件一体地形成为单一的铰接结构。
在另一个实施例中，公开一种运行飞机发动机的方法，该方法可以包括提供具有喷嘴的飞机发动机的步骤，该喷嘴具有夹层结构，该夹层结构包括该第一表皮，通过可动地连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接的第一铰链部件和第二铰链部件，第一表皮与第二表皮分开。该方法还可以包括运行发动机并且使第一表皮在限定夹层结构的纵向方向的平面内方向上相对于第二表皮运动。
有利的是还包括如下步骤：响应第一表皮和第二表皮在平面内方向上的相对运动移动第一和第二铰链部件。
有利的是运行发动机的步骤还包括：响应第一和第二表皮在平面内方向上的运动，在平面外的方向上相对于第二表皮移动第一表皮。
还公开一种制造夹层结构的方法，该方法可以包括构造第一表皮的步骤，该第一表皮通过第一铰链部件和第二铰链部件与第二表皮分开。该方法还附加地包括构造第一和第二铰链部件使其以这样的方式可动地连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接：第一表皮在限定该夹层结构的纵向的平面内方向上相对于第二表皮是可动的。该第一和第二铰链部件还可以可动地连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接，使得第一和第二铰链部件响应第一和第二表皮在平面内方向上的相对运动是可动的。此外，第一和第二铰链部件可以可动地连接于第一和第二表皮的相应的一个并且相互连接，使得第一表皮响应第一和第二表皮在平面内方向上的运动，在平面外的方向上相对于第二表皮是可动的。
上面已经讨论的特征、功能和优点在本发明的各种实施例中能够独立地实现，或者在另一些实施例中可以组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看到。
附图说明
参考附图本发明的这些和其他特征将变得更加清楚，其中在所有附图中相同的数字是指相同的部件，其中：
图1是飞机的透视图；
图2是具有排气喷嘴的燃气涡轮发动机的透视图，该排气喷嘴可以利用本文公开的夹层结构形成；
图3是燃气涡轮发动机的剖视图，示出流过由整流罩和排气锥体形成的环形排气管道的燃烧气体；
图4是用夹层结构形成的整流罩和排气锥体的计算机模型的透视图；
图5是排气喷嘴的计算机模型的另一个透视图；
图6是排气喷嘴的计算机模型的透视图，其中整流罩的第二表皮被去掉，以示出可以包括在夹层结构中的多个铰链部件和内部加强件；
图7是整流罩的一部分的透视图，示出构造成桁架结构的铰链部件并且示出由第一和第二表皮可任选地包括的周向和横向加强件；
图8是铰链部件的桁架结构实施例的透视图；
图9是图8的桁架结构的透视图，其中第一和第二表皮在其差温加热之前间隔开一个初始距离；
图10是分开减小的距离的第一和第二表皮的透视图，该减小的距离可以在第一表皮相对于第二表皮的平面内膨胀和第一表皮相对于第二表皮的平面外运动期间产生；
图11是相对于图10分开进一步减小的距离的第一和第二表皮的透视图；
图12是整流罩的夹层结构的端视图，示出铰链部件在相应的第一和第二表皮接头处连接于第一和第二表皮并且在部件接头处相互连接；
图13是图7的夹层结构的计算机模拟，并且示出由于差温加热第一表皮在平面外方向上或径向上朝着第二表皮的偏移；
图14是沿着图12的直线14截取的夹层结构的俯视图，并且示出纵向加强件和横向加强件；
图15是沿着图12的直线15截取的夹层结构的侧视图；
图16是图15的夹层结构的侧视图，示出第一表皮沿着该夹层结构的平面内的纵向相对于第二表皮的运动；
图17是图16的夹层结构的侧视图，示出铰链部件响应第一表皮相对于第二表皮的平面内运动的滚转运动；
图18是剪切结构的实施例的端视图，其中铰链部件由具有U形夹配件的杆构成；
图19是沿着图18的直线19截取的剪切结构的视图，并且示出杆的相互互连接；
图20是剪切结构的实施例和利用U形夹配件将杆连接于第二表皮的互连接的视图；
图21是包括温度控制系统的剪切结构的实施例的端视图，该温度控制系统包括用于循环冷却剂的空心管子；
图22是温度控制系统的可选实施例的视图，该温度控制系统包括形成在空心管子中用于排出冷却剂的多个孔；
图23是响应排气喷嘴沿着竖直方向的175-g加速度的整流罩和排气锥体的第二表皮(例如，冷侧)的应力曲线图；
图24是对应于图23和25的应力曲线图的应力的图例(legend)；
图25是响应175-g加速度的整流罩和排气锥体的第一表皮(例如，热侧)的应力曲线图的透视图，并且示出由于剪切结构提供的周向剪切刚度得到的比较均匀的应力分布；
图26是响应600°F的温度差的排气喷嘴的第一和第二表皮的应力曲线图的透视图，并且由于由剪切结构提供的在纵向(例如，轴向)方向上的比较低的或可以忽略的剪切刚度和在径向方向上比较低的拉伸刚度，得到的比较低的或者可以忽略的应力分布；
图27是在剪切结构中包括剪切板的整流罩的模型；
图28是图27的模型的一部分的视图，并且示出互连接第一和第二表皮的剪切板的设置；
图29是具有剪切板的夹层结构的实施例的透视图，该剪切板铰接地连接于第一个第二表皮并且相互连接；
图30是夹层结构的实施例的透视图，其中剪切板刚性地连接于第一个第二表皮并且相互连接；
图31是图30的夹层结构的端视图；
图32是沿着图31的直线32截取的夹层结构的侧视图，并且示出剪切板刚性连接于横向加强件和相互连接；
图33是具有第一和第二表皮的剪切结构的侧视图，该第一和第二表皮在差温加热之前分开一个初始距离；
图34是具有第一和第二表皮的剪切结构的侧视图，该第一和第二表皮由于平面外偏移分开一个减小的距离，并且还示出由于沿着纵向的平面内偏移引起的铰链部件的滚转运动；
图35是具有第一和第二表皮的剪切结构的侧视图，该第一和第二表皮由于平面外偏移和铰链部件的进一步的滚转运动分开更加进一步减小的距离；
图36是响应第一和第二表皮之间的600°F的温度差的不同材料的剪切板的应力曲线图的透视图；
图37是对应于图36的应力曲线图的应力的图例；
图38是具有非圆形截面的排气锥体的应力曲线图的透视图，并且示出在差温加热期间由于铰链部件未与第一表皮的偏移轨迹对齐引起的第一表皮中的应力集中；
图39是图38的排气椎体的端视图；
图40是沿着图39的线40截取的排气锥体的一部分的端视图，并且示出在差温加热之前处在初始位置的第一表皮；
图41是图40的排气锥体的这部分的端视图并且示出响应差温加热在偏移位置的第一表皮，并且还示出第一表皮的多个偏移轨迹的非共同的原点；
图42是图41的排气锥体的这部分的端视图，示出重叠在图41所示的对应的多个偏移轨迹上的多个修正的铰接对齐矢量；
图43是图42的排气锥体的一部分的放大的视图，示出其中一个修正的铰接对齐矢量相对于初始偏移轨迹的取向；
图44是在原来的取向中的其中一个铰链部件的放大的视图；
图45是在这个位置与修正的铰接对齐矢量对齐的图44的铰链部件的放大的视图；
图46是具有推进剂箱的发射运载器的侧视图；
图47是利用常规的Y形接头连接于该发射运载器的前裙部和后裙部的推进剂箱的侧视图；
图48是沿着粘结剂粘接缝该箱圆顶到后裙部的常规的Y形接头的剖视图；
图49是剪切应力与沿着常规的Y形接头的粘结缝的位置的曲线图；
图50是利用多个铰链部件连接于运载器的推进剂箱的剖视图，该铰链部件形成在该箱和运载器结构之间的夹层结构；
图51是剪切应力与箱连接于图50的运载器结构的连接长度的曲线图；
图52是利用轴向取向的铰链部件和周向取向的铰链部件将箱连接于运载器结构的剖视图；
图53是具有楔形边缘的单一的铰接结构的实施例的端视图；
图54是具有扇形边缘的单一的铰接结构的另一个实施例的端视图；
图55是具有直边缘的单一的铰接结构的附加实施例的端视图；
图56是图33-35所示的单一的铰接结构的侧视图；
图57是单一的铰接结构的实施例的端视图，其中铰链部件具有一定的板厚度并且以铰接角度取向；
图58是单一的铰接结构的实施例的端视图，其中该铰链部件相对于图57所示的单一的铰接结构以减小的铰接角度取向；
图59是单一的铰接结构的另一个实施例的端视图，其中该铰链部件相对于图58所示的单一的铰接结构以进一步减小的铰接角度取向；
图60-62是单一的铰接结构的另一个实施例的端视图，其中该铰链部件相对于图57-59所示的单一的铰接结构的板厚度以减小的板厚度形成；
图63-65是单一的铰接结构的另一个实施例的端视图，其中该铰链部件相对于图60-62所示的单一的铰接结构的板厚以进一步减小的板厚形成；
图66是剪切结构的实施例的端视图，该剪切结构包括以堆叠设置方式安装的一对铰链组件；
图67是剪切结构的实施例的端视图，该剪切结构包括直接连接于第一和第二表皮的单个铰链组件；
图68是剪切结构的实施例的端视图，该剪切结构相对于图67所示的实施例具有减小的长度；
图69是单一的铰接结构的实施例的端视图，该铰接结构在第一和第二表皮之间具有连续的弯曲部分；
图70是单一的铰接结构的实施例的端视图，该铰接结构具有在第一和第二表皮之间延伸的竖直的腹板；
图71是剪切结构的实施例的端视图，该剪切结构包括通过与第一和第二表皮的层片交替而连接于第一和第二表皮的嵌入式铰链部件；
图72是示出可以包括在使夹层结构的载荷最小化的方法中的一个或更多个操作的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中附图中所示的是用于示出本发明的优选且不同实施例的目的，图1所示的是可以包括如本文所公开的夹层结构10(图3)的一个或更多个实施例的飞机400。该飞机400可以包括机身402，该机身402具有可以包括水平稳定器408、垂直稳定器410的飞机尾部406，和从该机身402向外延伸的一对机翼404。飞机400可以包括诸如燃气涡轮发动机416的一个或更多个推进单元412，该燃气涡轮发动416机安装在从机翼404延伸的支架或支杆414上。
图2是燃气涡轮发动机416的透视图。该燃气涡轮发动机416可以包括在该燃气涡轮发动机416前端的具有进口422的发动机舱420和在该燃气涡轮发动机416后端的排气喷嘴434。该排气喷嘴434可以包括整流罩440和排气锥体448。在本发明中，整流罩440和/或排气锥体448可以用夹层结构10(图3)形成。
简要地参考图7，夹层结构10可以包括由剪切结构12连接的第一表皮18和第二表皮20。该第一表皮18和第二表皮20可以基本相互平行取向。但是，第一表皮18和第二表皮20也可以相对于彼此以任何角度取向并且不限于基本平行的关系。虽然本发明示出夹层结构10形成为诸如圆形436(图4)截面438(图4)的封闭截面或非圆形的封闭截面200(图38)，但是夹层结构10可以形成为诸如平面形状的(未示出)或平面形状和曲面形状(未示出)结合的开口截面(未示出)。有利的是，该剪切结构12构造成允许第一和第二表皮18、20在平面内108的纵向112或轴向114方向上相对运动，同时防止第一和第二表皮18、20在平面内108的横向116或周向118方向上相对运动。而且，剪切结构12有利地构造成允许第一和第二表皮18、20在基本正交或垂直于平面内108方向的平面外110方向上相对运动。在本发明中，术语“横向的”和“周向的”可以互换地使用。术语“纵向的”和“轴向的”也可以互换地使用。
有利的是，夹层结构10沿着平面内108的纵向112方向可以具有比较低水平剪切刚度或可忽略的剪切刚度，并且沿着平面内横向116或周向118方向具有比较低高的或相当大的剪切刚度。此外，夹层结构10沿着平面外110方向可以具有比较低水平的拉伸刚度。在一个实施例中，对于给定的用途剪切结构12可以构造成使得在平面内108的纵向112方向上和平面外110方向上可以被调节或特制，正如下面更加详细描述的。有利的是，通过在平面内108横向116方向上提供高水平的剪切刚度并且允许第一和第二表皮18、20在在平面内108的纵向112方向上和平面外110方向上的相对运动，夹层结构10可以使在第一和第二表皮18、20的差温加热期间可能发生的热载荷最小化，正如下面更加详细地描述的。夹层结构10可以使响应具有箱(tank)壁(例如，第一表皮)的加压箱的内部压力变化而发生的应力最小化，该箱壁利用如图50和52所示并且在下面比较详细地描述的剪切结构连接于第二表皮。
除了使由于第一和第二表皮18、20的差温加热引起的热应力最小化之外，夹层结构10还可以使响应第一表皮18相对于第二表皮20的微分热膨胀系数(CTE)可以发生产生的应力最小化。例如，如下面更加详细地描述的，排气喷嘴的第一表皮(例如，热侧)可以用比该排气喷嘴的第二表皮(例如，冷侧)可以具有较高的温度容量但是较低的热膨胀系数(CTE)的陶瓷材料制造，而第二表皮用不同的材料制造，例如钛、铬镍铁合金或其他材料。有利的是，本文中所公开的夹层结构可以使在第一和第二表皮18、20的温度(例如，加热或冷却)变化期间由微分热膨胀系数引起的应力最小化。
图3是图2所示的燃气涡轮发动机416的简化的剖视图。图中示出可以安装核心发动机432的发动机舱420。一个或更多个叶片426可以安装在核心发动机432的前端并且可以绕发动机轴线418旋转，用于将周围空气吸入进口422中。空气的一部分可以通过风扇通道428并且可以离开风扇出口430。周围空气的一部分还可以进入核心发动机432并且可以通过燃烧室442，在燃烧室空气可以与燃料混合并且被点火使其膨胀。得到的热的燃烧气体444可以在燃气涡轮发动机416的后端通过由整流罩440和排气锥体448形成的环形排气通道446离开。热的燃烧气体444通过整流罩440和排气锥体448，并且引起整流罩440和排气锥体448的差温加热，例如在发动机起动期间。
图4-5是用作排气喷嘴434的夹层结构10的视图，该排气喷嘴434具有外部圆柱形的整流罩440和圆柱-圆锥形排气锥体448。虽然示为具有圆形的封闭截面，但是如下所述，夹层结构10可以用包括开口截面(未示出)和非圆形截面的任何形状实现。夹层结构10包括由剪切结构12(图6)连接在一起的第一表皮18和第二表皮20。为了本发明的目的，第一表皮18构成夹层结构10的受热侧或热侧14，而第二表皮20构成夹层结构10的冷侧16。在图4-5中，整流罩440的第一表皮18形成整流罩440的环形内表面，而第二表皮20形成整流罩440的外表面。排气锥体448的第一表皮18形成排气锥体448的圆柱-圆锥形的外表面，而排气锥体448的第二表皮形成排气锥体448的内部450(图4)。在本发明中，排气喷嘴434的夹层结构10关于参考系统100描述。x轴102定义纵向112方向(图7)，y轴104定义局部横向116方向(图7)或局部周向118方向(图7)，而z轴106定义平面外110方向(图7)或局部径向122方向(图7)。
虽然夹层结构10在燃气涡轮发动机416的排气喷嘴434的背景下被示出，但是夹层结构10可以用于各种用途的任何一种而没有限制。例如，夹层结构10可以用于火箭发动机(未示出)的喷嘴中。可选地，夹层结构10可以用于诸如超音速运载器(未示出)或重返大气层运载器(未示出)的运载器的热保护系统(未示出)中。与加热第一和第二表皮夹相反，夹层结构10还可以用在第一和第二表皮的温度差是第一和第二表皮的冷却的结果的用途中。在这方面，如本文所公开的夹层结构10可以被包括在在相对的表皮或面板可能经受温度差的任何结构应用中。而且，正如上面所提到的并且在下面所描述的，夹层结构10可以用在用于将箱的箱壁连接于第二表皮的用途中。
图6示出排气喷嘴434(图3)，其中略去第二表皮20(例如，热侧14)以示出剪切结构12。该剪切结构12可以包括安装在相应的第一和第二表皮18、20上并且沿着轴向114方向(图7)或纵向112方向(图7)延伸的多个第一纵向加强件22和多个第二纵向加强件26。该第一和第二纵向加强件22、26可以在纵向112方向上增加相应的第一和第二表皮18、20的刚度。剪切结构12可以包括沿着横向116或周向118方向(图7)延伸的多个第一横向加强件24和多个第二表皮20横向加强件28，用于在横向116或周向118方向上增加相应的第一和第二表皮18、20的刚度。
在一个实施例中，加强件22、24、26、28的任何一个可以与第一和第二表皮18、20一体地形成或机械加工入第一和第二表皮18、20中。可选地，加强件22、24、26、28的任何一个可以分开地形成并且顺序地连接于第一表皮18或第二表皮20。加强件22、24、26、28的任何一个可以用与第一表皮18和第二表皮20相同的或不同的材料形成。例如，第一表皮18可以用一种材料形成，第二表皮20可以用不同的材料形成，并且第一和/或第二铰链部件可以用与第一表皮18和/或第二表皮20不同的材料形成。
图7示出整流罩440的一部分，示出将第一表皮18连接于第二表皮20的多个铰链部件。该铰链部件包括在第一表皮接头40可以可动地连接(例如，铰接地连接88或刚性地连接86)(图30)于第一表皮18的第一铰链部件32。该铰链部件还包括在第二表皮接头50可以可动地连接(例如，铰接地连接88或刚性地连接86)于第二表皮18的第二铰链部件42。第一铰链部件32和第二铰链部件42在位于第一和第二表皮18、20之间的部件接头52处可以可动地相互连接(例如，铰接地连接88或刚性地连接86)。每组第一和第二铰链部件32、42共同形成铰链组件30。在图7所示的例子中，铰链组件30沿着夹层结构10的横向116方向或周向118方向顺序地设置。虽然示出为与第一和第二横向加强件24、28对齐，但是铰链组件30可以与第一和第二横向加强件24、28偏移/偏离第一和第二横向加强件24、28，并且不必沿着横向加强件24、28安装。铰链组件30也可以示出为以彼此相对的、背靠背92设置的方式安装。但是，夹层结构10可以包括单个的铰链组件(未示出)，其可以是单独的铰链组件而没有与其安装的任何相对的铰链组件。
在图7中，第一和第二铰链部件32、42的每一个可以由安装在第一表皮18或第二表皮20上的两个或更多个杆60构成，以形成三角形子组件62。第一铰链部件32的三角形子组件62可以在部件接头52处连接于第二铰链部件42的三角形子组件62，以将桁架结构58形成为金字塔形组件66。例如，夹层结构10可以包括在周向118方向上或任何其他方向上延伸并且可以将第一表皮18连接于第二表皮20的多个金字塔形组件66。在一个实施例中，一系列金字塔形组件66可以安装在第一和第二横向加强件24、28上。虽然图7示出铰链部件形成为杆60，但是在可选实施例中铰链部件可以形成为剪切板80(图28)，作为单一的铰接结构280(图53-65和69-70)，或在其他实施例中。
在图7中，第二纵向加强件26被示出为具有比第一纵向加强件22高的高度。但是，第一和第二纵向加强件22、26每个可以以任何高度形成。同样，第一和第二横向加强件22、24、26、28可以以不同的高度或相同的高度形成。加强件22、24、26、28的高度可以根据在给定的纵向112和横向116/周向118方向上的刚度要求确定。此外，虽然第一和第二纵向加强件22、26被示出为彼此直接相对地设置，但是第一和第二纵向加强件22、26可以相对于彼此设置在任何位置。同样，第一和第二横向加强件24、28可以相对于彼此设置在任何位置并且不必相互对齐。还应当指出，夹层结构10不限于沿着纵向112或横向116方向取向的加强件，而是可以包括相对于纵轴线沿着诸如对角线方向的任何方向取向的加强件。
在图8中，示出由一对背靠背92铰链组件30连接的第一表皮18(图6)的一部分和第二表皮20(图6)的一部分。每个铰链组件30被示出形成为上面所述的金字塔形组件66。第一表皮18可以包括第一横向加强件24，而第二表皮20可以包括第二横向加强件28。在每一个三角形子组件62中，每个杆60可以具有近端36、46和远端38、48。一个或更多个杆60的近端36、46可以连接于第一和第二表皮18、20的对应的一个，或一个或更多个杆60的近端36、46可以连接于第一和第二横向加强件24、28的对应的一个。每一个杆60的远端38、48在形成接合点64的部件接头52可以相互连接。
三角形子组件62的杆60可以由实心杆、空心管或其组合构成。此外，杆60可以以各种不同的截面尺寸、形状和结构的任何一种形成。杆60可以用任何数目的不同的接头结构在第一和第二表皮接头40、50连接于相应的第一和第二表皮18、20和/或连接于第一和第二横向加强件24、28或第一和第二纵向加强件22、26(图7)。在一个实施例中，第一表皮接头40、第二表皮接头50和/或部件接头52可以构造成可动的接头54。例如，第一和第二表皮接头40、50和/或部件接头52可以构造成通用接头(未示出)、球窝接头(未示出)、如下面所描述的单一U形夹72(图7)或双U形夹72配件(fitting)，或各种其他接头结构的任何一种或其组合。同样，第一和第二铰链部件32、42之间的部件接头52可以以各种接头结构的任何一种提供，包括上面提到的用于第一和第二表皮接头40、50的接头结构。此外，第一和第二铰链部件32、42可以形成为刚性接头或不可动接头，例如包括在图30所示并且在下面描述的剪切板80中的刚性接头56实施例中。
在图8中，第一表皮接头40可以限定第一轴线34，第二表皮接头50可以限定第二轴线44。第一和第二表皮接头40、50之间的部件接头可以限定部件轴线51。第一轴线34、第二轴线44和部件轴线51可以彼此基本上平行，这可以方便铰链部件32、42的运动。在一个实施例中，加强件22、24、26、28(图7)的至少一个可以沿着大致平行于第一轴线34、第二轴线44和部件轴线51的方向延伸。第一和第二轴线44和部件轴线51的取向可以限定夹层结构10的横向116方向。正如上面所指出的，第一表皮18(图7)和第二表皮20(图7)在平面内108的横向116方向上相对于彼此可以是基本上不可动的。第一表皮18和第二表皮20在平面内108的纵向112方向上相对于彼此可以是可动的。该纵向112方向可以基本垂直于剪切结构12的第一和第二轴线44。第一表皮18和第二表皮20在平面外110方上向相对于彼此在竖直120方向上或沿着与第一表皮18和第二表皮20大致正交的方向可以是可动的。
图9-11示出第一表皮18和第二表皮20在平面外110方向(图8)上相对于彼此的运动。图9示出在相对于第二表皮20增加第一表皮18的温度之前处在初始位置的第一和第二表皮18、20。图10示出在第一表皮18的加热期间可以发生的第一表皮在平面外110方向上相对于第二表皮的运动，该运动可以引起第一表皮18的平面内平膨胀134(图16)中并且可以导致第一表皮18在平面外110方向上相对于第二表皮20的偏移。图11示出由于第一和第二表皮18、20差温加热的结果，第一表皮18在平面外110方向上朝着第二表皮20偏移的另一个量。有利的是，剪切结构12可以构造成使得第一和第二表皮接头40、50和部件接头52构造成基本上可自由运动的可动接头54(图8)。在这方面，剪切结构12可以提供第一表皮18相对于第二表皮20的径向隔离。在第一表皮接头40、第二表皮接头50和/或部件接头52中可以存在小量的摩擦。这种摩擦可以在铰链部件32、42以及第一和第二表皮18、20之间传递小量的力矩，并且可以提供偏置力，以推动第一和第二表皮18、20相互离开。但是，这种作用通过使接头中的摩擦最小化而可以最小化。
图12是整流罩440(图6)的夹层结构10的端视图，示出在第一和第二表皮接头40、50可动地连接于第一和第二表皮18、20的铰链部件32、42。该铰链部件32、43也可以在部件接头52可动地相互连接。有利的是，该第一和第二铰链部件32、42可以相互连接并且连接于第一和第二表皮18、20的相应的一个，使得夹层结构10在平面内108的纵向112方向(图8)上基本上具有零或可忽略的剪切刚性。以这种方式，如上面所指出的，第一表皮18和第二表皮20在纵向112方向上相对彼此可以是可动的。此外，夹层结构10可以构造成沿着平面内108的横向116方向提供比较高的剪切刚度，使得第一和第二表皮18、20在横向116方向(图8)上相对于彼此基本上是不可动。夹层结构10还可以沿着径向122方向(图8)或平面外110方向(图11)提供比较低的拉伸刚度，使得第一和第二表皮18、20在平面外110方向上(例如，沿着垂直于平面内108方向的方向)朝着彼此或离开彼此是可动的。
图13是模拟夹层结构10响应第一和第二表皮18、20之间的600°F的温度差。在这个模拟中，第一表皮18沿着平面外110方向或径向122方向朝着第二表皮20从第一表皮18初始位置130偏移136大约0.080英寸到该第一表皮18的偏移位置132。虽然没有示出，但是在模拟期间，排气锥体448的端部在平面内108的纵向112方向上偏移大约0.20英寸。有利的是，由于剪切结构12在平面外方向上的比较低的拉伸刚度，在模拟期间，第二表皮20保持静止。在这方面，在夹层结构10的差温加热期间第二表皮20的不运动表明由该剪切结构12提供的第一和第二表皮18、20之间的径向隔离。
图14是沿着图12的直线14截取的夹层结构10的俯视图，并且示出第一纵向加强件22、第一横向加强件24和多个铰链组件30。在所示的实施例中，如上面所指出的，铰链组件30设置成大致上与横向加强件对齐。铰链组件30设置在由相邻的一对纵向加强件22之间的间距形成的多个隔区(bay)94内。但是，夹层结构10可以构造成使得铰链组件30横跨两个或更多个隔区94。在这方面，各个铰链组件30的一个或更多个可以跨立一个或更多个纵向加强件。
图15至17示出在第一和第二表皮18、20沿着平面外110方向的相对运动的同时，第一表皮18沿着平面内108的纵向112方向相对于第二表皮20的运动。正如上面所指出的，第一和第二表皮18、20限定平面内108方向。平面外110方向基本上取向成正交于平面内108方向。夹层结构10的纵向112方向取向成基本上垂直226(图44)于夹层结构10的横向116方向。铰链组件30设置成使得第一和第二表皮18、20沿着纵向112方向(例如，平面内方向)是可以相对运动的，并且沿着平面外110方向也是可以相对运动的，并且沿着平面内108的横向116方向或周向118方向(例如，平面内方向)(图7)是不可运动的。
图15示出在其差温加热之前在初始位置130(图13)的第一和第二表皮18、20。图16示出在第一表皮18沿着平面外110方向相对于第二表皮20运动的同时，第一表皮18沿着平面内108的纵向112方向相对于第二表皮20的运动。由于第一表皮18的加热可以发生这种运动。图17示出第一和第二表皮18、20之间进一步的温差作用引起第一表皮18沿着平面内108的纵向112方向相对于第二表皮20的附加运动，其中第一表皮18在平面外110方向上相对于第二表皮20附加地运动或偏移。正如上面关于图9-11所指出的，剪切结构12可以有利地构造成使得第一和第二表皮接头40、50以及部件接头52构造成基本上自由运动的可动接头54，以将第一表皮18径向隔离于第二表皮20并且使第一和第二表皮18、20中的应力的发生最小化或防止其发生。图16-17附加地示出响应第一表皮18沿着纵向方向相对于第二表皮20的平面内运动的铰链部件32、42的滚转138运动。
图18是铰链部件32、42的实施例，其中杆60包括U形夹72配件，用于彼此互连接并且用于连接于第一和第二表皮18、20的支架76。该U形夹72配件可以以便于第一和第二表皮18、20在平面外110方向上和在平面内108的纵向112方向上相对运动的方式设置。例如，第一杆60a和第三杆60c可以用具有共用销74的两个U形夹72连接，其中共用销74安装在通过该U形夹72的孔中。这种设置可以允许第一表皮18在平面外110方向上相对于第二表皮20运动。第四杆60d利用U形夹72和销74结构只能连接于第三杆60c。第二杆60b也利用U形夹72和销74结构仅仅连接于第一杆60a。
图19示出第二杆60b、第三杆60c和第四杆60d杆在部件接头52的互连接。第二杆60b和第四杆60d杆完成三角形子组件62并且在每个三角形子组件62的平面内提供结构刚度。有利的是，杆60和第一和第二表皮18、20之间的铰端(pin-ended)连接的设置允许第一和第二表皮18、20的相对运动而在每个杆端部的连接中不引入应力或应变。
图20示出利用U形夹72配件将第一杆60a(图18)互连接于第二表皮20和在纵向加强件26的相对侧(例如，右手侧)将杆60类似地连接于第二表皮20。在所示的实施例中，两组U形夹72配件用来提供第一杆60a相对于第二表皮20所需要的运动自由度。安装在第二表皮20上的U形夹72配件允许第一和第二表皮18、20在平面外110方向上的相对运动(图18)。安装在第一杆60a上的U形夹72配件允许沿着周向118方向的相对运动而不引入安装在第二表皮20的U形夹72配件中的或安装在第一杆的U形夹72配件中的弯曲力矩。剪切结构也可以提供在具有构造成从纵向加强件26的两侧互连接U形夹72配件的单个直列接头(未示出)的实施例中。
图21示出可以任选地包括在夹层结构10中的温度控制系统150。该温度控制系统150可以安装在夹层结构内，例如在第一和第二表皮之间，并且可以包括用于循环冷却剂154的一个或更多个空心管子152。空心管子152可以任选地包括用作冷源的一个或更多个翅片158，以吸收来自夹层结构10内部的热。冷却剂154可以包括诸如气体或诸如液态氮的液体的惰性流体。液态氮可以吸收由夹层结构10的热侧辐射的热。
图22示出温度控制系统的可选实施例，其中空心管子152包括多个孔160，用于将出诸如液态氮的冷却剂排出到夹层结构10的内部。液态氮可以吸收来自夹层结构10的内腔的热，并且因而冷却该夹层结构10。虽然温度控制系统150在液态氮的背景中被描述，但是包括任何液体或气体的任何流体可以用作冷却剂154。例如，冷的周围空气可以循环通过空心管子152。在商业客机的巡航高度，温度较低周围空气(例如华氏负59度)可以循环通过管子152用来冷却夹层结构10的内部。对于超音速运载器，运载器的外部表皮(未示出)的大气加热可以用来加热氢浆系统(未示出)到允许氢被循环通过空气管子152的温度。
图23是模拟响应沿着竖直120方向(例如，平行于z轴)施加于排气喷嘴434的175-g的加速度172载荷，排气喷嘴434的第二表皮(例如，冷侧16)的应力曲线图170。该应力曲线图170中应力的相对幅度174示于图24中。图23的该应力曲线图170示出在第二表皮20的支撑位置(未示出)，在排气锥体448的相对的横侧188上的第二表皮20中的比较高的幅度的应力集中。有利的是，夹层结构10提供用于在175-g的加速度172下来自第二表皮20的质量的载荷的路径。该载荷路径沿着剪切结构12(图22)的周向118方向(图7)移动到第二表皮20的横侧188的支撑位置中。
图25是响应175-g加速度172(图23)的图23中的排气喷嘴434的第一表皮18(例如，热侧14)的应力曲线图170。图25的应力曲线图沿着第一表皮18的横侧188具有比较高幅度的应力集中，沿着排气锥体484的上下部分具有减小的应力集中。在图25中，第一表皮18在竖直120方向(图8)上是不受约束的，因此来自第一表皮18的质量的载荷通过第二表皮20(图23)每侧上的剪切结构12(图22)沿着周向118方向(图8)传递，并且传递到支撑位置(未示出)。有利的是，在第一和第二表皮18、20之间的载荷传递在周向118方向上通过由夹层结构10提供的比较高的剪切刚度实现。虽然第二表皮20在图23和25的模拟中是受约束的，但是第一表皮18(图25)可以任选地被约束(未示出)。
图26是排气喷嘴模拟响应施加于第一和第二表皮18、20的600°F的温度差的排气锥体434(图3)的第一表皮18和第二表皮20的应力曲线图170。如图所示，第一和第二表皮18、20上的温度差在排气锥体448中导致比较低幅度的应力184。在该模拟中，应力可以小于1psi(例如，实际上为零)。这种实际的零应力是由于剪切结构12(图22)在平面内108(图7)的纵向112方向(图7)上比较低的或可以忽略的剪切刚度和剪切结构12在平面外110方向(图7)上的比较的拉伸刚度的结果。这种低刚度便于响应第一表皮18的热膨胀，第一和第二表皮18、20在平面内108的纵向上和径向122方向(图7)上的相对运动。有利的是，铰链部件32、42构造成类似于图15-17所示的滚转运动在纵向112方向上经受滚转运动，以使第一和/或第二表皮18、20中的应力最小化。
图27示出包括构造成剪切板的铰链部件32、42(图15)的整流罩440的实施例的模型190。在图27中，第二表皮20(例如，冷侧16)被去掉，以示出剪切结构12。第一表皮18(例如，热侧14)具有安装在其上的或与其结合的第一纵向加强件22和第一横向加强件24。剪切板80被包括在剪切结构12中并且可以安装在加强件22、24、26、28之间。
图28示出作为互连接第一和第二表皮18、20的剪切板80的铰链部件32、42。第一和第二纵向加强件22、26以及第一和第二横向加强件24、28以类似于上面描述的用于图7所示的剪切结构12的加强件的方式设置。如图29所示，每个剪切板80具有近端36、46和远端38、48。每个剪切板80的近端36、46可以在相应的第一表皮接头40和第二表皮接头50连接于第一表皮18或第二表皮20。剪切板80也可以任选地在第一和第二表皮接头40、50连接于纵向和/或横向加强件。每个剪切板80的远端38、48在部件接头52连接于相对的剪切板80的远端38、48。
图29示出夹层结构10的实施例，其中第一和第二铰链部件32、42形成为具有梯形结构并且铰接地连接88于第一和第二表皮18、20并且相互连接的剪切板80。该剪切板80的近端36、46在第一和第二表皮接头40、50的每个处利用诸如枢轴铰链90的可动接头54枢轴地连接于相应的第一和第二表皮18、20。该枢轴铰链90可以最小化可能在其他情况下由剪切板80刚性连接于第一和第二表皮18、20并相互连接引起的弹簧刚度。
在图29中，剪切板80的远端38、48可以在部件接头52利用诸如枢轴铰链90的可动接头54或其他枢转机构枢转地相互连接。第一表皮接头40和第二表皮接头50以平行于部件接头的方式取向，以便于第一表皮18相对于第二表皮20的平面外110运动，并且便于第一表皮18在平面内108的纵向112方向上相对于第二表皮20的运动。与上面所述并且在图8所示的杆60的金字塔形子组件66提供径向隔离水平相比，由于枢轴铰链90中的摩擦，图29的实施例可以提供第一表皮18相对于第二表皮20的减小的径向隔离的水平。
图30示出夹层结构的实施例，其中剪切板80具有梯形或楔形84结构。剪切板80的近端36、46在第一表皮接头40和第二表皮接头50刚性地连接于第一和第二表皮18、20。剪切板80的远端38、40相互刚性地连接86。图31是图30的夹层结构10的实施例的侧视图，并且示出剪切板80通过该剪切板80上的凸缘82连接于第一和第二纵向加强件22、26(图28)。有利的是，图30的实施例提供减小的复杂性水平，与剪切结构12(图27)的金字塔形组件66(图8)实施例相比，这可以改进制造性。
图32是图30的夹层结构10的实施例的端视图，并且示出剪切板80沿着部件接头52相互刚性连接。在横向加强件24、28的每侧上的一对第一和第二铰链部件32、42构成单个铰链组件30。图32示出以背靠背92设置的方式安装的一对铰链组件30，其中该铰链组件30的凸缘82连接于横向加强件24、28。但是凸缘82可以任选地连接于第一和第二表皮18、20。虽然图32示出以背靠背/紧接92设置的方式取向的一对铰链部件30，但是夹层结构10可以构造成使得只在横向加强件的一侧上只设置有单一的一个铰链部件30，正如上面关于剪切结构12(图27)桁架结构58(图19)的实施例所描述的。
图33示出在非偏移位置的夹层结构10。图34示出第一表皮18在平面外110方向(例如，径向122方向)(图32)上相对于第二表皮20的偏移。虽然图34示出剪切板80保持大致平面的形状，但是当第一表皮18相对于第二表皮20沿着平面外110方向移动时，剪切板80上的阻力可以导致剪切板80弯曲成曲面形状(未示出)。图35示出第一表皮18相对于第二表皮20沿着平面外110方向的进一步的偏移。
在图33的实施例中，剪切板80刚性地连接于第一和第二表皮18、20并且在部件接头52相互连接可以导致在平面外110方向(图32)上或径向122方向(图32)上产生阻力(未示出)。该阻力的大小可以与剪切板80的弯曲刚度成比例。剪切板80的弯曲刚度可以与剪切板80的厚度、剪切板80沿着径向122方向的高度、沿着横向116方向(图7)的宽度、并且与剪切板80的弹性模量有关。上面指出的因素中影响最大的可能是剪切板80的厚度。在这方面，正如下面比较详细地描述的，与具有比较小的宽度和比较大的板厚度的剪切板80相比，具有比较大的宽度和比较小的板厚度的剪切板80沿着径向122方向可以提供较小的阻力。
在图33中，由于剪切板80的刚性连接引起的阻力在第一和第二表皮18、20中可以产生很小程度的应变和有关的应力。对于其中第一表皮18用不同于第二表皮20(例如钛)的材料(例如陶瓷母体复合材料)构成的夹层结构的剪切板80的实施例，响应第一表皮18相对于第二表皮20的温度变化，每个剪切板80可以在另一个剪切板80中引起应变和应力。在剪切板80中的这种应变和应力在第一表皮18相对于第二表皮20的差温加热或不同的温度期间也可以引起第一和第二表皮18、20中的应变和应力。这种应变和应力可以通过使将剪切板80连接在一起的部件接头52的长度最小化而减少。在这方面，与刚性连接88的剪切板80(图29)的实施例或金字塔形组件66(图8)的实施例相比，图33所示夹层结构10的实施例可以提供第一表皮18相对于第二表皮20的减小的径向隔离。
参考图36-37，图37示出用于图30所示的实施例的楔形84的剪切板80的第一和第二铰链部件32、42的应力曲线图并且示出应力轮廓178。图37是在图36的应力曲线图上绘制的来自Mises应力的相对幅度174的图例(legend)。图36是剪切板80对第一和第二表皮18、20上的600°F的温度差的响应的典型。该应力曲线图示出在剪切板80的部件接头52的位置比较高180幅度/量级(magnitude)的应力集中和移动离开该部件接头52的中等应力集中182。由于第一和第二铰链部件32、42的剪切板80中的不同材料，高应力集中180沿着部件接头52发生。
应当指出，本文所公开任何夹层结构的实施例可以以具有多个表皮的堆叠设置(未示出)的方式提供，并且其中每对相对的一对表皮(未示出)可以通过一个或更多个剪切结构(未示出)连接。有利的是，这种堆叠设置可以方便设置在该堆叠设置(结构)的最外侧的热侧表皮(例如，暴露于外部热源)与设置在与该堆叠设置的最外侧相对的冷侧表皮的热隔离。这种堆叠设置的表皮和/或铰链部件(未示出)可以用不同的材料形成。例如，这种堆叠设置的最外面的表皮(未示出)可以用具有比较高的温度容量的材料形成，例如陶瓷材料、钛、铬镍铁合金或其他材料。这种堆叠设置的最里面的表皮(例如，位于最外面的表皮之间)可以用具有比最外面的表皮低的温度容量的材料(例如，铝和其他材料)形成。在一个实施例中，诸如图21-22所示的上面所述的温度控制系统的温度控制系统，或其他的温度控制系统实施例可以包括在这种夹层结构中，以提供该夹层结构的内部的无源或有源冷却，以改进堆叠设置的热隔离能力。
图38是具有形成为圆角方形的截面形状的排气锥体448的模型210的视图，以非圆形截面200的方式示出夹层结构10的实施方式，图38所示的具有非圆形截面200的排气锥体448包括桁架结构58(图7-8)。在应力曲线图中的应力表示由于该非圆形截面差温加热的结果而产生在第一表皮202(例如，热侧206)和第二表皮204(例如，冷侧208)中的应变和应力。局部的应力集中可以发生在围绕排气锥体448的位置，该位置对应于铰链部件32、42(图4)连接于第一和第二表皮202、204的位置。由于铰链组件30与膨胀的第一表皮202的偏移轨迹218(图41)不对齐，所以可以发生局部应力集中。图39是图38的排气锥体448的端视图，示出该排气锥体的非圆形的截面200。还示出构造成将第一表皮202连接于第二表皮204的多个剪切部件32、42的剪切结构12。
参考图40-45，图40示出排气锥体448的端视图(图38)，示出互连接该第一和第二表皮202、204的多个铰链部件32、42。该铰链部件32、42被示为多个金字塔形的组件66(图8)。在图40中，第一表皮202被示出在初始212位置。图41是排气锥体448的端视图，示出在初始212位置和响应第一和第二表皮202、204的差温加热而在偏离214位置的第一表皮202。图41还示出第一表皮202的多个偏移轨迹。每一个偏移轨迹218表示，当第一表皮202响应差温加热或其他原因引起的从初始212位置移动到偏移214位置时第一表皮202上的跟踪点216的轨迹。偏移轨迹218的非共用原点220与第一和第二表皮202、204中的局部应力集中有关。在这方面，第一和第二表皮202、204上的应力集中是由于铰链组件30与在非圆形截面200中可发生的偏移轨迹不对齐引起的。
图42是排气锥体448(图38)的端视图，示出多个修正的铰接对齐矢量224。每个修正的铰接对齐矢量224对应于第一表皮202的一个跟踪点216(图41)。在图42中，修正的铰接对齐矢量224重叠在对应的偏移轨迹218上。修正的铰接对齐矢量224表示铰链部件32、42的希望的取向。在这方面，铰链部件32、42与修正的铰接对齐矢量224的对齐在夹层结构的差温加热期间允许第一表皮202遵循修正的铰接对齐矢量224的方向。通过遵循修正的铰接对齐矢量，在非圆形的截面200的差温加热期间可以从第一和第二表皮202、204消除应力和/或机械应变。
图43示出排气锥体448(图38)的一部分和修正的铰接对齐矢量224在排气锥体448上的一个位置相对于初始212的偏移轨迹218的取向。正如上面所指出的，通过调节铰链部件32、42的取向以与修正的铰接对齐矢量对齐，可以减小或消除第一表皮202和/或第二表皮204上的应力和/或应变。图44示出在原来212的取向中的铰链部件32、42，并且其中铰链部件32、42连接于分别安装在第一和第二表皮202、204上的第一横向加强件和第二横向加强件。在初始的取向中，铰链部件32、42的轴线51相对于初始铰接对齐矢量222垂直地取向。
图45示出重新取向的铰链部件32、42，该重新取向使得铰链部件32、42的部件轴线51与修正的铰接对齐矢量对齐(例如，取向成垂直于226)修正的铰接对齐矢量。在铰链部件被重新取向的情况下，第一表皮202在夹层结构10的差温加热的情况下可以各向同性地膨胀而在非圆形截面200中不产生明显的应力和应变。图45示出一个实施例，其中第一和第二横向加强件24′、28′可以被修改，以对应于铰链部件32、42的重新取向。
关于在夹层结构10中的铰链部件的一般的设置，应当指出，铰链部件32、42(图43)不限于在周向118方向(图7)上提供刚度并且减小或防止其他方向上的刚度的取向。例如铰链部件32、42可以设置成在平面内108(图7)的纵向112方向(图7)上提供相当大的剪切刚度，并且在平面内周向118方向上使剪切刚度最小，同时允许第一表皮202(图44)在平面外110方向(图7)上相对于第二表皮204(图44)运动。而且，铰链部件32、42可以以组合取向的方式设置并且在整个夹层结构10(图42)中不限于单一取向。例如，铰链部件32、42可以取向成以在弯曲载荷最高的结构或运载器的中心提供纵向剪切刚度。但是，在诸如运载器的末端的其他位置，铰链部件32、42可以以提供周向剪切刚度的取向方式安装。正如能够理解的，铰链部件32、42可以以各种不同取向的任何取向方式安装在结构的任何位置。
参考图46-47，图46示出可以包括夹层结构10的发射运载器230的侧视图。该发射运载器可以包括一个或更多个推进剂箱232，该推进剂箱232可以通过一个或更多个常规的Y形接头246连接于运载器结构238。推进剂箱232可以包含推进剂244，例如低温推进剂或其他推进剂。在一个实施例中，该推进剂箱232可以包括液氢或液氧。推进剂箱232可以被加压和/或可以经受内部压力变化，例如在推进剂箱232内的推进剂244的加热或冷却期间。在图47中，推进剂箱232可以包括圆柱形的箱壁240并且具有安装在该圆柱形箱232的端部的圆顶242。
参考图48-49，图48示出用来以常规方式将推进剂箱232连接于发射运载器230的前裙部234和后裙部236的常规的Y形接头246的剖视图。该裙部234、236可以形成为硬壳式结构或具有由中心部分252分开的外表皮250和内表皮248的夹层板。在Y形接头246处，推进剂箱圆顶242可以沿着粘结缝254(图48)的长度256用粘结剂粘结于运载器结构238。遗憾的是，低温箱232相对于运载器结构238的内部压力的变化可以引起箱壁例如在周向方向上的膨胀，并且这可以在沿着常规Y形接头246的粘结缝254的末端引起局部剪切的峰值。这种剪切峰值可以达到粘结缝254的粘结剂的强度极限。图49示出粘结缝254中的剪切应力258与沿着粘结缝254的长度256的位置的曲线图，并且示出由于低温箱232相对于运载器结构238的差温加热引起的局部剪切峰值260。
参考图50-52，图50示出在运载器结构238和推进剂箱232之间包括剪切结构12的有利实施例的剖视图。在所示的实施例中，剪切结构12包括用来将推进剂箱232连接262于运载器结构238的多个铰链部件32、42。该铰链部件32、42被示出以方便第一表皮202(例如，箱壁240)相对于第二表皮204(例如，运载器结构238)的平面外运动的方式取向。铰链部件32、42可以以与发射运载器230的轴向对齐的方式取向。发射运载器230的轴向可以包括主要的运载器载荷沿着其作用的方向。箱壁可以，例如响应由于推进剂的加热或冷却引起的推进剂箱的内部压力的变化，在平面内方向上或周向方向上膨胀或收缩。有利的是，可以构造成剪切板80的铰链部件32、42通过允许箱壁240(例如，第一表皮)朝着或离开运载器结构238(例如，第二表皮)膨胀或收缩，可以最小化或防止沿着推进剂箱232与运载器结构238的连接长度的局部剪切峰值。虽然，图50中没有示出，但是铰链部件32、42也可以构造成金字塔形组件(未示出)或以上面描述的其他实施例的方式构造。
图51是剪切应力与用于图50中所示的连接方案的位置的曲线图。图51示出沿着铰链部件32、42的连接264长度有利地产生的比较恒定的剪切应力。而且，图51示出通过修正沿着该连接264长度在给定位置的铰链部件32、42中的剪切刚度，对沿着推进剂箱232和运载器结构238之间的连接长度的应力水平的可能调节266。例如，在图50中，该连接264最左侧的上的铰链部件32、42可以以用于铰链部件32、42的刚性接头的比较短的宽度设置，并且相对于沿着连接264的其他位置的拉伸刚度，这可以使铰链部件32、42在平面外方向上的或整个厚度方向上的拉伸刚度最小化。例如，在连接264的右侧，铰链部件32、42可以具有比较大的宽度，这可以提供在这个位置的增大的拉伸刚度水平。通过调节铰链部件32、42的几何形状，对于沿着推进剂箱232和运载器结构238之间的连接264的给定的位置可以调节剪切应力。
在图52中，示出该推进剂箱232对运载器结构238的连接264的可选实施例。图52示出用于将推进剂箱232连接于运载器结构238的连接262的铰链部件32、42的不同的结构。铰链部件32、42的不同的结构在第一表皮18和第二表皮20之间提供不同的刚度水平。例如，在图52中在连接264的长度的左侧上，铰链部件32、42可以具有直侧面。在图52中在连接264的长度的右侧，铰链部件32、42可以构造成楔形84的剪切板80，以在剪切板80的顶点288提供较小的宽度，以减小箱232和运载器结构238之间的连接264中的拉伸刚度。除了纵向地取向268的铰链部件32、42之外，图52示出在连接264的左侧上的周向地取向270的铰链部件32、42，并且其中周向地取向270的铰链部件32、42在推进剂箱232和运载器结构238之间提供周向刚度。在连接264中的周向刚度可以有利地减小或防止推进剂箱232和运载器结构238沿着周向方向的相对运动。
图53-56示出具有不同剪切刚度程度的单一的铰接结构280的构造。在图53-56中，每个铰链部件包括第一和第二铰链部件32、42(例如，上部和下部)，它们可以一体地形成为单一的铰接结构280。在对应的第一和第二表皮接头40、50，该第一和第二铰链部件32、42可以连接于第一和第二表皮18、20的相应的一个。第一和第二铰链部件32、42相互结合并且可以在第一和第二表皮接头40、50之间形成顶点288。在图53的单一的铰接结构280中第一和第二铰链部件32、42构造成具有楔形边缘282的剪切板80。图53中的单一的铰接结构280的顶点288可以比图54的单一的铰接结构280的顶点288长。此外，图54中的单一的铰接结构280可以包括相对于图53的单一的铰接结构的刚度用于减小该铰接结构的剪切刚度的扇形边缘284。图55示出单一铰接结构280的另一个实施例，这个实施例具有顶点288的进一步减小的长度并且具有用于减小的剪切刚度的直边缘286.
图56是图53-56所示的单一的铰接结构280的侧视图。该单一的铰接结构280可以包括在上下侧上的安装凸缘，用于将剪切板80直接连接于第一和第二表皮18、20。该安装凸缘可以通过机械固紧、粘结剂粘结、或任何其他合适的方法连接于第一和第二表皮18、20。
图57-59示出单一的铰接结构280的实施例，其具有类似的板厚度并且以不同的板角度196取向。图57示出具有比较陡的板角度296的单一的铰接结构280，这相对于由图58的单一的铰接结构280提供的拉伸刚度可以提供沿着平面外方向的较高水平的拉伸刚度。图58的单一的铰接结构280被示出具有比图57的单一的铰接结构280的板角度296小的板角度296。图59的单一的铰接结构280具有比由图57和58的单一的铰接结构280提供的板角度浅的板角度296。
图60-62示出单一的铰接结构280的实施例，其中这些单一的铰接结构280分别具有与图57-59分别示出的单一的铰接结构280相同的板角度296。但是，图60-62所示单一的铰接结构280相对于图57-59所示的单一的铰接结构280的板厚度294具有减小的板厚度294。在这方面，相对于由图57-59所示的单一的铰接结构280提供的拉伸刚度，图60-62所示单一的铰接结构280可以提供减小的拉伸刚度。
图63-65示出单一的铰接结构280的另一个实施例，其中这些单一的铰链部件280分别具有与图57-59所示的单一的铰接结构280相同的板角度。但是，图63-65所示实施例相对于图57-62所示的单一的铰接结构280的板厚度294具有减小的板厚度294，因此图63-65中的实施例具有减小拉伸刚度。
图66是剪切结构12的实施例的端视图，该实施例包括由单个的第一和第二铰链部件32、42形成的一对铰链组件30。该铰链部件以堆叠的68设置的方式形成并且通过安装凸缘连接于第一和第二表皮18、20。该铰链部件通过机械连接和/或粘结剂粘结由重叠接头70相互刚性连接。
图67是剪切结构12的实施例的端视图，该实施例包括单一的一个铰链组件30。该铰链组件30由在重叠接头70处相互刚性地连接的第一和第二铰链部件构成。该第一和第二铰链部件32、42每个包括用于直接连接于相应的第一和第二表皮18、20的安装凸缘。例如图67中的安装凸缘可以粘结于第一和第二表皮18、20或机械地与其连接或通过粘结剂粘结和机械连接的结合。图68示出类似于图67的实施例构造的剪切结构12的实施例。图68的实施例具有比图67所示的实施例短的长度，这可以得到比图67所示的实施例大的拉伸刚度。
图69是单一的铰接结构280的实施例的端视图，该实施例通过安装凸缘直接安装于第一和第二表皮18、20。该单一的铰接结构280在第一和第二表皮18、20之间可以具有连续弯曲的形状298，例如大致椭圆形的形状。但是，该单一的铰接结构可以具有可选类型的弯曲部分，包括基本恒定的半径的弯曲部分。图70示出单一的铰接结构的实施例，该实施例具有在第一和第二表皮之间延伸的竖直的腹板300。图70中的单一的铰接结构280的拉伸刚度可以通过控制该竖直腹板300的板厚来控制。由于腹板300的取向，图70的单一的铰接结构280可以具有较高水平拉伸刚度并且因此得到第一表皮18和第二表皮20的较高水平的在平面外连接。
图71是剪切结构12的实施例的端视图，该实施例具有以嵌入的304结构设置的多个单一的铰接结构280。在一个实施例中，图71的夹层结构10可以包括组合的306第一表皮18和组合的306第二表皮20。第一和第二表皮18、20的每一个可以由层叠在一起的组合的层片(ply)308形成。例如，第一表皮18和第二表皮20可以用纤维加强的聚合物材料或其他合适的材料形成，包括设置在层片叠层中的金属和/或非金属材料。此外，每个单一的铰接结构280可以包括安装凸缘，该安装凸缘与构成第一表皮18和第二表皮20的各个层片308交替。有利的是，该嵌入的304铰链部件可以提供第一表皮18和第二表皮20之间的比较高水平的拉伸刚度。同样，该嵌入的304铰链部件在平面内方向上可以提供较高水平的剪切强度。此外，应当指出，对于与该嵌入的304单一的铰接结构的凸缘重叠的层片30锥度比，图71所示的该嵌入的304单一铰接结构280的实施例是符合理想的。在这方面，层片308的叠层可以构造成使得该层片308的锥度比在大约20:1到30:1的范围内，而不是图71所示的2:1到3:1的层片308的锥度比。但是，相互重叠并且与一个或更多个单一的铰接结构280的凸缘重叠的组合的层片308的重叠可以提供任何锥度比，而没有限制。
在本文中公开的任何实施例中，第一表皮18和第二表皮20可以用任何金属或非金属材料形成而没有限制。在一个实施例中，第一表皮18可以用在升高的温度下具有良好的机械性能的陶瓷母体复合材料形成。但是第一表皮18可以由金属材料形成，例如钛、铬镍铁合金、或具有合适的机械性能的其他合金。第二表皮20可以用诸如钛、铬镍铁合金的金属材料，或其他合适的材料形成。但是第二表皮20可以用陶瓷母体复合材料或其他非金属材料形成。在本文中公开的任何实施例中，第一和第二表皮18、20可以用相同的材料形成或第一和第二表皮18、20可以用不同的材料形成。正如上面所指出的，在任何实施例中，第一和第二铰链部件可以用与第一和第二表皮18、20相同的材料形成。但是，第一和第二铰链部件32、42可以用与相应的第一和第二表皮18、20不同的材料形成。而且，第一和第二铰链部件32、42可以用相同的材料形成，这种材料与形成第一和第二表皮18、20的材料不同。
图72是示出可以在使夹层结构的载荷最小化的方法500中执行的一个或更多个操作的流程图。该方法500可以在用于提供用于喷气发动机、火箭发动机或用于任何类型的运载器的高温应用中的排气喷嘴434(图3)的工艺中执行。方法500也可以在用于提供用于运载器的热保护系统的工艺中执行，例如超音速运载器、重返大气层运载器、或任何其他类型的运载器而没有限制。但是，方法500不限于运载器，并且可以在需要高强度、低重量的夹层结构10(图3)的任何工艺中执行，该夹层结构10在至少一个平面内108方向上具有剪切刚度并且在与平面内108方向相反(相对)(例如，垂直226)的方向上具有减小的或最小化的剪切刚度并且在平面外110方向上(图7)具有最小的剪切刚度。
图72的方法500的步骤502可以包括提供第一表皮18，该第一表皮18由可动地连接于该第一和第二表皮18、20(图3)的相应的一个的第一铰链部件32(图3)和第二铰链部件42与第二表皮20分开。步骤502可以任选地包括利用至少一个加强件加强第一和/或第二表皮20，例如通过将纵向加强件和/或横向加强件安装、连接或结合在第一和/或第二表皮20的至少一个中。但是第一和/或第二表皮20可以利用沿着其他方向取向的加强件加强而不限于利用纵向加强件或横向加强件加强。
步骤502还可以包括在相应的第一第二表皮接头40、50(图7)将第一和第二铰链部件32、42(图29)刚性连接或铰接连接于相应的第一和第二表皮18、20。第一和第二铰链部件32、42也可以在部件接头52(图29)刚性地或铰接地相互连接88(图40)。对于铰接连接，夹层结构10可以包括在第一表皮接头40(图29)、第二表皮接头50(图29)和/或部件接头52(图29)处的枢轴铰链90(图29)。第一表皮18(图29)、第二表皮20(图29)和部件接头52(图29)可以限定第一轴线34(图29)、第二轴线44、和/或部件轴线51(图29)。在一个实施例中，第一轴线34、第二轴线44、和/或部件轴线51可以基本上相互对齐。对于刚性连接，第一和第二铰链部件32、42也可以刚性地连接于相应的第一和第二表皮18、20，例如通过第一和第二铰链部件32、42的安装凸缘82(图30)直接连接于第一和第二表皮18、20和/或第一和/或第二纵向或横向加强件。第一和第二铰链部件32、42也可以在位于第一和第二铰链部件32、42之间的部件接头52刚性地相互连接。
方法500的步骤504可以包括在包括夹层结构10(图30)的纵向112方向的平面内108方向(图30)上相对于第二表皮20移动第一表皮18。在一个实施例中，由于响应第一和第二表皮18、20差温加热而第一表皮18相对于第二表皮膨胀的结果，可以发生第一和第二表皮18、20在平面内108的纵向112方向上的相对运动。在燃气涡轮发动机416(图1)的初始发动机起动期间，可以发生这种差温加热，其中热的燃烧气体444(图3)在整流罩440(图3)和排气锥体448(图3)的夹层结构10上通过，并且引起整流罩440和排气锥体448的差温加热。但是，由于第一和第二表皮18、20其中之一的其他加热源的结果和/或冷却的结果也可以发生差温加热。
方法500的步骤506可以包括响应在平面内108方向(图7)上移动第一和第二表皮18、20，移动第一和第二铰链部件32、42(图7)。第一和第二铰链部件32、42的运动可以包括绕相应的第一和第二轴线44(图8)和/或绕部件轴线51(图8)转动或枢转第一和第二铰链部件32、42。例如，图15-17示出第一表皮18沿着平面内108方向相对于第二表皮20的运动，导致铰链组件30的滚转138运动。第一和第二铰链部件32、42的运动可以附加地包括弯曲(未示出)可以刚性地相互连接并且连接于第一和第二表皮18、20的相应的一个的第一和第二铰链部件32、42其中之一或两者，如图30-35所示。
对于刚性连接，第一和/或第二铰链部件32、42(图30)可以设置成在第一和第二表皮接头40、50(图30)和/或在部件接头52(图30)没有铰接机构。第一和第二铰链部件32、42可以构造成在第一表皮18相对于第二表皮20到平面外运动期间和/或在第一和第二表皮18、20沿着纵向112方向(图30)在平面内108方向上的相对运动期间可以弯曲。对于具有单一的铰接结构280(例如，图53-65和69-70)的夹层架构10(图30)的实施例，单一的铰接结构280的运动可以包括单一的铰接结构280的偏移或弯曲。
方法500的步骤508可以包括响应在平面内108方向(图30)上的第一和第二表皮18、20的相对运动，在平面外110方向(图30)上相对于第二表皮20(图30)移动第一表皮18(图30)。例如，图9-11示出第一表皮18沿着平面外110方向相对于第二表皮20的偏移。第一表皮18相对于第二表皮20的偏移可以引起第一表皮18和第二表皮20之间的间距的变化，例如对于封闭的截面436。例如，排气锥体448(图38)的第一表皮18(例如，热侧14)的加热可以引起第一表皮18离开第二表皮20的偏移，如图40-41所示。但是，整流罩440的第一表皮18的加热可以引起第一表皮18朝着第二表皮20偏移，如图13所示。
方法500的步骤510可以包括在平面内106的横向116方向(图30)上基本阻止第一表皮18(图30)相对于第二表皮20(图30)运动。有利的是，夹层结构10(图30)构造成至少在一个方向上提供比较高水平的剪切刚度。在本文中所示的实施例中，夹层结构10构造成在横向116和周向118方向(图30)上提供比较高水平的剪切刚度。图25中的排气喷嘴434的应力曲线图图示地示出由夹层结构10提供的周向剪切刚度，其中来自第一表皮18的质量的载荷(例如175g加速度172)通过第二表皮20每侧上的剪切结构12(图30)沿着周向方向(图30)传递，并且正如上面所述传递给第二表皮20的支撑位置(未示出)。
有利的是，夹层结构10(图30)以在沿着夹层结构10的至少一个平面内108方向(图30)提供相当高水平的剪切刚度的同时沿着平面外110方向(图30)提供比较低水平拉伸刚度的方式，提供高强度、低重量装置以将第一表皮18连接于第二表皮20(图30)。将第一表皮18连接于第二表皮20的剪切结构12(图30)可以设置在各种实施例中，该剪切结构12可以根据在平面外110方向上希望的径向隔离量、夹层结构的可制造性和其他因素选择。例如，上面所述铰端梁60(例如图8)的金字塔形组件66或桁架结构58可以提供第一表皮18(图29)相对于第二表皮20较高程度的径向隔离，在平面外110方向上具有较低的或可以忽略的拉伸刚度(图29)。
可选地，上面所述的铰链部件的剪切板80(图29)实施例可以提供第一表皮18(图29)相对于第二表皮20(图29)减小的水平的径向隔离。有利的是，由剪切板80实施例提供的径向隔离水平可以根据铰接板80的相互连接和连接于第一和第二表皮18、20是铰接连接或刚性连接来构造在铰链部件32、42(图29)中。径向隔离水平也可以用诸如铰接板80的板厚、弹性模量、板宽、板角度296(图57-59)的因素或其他因素表示。有利的是，在夹层结构10(图29)中可以提供铰接连接和刚性连接的各种实施例，以实现平面内108的横向116和纵向112方向(图29)上和在平面外110方向(图29)上的希望的刚度特性。
夹层结构10可以用在上面所指的各种应用的任何一种应用中。例如，夹层结构10可以用在运行诸如图2所示的燃气涡轮发动机416的飞机发动机的方法中。在这方面，夹层结构10(图7)可以用在喷嘴434中，其中夹层结构10可以具有第一表皮18(图7)，该第一表皮18通过第一铰链部件32(图7)和第二铰链部件42(图7)与第二表皮20(图7)分开。如上所述该第一和第二铰链部件32、42可以可动地连接于第一和第二表皮18、20的相应的一个并且相互连接。
运行发动机的方法可以包括在限定夹层结构10的纵向112的平面内108方向(图7)上使第一表皮18相对于第二表皮20运动。由于第一和第二表皮18、20的差温加热的结果或由于第一表皮18相对于第二表皮20不同的热膨胀系数(CTE)的结果，可以产生第一和第二表皮18、20在平面内108方向上的相对运动。例如，如上面所述，排气喷嘴434的第一表皮18(例如，热侧)可以用具有不同于用钛、铬镍铁合金或其他材料制造的该排气喷嘴434的第二表皮20(例如，冷侧)的热膨胀系数(CTE)的陶瓷材料制造。在发动机运行期间第一和第二铰链部件32、42响应第一和第二表皮18、20在平面内108方向上的相对运动是可运动的。有利的是，响应于第一和第二表皮18、20在平面内108方向上的相对运动，第一表皮18在平面外110方向上可以相对于第二表皮20运动。如上所述，第一和第二表皮18、20在平面外110方向上的这种相对运可以使动第一和第二表皮18、20中的应力最小化。
本发明还包括通过以用第一铰链部件32(图7)和第二铰链部件42(图7)将第一表皮18与第二表皮20分开的方式构造第一表皮18(图7)来制造夹层结构10的方法。如上所述该第一和第二铰链部件32、42可以可动地连接于第一和第二表皮18、20的相应的一个并且相互连接。例如，第一表皮18相对于第二表皮20在平面内108方向(图7)上可以运动。此外，第一和第二铰链部件32、42可以响应第一和第二表皮18、20在平面内108(图7)方向上的相对运动可以运动。第一表皮18响应第一和第二表皮18、20在平面内108方向上的相对运动在平面外110方向上可以运动。
对于本领域的技术人员而言本发明的另外的修改和改进是明显的。因此，本文中描述并示出的部件的具体组合旨在仅仅表示本发明的一些实施例，并不是想要用来限制属于本发明精神实质和范围内的另外的实施例和装置。

Claims (13)

1.一种使夹层结构中的载荷最小化的方法，该方法包括步骤：
提供第一表皮和第二表皮，所述第二表皮被设置在所述第一表皮的顶部上并且所述第一表皮和所述第二表皮通过铰链组件相互分开，所述铰链组件夹在所述第一表皮和所述第二表皮之间以形成具有封闭截面的夹层结构，所述铰链组件包括在固定位置处可动地连接于所述第一表皮和第二表皮中的相应的一个的第一铰链部件和第二铰链部件，所述第一铰链部件从所述第一表皮向外延伸，所述第二铰链部件从所述第二表皮向外延伸，所述第一铰链部件和所述第二铰链部件在所述第一表皮和所述第二表皮之间的部件接头处相互连接；
在限定所述夹层结构的周向方向的平面内方向上相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮，所述平面内方向平行于所述第一表皮和所述第二表皮；
响应于在所述周向方向上相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮，移动所述第一铰链部件和所述第二铰链部件；
响应于在所述周向方向上所述第一表皮相对于所述第二表皮的膨胀，在平面外方向上相对于所述第二表皮移动所述第一表皮，所述平面外方向不与所述平面内方向平行；并且
在所述第一表皮在所述平面外方向上相对于所述第二表皮移动期间，防止在所述周向方向上所述第一表皮相对于所述第二表皮的运动同时允许所述第一表皮相对于所述第二表皮膨胀。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
在具有相应的第一轴线和第二轴线的相应的第一表皮接头和第二表皮接头处，将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件连接于所述第一表皮和所述第二表皮中的相应的一个；并且
以相互平行的关系取向所述第一轴线、所述第二轴线和由所述部件接头限定的部件轴线的至少其中两个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
在第一表皮接头、第二表皮接头处，所述第一铰链部件和所述第二铰链部件连接于所述第一表皮和所述第二表皮中的相应的一个，并且在所述部件接头处，所述第一铰链部件和所述第二铰链部件相互连接；并且
所述第一表皮接头、所述第二表皮接头和所述部件接头的至少其中之一构造成刚性接头和可动接头其中之一。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件形成单一的铰接结构。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件的至少其中之一形成为由至少两个杆形成的三角形子组件；
每个杆具有近端和远端；
在对应的第一表皮接头和第二表皮接头处，将每一个所述杆的近端连接于所述第一表皮和所述第二表皮中的对应的一个；并且
每一个所述杆的远端在所述部件接头处相互连接。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件中的每一个形成为三角形子组件；并且
连接该三角形子组件以形成金字塔形的组件。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件的至少其中之一形成为剪切板。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述周向方向上相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮的步骤包括：
响应于差温加热所述第一表皮和所述第二表皮，相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述周向方向上相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮的步骤包括：
提供所述第一表皮和所述第二表皮至少其中之一作为受压箱的壁；并且
响应于该箱的内部压力的变化相对于所述第二表皮膨胀所述第一表皮。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
利用至少一个加强件加强所述第一表皮和所述第二表皮的至少其中之一。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件与所述第一表皮的偏移轨迹对齐；并且
该偏移轨迹包括所述第一表皮相对于所述第二表皮沿径向方向的运动的方向。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
循环冷却剂通过安装在所述夹层结构内的温度控制系统。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述第一铰链部件和所述第二铰链部件一体地形成为单一的铰接结构。
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