CN1071233C - 挠性结构壁的连接接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在结构的挠性壁上使用的连接接头。详细来说，该接头包括结构壁上的一条槽。第一挠性件具有对折形成环的中央部分，其从壁的第一侧面穿过槽并从第二侧面穿出，在中央部分的端部还具有邻近于槽粘合于结构壁的第一侧面的扇形外部。第一挠性件还包括多根在基料中的加固用的单向线材，其在中央部分相互平行，在每个外部相互分开呈扇形。第二挠性件具有围绕槽和第一挠性件的外部的周边，并粘合在第一挠件的外部和结构挠性壁的第一侧面。

Description

挠性结构壁的连接接头

本发明涉及挠性结构领域，更具体来说，涉及挠性结构的连接接头的结构。这种连接接头特别用于加压结构如轻于空气的飞行器和可充气船。

在挠性结构上，连接接头或类似装置很象衬衫上的钮扣直接缝在其上。有时加固件缝在或粘结在两侧面以增加支承强度。但是，以上述方式缝合或粘合的接头，也象钮扣从衬衫上扯掉那样，当承受高的拉负荷时易于从结构上扯掉。例如，在J.A．温克等人的美国专利第4,125,233号“带有整体翼的系绳飞航式气球”中，公开了一种连接接头，其形状为带有粘结在气球外表面上的端部的环。上述端部是十字形的，带有粘结其上的加固带。V.H．斯通的美国专利第3,108,765号“具有外部副气囊的气球”中公开了一种类似的结构。另外，这种V.H．斯通的连接接头在环的端部装有一负荷分配接头，环的侧面被加固且接合在一起。由于这种接头承受周期性的拉负荷，因此总是存在从加固件上剥离的倾向。因此将这种拉负荷分配到主结构上去是很重要的。另外，如果挠性结构加压，那么在其上缝合连接接头会形成不可接受的池泄通道。

另外，有关的K.D．斯凯格斯的美国专利第4,267,989号“玩具热气球”中公开了一种连接接头，它包括一个垂直于拉负荷特定方向的结构壁上的孔。设有一个第一挠性件，其具有一个对半折迭形成穿过槽的环的中央部分。粘结在结构壁内表面的端部连接于环。第二挠性件粘结在第一挠性件的这些端部上。借助通过第一挠性件端部之间的粘接的剪切负荷，上述结构更好地将拉负荷从环分配至挠性结构。但是，结构上的孔是不密封的；因此，它不能用于加压结构。当在玩具气球上应用时，它连接在其顶部的未加压的帽上。但是，其它人已修改了K.D．斯凯格斯的设计，延伸第二挠性件以便完全盖住第一挠性件，从而连接接头可用于加压结构。但是，这些设计并没有消除或减小局部应力集中，从而使负荷在结构上有最佳的分布。另外，如果挠性结构是充气船或轻于空气的飞行器的气囊，接合故障不应引起那里的泄漏。

本发明的主要目的是提供一种挠性结构的连接接头。

本发明的另一个主要目的是提供一种挠性结构的连接接头，其中应力负荷分配在结构中，消除了局部应力集中。

本发明的另一个目的是提供一种具有挠性壁的加压结构的连接接头。

本发明是一种连接接头，其用于结构的挠性壁上，以便在结构中分布拉负荷。详细来说，这种接头包括在结构的壁上的一条槽。为了降低负荷引起的应力使结构在槽端扯开，在槽两端设有减小应力集中的切口；这些减小应力集中的切口是圆形的。所设的第一挠性件具有对折形成环的中央部分，其从壁的第一侧而穿过槽并从第二侧面穿出。第一挠性件还包括中央部分每端上的扇形外部，其邻近于槽粘合在结构壁的内表面上。

每一挠性件还包括多根在基料中的加固用的单向线材，其中中央部分中相互平行，在每个外部均匀分开呈扇形。线材可以是任何高强度的线材，如可在特拉华州，威明顿的I.E.du Pont de Nemours and Company买到的KEVLAR^TM或DACRON^TM(商标)。也可以使用新泽西州，隆莫威尔的Hoechst.Celanses公司生产的VECTRAN^TM线材，以及石墨和玻璃纤维。各种树脂可以用作基料，例如热塑性的聚氨酯。在使用聚氨酯树脂基料的各层VECTRAN^TM和KEVLAR^TM构成的轻于空气的气囊中，第一挠性件可以使用类似聚氨酯树脂基料的KEVLAR^TM制成。由于这种组合，第一挠性件易于使用加热和加压的方法粘合在结构上。另外，在市场上可以买到种类繁多的线材和树脂基料。

扇形外部可以保证拉负荷可在大面积上分布到结构中去；因此其尺寸可根据负荷来确定。例如，如果拉负荷的主要方向与扇形外部之一成锐角，那么，拉负荷将主要分布在相对的扇形外部中，其将按比例地大于第一次提及的扇形外部。在加压结构中，重要的是，连接接头的故障不引起结构的泄漏。因此，连接接头的设计应使环，即中央部分在扇形外部间的粘合即扇形外部和挠性结构之间的粘合失效之前发生故障。扇形外部的采用使拉负荷更好地分布在挠性结构中，这有助于满足上述要求。扇形外部也更好地吸收了“离轴线(off axis)”负荷。

第二挠性件具有围绕槽和第一挠性件的外部延伸的周边，并粘合于其上。第二挠性件有双重目的。第一目的是通过加强第一挠性件在结构壁上的连接而提高连接接头的强度。第二目的是，如果结构被加压，如轻于空气的飞行器的气囊或充气船或筏，它的作用是防止气体通过槽泄漏的密封装置。第二挠性件所用材料必须与结构和第一桡性件相容并能粘合于其上。

在某些应用场合中，也许需要环的侧面的一个部分从接近于壁的第二侧面的一点向着接合在一起的自由端延伸。这可以通过将侧面横向缝合在一起而实现。为增加强度在环的接合在一起的部分上可设置加固件(刚性或挠性的)。另外，在环的端部中可装入负荷分布件以便更好地使负荷分布。例如，一根金属轴具有端部接头以便固定连接着绳索如拉线的U形钩的端部。或者也可安装一中空轴以便支承负荷承载销。

对照以下附图详述本发明的推荐实施例，从而进一步阐明本发明的新颖的特征，包括其结构和操作方法。但是，附图和描述显然只是为了进行说明，而并不是对本发明的限定。

图1是轻于空气的飞行器的主体图。

图2是飞行器气囊的局部主体图，表示连接接头。

图3是沿图2中3-3线的剖视图。

图4是将中央部分形成环之前的第一挠性件的前视图，表示其中的线状材料的分布。

图5是图3所示连接接头的视图的一部分，表示在环的侧面加固件的增设和在环中金属连接管的安装。

图6是图2所示连接接头的视图的一部分，表示没有加固件或无连接接头安装的中央环部。

图1表示一个无起皱的轻于空气的飞行器10。飞行器10包括一个挠性气囊12，一吊舱从其底部悬置，在吊舱上装有产生推力组件16。飞行器还包括多个装在其后部由拉线18支承的翼17。如图所示，飞行器10停在平台19上，其前端固定于一根柱20上，沿飞行器长度通过多根系留线22直接固定在平台上。这些系留线22，以及拉线18通过本发明的连接接头24直接连接在气囊上。值得注意的是，这个实施只是为了说明，而这种连接接头可以应用在任何挠性壁结构上；但是其最适合应用在加压挠性结构如上述气囊上。

现参阅图2和3，如图所示，气囊12的壁30具有一个内侧面32和有一条穿透的长槽36的外侧面34。槽36两端有圆形切口38A和38B，它们具有停止撕扯的作用。由于槽36两端具有这样的切口，因而很大程度上减小了在负荷下撕开的可能性。当然也可使用其它形状的切口，只要其能够起到在大面积上分布应力负荷的作用。用作主要连接点的第一挠性件40包括一个呈环形的中央部分42，其具有宽度基本等于槽36．的宽度的两侧面42A和42B。环从内侧面32穿过槽36，并伸出外侧面34。第一挠性件40还包括在其两端的扇形外部44A和44B，其相邻于槽36粘合在壁30的内侧面32上。

图4是第一挠性件40在中央部分42形成环之前的视图。件40是由嵌入挠性树脂结合料49中的多股单向线材48削成的。线材48紧密地填在中央部分42(由标号48A指示)并均匀地散布开来成扇形外部44A和44B(由标号48B和48C指示)，线材可以从任何高强度结构纤维如KEVLAR^TM,DACRON^TM,XECTRAN^TM石墨，玻璃纤维等中选择。件40也可用多种方式制成。例如，线材可以铺设在模具中，模具与件40的形状相同，带有绕扇形端部的圆周端等间距分布的多个销。线材可铺设在模具中，其端部绕上述销拉紧。单向线材可事先放入基料中以维持线的间距。然后，将树脂可注入模具中，一种适用的树脂是热塑性聚氨酯。这使得可加热加压粘合在壁30的内侧面32上；但是，任何可选择的树脂必须可以粘合在壁上。

现参阅图2和3，第二挠性件50合在第一挠性件40上，绕其圆周52和槽36延伸，且粘合在壁30的内侧面32上。因此，第二挠性件围绕槽36和第一挠性件40形成气密密封，并增加了接头的强度。由中央部分42形成的环具有装在其中的负荷分布件54。一个U形钩装在拉线22(也可参见图1)的端部上。另外，环的侧面42A和42B通过缝线58缝合以防止这此侧面的独自运动并将件54固定在其端部的适当位置上。

需注意的是，在连接接头24的这个具体实施例中，拉负荷57总是在向下的位置。因此，在第一挠性件中引起的拉负荷57的主要部分将被外部44B吸收，因此，其按比例地大于侧部44A；当然，实际尺寸取决于实际的拉负荷。线材均匀地分布于其中的扇形形状使负荷分布在气囊12的壁30中，并可以均匀分布“离轴线(off axis)”负荷。还需注意，拉负荷主要以沿着第一挠性件40和壁30之间的剪切力从第一挠性件40分布到壁30上。几乎不会沿槽36扯开。当然，如果拉负荷主要是垂直于结构的话，那么，外部44A和44B的尺寸相等。在这样的加压结构中，在设计连接接头时重要的是使环以拉紧而不是沿上述外部和结构之间的粘合的剪切而产生故障，从而保证在故障时不产生泄漏通道。

在图5中表示，为了增加额外支承，除缝合的环外增设了加固件60。所述加固件最好是挠性的。还需注意的是，在环端中安装的加固件一端有斜度。这种形状有助于拉负荷分布。另外，在图6中表示未接合的环，其中没有加固件，在许多应用场合中环的两个侧面无需接合在一起，也无需设置加固件。

虽然已结合具体实施例对本发明作了说明，但是，实施例显然只是为了进行说明，本专业技术人员可对其进行各种修改，因此，本发明的范围是由权利要求书限定的。

本发明应用于飞行器工业中，也应用于任何制造挠性结构的工业中。

Claims (8)

1．用于支持作用在结构的挠性壁上拉负荷的连接接头，挠性壁从第一侧面被加压，拉负荷从第二侧面作用，所述接头包括：

在结构的壁上的一条槽；

一个第一挠性件，它具有对半折成环的中央部分，该环从壁的第一侧面穿过所述槽并从第二侧面穿出，还具有在所述中央部分两端的扇形外部，其粘合在相邻于所述槽的壁的第一侧面，所述第一挠性件包括在基体材料中的加固用的多根单向线材，它们在中央部分相互平行，而在每个所述扇形外部中相互分开呈扇形；以及

一个第二挠性件，它完全覆盖所述第一挠性件的所述扇形外部和壁上的所述槽，所述第二挠性件，它具有围绕所述槽和所述第一挠性件的扇形外部延伸的周边，所述第二挠性件围绕所述第一挠性件的所述外部的周边粘合于所述第一挠性件的所述外部及结构的挠性壁的第一侧面，使所述槽在壁的第一和第二侧面之间被密封，并使所述第一挠性件被加固。

2．如权利要求2所述的连接接头，其特征在于：

所述壁上的所述槽是长形的；以及

所述第一挠性件的所述中央部分的宽度基本等于所述槽的宽度。

3．如权利要求2所述的连接接头，其特征在于：在所述槽的两端设有减小应力集中的切口，所述第二挠性件超越并围绕所述切口延伸。

4．如权利要求3所述的连接接头，其特征在于：所述减小应力集中的切口呈圆形。

5．如权利要求1或2或3或4所述的连接接头，其特征在于：所述环的从邻近于壁的第二侧面向环的自由端延伸的部分接合起来。

6．如权利要求5所述的连接接头，其特征在于：加固件接合在环的侧面的上述接合部分上。

7．如权利要求6所述的连接接头，其特征在于：所述加固件是挠性的。

8．如权利要求7所述的连接接头，其特征在于：一个负荷分布件装在所述环的未接合部分中。

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