CN111452953B - 一种适用于构造飞机翼面的盒式结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于构造飞机翼面的盒式结构，其包括底部壁板、顶部壁板以及夹持地设置在底部壁板和顶部壁板之间的至少一组梁状结构单元。梁状结构单元包括两个第一梁状结构以及位于两个第一梁状结构之间的多个第二梁状结构。其中，具有“C”形横截面形状的两个第一梁状结构分别设置在梁状结构单元的两个彼此相对的端部处。第二梁状结构中的每一个均为开口朝上的槽型结构。第一梁状结构和第二梁状结构被构造成当固定于底部壁板上时，相邻的第一梁状结构和第二梁状结构的顶部部分相互搭接在一起。

Description

一种适用于构造飞机翼面的盒式结构

技术领域

本发明涉及飞机制造领域，尤其涉及一种适用于构造飞机翼面的盒式结构。

背景技术

复合材料在飞机结构设计中越来越得到广泛应用。复合材料结构形式以层压板和蜂窝夹芯结构为主，层压板结构多分布在翼面、梁和肋等盒式结构上。当前翼面等主承力盒式结构，多采用壁板、梁、肋等零件组合装配形式，该结构形式存在重量较重、零件数量多、零件成型要求高、装配复杂以及成本较高的问题。

发明内容

针对根据现有技术的盒式结构的上述现状，本发明的目的之一在于提供一种适用于构造飞机翼面的盒式结构，该盒式结构能够有效的减轻机翼重量和降低装配复杂程度，减少制造周期和成本。

该目的通过发明以下形式的一种盒式结构来实现。该适用于构造飞机翼面的盒式结构包括底部壁板、顶部壁板以及夹持地设置在底部壁板和顶部壁板之间的至少一组梁状结构单元。其中，顶部壁板与所述底部壁板间隔预定距离且相对设置。

所述梁状结构单元包括两个第一梁状结构以及位于两个第一梁状结构之间的多个第二梁状结构。其中，两个第一梁状结构分别设置在所述梁状结构单元的两个彼此相对的端部处。所述第一梁状结构中的每一个具有“C”形横截面形状，而且两个所述第一梁状结构的开口方向相反，其中所述第一梁状结构的底面固定地设置在所述底部壁板的顶面上。

所述第二梁状结构中的每一个均为开口朝上的槽型结构，且其底部固定于所述底部壁板的顶面上，顶部与所述顶部壁板可拆卸地相连。

其中，所述第一梁状结构和第二梁状结构被构造成当固定于所述底部壁板上时，相邻的所述第一梁状结构和所述第二梁状结构的顶部部分相互搭接在一起。

安装时，先将第一梁状结构固定在底部壁板上，然后逐个搭设第二梁状结构，在将所有梁状结构搭设后，并真空封带、高温高压固化，最后将顶部壁板固定在梁状结构单元的顶部形成盒式结构。铺设梁状结构时，相邻的梁状结构的顶部部分相互搭接，且每个梁状结构的底部固定在底部壁板上，因此各个梁状结构彼此联结地固定在底部壁板、顶部壁板上。根据该形式的盒式单元，施工人员可以高效地铺设梁状结构单元；彼此联结的梁状结构可使得盒式结构的整体结构强度较高。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一梁状结构包括竖直的第一腹板、自所述第一腹板的上端朝一侧水平弯折的第一上缘条以及自所述第一腹板的下端朝所述一侧水平弯折的第一下缘条。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第二梁状结构包括可固定于所述底部壁板的第二下缘条，由所述第二下缘条的两端向上弯折的第二腹板，以及由所述第二腹板水平弯折的第二上缘条。

根据本发明的一种优选实施方式，多个所述第二梁状结构中的一个第二梁状结构具有开口朝上的“几”形横截面形状，并且两个所述第二上缘条由槽口边缘朝相反方向水平延伸。

根据本发明的一种优选实施方式，多个所述第二梁状结构中的一部分第二梁状结构具有由槽口边缘朝相同方向水平延伸的两个第二上缘条。

根据本发明的一种优选实施方式，不同侧的所述第二腹板具有不同的高度。

根据本发明的一种优选实施方式，具有所述“几”形结构的第二梁状结构与两个所述第一梁状结构中的一个邻接。

根据本发明的一种优选实施方式，当所述第一梁状结构和所述第二梁状结构被固定到所述底部壁板时，每个所述第二腹板能够贴合相邻侧的第一梁状结构的第一腹板或者第二梁状结构的第二腹板。

根据本发明的一种优选实施方式，相邻的两个所述第二梁状结构以及所述底部壁板共同限定出三角空腔区，和/或相邻的所述第一梁状结构、第二梁状结构以及所述底部壁板共同限定出三角空腔区，

其中，所述三角空腔区填充有用于密封的捻子条。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一上缘条以及所述第二上缘条中的至少一个设有紧固孔，所述顶部壁板设有能够与所述紧固孔适配的通孔。

根据本发明的一种优选实施方式，所述第一梁状结构、所述第二梁状结构和所述顶部壁板均是复合材料制件。

此外，本发明还涉及具有上述任一盒式结构的翼面结构。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选实施方式，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明的优选实施方式的盒式结构的分解图；

图2示出了根据图1的梁状结构单元以及底部壁板的横截面示意图；

图3是示出了图1的局部A的放大视图。

附图标记说明：

顶部壁板：100；          底部壁板：200；

梁状结构单元：300；      第一梁状结构：310；

第一下缘条：311；        第一腹板：312；

第一上缘条：313；        第二梁状结构：320、330；

第二下缘条：321、331；    第二腹板：322、332；

第二上缘条：323、333；    捻子条：400。

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如“上”、“下”、“内”、“外”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

本发明中的“弯折”并不仅仅表示相邻部分通过压制弯折的含义。事实上，本发明的“弯折”表示相邻且彼此连接的部分互成角度。

参见图1-3，该安装支架适用于构造诸如机翼、尾翼等飞机翼面的盒式结构包括底部壁板200、顶部壁板100以及夹持地设置在底部壁板200和顶部壁板100之间的至少一组梁状结构单元300。其中图 1、2的示意性实施方式中，其仅示出了一组梁状结构单元300。对于图2，为了便于示出相邻侧的不同梁状结构310、320、330，各个结构被分别填充密实斜划线、疏松斜划线和黑色实线。第一梁状结构310、第二梁状结构320、330和顶部壁板100优选地被设置为由复合材料制成。

参见图1、2，梁状结构单元300包括两个第一梁状结构310以及位于两个第一梁状结构310之间的多个第二梁状结构320、330(图1、 2示出4个第二梁状结构320、330)。其中，两个第一梁状结构310 分别设置在梁状结构单元300的两个彼此相对的端部处。第一梁状结构310中的每一个具有“C”形横截面形状，而且两个第一梁状结构310的开口方向相反，其中第一梁状结构310的底面固定地设置在底部壁板200的顶面上。

具体而言，第一梁状结构310包括竖直的第一腹板312、自第一腹板312的上端朝一侧水平弯折的第一上缘条313以及自第一腹板 312的下端朝一侧水平弯折的第一下缘条311。第一下缘条311固定在底部壁板200的顶面。

第二梁状结构320、330中的每一个均为开口朝上的槽型结构，且其底部固定于底部壁板200的顶面上，顶部与顶部壁板100可拆卸地相连。具体而言，第二梁状结构320、330包括可固定于底部壁板 200的第二下缘条321、331，由第二下缘条321、331的两端向上弯折的第二腹板322、332，以及由第二腹板322、332水平弯折的第二上缘条323、333。

在图2的实施方式中，第一腹板312、第二腹板322、333均是竖直布置。第一腹板312与第一上缘条313、第一下缘条311呈相互垂直的关系，第二腹板322、332与第二上缘条323、333、第二下缘条 321、331呈相互垂直的关系。第一上缘条313、第二上缘条323、333 与相应的第一腹板312、第二腹板322、332还可以不相互垂直。对于第二梁状结构320、330，在一种实施方式中，一个第二上缘条323、 333与对应的第二腹板322、332垂直，另一个第二上缘条323、333 与对应的第二腹板322、332不垂直。

在另一些实施方式中，第一腹板312、第二腹板322、332还可以被设置成竖直设置但具有一定弧度的样式。

需要说明的是，对于各缘条311、313、321、323、331、333，其由相应的第一腹板311、第二腹板321水平弯折形成，并不仅仅表示上述缘条311、313、321、323、331、333水平设置，事实上，各缘条在满足基本水平设置的情况下，还具有一定角度的型面曲率，以此保证顶部壁板100或底部壁板200限定出翼面的外形。

进一步参见图2，两个第一梁状结构310的开口被设置成朝外设置，也即朝远离第二梁状结构320、330的方向设置，由此，根据本发明的盒式结构便于与相邻的前、后连接接头以及肋等结构零件接合。

邻接右侧第一梁状结构310的第二梁状结构320具有开口朝上的“几”形横截面形状，其中，该第二梁状结构320的两个第二上缘条 323由槽口边缘朝相反方向水平延伸。

其他的第二梁状结构330被设置成具有由槽口边缘朝相同方向水平延伸的两个第二上缘条323、333。该类型的第二梁状结构330构成梁状结构单元300的主体部分。参见图3，第二梁状结构330的槽口部分由第二上缘条333封闭。设置较多的该第二梁状结构320、330可使得梁状结构单元300的顶部开口总面积较小，由此，顶部壁板100 的下端面能够获得更为匀称的支撑作用。

进一步参见图2，除最右侧的第二梁状结构320单元300之外，其余的第二梁状结构330的不同侧的第二腹板322、332优选被设置成具有不同的高度。在铺设好梁状结构单元300后，对于同一第二梁状结构320、330而言，其一侧(图2的各第二梁状结构320、330的左侧)的第二上缘条323、333压在该侧的另一第二梁状结构320、330 的第二上缘条323、333的上表面，而另一侧(图2的各第二梁状结构320、330的右侧)的第二上缘条323、333则被该侧的另一第二梁状结构320、330的第二上缘条323、333压在下方。因此，这些第二梁状结构320、330的一侧第二上缘条323、333处于受压状态，而另一侧的第二上缘条323、333处于施压状态，这将更利于一侧的壁板 (顶部壁板100或底部壁板200)通过梁状结构单元300将压力更为均衡地传送至另一侧的壁板(底部壁板200或顶部壁板100)，避免局部的壁板100、200部分出现变形。

作为本发明的优选实施方式，当第一梁状结构310和第二梁状结构320、330被固定到底部壁板200时，每个第二腹板322、332能够贴合相邻侧的第一梁状结构310的第一腹板312或者第二梁状结构 320、330的第二腹板322、332。

参见图3，相邻的两个第二梁状结构320、330以及底部壁板200 共同限定出三角空腔区，相邻的第一梁状结构310、第二梁状结构320、 330以及底部壁板200也共同限定出三角空腔区。对于该三角空腔区，其可以填充捻子条400，以此封闭该三角空腔区。

为了将顶部壁板100固持在梁状结构单元300上，第一上缘条313、第二上缘条323、333中的至少一个可设置紧固孔，相应地，顶部壁板100设有能够与紧固孔适配的通孔。操作人员可以通过螺栓、螺母方便地将二者固定在一起。

安装时，先将第一梁状结构310固定在底部壁板200上，然后逐个搭设第二梁状结构320、330，也即，将一个第二梁状结构320、330 的第二上缘条323、333搭设在相邻侧的第一梁状结构310的第一上缘条313或第二梁状结构320、330的第二上缘条323、333上。在将所有梁状结构310、320、330搭设完后，真空封带整体结构、高温高压固化，最后在该整体结构上利用紧固装置固定顶部壁板300，形成盒式结构。由于相邻的梁状结构310、320、330的顶部部分相互搭接，且每个梁状结构310、320、330的底部固定在底部壁板200上，因此各个梁状结构310、320、330彼此联结地固定在底部壁板200、顶部壁板100上。

与现有技术相比，本发明的盒式结构具备下述优点：

1.与传统采用大量金属件的盒式结构相比，各个梁状结构310、 320、330能够方便地铺设，大大减少装配和工装制造需求；

2.各个第二梁状结构320、330均与顶部壁板100、底部壁板200 联结，且各个第二梁状结构320、330与相邻的第一梁状结构310、第二梁状结构320、330联结，这使得由盒式结构制成的机翼或尾翼的蒙皮刚度和承载能力得到增强；

3.其中的一侧壁板(顶部壁板100)与下方的一体化成型件(即梁状结构单元300和底部壁板200通过真空封带、固化后形成的结构件)通过紧固件固定，因此盒式结构具有很强的可操作性，其能够有效减少复合材料制造难度，同时又保证了结构设计效率相对较高。

本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种适用于构造飞机翼面的盒式结构，其特征在于，所述盒式结构包括：

底部壁板；

与所述底部壁板间隔预定距离且相对设置的顶部壁板；和

夹持地设置在所述底部壁板和所述顶部壁板之间的至少一组梁状结构单元，所述梁状

结构单元包括：

分别设置在所述梁状结构单元的两个彼此相对的端部处的两个第一梁状结构，所述第一梁状结构中的每一个具有“C”形横截面形状，而且两个所述第一梁状结构的开口方向相反，其中所述第一梁状结构的底面固定地设置在所述底部壁板的顶面上；和

位于两个所述第一梁状结构之间的多个第二梁状结构，所述第二梁状结构中的每一个均为开口朝上的槽型结构，且其底部固定于所述底部壁板的顶面上，顶部与所述顶部壁板可拆卸地相连，

其中，所述第一梁状结构和第二梁状结构被构造成当固定于所述底部壁板上时，相邻的所述第一梁状结构和所述第二梁状结构的顶部部分相互搭接在一起。

2.根据权利要求1所述的盒式结构，其中，所述第一梁状结构包括竖直的第一腹板、自所述第一腹板的上端朝一侧水平弯折的第一上缘条以及自所述第一腹板的下端朝所述一侧水平弯折的第一下缘条。

3.根据权利要求2所述的盒式结构，其中，所述第二梁状结构包括可固定于所述底部壁板的第二下缘条，由所述第二下缘条的两端向上弯折的第二腹板，以及由所述第二腹板水平弯折的第二上缘条。

4.根据权利要求3所述的盒式结构，其中，多个所述第二梁状结构中的一个第二梁状结构具有开口朝上的“几”形横截面形状，并且两个所述第二上缘条由槽口边缘朝相反方向水平延伸。

5.根据权利要求4所述的盒式结构，其中，多个所述第二梁状结构中的一部分第二梁状结构具有由槽口边缘朝相同方向水平延伸的两个第二上缘条。

6.根据权利要求4所述的盒式结构，其中，具有所述“几”形横截面形状的结构的第二梁状结构与两个所述第一梁状结构中的一个邻接。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的盒式结构，其中，当所述第一梁状结构和所述第二梁状结构被固定到所述底部壁板时，每个所述第二腹板能够贴合相邻侧的第一梁状结构的第一腹板或者第二梁状结构的第二腹板。

8.根据权利要求7所述的盒式结构，其中，相邻的两个所述第二梁状结构以及所述底部壁板共同限定出三角空腔区，和/或相邻的所述第一梁状结构、第二梁状结构以及所述底部壁板共同限定出三角空腔区，

其中，所述三角空腔区填充有用于密封的捻子条。

9.根据权利要求3所述的盒式结构，其中，所述第一上缘条以及所述第二上缘条中的至少一个设有紧固孔，所述顶部壁板设有能够与所述紧固孔适配的通孔。

10.根据权利要求1所述的盒式结构，其中，所述第一梁状结构、所述第二梁状结构和所述顶部壁板均是复合材料制件。

11.根据权利要求3所述的盒式结构，其中，不同侧的所述第二腹板具有不同的高度。

12.一种翼面结构，其特征在于，所述翼面结构具有权利要求1-11中任一项所述的盒式结构。

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