CN107000827A - 用于飞机的控制面元件 - Google Patents

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Abstract

用于飞机、特别是扰流板的控制面元件(4)，所述控制面元件包括：具有空气环流的表面(8)的纤维复合元件(3)、用于将纤维复合元件(3)可运动地支承在结构构件上的支承装置(5)和用于加固纤维复合元件(3)的加固结构(9)，其中，所述加固结构(9)具有与纤维复合元件(3)形成一体的至少一个加固元件，其中，所述加固结构(9)具有设立用于承受主要负荷的初级加固元件(10)，所述初级加固元件与至少一个设立用于承受次要负荷的次级加固元件(11；11'、11”)连接，其中，所述纤维复合元件(3)为了初级加固元件(10)的集成构造而具有凹处(15)。

Description

用于飞机的控制面元件
技术领域
本发明涉及一种用于飞机、特别是扰流板的控制面元件，所述控制面元件包括：具有空气环流的表面的纤维复合元件、用于将纤维复合元件可运动地支承在结构构件上的支承装置和用于加固纤维复合元件的加固结构，其中，所述加固结构具有与纤维复合元件集成构成的至少一个加固元件。
背景技术
由文献US 8,245,971 B2已知一种控制面，在该控制面中外侧和内侧分别构造为具有一个加固结构。所述加固结构集成到控制面的表面中。控制面由外板和内板形成，所述外板和内板例如以RTM方法(“传递模塑法”)预制。在该现有技术中，将外板或内板的长形的成型部设置为加固部，所述成型部在外板或内板上基本上相互成直角地延伸。
然而，已知的实施方式设计用于引入均匀地分布的负荷，这些负荷在构件边缘上基本上线形地去除。反之，已知的实施方式不太适用于以重量优化的实施方式去除不均匀地分布的负荷。因此，已知的实施方式具有如下缺点，即，加固部的布置结构在不均匀的负荷方面在飞行运行中不是最优的设计。特别是证实为不利的是，没有充分考虑由于控制面的支承而在飞机机翼上的负荷引入。此外，需要相对大数量的加固部，这些加固部不利地提高了制造花费和重量。
文献AT 409 482 B公开了一种扰流器，该扰流器具有带有两个轴承和一个关节的配件。此外，设置有星状地由关节出发的加固结构。扰流器可以根据RTM方法在配件作为纤维复合构件的过程中制造。然而，扰流器具有相对高的重量。
在文献US 6,270,039 B1中描述了一种用于将控制面接合在飞机机翼上的配件。
文献US 2009072090 A1和文献US 2013/011605 A1示出具有另外类型的加固元件的控制面。
发明内容
因此，本发明的任务在于，减轻或消除现有技术的缺点。
该任务通过具有权利要求1的特征的控制面元件来解决。优选的实施方式在从属权利要求中给出。
按照本发明，加固结构具有设立用于承受主要负荷的初级加固元件，所述初级加固元件与至少一个设立用于承受次要负荷的次级加固元件连接，其中，所述纤维复合元件为了初级加固元件的集成构造而具有凹部。
因此，本发明的基础在于，在运行中通过支承装置引入到纤维复合元件中的力不是如在现有技术中那样由多个不同的加固部承受，而是按照本发明，将主要负荷传递到初级加固元件上，该初级加固元件为了承受次要负荷而与至少一个次级加固元件连接。按照本发明，纤维复合元件设立用于使力由支承装置通过初级加固元件流向次级加固元件。初级加固元件构造为控制面元件的中央的加固部，该加固部形成控制面元件的支柱(“脊梁骨”)。为了所述目的，初级加固元件优选具有长形的形状，其中，所述次级加固元件构造为比初级加固元件更薄弱的，以便承受由初级加固元件减小的负荷。为了所述目的，所述初级加固元件具有比次级加固元件更大的宽度和/或更大的高度。优选设置多个、特别是很多个次级加固元件，这些次级加固元件特别是设置在对置侧上、即朝向纤维复合元件的前部和后部的纵侧。具有不同的加固元件的加固结构由纤维增强的塑料制成。按照本发明，为了将初级加固元件集成地构造在控制面元件上，纤维复合元件具有凹部。由此，可以实现特别简单的实施方式，而不妨碍控制面元件的刚性。为了本公开文件的所述目的，加固元件的集成的或一件式的构造理解为，加固元件与纤维复合元件一起以纤维复合制造方法制造。与此不同，在两件式的构造中产生特有的纤维复合构件，这些纤维复合构件此后以适当的方式、例如通过粘接连接相互连接。
按照本发明的构造在大规模的理论研究中意外地证实为特别有利的，以便可以承受在飞行运行中产生的力。按照本发明的控制面元件能实现以重量优化的实施方式去除特别是不均匀地分布的负荷。此外，负荷去除可以朝向一个或多个点集中地进行。此外，有利的是，可以显著减少所需的加固元件的数量。由此，一方面可以减少制造花费。另一方面，可以实现特别减轻重量的结构，该结构考虑飞机制造者的持续努力减少燃料消耗。通过将至少一个所述加固元件、特别是初级加固元件集成到控制面元件的制造中，可以有利地减少制造花费。此外，特别是在较大破坏时可以增强控制面元件的牢固性。由此，相对于已知的具有蜂房芯材("honeycomb core")的多层结构实现显著的优点。为了将所述至少一个加固元件、特别是初级加固元件集成地构造在控制面元件中，特别是可以使用RTM方法(“树脂传递模塑”)、文献EP 1 181 149 B1的方法或在文献AT 511 113 B中描述的方法。控制面元件的按照本发明的构造方案特别良好地适用于减速板("扰流器")，所述减速板是扰流板的实施变型方案。本发明原则上适用于其它不同类型的控制面("control surfaces")、比如副翼("aileron")、水平稳定翼("horizontal stabilizer")或竖直稳定翼("verticalstabilizer")。
为了将初级加固元件设计用于比次级加固元件更高的负荷，有利的是，初级加固元件具有比次级加固元件更大的宽度和/或高度。因此，在支承装置的区域中承受的负荷主要由初级加固元件接收，所述初级加固元件出于所述目的相应地构造为比次级加固元件更强。
首先，在控制面元件构造成扰流板时有利的是，支承装置具有基本上居中地设置在纤维复合元件的前部纵向棱边上的支承元件，初级加固元件的中央区段连接到所述支承元件上。支承元件如在现有技术中常见的那样设立用于可枢转地支承在结构构件上，所述结构构件在减速板的情况下由飞机翼箱形成。这样的配件形式的支承元件在文献AT 409482 B中描述。支承元件优选由纤维复合材料、例如在树脂传递模塑(RTM)方法中制造。通过初级加固元件的中央区段直接邻接于支承元件的设置，在该区域中产生的负荷可以可靠地被承受，其中，将次级负荷导出到次级加固元件中。出于所述目的，仅初级加固元件、但不是次级加固元件连接到控制面元件的居中的支承元件上。此外，支承装置可以如在现有技术中同样常见的那样在纤维复合元件的前部纵向棱边的侧向端部上具有另外的支承元件，优选分别有至少一个加固元件、特别是次级加固元件邻接于所述另外的支承元件。
为了将作用于支承元件的主要负荷侧向导出，有利的是，初级加固元件具有由中央区段朝向纤维复合元件的窄侧延伸的侧向区段。在此，对于主要负荷的分布来说有利的是，初级加固元件在侧向区段上由中央区段出发向后、即远离纤维复合元件的前部纵向棱边延伸。初级加固元件可在侧向区段上弧形地弯曲。备选地，初级加固元件可以具有直线延伸的纵侧。
为了使力流在纤维复合元件中尽可能均匀地分布，有利的是，初级加固元件的侧向区段邻近于纤维复合元件的窄侧结束。因此，在中央区段上的主要负荷邻接于支承元件导出并且通过初级加固元件朝向控制面元件的窄侧导出。
当初级加固元件在中央区段上设立用于承受比在侧向区段上更高的负荷时，可以以有利的方式考虑在控制面元件中的负荷分布。
出于所述目的，有利的是，初级加固元件的中央区段具有比初级加固元件的侧向区段更大的宽度和/或高度。
此外，当初级加固元件的宽度和/或高度在侧向区段上向外减少时，可以有利地进行连续的负荷导出。
按照一种特别优选的实施方式，次级加固元件构造为初级加固元件的分支部。因此，次级加固元件以肋条的形式从构造为加固结构的支柱的初级加固元件分支出。次级加固元件可以具有T形、L形、U形或I形的横截面。
此外，当设有至少一个三级加固元件作为次级加固元件的分支时，可以更准确地考虑在控制面元件中的负荷分布。三级加固元件构造为比次级加固元件更薄弱的。出于所述目的，三级加固元件可以具有比次级加固元件更小的高度和/或宽度。
按照一种优选的实施变型方案，初级加固元件的中央区段在背离支承元件的背侧上与两个基本上V形地设置的、朝向纤维复合元件的后部纵向棱边相互远离地延伸的次级加固元件连接。因此，在所述实施方式中，在初级加固元件的背侧上承受力流被分解到两个V形的、相互远离地延伸的次级加固元件上并且向后导出。
为了匹配于在负荷时产生的负荷轮廓，有利的是，V形地设置的次级加固元件的高度和/或宽度朝向纤维复合元件的后部纵向棱边减小。由此，还可以提供特别节省空间的构造，利用所述构造考虑安装情况。
为了接收保留的负荷，有利的是，分别有至少一个三级加固元件由在初级加固元件的背侧上的V形地设置的次级加固元件向内伸出。三级加固元件优选基本上V形地、朝向纤维复合元件的后部纵向棱边会聚地设置。由此，获得双V形的加固结构，所述加固结构特别良好地适用于沿着控制面元件的较短的延伸方向(即沿横向方向)抵消负荷。
按照一种备选的优选的实施变型方案，设置至少一个基本上平行于初级加固元件延伸的次级加固元件，所述次级加固元件通过特别是沿纤维复合元件的横向方向延伸的连接条与初级加固元件连接。在所述实施方式中，次级加固元件按照初级加固元件成型，然而在较小的负荷承受能力方面构造为具有更小的宽度或宽度。连接条能实现在初级加固元件和次级加固元件之间的负荷去除，其中，连接条优选沿控制面元件的横向方向、即在减速板中基本上沿飞行方向延伸。
为了加固特别是平板状的控制面元件，在该实施方式中特别有利的是，设置两个弧形的次级加固元件，这两个弧形的次级加固元件具有朝向后部纵向棱边减小的高度，所述次级加固元件通过朝向后部纵向棱边楔形渐缩的连接条相互连接并且与初级加固元件连接。
为了将初级加固元件集成地构造在控制面元件上有利的是，纤维复合元件具有凹部。为了本公开文件的所述目的，加固元件的集成的或一件式的构造理解为，加固元件与纤维复合元件一起以纤维复合制造方法制造。与此不同，在两件式的构造中产生特有的纤维复合构件，这些纤维复合构件此后以适当的方式、例如通过粘接连接相互连接。
相应地有利的是，纤维复合元件为了所述至少一个次级加固元件的集成构造而具有凹处。特别优选的是，所有的初级加固元件和次级加固元件集成地、即在同一过程中或者在同时硬化的情况下利用面状的或板状的纤维复合元件形成。然而，各个次级加固元件也可以设置为单独的构件、特别是纤维复合构件，这些构件例如通过粘接连接与板状的纤维复合元件连接。
此外，在集成的结构型式方面有利的是，支承元件为了与结构构件可运动地连接而与纤维复合元件形成整体。
为了实现控制面元件，有利的是，纤维复合元件包括具有加固结构的下部外壳和具有空气环流的表面的上部外壳。在此，上部外壳构造为面状的或板状的。下部外壳同样构造为面状的或板状的，其中，加固结构特别是以凹部或凹处的形式由此伸出。下部和上部外壳作为纤维复合构件预制并且此后以适当的方式通过粘接连接或机械连接相互连接。在所述实施变型方案中，有利的是，仅下部外壳具有加固元件，然而上部外壳是无加固元件的。由此，可以提供特别简单的实施方式。
附图说明
下面借助于优选的实施例(然而不应局限于此)更进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出用于按照本发明的控制面元件的由纤维增强的塑料材料制成的下部外壳的底侧的示意图，其中，可见具有长形的、以支柱类型的初级加固元件的加固结构，不同的次级加固元件由所述初级加固元件分支出；
图2示出在图1中示出的下部外壳的上侧的示意图，其中，可见初级加固元件和次级加固元件作为外壳的凹处的集成构造；
图3示出按照图1、2的按照本发明的控制面元件关于上部外壳的的示意图；
图4示出下部外壳的备选的实施方式的示意图，在该下部外壳中，初级加固元件由加宽的中央区段出发直线向外渐缩；
图5示出下部外壳的另一个备选的实施方式的示意图，该下部外壳具有弧形地延伸的初级加固元件，所述初级加固元件通过楔形的连接条与两个同样弧形地延伸的次级加固元件连接；
图6示出下部外壳的另一个实施方式的示意图，其中，初级加固元件在侧向区段上楔形地向外会聚，并且，在该下部外壳中设有条状的次级加固元件。
具体实施方式
在图1至图3示出下部外壳1的第一实施方式，该外壳与上部外壳(参见图3)一起形成用于在飞机结构中的控制面元件4的纤维复合元件3。上部的和下部外壳例如以RTM方法由纤维增强的塑料制成。在所示出的实施方式中，控制面元件4构造为用于飞机的扰流板或扰流器。然而，相应的实施方式也可以设置在飞机的其它空气环流的表面中(例如在舵中)。控制面元件4具有用于将纤维复合元件3铰接地支承在结构构件上、即在飞机翼箱上的支承装置5。支承装置5具有居中地设置在纤维复合元件的前部纵向棱边上的支承元件6。"前部"、"后部"、"上部"、"下部"的概念对于本公开文件的目的来说参照控制面元件4的常规的运行状态。控制面元件在俯视图中基本上是直角的(参见图3)，从而(在扰流板中朝向机翼轴线)构造纵向延伸方向并且(在扰流板中基本上垂直于机翼轴线)构造横向延伸方向。支承元件5在前部棱边上侧向地具有另外的支承元件7。因为支承装置5的构造在现有技术中是充分已知的，为此可以省去详细的说明(为此例如也参见文献AT 409 482B)。在控制面元件4的上侧上设置空气动力学的、基本上平面的空气环流的表面8，该表面由上部外壳2的上侧形成。
如由图1、2可看出的那样，下部外壳1具有用于加固纤维复合元件3的加固结构9。加固结构9具有不同的加固元件，这些加固元件在下面进一步阐述。至少一个加固元件集成地、即在同一制造过程中在同时硬化时利用纤维复合元件3形成。
如由图1、2进一步可看出的那样，加固结构9具有初级加固元件10，该初级加固元件与多个设立用于承受次要负荷的次级加固元件11连接。初级加固元件10为了承受主要负荷而具有比次级加固元件11更大的宽度。在此，所述宽度参照长形的初级加固元件或次级加固元件10、11的较短的延伸长度。初级加固元件10具有中央区段12，该中央区段直接邻接于在控制面元件4的前部棱边上的居中的支承元件6。此外，初级加固元件10具有两个侧向区段13，这两个侧向区段由中央区段12出发朝向下部外壳1的窄侧(即较短的侧边)延伸。在所示出的实施方式中，初级加固元件10的侧向区段邻近于控制面元件4的下部外壳1的窄侧结束。为了将初级加固元件10设立用于在中央区段12上比在侧向区段13上承受更高的负荷，初级加固元件10的高度由中央区段12向外减小。此外，初级加固元件10在所示出的实施方式中在中央区段12上具有凸形的凸起部14，该凸起部匹配于中部的支承元件6的构造。次级加固元件11构造为初级加固元件10的分支部，所述分支部从中央区段12和侧向区段13发出。
按照图1至图3的实施方式，初级加固元件10的中央区段12在背离支承元件6的背侧上与两个基本上V形地设置的、朝向纤维复合元件3的后部纵向棱边相互远离地延伸的次级加固元件11'连接。该叉状的次级加固元件11'引起沿控制面元件4的横向方向的负荷去除。V状设置的次级加固元件11'的高度朝向纤维复合元件3的后部纵向棱边减小。
如由图2可见，纤维复合元件3的下部外壳1为了初级加固元件的集成的构造而具有凹部15。纤维复合元件1的下部外壳1为了次级加固元件11的集成的构造相应地具有相应的凹处16。因此，下部外壳1在加固结构9的区域中具有基本上保持不变的壁厚。在所示出的实施方式，所有加固元件10、11在下部外壳1上集成地构造。此外，居中的支承元件6也可以为了与飞机机翼可运动地连接而与下部外壳1形成整体。此外，在侧向的所述另外的支承元件7在所示出的实施方式中作为配件、特别是由金属制成的配件安装在下部外壳1的底侧上。
图4示出下部外壳1的备选的实施方式。在所述实施方式中同样将V形的、叉状的次级加固元件11'设置在初级加固元件10的中央区段12的背侧上。此外，在所述实施方式中，分别有恰好一个三级加固元件17由V形设置的次级加固元件11'向内伸出。因此，三级加固元件17构造为V形的次级加固元件11'的支路。初级加固元件10的中央区段12的背侧在这里直线地、沿控制面元件4的纵向方向设置。初级加固元件10的宽度或横向延伸长度和高度或竖直延伸长度在侧向区段13上向外连续地减小。
如由图4进一步可见，在所述实施方式中，设置单独的纤维复合构件19以用于构造各一组次级加固元件11。纤维复合构件19以适当的方式、特别是通过粘接连接与下部外壳1连接，初级加固元件10在该外壳上集成地构造。
图5示出下部外壳1的另一个实施方式，在所述外壳中设置弧形的初级加固元件10。此外，设置两个基本上平行于初级加固元件延伸的、同样弧形的次级加固元件11”，所述次级加固元件通过沿控制面元件4的横向方向延伸的连接条18与初级加固元件10连接。两个弧形的次级加固元件11”具有朝向后部纵向棱边减少高度。此外，连接条18构造为朝向后部纵向棱边渐缩的。
图6示出下部外壳1的另一个实施方式，在该外壳中，初级加固元件10楔形地朝向控制面元件的窄侧会聚。此外，设置不同的条状的或壁状的次级加固元件11，所述次级加固元件邻接于初级加固元件10。如在图4的实施方式中那样，V形地设置的次级加固元件11与三级加固元件17连接。在所述实施方式中，也可以具有I形的、L形的或T形的横截面的次级加固元件11在横截面方面构造为完整的，不同于与先前描述的、以下部外壳1的凹处的形式的次级加固元件11。次级加固元件11优选集成地或一件式地构成在纤维复合元件上。

Claims (18)

1.用于飞机、特别是扰流板的控制面元件(4)，所述控制面元件包括：具有空气环流的表面(8)的纤维复合元件(3)、用于将纤维复合元件(3)可运动地支承在结构构件上的支承装置(5)和用于加固纤维复合元件(3)的加固结构(9)，其中，所述加固结构(9)具有与纤维复合元件(3)集成构造的至少一个加固元件，其特征在于，所述加固结构(9)具有设立用于承受主要负荷的初级加固元件(10)，所述初级加固元件与至少一个设立用于承受次要负荷的次级加固元件(11；11′、11″)连接，其中，所述纤维复合元件(3)为了初级加固元件(10)的集成构造而具有凹部(15)。
2.根据权利要求1所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)相比次级加固元件(11；11′、11″)具有更大的宽度和/或高度。
3.根据权利要求1或2所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述支承装置(5)具有基本上居中地设置在纤维复合元件(3)的前部纵向棱边上的支承元件(6)，在该支承元件上连接有初级加固元件(10)的中央区段(12)。
4.根据权利要求3所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)具有由中央区段(12)朝向纤维复合元件(3)的窄侧延伸的侧向区段(13)。
5.根据权利要求4所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)的侧向区段(13)邻近于纤维复合元件(3)的窄侧结束。
6.根据权利要求4或5所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)设立用于在中央区段(12)上比在侧向区段(13)上承受更高的负荷。
7.根据权利要求6所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)的中央区段(12)相比初级加固元件(10)的侧向区段(13)具有更大的宽度和/或高度。
8.根据权利要求3至7之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)的宽度和/或高度在侧向区段(13)上向外减小。
9.根据权利要求1至8之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述次级加固元件(11；11′、11″)构造为初级加固元件(10)的分支部。
10.根据权利要求1至9之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，设有至少一个三级加固元件(17)作为次级加固元件(11；11′、11″)的分支。
11.根据权利要求2至10之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述初级加固元件(10)的中央区段(12)在背离支承元件(6)的背侧上与两个基本上V形地设置的、朝向纤维复合元件(3)的后部纵向棱边相互远离地延伸的次级加固元件(11′)连接。
12.根据权利要求11所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述V形地设置的次级加固元件(11′)的高度和/或宽度朝向纤维复合元件(3)的后部纵向棱边减小。
13.根据权利要求12所述的控制面元件(4)，其特征在于，分别有至少一个三级加固元件(17)由在初级加固元件(10)的背侧上的V形地设置的次级加固元件(11′)向内伸出。
14.根据权利要求1至13之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，设有至少一个基本上平行于初级加固元件(10)延伸的次级加固元件(11″)，所述次级加固元件通过特别是沿纤维复合元件的横向方向延伸的连接条(18)与初级加固元件(10)连接。
15.根据权利要求14所述的控制面元件(4)，其特征在于，设有两个弧形的次级加固元件(11″)，这两个弧形的次级加固元件具有朝向后部纵向棱边减小的高度，所述弧形的次级加固元件通过朝向后部纵向棱边楔形渐缩的连接条(18)相互连接并且与初级加固元件(10)连接。
16.根据权利要求1至15之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述纤维复合元件(3)为了所述至少一个次级加固元件(11；11′、11″)的集成构造而具有凹处(16)。
17.根据权利要求3至16之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述支承元件(6)为了与结构构件可运动地连接而与纤维复合元件(3)集成构造。
18.根据权利要求1至17之一所述的控制面元件(4)，其特征在于，所述纤维复合元件(3)包括具有加固结构(9)的下部外壳(1)和具有空气环流的表面(8)的上部外壳(2)。
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