CN109398676A - 一种空中交通工具结构 - Google Patents

Abstract

一种空中交通工具结构，包括骨架结构以及与骨架结构连接的蒙皮，所述骨架结构或蒙皮中的至少一种由金属板制成；所述金属板包括第一面板、第二面板以及设于第一面板和第二面板之间的多个空心管，空心管与第一面板、第二面板之间设有钎焊层；空心管的至少一端设有翻边。本发明的空中交通工具结构具有自重轻、强度大、结构稳定、抗冲击能力强、隔音降噪、耐高温、防腐蚀、抗振动、使用寿命长、可搬运拼装等优点。

Description

一种空中交通工具结构

技术领域

本发明涉及交通工具领域，特别是一种空中交通工具结构。

背景技术

.现有的空中交通工具外壳绝大部分采用钛合金、铝锂合金等材料经冲压成型制成交通工具的各个结构，这些材料制成的飞机等主要存在以下缺陷：第一，大多都是实心结构，重量大；第二，一旦损坏，不易修补；第三，隔振降噪性能差；第四，保温效果差。

现有也有采用蜂窝板制成的外壳结构，蜂窝板包括上下面板和蜂窝芯，从而提高了轻量化。然而蜂窝芯是通过多个蜂窝结构连接成一体，且蜂窝芯的上端和下端与上下面板之间进行线接触，焊接过程中会导致蜂窝芯与上下面板焊接不牢固，很容易产生缝隙或空洞等，进而导致整体结构不稳定，强度低，抗冲击力差等。另外，蜂窝芯只能连接成一体，只要有一处连接不牢固，日积月累地，就很容易影响其他部位，从而降低整体结构的稳固性，进而降低强度和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种自重轻，耐高温，强度大，抗振动，隔音降噪，结构稳定，抗冲击能力强，使用寿命长的空中交通工具结构。

本发明的技术方案是：一种空中交通工具结构，包括骨架结构以及与骨架结构连接的蒙皮，其特征在于，所述骨架结构或蒙皮中的至少一种由金属板制成；所述金属板包括第一面板、第二面板以及设于第一面板和第二面板之间的多个空心管，空心管与第一面板、第二面板之间设有钎焊层；空心管的至少一端设有翻边。

本发明具有以下优点：（1）将上述金属板用于空中交通工具上，与现有的空中交通工具相比，在同等强度下，用料最少；在同等重量下，强度最大。这是因为：第一面板和第二面板受到应力后会疏散到各个空心管上，横向和竖向受力小，不易变形，从而减少金属板的整体应力，进而增大结构的整体强度和稳定性，抗冲击力强，使用寿命长。（2）现有的空中交通工具大多采用钢板、碳纤维板等制成，而且还需在上面敷设隔音、隔热、防振、防腐等材料及涂层，大大提高材料成本和生产制造成本，而本申请的金属板为模块化结构，可直接拼接组装，无需再敷设隔音、隔热、防振、防腐等材料及涂层。（3）本发明可将金属板进行集中运输，并集中拼接，省时省力，工作效率高。（4）空心管的存在大大提高轻量化，不仅能够使空中交通工具具有轻而强的优点，而且还会提高飞行速度，以及增加承载人数，并且便于金属板的搬运和拼装。（5）通过钎焊，能够使整体结构受力更加均匀，整体结构更加稳固；（6）通过在空心管上设置翻边，能够增大空心管与面板之间的焊接面积，提高整体结构的强度和稳定性，能够在应力下保持结构完整性。本发明的翻边是指设于空心管上的接触面，以增大空心管与面板之间的接触面积，接触面的形状不作具体限定。（7）通过第一面板、第二面板对空心管的上下端进行钎焊密封，形成较大空间的密闭层，大大提高隔音降噪效果。（8）组装周期短，效率高。（9）一旦有一块金属板损坏，可只对这一块金属板进行更换，其他金属板不受影响，灵活度高。（10）抗冲击能力强，由于空心管通过翻边与面板钎焊连接，结构十分稳定。

进一步，所述蒙皮包括机身蒙皮、机翼蒙皮和尾翼蒙皮中的至少一种，所述机身蒙皮、机翼蒙皮和尾翼蒙皮中的至少一种由所述金属板制成。有的空中交通工具如客机的蒙皮同时包括机身蒙皮、机翼蒙皮和尾翼蒙皮；而像直升机这种只包括机身蒙皮和尾翼蒙皮。因此，可根据不同空中交通工具自身的结构来设计。蒙皮采用金属板制成，在提高强度和抗冲击能力的基础之上，还大大提高了轻量化。

进一步，所述骨架结构包括梁、纵墙和隔框，所述梁、纵墙和隔框中的至少一种由所述金属板制成。为了提高结构，有的空中交通工具需要骨架进行支撑，采用金属板作骨架，不仅结构稳定，强度大，抗冲击能力强，还大大提高轻量化。

进一步，所述附件包括行李架、座椅、地板、动力装置外壳中的至少一种，所述行李架、座椅、地板、动力装置外壳中的至少一种由所述金属板制成。附件主要是指刚性结构、尺寸较大的构件。

进一步，所述多个空心管均为带翻边的空心管；或者多个空心管中包括带翻边的空心管和未设置翻边的空心管。未设置翻边的空心管的数量优选占空心管总数的1/3以下，以保证金属板整体结构的强度和稳定性。本发明的多个是指不小于2个。

进一步，所述翻边是沿空心管端部外翻的接触面，或者翻边沿空心管端部内翻的接触面。

另外，本发明的翻边还可以是整体形成的接触面，如翻边将空心管封闭；也可以是间隔设置的接触面，如相对称的至少两个半圆形、相对称的至少两个条形等，或者是其他异形结构，如花瓣形等；翻边也可以是沿空心管端部水平翻出并向下弯折的接触面等。上述任意的翻边结构都可以增大空心管与面板之间的焊接面积。

进一步，空心管可以是封闭式结构、中空结构或半封闭结构等。例如：封闭式结构可以是内腔为空心，端部封闭的结构，其中端部封闭也属于本申请翻边内翻的一种结构，例如前述的翻边通过内翻将空心管的端部遮挡住的封闭式结构。半封闭结构可以是空心管的内腔半封闭，也可以是空心管的管壁半封闭，例如在管壁上开一道缝隙较小的槽，或者在空心管上开设多个孔。

进一步，所述空心管的截面形状为圆形、椭圆形或N边形，N≥3。N边形可以是三角形、方形、五边形、六边形、七边形等。

空心管的结构具有以下优点：第一，能够大大提高轻量化；第二，空心管的加入保证第一面板和第二面板受到应力后能够通过空心管进行疏散，从而减少金属板的整体应力，进而增大结构的整体强度，使得上述结构具有以下特点：同等强度下，重量最轻；同等重量下，强度最大；第三，通过第一面板、第二面板对空心管的上下端进行钎焊密封，形成较大空间的密闭层，大大提高隔音效果。

空心管优选为圆形空心管，具有受力均匀、不易变形、稳定性高等优点，且制作工艺简单，成本低廉。当空心管为N变形式，优选N大于4，N的边数越多越接近于圆心空心管，不易变形，进而抗冲击力强。

进一步，所述第一面板和第二面板为平面板或曲面板，或者一面板为平面板，另一面板为曲面板；又或者第一面板和/或第二面板带转角。

曲面板的线型可以是弧形、波浪形等。当第一面板和第二面板均为弧形的曲面板时，两个面板的弧度可以相同，也可以不同。平面板的形状可根据需要进行设定。面板带转角是指在面板的边缘延伸出与该面板呈一角度的另一板体，该板体上也加入空心管，通过整体钎焊形成带转角的金属板。本发明可根据不同的结构选择不同的面板形状。

进一步，所述第一面板和/或第二面板的材质为不锈钢、碳钢、钛或合金板。合金可以是铜合金、钛合金等。第一面板和第二面板优选采用耐高温材料制成，能够起到防火等作用。当然，上述材质仅是本发明的几种优选方案，并不限定本发明的材质。

进一步，所述空心管的材质为不锈钢、碳钢、钛或合金板。

进一步，所述钎焊层采用铜、铝、锡或合金钎料。合金钎料可以是铜合金、钛合金等。采用钎焊对环境变化的敏感度非常低，持久性长，能够使整个结构的受力更加均匀，且耐高温。

进一步，所述空心管上设有气孔。通过气孔，一方面可对空心管抽真空和充入保护气体，保证空心管的内腔处于无氧环境下，然后充入还原气体，保证空心管不被氧化，进而保证空心管的强度和质量；另一方面，通过气孔，可充入保温材料，如充入发泡原液。气孔可以是一个或多个，气孔可以是孔状结构，也可以是缝隙结构等，只要能充入气体就可以。

优选地，气孔设置于距芯体顶部的距离不大于该芯体长度的1/3处空心管的上部，有利于比空气密度小的还原气体或保护气体排出，如氢气。

进一步，所述空心管的内腔和/或空心管之间设有保温材料。这样，能够起到保温、隔音和隔振的效果。可以在每个相邻空心管之间均设置保温材料，或者在部分空心管之间设置保温材料。这样，就无需再在机体上敷设隔热保温等材料及涂层。

所述保温材料为烧结颗粒、木屑、无机棉、发泡材料、气凝胶的一种或多种组合。烧结颗粒、木屑或无机棉可加工成块状、板状、片状或条状，发泡材料可以发泡形成块状、板状、片状或条状。当然，本发明不限于上述保温材料，还可以是其它起保温效果的材料。发泡材料可以是聚氨酯原液或酚醛树脂原液等。

进一步，所述第一面板和/或第二面板的周边至少有一边设有边框；或者第一面板和/或第二面板为带转角的面板。

设置边框能够保证整体入炉的稳固性。另外，由于边框为金属材料，便于焊接、螺接等。边框可以只连接第一面板或第二面板，即对金属板的一边进行半封闭，也可以是边框的上端连接第一面板，边框的下端连接第二面板，即对金属板的一边进行全封闭。相邻金属板之间连接时，可通过边框进行焊接、螺接等。

当面板带转角时，如面板的边缘延伸出垂直于面板的另一板体，该板体可替代前述的边框。相邻金属板之间连接时，可通过转角板体进行焊接、螺接等。

进一步，所述钎焊层所用钎料冲孔翻边，使得空心管套在钎料的翻边上定位；或者钎料冲孔翻边，且钎料沿孔的边缘向外延伸有限位凸起；或者钎料冲孔翻边，且钎料沿孔的边缘向外延伸有限位凸起，孔与孔之间通过钎料连接筋相连。

这样，就能防止空心管在钎焊过程中移位，大大提高空心管位置的准确度。限位凸起的形状可以是弧形、多边形或不规则形状等任意结构，只要能将空心管卡住即可。另外，孔与孔之间通过钎料连接筋相连，即当孔通过翻边套设在空心管上时，钎焊层在非空心管处镂空，这样，能够防止过多的钎料在加热过程中堆积而导致钎焊不均匀，大大提高钎焊质量。

进一步，相邻金属板之间或者金属板与其他构件之间通过焊接、铆接、螺接、榫接、插接或套接中的一种或多种组合方式连接成一体。

其中，插接可以是在金属板上预设滑槽和滑条，通过滑条插入滑槽内，再用焊接、螺栓或铆钉等固定；套接可以是在金属板上预设筒体和杆体，通过将杆体套入筒体内，再用焊接、螺栓或铆钉等固定。

进一步，所述金属板为曲面板时，空心管的轴线与第一面板和第二面板的曲面切线相垂直。这样，能够增强空心管与面板之间的连接强度，避免出现空心管的多个位置没有焊到，或者产生缝隙或空洞等，进而提高结构的稳定性。

进一步，所述一面板为平面板，另一面板为曲面板，空心管与曲面板连接的那一端为一斜面，斜面与曲面板的接触面平行。这样，能够增强空心管与面板之间的连接强度，避免出现空心管的多个位置没有焊到，或者产生缝隙或空洞等，进而提高结构的稳定性。

进一步，多个空心管之间可以间隔排列，也可以紧密排列，或者是将二者组合排列。此外，多个空心管在两面板之间可排列成任意的形状。

本发明的空中交通工具具有自重轻、强度大、结构稳定、抗冲击能力强、隔音降噪、耐高温、防腐蚀、抗振动、使用寿命长、可搬运拼装等优点。本发明的空中交通工具包括航空设备和航天设备，航空设备可以是客机、直升飞机、滑翔机等，航天设备可以是卫星、飞船、探测器等。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1平面结构的金属板的结构示意图；

图3是本发明实施例1曲面结构的金属板的结构示意图；

图4是本发明实施例1钎料的结构示意图；

图5是本发明实施例1边框的结构示意图；

图6是本发明实施例5的结构示意图；

图7是本发明实施例10的结构示意图；

图8是本发明实施例11的结构示意图；

图9是本发明实施例12的结构示意图；

图10是本发明实施例13的结构示意图；

图11是本发明实施例14的结构示意图；

图12是图11所示实施例14的A-A向剖视图；

图13是本发明实施例16的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示：一种飞机，其机体1包括机身、机翼和尾翼，其中机身包括机身蒙皮11和设于机身蒙皮11内腔的第一隔框12、桁梁13。机翼包括机翼蒙皮14和设于机翼蒙皮内腔的纵墙15。飞机底部包括地板16、机身蒙皮11和设于机身蒙皮内腔的第二隔框17、横梁18。

其中，机身蒙皮11、机翼蒙皮14、纵墙15、地板16均采用金属板制成。其中，机身蒙皮11和机翼蒙皮14采用弧形结构的金属板制成。纵墙15和地板16采用平面结构的金属板制成。

相邻金属板之间以及金属板与机体的其他部件之间可通过焊接、螺接等方式连接。

如图2或图3所示：本实施例中，金属板2包括第一面板21、第二面板22以及设于第一面板21和第二面板22之间的多个空心管23，空心管23与第一面板21、第二面板22之间设有钎焊层；空心管23的两端设有翻边25，外翻出圆形结构。空心管的翻边25与第一面板21、第二面板22之间通过钎料24钎焊相接。

如图4所示：本实施例中，空心管23的截面为圆形，空心管23为中空的圆柱形管。多个空心管23间隔排列。钎料24冲孔翻边，该翻边是沿钎料的孔垂直向下翻，使得空心管23套在钎料24的翻边上定位。

钎料24为铜钎料，熔点在1080℃左右，即使在高温下，也能够将空心管稳固在面板上，不会产生移位或松动现象，大大提高稳固性。钎料24在非空心管处设有镂空241，以避免钎焊过程中产生钎料的堆积。多个空心管23排列成长方形。本实施例的第一面板21和第二面板22均为不锈钢板，空心管23为不锈钢管，具有防腐性能好、强度高、耐高温的优点。

其中弧形结构的金属板，其第一面板和第二面板均为弧形，且每个空心管23的轴线与其相对应的弧形接触面的切线相垂直，这样，能够增强空心管23与面板之间的连接强度，避免出现空心管的多个位置没有焊到、或者产生缝隙或空洞等，导致钎焊不均匀，从而大大提高整体的强度和质量。而平面结构的金属板，其第一面板和第二面板为平面形状。

如图5所示：金属板与另一金属板相连接的那一端设有边框26，边框26设于第一面板21和第二面板22之间，且边框26与第一面板和第二面板之间焊接连接。边框26的材质为不锈钢。金属板与金属板之间或者金属板与其他构件之间可通过边框进行连接。

本实施例中，可根据需要对金属板的外表面进一步加工，如刷漆、贴膜、包覆表皮等。

本实施例通过金属板制成的飞机具有强度大、结构稳定、抗冲击能力强、抗振动、自重轻、防火、隔音降噪、防腐蚀等优点，且易于搬运拼装，省时省力。

实施例2

在实施例1的基础之上，第一隔框222、桁梁223、第二隔框227和横梁228也采用金属板制成。其中第一隔框222和第二隔框227均由多块弧形的金属板焊接而成，桁梁223与横梁228均采用平面的金属板制成。第二隔框227和横梁228焊接成一体，并通过螺栓加固。

本实施例的上述骨架结构采用金属板制成，在保证强度的基础之上，还提高了轻量化。

实施例3

在实施例1的基础之上，飞机内的座椅也采用金属板制成。

座椅的靠背为弧形结构的金属板，而坐部为平面结构的金属板。

实施例4

一种飞船，其飞船的壳体采用金属板制成，金属板可根据飞船的形状，从而设计成相应的形状，通过焊接或其他连接方式，形成飞船壳体结构。

金属板的结构可参见实施例1，此处不再赘述。

实施例5

如图6所示：与实施例1的区别在于，空心管上设有气孔231，气孔231设置于距空心管顶部6mm处。气孔231具有以下作用：一方面可充入保护气体，使空心管处于无氧环境下进行钎焊；另一方面，可用于充入还原气体，如氢气，来还原不锈钢空心管的氧化层。由于氢气密度小，因此气孔靠上设置，可便于气体从气孔231中排出。

通过气孔231还可向全部空心管或者部分空心管内充入发泡材料，如聚氨酯原液，在空心管内发泡成泡沫聚氨酯；此外，空心管内还可以提前设有发泡无机颗粒，一方面便于充入聚氨酯原液时能够快速发泡，另一方面，能够提高保温效果。

在空心管23的内部充入发泡材料，不仅起到保温作用，还能够减少空心管内的对流，提高隔音效果；而且填充的发泡层可作为支撑结构，使空心管不受弯，增加空心管的支撑力；并且泡沫的使用寿命长，由于里面没有空气，不会发生裂缝和各种反应等。

其他结构同实施例1。

实施例6

与实施例1的区别在于，第一面板和第二面板的材质为碳钢；空心管的材质为钛；钎焊层采用锡钎料。

其他结构同实施例1。

实施例7

与实施例1的区别在于，每相邻两排空心管之间均设有保温层，如呈块状的无机棉，可起到保温和隔振的作用。

其他结构同实施例1。

实施例8

与实施例1的区别在于，钎料直接铺设于面板与空心管之间。不需冲孔翻边。

其他结构同实施例1。

实施例9

与实施例1的区别在于，空心管的一端设有翻边，另一端不翻边。

第一面板和第二面板的材质为钛合金板；空心管的材质为碳钢；钎焊层采用铝合金钎料。

其他结构同实施例1。

实施例10

如图7所示：与实施例1的区别在于，机身蒙皮采用弧形结构的金属板制成，其中第一面板21为弧形面板，第二面板22为平面板，空心管23与弧形面板连接的那一端与弧形面板的接触面平行或近似平行，空心管23的上下两端均设有翻边，翻边与弧形面板的接触面平行或近似平行，使得空心管23与弧形面板之间能够焊接牢固，避免出现空心管的多个位置没有焊到、或者产生缝隙或空洞等，大大提高整体的强度和质量。由金属板制成的机身蒙皮为双层结构，外层截面形状为圆形，内层结构截面形状为方形。

其他结构同实施例1。

实施例11

如图8所示：与实施例1的区别在于，部分空心管23的管壁上开一道缝隙232，但对空心管的强度和应力影响不大。缝隙232能够便于充入和排出保护气体，使空心管不会产生氧化，并且还便于充入保温材料。

其他结构同实施例1。

实施例12

如图9所示：与实施例1的区别在于，空心管23的上下两端均设有翻边25’，翻边25’包括两个对称设置在空心管上的外翻的半圆形结构，空心管的翻边25’与第一面板、第二面板通过钎料钎焊连接。

其他结构同实施例1。

实施例13

如图10所示：与实施例1的区别在于，空心管23的上下两端均设有翻边25"，翻边25"包括两个对称设置在空心管上的内翻的半圆形结构，空心管的翻边25"与第一面板、第二面板通过钎料钎焊连接。

其他结构同实施例1。

实施例14

如图11和图12所示：与实施例1的区别在于，钎料24’呈条状，钎料24’直接由多个带壁的孔241’通过连接筋242’连接成一体而形成。钎料24’冲孔翻边，使得空心管套在钎料24’的翻边243’上定位，并且钎料沿孔241’的边缘向外延伸出两个呈条形的限位凸起244’，孔241’通过钎料的翻边243’套住空心管，通过限位凸起244’卡住空心管。

多个空心管排成多排，每一纵排对应一张钎料24’，钎料上的孔241’与每排空心管的数量相对应。

其他结构同实施例1。

实施例15

与实施例1区别在于，金属板与另一金属板相连接的那一端未设置有边框，而是将第一面板的两端设计成向下弯折的结构，将第二面板的两端设计成向上弯折的结构。相邻金属板之间通过弯折结构经焊接方式连接成一整体，并通过螺栓加固。

其他结构同实施例1。

实施例16

如图13所示：与实施例1区别在于，每六个空心管23为一组，每组的空心管之间紧密排列，相邻组之间设有间隙3。间隙3可有利于气流的流通，提高空心管的钎焊质量。

其他结构同实施例1。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种空中交通工具结构，包括骨架结构以及与骨架结构连接的蒙皮，其特征在于，所述骨架结构或蒙皮中的至少一种由金属板制成；所述金属板包括第一面板、第二面板以及设于第一面板和第二面板之间的多个空心管，空心管与第一面板、第二面板之间设有钎焊层；空心管的至少一端设有翻边。

2.根据权利要求1所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述蒙皮包括机身蒙皮、机翼蒙皮和尾翼蒙皮中的至少一种，所述机身蒙皮、机翼蒙皮和尾翼蒙皮中的至少一种由所述金属板制成。

3.根据权利要求3所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述骨架结构包括梁、纵墙和隔框，所述梁、纵墙和隔框中的至少一种由所述金属板制成。

4.根据权利要求1所述的空中交通工具结构，其特征在于，还包括附件，所述附件包括行李架、座椅、地板、动力装置外壳中的至少一种，所述行李架、座椅、地板、动力装置外壳中的至少一种由所述金属板制成。

5.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述多个空心管均为带翻边的空心管；或者多个空心管中包括带翻边的空心管和未设置翻边的空心管。

6.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述翻边是沿空心管端部外翻的接触面，或者翻边沿空心管端部内翻的接触面。

7.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述空心管的截面形状为圆形、椭圆形或N边形，N≥3。

8.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述第一面板和第二面板为平面板或曲面板，或者一面板为平面板，另一面板为曲面板；又或者第一面板和/或第二面板带转角。

9.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述第一面板和/或第二面板的材质为不锈钢、碳钢、钛或合金板；或者所述空心管的材质为不锈钢、碳钢、钛或合金板；或者所述钎焊层采用铜、铝、锡或合金钎料。

10.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述空心管上设有气孔。

11.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述空心管的内腔和/或空心管之间设有保温材料。

12.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述第一面板和/或第二面板的周边至少有一边设有边框；或者第一面板和/或第二面板为带转角的面板。

13.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述钎焊层所用钎料冲孔翻边，使得空心管套在钎焊层的翻边上定位；或者钎料冲孔翻边，且钎料沿孔的边缘向外延伸有限位凸起；或者钎料冲孔翻边，且钎料沿孔的边缘向外延伸有限位凸起，孔与孔之间通过钎料连接筋相连。

14.根据权利要求1~4任一项所述的空中交通工具结构，其特征在于，相邻金属板之间或者金属板与其他构件之间通过焊接、铆接、螺接、榫接、插接或套接中的一种或多种组合方式连接成一体。

15.根据权利要求8所述的空中交通工具结构，其特征在于，所述金属板为曲面板时，空心管的轴线与第一面板和第二面板的曲面切线相垂直；或者所述一面板为平面板，另一面板为曲面板，空心管与曲面板连接的那一端为一斜面，斜面与曲面板的接触面平行。