CN110027695A - 用于飞行器的蜂窝蒙皮结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的蜂窝蒙皮结构。蜂窝蒙皮结构包括：蒙皮(1)；至少一个与所述蒙皮(1)一体成型的蜂窝部(4)；以及装配在蜂窝部(4)之间的框(3)，其中，蒙皮(1)和蜂窝部(4)通过3D打印构成为一体零件。根据本发明的蜂窝蒙皮结构的优点包括但不限于：增加蒙皮刚度；可以简化制造装配过程，缩短飞行器的制造周期；减少工装模具制造，降低生产制造成本；降低飞机的维修使用成本；减少紧固件，有利于降低舱内噪声；以及可模块化设计。

Description

用于飞行器的蜂窝蒙皮结构

技术领域

本发明涉及一种蜂窝蒙皮结构，更具体地说，涉及一种用于飞行器的蜂窝蒙皮结构。

背景技术

在航空领域中，飞行器中使用的蒙皮是指包围在飞行器骨架结构之外且用粘接剂或铆钉固定于骨架上而形成飞行器气动力外形的构件。蒙皮与飞行器骨架所构成的蒙皮结构具有较大的承载力及刚度，但自身重量相对较轻，因此能够起到承受和传递气动载荷的作用。

传统飞行器通常使用长桁蒙皮结构来构成机身。更具体地说，如图1所示，长桁蒙皮结构由蒙皮1、多条长桁2和框3组合而成。

蒙皮1的作用是构成机身的气动外形并保持表面光滑，承受剪力和扭矩并和长桁2一起组成壁板以承受两个平面内弯矩引起的轴力。长桁2的作用是承受机身弯曲时产生的轴力，对蒙皮1进行支承并且提高蒙皮1的受压、受剪失稳临界应力，此外还能承受部分作用在蒙皮1上的气动力，并将其传递给框3。框3的作用是维持机身的截面形状，并对蒙皮1和长桁2起到支撑作用。框3的受载包括蒙皮1传入机身周边的空气动力以及机身弯曲变形所引起的分布压力。

由于有蒙皮1传递剪流，载荷传递效率较高，因此上述长桁蒙皮结构是现代飞行器采用的通用形式。在飞行器设计早期还有一种硬壳式机身结构，没有纵向构件，仅由蒙皮1承受机身总体的载荷。但两者共同的缺点是重量仍然较重，这对于重视重量控制的现代设计理念来说是需要改进的。

另外，如图1所示，可以看到有数量众多的长桁2需要装配到框3上，并且与蒙皮1相适配，导致装配步骤繁琐、制造周期较长，飞行器的制造效率因而进一步降低。

为此，业内提出了一些解决方案。例如，在由南昌航空大学于2017年9月19日提交的实用新型专利CN207389526U中，提出了一种变形飞机的柔性蒙皮。该柔性蒙皮主要包括弹簧骨架和超弹性硅橡胶薄片，其主要特征是：柔性弹簧骨架由一维线弹簧和二维四边形弹簧编织而成，作为蒙皮的夹心层，在柔性弹簧骨架两侧覆盖有超弹性硅橡胶薄片。

虽然这种蒙皮采用合金弹簧钢制成的柔性弹簧骨架作为其主要的承力部件，解决了柔性蒙皮面内和法向刚度不足的问题，但与传统的长桁蒙皮结构，其强度仍然有所不足。

因此，业内期望设计一种能够在不降低强度的前提下减轻机身重量、提高装配效率的蒙皮结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够减轻机身重量、提高装配效率的蒙皮结构。

本发明涉及一种蜂窝蒙皮结构，其中，蜂窝蒙皮结构使用在飞行器中，蜂窝蒙皮结构包括：蒙皮；至少一个与蒙皮一体成型的蜂窝部；以及装配在蜂窝部之间的框。

较佳的是，蒙皮和蜂窝部可以通过3D打印构成为一体零件。或者，蒙皮、蜂窝部和框可以通过3D打印构成为一体零件。

更佳的是，蜂窝部可以形成在多个区域中，并且框装配在蜂窝部相邻的两个区域之间。

在又一个实施例中，在构成蜂窝部的、从蒙皮竖直突起的至少一个壁上可以设置有第一孔。此外，在由壁所包围的蒙皮上还可以设置有第二孔。

在再一个实施例中，在蜂窝部内部还可以设置有至少一圈形状相同、但尺寸减小的六边形立筋和至少一根对角穿过的横穿立筋。

优选的是，六边形立筋和横穿立筋与蜂窝部和蒙皮可以通过3D打印制造成一体化零件。或者，六边形立筋和横穿立筋可以构成一体，并且装配入蜂窝部。

上述技术方案的优点在于：

(1)增加蒙皮刚度；

(2)可以简化制造装配过程，缩短飞行器的制造周期；

(3)减少工装模具制造，降低生产制造成本；

(4)降低飞机的维修使用成本；

(5)减少紧固件，有利于降低舱内噪声；

(6)可模块化设计。

附图说明

为了进一步说明根据本发明的用于飞行器的蜂窝蒙皮结构，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中：

图1是传统的长桁蒙皮结构的示意图；

图2是根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第一实施例的示意图；

图3是根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第二实施例的示意图；

图4是根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第三实施例的示意图。

附图标记

1 蒙皮

2 长桁

3 框

4 蜂窝部

4a、4b 孔

4'、4” 立筋

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的用于飞行器的蜂窝蒙皮结构，其中，相同的部件由相同的附图标记予以标注。

(第一实施例)

图2示出了根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第一实施例。可以看到，蜂窝蒙皮结构由蒙皮1、至少一个与蒙皮1一体成型的蜂窝部4和装配在蜂窝部4之间的框3构成。

在本发明中，术语“蜂窝部”是指具有基本上正六边形形状的蜂窝状结构，更具体地说，每个“蜂窝部”都是由六个竖直突起的壁构成的。如同本领域技术人员众所周知的，蜂窝状结构与其它形状的结构相比能够承受更大的应力，因此在包装行业有比较广泛的应用。但是，据发明人所知，这种结构在航空领域中极少被应用到。

蜂窝部4代替传统长桁蒙皮结构中的长桁2，对蒙皮1进行支承并且提高蒙皮1的受压、受剪失稳临界应力。除此之外，蒙皮1的作用仍然是构成机身的气动外形并保持表面光滑，并且承受两个平面内弯矩引起的轴力；框3的作用也仍然是维持机身的截面形状，并对一体成型的蒙皮1和蜂窝部4起到支撑作用。

通过采用蜂窝部4来替代长桁，一方面，可以减少大量的铆接工作，达到缩短装配周期及减少长桁定位工装的目的；另一方面，由于不再采用长桁，可以节省长桁的制造模具，降低制造成本。

在一种较佳实施方式中，蒙皮1和蜂窝部4通过3D打印制造成一体化零件，从而节省蒙皮的制造模具。

框3可以是单独制造的零件。此时，可以在多个区域中设置蜂窝部4，并且将框3装配在蜂窝部4相邻的两个区域之间，从而进一步加强蜂窝蒙皮结构的强度。

采用上述构造，在飞行器的维修过程中，可以根据蜂窝部每个区域的使用情况确定是否需要更换该区域的蜂窝蒙皮结构。也就是说，如果蜂窝部所在的任何一个区域出现了损伤，就只需要更换位于该区域的蜂窝蒙皮结构，而不需要更换位于其它未损伤区域的蜂窝蒙皮结构。这大大降低了飞行器的维护成本。

当然，框3也可以与蒙皮1和蜂窝部4一体成型，这样的变型也应当落入在本发明的保护范围之内。

另一方面，由于蒙皮1内侧存在蜂窝部4，当机舱内的噪声传播到蒙皮1处时，会引起蜂窝部4振动，消耗部分声能，以达到降低舱内噪声的目的。

(第二实施例)

图3示出了根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第一实施例。可以看到，蜂窝蒙皮结构同样由蒙皮1、至少一个与蒙皮1一体成型的蜂窝部4和装配在蜂窝部4之间的框构成。但为清楚起见，该图中并没有示出框。

在本实施例中，蒙皮1和蜂窝部4也是通过3D打印制造成一体化零件，从而节省蒙皮的制造模具。同样，可以在多个区域中设置蜂窝部4，并且将框装配在蜂窝部4相邻的两个区域之间，从而进一步加强蜂窝蒙皮结构的强度。

不同于第一实施例的是，在构成每个蜂窝部的、从蒙皮1竖直突起的六个壁上均设置有一个孔4a。这种设置在基本上不影响蜂窝蒙皮结构的强度的前提下，能够减少3D打印所使用的材料量，节约制造成本。

在一个较佳实施例中，可以在构成每个蜂窝部的六个竖直突起的壁中的至少一个上设置孔4a。

在另一个较佳实施例中，可以在构成每个蜂窝部的六个竖直突起的壁所包围的蒙皮上设置孔4b。

本领域技术人员应当理解的是，上述变形方式中的一者或两者均应当落入本发明的保护范围之内。

(第三实施例)

图4示出了根据本发明的蜂窝蒙皮结构的第三实施例。可以看到，蜂窝蒙皮结构同样由蒙皮、至少一个与蒙皮一体成型的蜂窝部4和装配在蜂窝部4之间的框构成。但为清楚起见，该图以放大的方式示出了单个蜂窝部4，并没有示出蒙皮和框。

不同于第一实施例的是，在每个蜂窝部4内部还设置有至少一圈形状相同、但尺寸减小的六边形立筋4’和至少一根对角穿过蜂窝部中心的横穿立筋4”。在图4所示的实施例中，蜂窝部4内部设置有四圈六边形立筋4’和三根对角穿过蜂窝部中心的横穿立筋4”。当然，也可以根据实际要求的强度标准设置数量更多或更少的六边形立筋4’和横穿立筋4”，这些变化均应当落入本发明的保护范围之内。

在一个较佳实施例中，上述六边形立筋4’和横穿立筋4”与蜂窝部4和蒙皮1均通过3D打印构成为一体零件。

在另一个较佳实施例中，上述六边形立筋4’和横穿立筋4”构成一体，并且可以装配入蜂窝部4。

根据本发明的蜂窝蒙皮结构的优点包括但不限于：增加蒙皮刚度；可以简化制造装配过程，缩短飞行器的制造周期；减少工装模具制造，降低生产制造成本；降低飞机的维修使用成本；减少紧固件，有利于降低舱内噪声；以及可模块化设计。

虽然以上结合了若干优选实施例对本发明的蜂窝蒙皮结构的结构和优点进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。例如，也可以通过诸如焊接、胶合等方式使蜂窝部和蒙皮一体成型。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述蜂窝蒙皮结构使用在飞行器中，所述蜂窝蒙皮结构包括：

蒙皮(1)；

至少一个与所述蒙皮(1)一体成型的蜂窝部(4)；以及

装配在所述蜂窝部(4)之间的框(3)。

2.如权利要求1所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮(1)和所述蜂窝部(4)通过3D打印构成为一体零件。

3.如权利要求1所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述蒙皮(1)、所述蜂窝部(4)和所述框(3)通过3D打印构成为一体零件。

4.如权利要求1所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述蜂窝部(4)形成在多个区域中，并且所述框(3)装配在所述蜂窝部(4)相邻的两个区域之间。

5.如权利要求1所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，在构成所述蜂窝部(4)的从所述蒙皮(1)竖直突起的至少一个壁上设置有第一孔(4a)。

6.如权利要求5所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，在由所述壁所包围的所述蒙皮(1)上设置有第二孔(4b)。

7.如权利要求1所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，在所述蜂窝部(4)内部还设置有至少一圈形状相同、但尺寸减小的六边形立筋(4’)和至少一根对角穿过的横穿立筋(4”)。

8.如权利要求7所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述六边形立筋(4’)和所述横穿立筋(4”)与所述蜂窝部(4)和所述蒙皮(1)通过3D打印构成为一体零件。

9.如权利要求7所述的蜂窝蒙皮结构，其特征在于，所述六边形立筋(4’)和所述横穿立筋(4”)构成一体，并且装配入所述蜂窝部(4)。