CN108069017A - 飞行器间隙密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上提供了一种飞行器间隙密封件，该飞行器间隙密封件由在于间隙宽度方向上被压缩时不会在间隙深度方向上膨胀的材料形成。本发明的第一方面提供了一种飞行器组件，包括：第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板，第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板具有由下述间隙分开的对置边缘面，所述间隙具有在第一方向上在对置边缘面之间延伸的宽度以及在与第一方向大致正交的第二方向上的深度；以及间隙密封件，该间隙密封件在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，其中，间隙密封件包括被配置成使得间隙密封件在第一方向上的压缩基本上不会导致间隙密封件在第二方向上膨胀的材料。以此方式，可以避免不期望的空气动力学间隙和阶梯部。

Description

飞行器间隙密封件
技术领域
本发明涉及用于密封飞行器组件中的面板之间的间隙的密封件。
背景技术
飞行器的空气动力学表面上的相邻面板之间的未填充间隙由于其产生阻力障碍而是不期望的。可以相对于彼此移动的面板之间的间隙通常填充有弹性密封构件，该弹性密封构件能够随间隙闭合而被压缩。固定面板(即，并不意图在飞行器的操作期间移动的面板)之间的间隙通常填充有可固化的密封剂，比如多硫化物密封剂。
发明内容
本发明总体上提供了一种飞行器间隙密封件，该飞行器间隙密封件由在间隙宽度方向上被压缩时不会在间隙深度方向上膨胀的材料形成。
本发明的第一方面提供了一种飞行器组件，该飞行器组件包括：第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板，第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板具有由下述间隙分开的对置边缘面，所述间隙具有在第一方向上在对置边缘面之间延伸的宽度以及在与第一方向大致正交的第二方向上的深度；以及间隙密封件，该间隙密封件在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，其中，间隙密封件包括被配置成使得间隙密封件在第一方向上的压缩基本上不会导致间隙密封件在第二方向上膨胀的材料。
本发明的第二相关方面提供了一种用于飞行器组件的间隙密封件，飞行器组件包括第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板，第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板具有由下述间隙分开的对置边缘面，所述间隙具有在第一方向上在对置边缘面之间延伸的宽度以及在与第一方向大致正交的第二方向上的深度，间隙密封件构造成在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，并且间隙密封件包括被配置成使得间隙密封件在第一方向上的压缩基本上不会导致间隙密封件在第二方向上膨胀的材料。
已知的间隙密封件，如上述间隙密封件具有下述缺点：当这些间隙密封件被高度压缩时，这些间隙密封件会从所述间隙向外突出，从而形成阻力诱导的空气动力学阶梯部。诸如具有O形或D形横截面的橡胶垫圈型密封件或唇型密封件的弹性体密封构件特别地提供了折衷方案，这是因为这些弹性体密封构件的形状表明这些弹性体密封构件不能完全填充间隙从而没有这种不期望的突起。固化的密封胶珠也具有在所述间隙上的压缩导致从所述间隙向外突出的缺陷，并且还具有下述缺点：固化的密封胶珠在其未压缩状态下通常不能完全消除所述间隙，而替代地在空气动力学表面中提供浅的凹陷。
本发明人已经认识到，这些问题可以通过由在于间隙宽度方向上被压缩时基本不会在间隙深度方向上膨胀的材料形成新的间隙密封件来解决。
本发明特别有利地应用于下述的飞行器组件中，在这些飞行器组件中，在飞行器操作期间第一面板与第二面板之间可能存在一些(较小的或显著的)运动。例如，第一面板或第二面板中的一者可以包括整流罩(即，仅用于例如通过遮挡阻力诱导结构或系统来改善空气动力学性能的面板)、控制表面或者诸如通道门(例如，起落架舱门)的可动面板。
在优选实施方式中，间隙密封件的材料的泊松比至少在第一方向上等于或小于0.1、更优选地等于或小于0.06、最优选地等于或小于0.05。泊松比是横向应变与轴向应变的负比值，即，所得膨胀的分数除以所施加压缩的分数。通常在飞行器间隙密封件中使用的弹性体通常具有处于0.4999的范围内的泊松比。
在一些实施方式中，这样的较低泊松比通过控制材料的微观结构或宏观结构来实现。例如，间隙密封件的材料可以包括由单元格构成的格栅。各个单元格可以具有至少三重旋转对称性，优选地具有四重对称性、五重对称性或六重对称性。格栅可以包括由相同单元格构成的格架/阵列。
在这些实施方式中，材料可以包括基底，并且各个单元格可以在基底中包括一致的开孔图案。这样的布置可以具有提供相对“封闭”的结构的优点，在该相对“封闭”的结构中，密封件包括比孔隙/开孔更高的基底体积百分比。这会有助于确保密封件能够承受飞行期间遭受的环境条件。这样的布置还可以提供相对简捷的制造。
所述材料优选地由聚氨酯、聚四氟乙烯、包括硅橡胶或氯丁橡胶的弹性体、或软木塞中的一者形成。聚四氟乙烯、聚氨酯和弹性体的泊松比全部都处于0.45至0.5的范围内，并且因此在响应于轴向压缩时表现出明显的横向膨胀。然而，通过将这些材料设计成使得这些材料至少在第一方向上具有较低的泊松比(等于或小于0.1，更优选地等于或小于0.06，最优选地等于或小于0.05)，这些材料适用于本发明的间隙密封件。这可以通过将材料设置为泡沫、通过从材料的基底形成由单元格构成的栅格、通过使由单元格格架的单元格各自包括多个互连的臂、或以任何其他合适的方式来实现。
第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板可以是能够在第一构型和第二构型之间相对于彼此移动的，在第一构型中，间隙密封件在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，在第二构型中，间隙密封件在第一方向上被压缩。例如，第一蒙皮面板和第二蒙皮面板中的一者可以包括可动控制表面的面板、通道门(例如，起落架舱门)或折叠翼组件的面板。
这些实施方式可以包括叶片密封件，该叶片密封件附接至第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板并且延伸越过所述间隙的宽度以至少在第二构型中遮挡所述间隙。因此，叶片密封件用来防止面板上的压差造成间隙密封件例如由于从所述间隙“吹”出或“吸”出而从所述间隙移出。叶片密封件优选地附接至第一蒙皮面板或第二蒙皮面板的内表面。
叶片密封件优选构造成在第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板的相对运动期间相应地相对于第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板中的另一者滑动。以此方式，面板的相对运动不受阻碍，并且叶片密封件不会在第一面板与第二面板之间传递载荷(力)。
在一些实施方式中，间隙密封件固定(即，附接、紧固或以其他方式固定)至第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板中的相应一者的对置边缘面，而不固定至第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板中的所述另一者的对置边缘面。以此方式，面板的相对运动不受阻碍，但是间隙密封件保持处于所述间隙内。间隙密封件可以通过粘结而固定至第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板的对置边缘面。
该组件可以包括位于间隙密封件与第一外部蒙皮面板或第二外部蒙皮面板中的所述另一者的对置边缘面之间的摩擦层，其中，摩擦层与间隙密封件相比具有较高的摩擦系数。因此，间隙密封件在于第一方向上被压缩期间被牢固地保持在所述间隙内。
第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板中的相应一者可以包括可动控制表面的面板或者诸如起落架舱门的通道门。替代性地，第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板各自包括固定面板，即在飞行器操作(例如，地面操作或飞行操作)期间通常固定就位的面板。
本发明可以应用于折叠翼装置。在这样的装置中，飞行器组件包括包含第一外部蒙皮面板的内翼部段和包含第二外部蒙皮面板的外翼部段，外翼能够相对于内翼在折叠构型与飞行构型之间枢转，在折叠结构中，第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板被分开，在飞行构型中，间隙密封件在第一方向上被压缩。因此，当机翼展开至其飞行构型时，内翼与外翼的接合部两侧的面板之间的间隙可以被容易地、精确地且完全地填充，而无需任何额外的处理步骤。此外，还避免了不期望的空气动力学阶梯部。
本发明的第三方面提供了一种包括根据第一方面或第二方面的组件或间隙密封件的飞行器。
本文描述的本发明的可选的或期望的特征中的任一特征都可以单独地或以任何组合应用于本发明的任一方面。
附图说明
现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1A和图1B分别示出了根据本发明的实施方式的飞行器面板组件的平面图和截面图；
图2A和图2B分别示出了处于正在闭合构型和已闭合构型的图1A和图1B的飞行器面板组件的截面图；
图3示意性地示出了适用于在根据本发明的实施方式的飞行器面板组件中使用的间隙密封件的材料的合适结构；
图4A和图4B分别示出了处于折叠构型的本发明的折叠翼实施方式中所包含的飞行器面板组件的正视图和截面图；以及
图4C和图4D分别示出了处于飞行构型的图4A和图4B的折叠翼实施方式的正视图和截面图。
具体实施方式
图1A和图1B分别示出了根据本发明的实施方式的飞行器面板组件的平面图和截面图。第一面板10和第二面板20彼此相邻地布置成使得第一面板10的外表面12和第二面板20的外表面22一起形成飞行器的空气动力学表面。第一面板10和第二面板20由相应的结构构件18、28支撑，第一面板10和第二面板20经由相应的一排紧固件19、29附接至相应的结构构件18、28。
在该实施方式中，载荷(力)并不在第一面板10与第二面板20之间直接传递，但是这样的载荷可以替代地经由结构连接件(该结构连接件未被示出，并且该结构连接件例如为对接搭板)传输。第一面板10和第二面板20可以各自包括固定面板或可动面板，即构造成在飞行器的操作期间被固定或能够移动的面板。例如，面板可以两者都在飞行器的飞行期间被固定，或者面板中的一个或两个面板可以在飞行器的飞行期间是能够移动的。面板可以在飞行期间各自被固定，但在维护或地面操纵期间是能够移动的。
根据本发明的飞行器组件的应用的示例包括但不限于：
·第一面板和第二面板两者是固定面板(第一面板和第二面板两者在飞行中是固定的)：
○相邻的翼盒盖固定面板；
○至相邻的前缘固定面板或后缘固定面板的翼盒盖固定面板；
○至整流罩面板的机翼固定面板；以及
○相邻的机身固定面板。
·第一面板是固定的，而第二面板能够在飞行中移动：
○至可动控制表面(例如，扰流板或副翼)面板的翼盒盖固定面板；以及
○与可打开的起落架舱门相邻的固定面板。
·第一面板是固定的，而第二面板能够在地面上移动：
○至相邻的通道面板的固定面板；以及
○折叠翼梢接合部处的相邻的机翼面板(参见下面的实施方式)。
面板10、20由在面板的对置边缘面14、24之间延伸的间隙30分开。间隙30因此具有宽度w和深度d，宽度w被定义为对置边缘面14、24之间的在第一方向(图1中的x方向)上的距离，深度d被定义为间隙30的基面与空气动力学表面之间的在第二方向(图1中的y方向)上的距离。宽度w和深度d可以沿间隙30的长度(图1中的z方向)变化。
间隙密封件40在间隙30内定位成使得间隙密封件40基本上填充间隙。间隙密封件40具有与间隙30的形状相对应的形状，使得间隙密封件40是长形的并且具有大致矩形的横截面。间隙密封件40因此具有大致与间隙的深度d相对应的高度以及大致与间隙的宽度w相对应的宽度。在其他实施方式中，间隙密封件40可以仅部分地填充间隙30；例如，间隙密封件40的宽度可以沿着间隙的一些或全部长度小于间隙30的宽度w。
间隙密封件40因此用于至少部分地填充间隙30以使间隙处的由在空气动力学表面12、22上行进的气流产生的寄生阻力最小化。
大致平的叶片密封件50在一侧经由一排紧固件52紧固至第一面板10并且延伸越过间隙30的整个宽度，使得该大致平的叶片密封件50与第一面板10的内表面16和第二面板20的内表面26以及间隙密封件40的表面接触。叶片密封件50不附接至第二面板20，并且优选地在与第二面板20的接合面处具有低摩擦表面光洁度的层或涂层以允许两个部件之间的相对滑动。叶片密封件50具有长形的大致四边形状，使得叶片密封件50沿着间隙30的宽度和长度遮挡间隙30。
叶片密封件50用于防止面板10、20的内表面与外表面之间的差压引起间隙密封件40从间隙30中移出。叶片密封件50仅出于两种原因而附接至面板10、20中的一个面板：在面板10、20之间存在显著的相对运动的实施方式中，为了允许这种相对运动；以及在面板之间仅具有较小的或可忽略的相对运动量的实施方式中，为了在面板10、20之间的相对运动的情况下防止面板之间的任何载荷传递。
间隙密封件40经由粘合层60附接至第一面板10的对置边缘14以将间隙密封件40进一步锚定在间隙30中。间隙密封件40不直接附接至第二面板10，但是间隙密封件40的与第二面板20的对置边缘24邻接的表面上的高摩擦织物层或高摩擦涂层62提供间隙密封件40与第二面板20之间的间接的非永久附接。以此方式，间隙密封件40在面板10、20相对运动期间从间隙30移出的风险被降低，这是因为：从对置边缘24与高摩擦层/高摩擦涂层之间的初始接触开始，间隙密封件40相对于间隙30在y方向上的滑动被阻止。
图2A和2B示出了使用中的图1A和图1B的组件。在图2A所示的初始的正在闭合构型中，间隙密封件40部分地延伸越过间隙30的宽度w，并且延伸越过间隙30的整个深度d。因此，间隙密封件40在正在闭合构型中不被压缩。
当第一面板10和第二面板20朝向彼此向着图2B所示的已闭合构型移动时，间隙30的宽度w减小，使得第二面板20的内表面26滑过叶片密封件50，并且间隙密封件40在第一方向(宽度方向)上被压缩。由于这种压缩，间隙密封件40的宽度减小。然而，间隙密封件40的深度不会增大，并且间隙密封件40保持与间隙30的深度d相对应的深度。
现有技术中的通常用于间隙密封件的弹性体具有处于0.4999的范围内的非常高的泊松比，并且因此预期将在深度方向上膨胀与宽度方向上的压缩量相对应的量。然而，用于本发明的间隙密封件40的材料被设计成提供接近于零的泊松比。等于或小于0.1的泊松比是可接受的，但是泊松比优选地等于或小于0.05+/-20％。
图3示出了适于形成间隙密封件40的材料60的宏观结构的细节图。该材料包括形成有由相同的单元格64构成的格栅的基底62。每个单元格64均具有大致六边形形状，该大致六边形形状在其六个边缘中的每个边缘处具有槽形开孔66。每个开孔定向成使得其纵向轴线相对于六边形的相应理论边缘的法线成角度θ。该角度θ对于六个开孔中的每个开孔是一致的，使得单元格64具有六重旋转对称性。单元格64在格栅中布置成使得每个单元格64在其六个侧边中的每个侧边处具有不同的邻接单元格，并且邻接的单元格64在其之间的接合面处共用共同的开孔。格栅因此类似于蜂窝结构。
适于提供材料60的基底62的材料包括弹性体、聚氨酯、聚四氟乙烯(PTFE)、硅橡胶、氯丁橡胶和软木塞。合适的材料必须能够满足适航要求以确保飞行器在恶劣的环境条件下的耐久性。材料60可以通过增材制造方法(3D打印)或任何其他合适的方法形成。
具有其他宏观结构或微观结构的材料适于形成间隙密封件40。例如，单元格64可以具有不同数目的侧边如三个或更多个侧边，以及/或者开孔66可以有不同的形状或取向。在其他实施方式中，材料可以包括各向同性的格架，该各向同性的格架包括互连的单元格，这些单元格各自由形成二维桁架或三维桁架的臂构件形成。
关于合适材料的宏观结构和微观结构的更多信息可以在Carta等于2015年12月31日在Journal of the European Ceramic Society(欧洲陶瓷学会杂志)上发表的“Continuous and discrete microstructured materials with null Poisson's ratio(具有零泊松比的连续和离散的微观结构材料)”中找到。
图4A至图4D示出了本发明结合到折叠翼组件中的实施方式。该实施方式的与间隙密封件和叶片密封件相关的特征与上文关于图1A至图3所描述的特征相同。
图4A和图4B示出了处于折叠(打开)构型的机翼，并且图4C和图4D示出了处于飞行(闭合)构型的机翼。折叠翼组件包括内翼部段100以及相对于内翼部段100在打开构型与闭合构型之间枢转的外翼部段200。
在折叠构型(图4A和图4B)中，间隙密封件140部分地延伸越过间隙130的宽度w，并且延伸越过间隙130的整个深度d。因此，间隙密封件140在折叠构型中不被压缩。
当外翼部段200朝向内翼部段100枢转时，第一面板110和第二面板120朝向彼此移动，直到该组件处于图4C和图4D所示的飞行构型为止。在该过程期间，间隙130的宽度w减小，使得第二面板120的内表面126滑过叶片密封件150，并且间隙密封件140在第一方向(宽度方向)上被压缩。
由于这种压缩，间隙密封件140的宽度减小。然而，间隙密封件140的深度不增大，并且间隙密封件140保持与间隙130的深度d相对应的深度。如上文关于前述实施方式所描述的，这通过对用于间隙密封件140的材料进行设计以使得间隙密封件140具有接近于零的泊松比而实现。等于或小于0.1的泊松比是可接受的，但是泊松比优选地等于或小于0.05+/-20％。关于前述实施方式所描述的材料和材料构型适于在本实施方式中使用。
尽管上文参照一个或更多个优选实施方式对本发明进行了描述，但是应该理解的是，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种变型或改型。

Claims (24)

1.一种飞行器组件，包括：
第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板具有由间隙分开的对置边缘面，所述间隙具有在第一方向上在所述对置边缘面之间延伸的宽度以及在与所述第一方向大致正交的第二方向上的深度；以及
间隙密封件，所述间隙密封件在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，
其中，所述间隙密封件包括配置成使得所述间隙密封件在所述第一方向上的压缩基本上不会导致所述间隙密封件在所述第二方向上膨胀的材料。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.1。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.06。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.05。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的组件，其中，所述间隙密封件的所述材料包括由单元格构成的格栅。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述材料包括基底，并且各个单元格在所述基底中包括一致的开孔图案。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的组件，其中，所述材料由聚氨酯、聚四氟乙烯、包括硅橡胶或氯丁橡胶的弹性体、或软木塞中的一者形成。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的组件，其中，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板能够在第一构型与第二构型之间相对于彼此移动，在所述第一构型中，所述间隙密封件在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，在所述第二构型中，所述间隙密封件在所述第一方向上被压缩。
9.根据权利要求8所述的组件，包括叶片密封件，所述叶片密封件附接至所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板，并且所述叶片密封件延伸越过所述间隙的所述宽度以至少在所述第二构型中遮挡所述间隙。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述叶片密封件构造成在所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板的相对运动期间相应地相对于所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板中的另一者滑动。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的组件，其中，所述间隙密封件固定至所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板中的相应一者的对置边缘面，并且所述间隙密封件不固定至所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板中的所述另一者的对置边缘面。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述间隙密封件通过粘结而固定至所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板的对置边缘面。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的组件，包括位于所述间隙密封件与所述第一外部蒙皮面板或所述第二外部蒙皮面板中的所述另一者的对置边缘面之间的摩擦层，其中，所述摩擦层与所述间隙密封件相比具有较高的摩擦系数。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的组件，其中，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板中的相应一者包括可动控制表面的面板或者诸如起落架舱门的通道门。
15.根据权利要求1至13中的任一项所述的组件，其中，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板各自包括固定面板。
16.根据权利要求1至13中的任一项所述的组件，其中，所述飞行器组件包括包含所述第一外部蒙皮面板的内翼部段和包含所述第二外部蒙皮面板的外翼部段，所述外翼能够相对于所述内翼在折叠构型与飞行构型之间枢转，在所述折叠构型中，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板被分开，在所述飞行构型中，所述间隙密封件在所述第一方向上被压缩。
17.一种飞行器，包括根据权利要求1至16中的任一项所述的组件。
18.一种用于飞行器组件的间隙密封件，所述飞行器组件包括第一外部蒙皮面板和第二外部蒙皮面板，所述第一外部蒙皮面板和所述第二外部蒙皮面板具有由间隙分开的对置边缘面，所述间隙具有在第一方向上在所述对置边缘面之间延伸的宽度以及在与所述第一方向大致正交的第二方向上的深度，所述间隙密封件构造成在所述间隙中布置成至少部分地填充所述间隙，并且所述间隙密封件包括被配置成使得所述间隙密封件在所述第一方向上的压缩基本上不会导致所述间隙密封件在所述第二方向上膨胀的材料。
19.根据权利要求18所述的密封件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.1。
20.根据权利要求18所述的密封件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.06。
21.根据权利要求18所述的密封件，其中，所述间隙密封件的所述材料的泊松比至少在所述第一方向上等于或小于0.05。
22.根据权利要求18至21中的任一项所述的密封件，其中，所述间隙密封件的所述材料包括由单元格构成的格栅。
23.根据权利要求22所述的密封件，其中，所述材料包括基底，并且各个单元格在所述基底中包括一致的开孔图案。
24.根据权利要求18至23中的任一项所述的密封件，其中，所述材料由聚氨酯、聚四氟乙烯、包括硅橡胶或氯丁橡胶的弹性体、或软木塞中的一者形成。
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