CN111470054A - 飞行器流装置和包括该飞行器流装置的飞行器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种飞行器流装置和一种包括该飞行器流装置的飞行器。该飞行器流装置包括翼肋，该翼肋由外部蒙皮限定边界并且固定地附接至外部蒙皮，其中，外部蒙皮和翼肋构造成当外部蒙皮在空气流装置的前缘区域中受到冲击载荷时塑性地变形，其中，当由于冲击载荷而变形时外部蒙皮的刚度大于或等于翼肋的刚度。

Description

飞行器流装置和包括该飞行器流装置的飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器流装置以及包括飞行器流装置的飞行器。
背景技术
一种或更多种外来物体比如鸟类的冲击是飞行器流装置(机翼、尾翼、短舱等)的设计期间的考虑因素，飞行器流装置在其操作寿命期间可能受到这些物体的冲击。这由于外来物体施加的高冲击能量而成为必须的考虑因素。流装置结构必须是耐损坏的并且不能失效成流装置结构与飞行器分离的程度。如果流装置还包括液体或气体罐，则流装置不应当遭受容纳性的破坏。
通常，这些标准通过下述方式来满足：将蒙皮和翼肋设计成使得在蒙皮和翼肋两者均断裂之前能够吸收冲击能量的很大一部分，此后，由翼梁吸收冲击能量的剩余部分，该翼梁可以经历塑性变形但不会断裂或者不会被外来物体穿透。
这种设计方法的结果是下述结构：该结构满足损坏容限和包容性标准，但是该结构也可能在冲击事件之后表现出显著的塑性变形或损坏而达到该结构在恢复服务之前必须被整体更换的程度。流装置中的翼梁的维修和更换需要花费相当多的精力和时间来执行，并且需要将受影响的飞行器从服务中长期移除直到损坏修复为止。这导致对飞行器操作者而言昂贵的维修过程。
鉴于以上内容，可以认为本发明的目的是提供一种改进的流装置设计，该流装置设计可以满足损坏容限和穿透标准，但是在冲击事件之后不需要维修或更换翼梁。该目的通过本申请的主要方面的特征来解决。有利的实施方式是本申请的附属方面和以下描述的主题。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种飞行器流装置，该飞行器流装置包括翼肋，该翼肋由外部蒙皮限定边界并且固定地附接至外部蒙皮，其中，外部蒙皮和翼肋构造成当外部蒙皮在空气流装置的前缘区域中受到冲击载荷时塑性地变形，其中，当由于冲击载荷而变形时，外部蒙皮的刚度大于或等于翼肋的刚度。
流装置的设计——在该设计中，外部蒙皮和下面的翼肋在前缘区域中构造成变形并吸收所有的冲击载荷/能量——的优点在于，该设计使得能够改进由于外来物体冲击所致的变形在流装置的翼肋与外部蒙皮之间的分布，并且因此大幅度地减小了被传递至翼梁的冲击能量的量，这使翼梁经历塑性变形的可能性降低。此外，翼肋在冲击期间相比于翼肋所附接的外部蒙皮具有相同或更低的结构刚度的流装置设计产生了翼肋相比于现有技术吸收更多的冲击载荷的设计。这允许蒙皮变形更多，并且因此吸收更多的冲击能量。此外，这使外部蒙皮在冲击载荷被吸收之前断裂(撕裂或被穿透)的可能性减小，这种可能性另外可能导致一些外来物体碎屑直接冲击翼梁并使翼梁塑性变形。
在本发明的其他实施方式中，飞行器流装置还包括翼肋的第一翼肋部分和翼肋的第二翼肋部分，其中，第一翼肋部分在前缘区域中附接至外部蒙皮，其中，当由于冲击载荷而变形时，外部蒙皮的刚度大于或等于第一翼肋部分的刚度，并且其中，第一翼肋部分通过搭接接头附接至第二翼肋部分。
下述翼肋因其产生了多功能设计而是有利的：该翼肋具有第一部分，该第一部分构造成使得能够改善冲击载荷在翼肋与外部蒙皮之间的分布，并且该第一部分联接至可以提供独立结构功能、例如提供翼梁的加劲的第二翼肋部分。此外，在冲击损坏的情况下，损坏的第一翼肋部分可以与可以被附接至未损坏的翼梁的未损坏的第二翼肋部分断开连接/断开联接。这产生了在冲击损坏之后维修成本较低的设计，因为可能仅需要更换翼肋的一部分而不是整个翼肋。
在本发明的另一实施方式中，飞行器流装置包括搭接接头，该搭接接头定向成与冲击载荷的方向大致垂直。第一翼肋部分与第二翼肋部分之间的如此构造的接头可以使冲击载荷在翼肋的整个高度(沿Z方向测量)上更均匀地传递，这可能是有利的，因为可以使第二翼肋部分和翼梁的塑性变形的可能性进一步减小。
在本发明的再一实施方式中，搭接接头包括单排剪切紧固件。位于第一翼肋部分与第二翼肋部分之间的设置有剪切紧固件——剪切紧固件构造成一旦冲击载荷达到预定载荷就剪切——的接头是有利的，因为紧固件一失效，冲击载荷的反作用就将被隔离于外部蒙皮和第一翼肋部分，外部蒙皮和第一翼肋部分可以更进一步变形以对冲击载荷作出反应。
在本发明的再一其他实施方式中，第一翼肋部分和第二翼肋部分由不同的材料形成。由不同的材料形成翼肋部分、使得能够针对翼肋部分的特定结构功能来改进翼肋部分，这可以使流装置的成本和重量整体减小。
本发明的其他优点现在将通过适当参照附图的详细描述而变得明显。
附图描述
下面参照以下附图对本文中提出的本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1提供了包括根据本发明的实施方式的飞行器流装置的飞行器的示意性平面图；
图2提供了竖向穿过图1的飞行器流装置的线A-A的一对示意性横截面图。
具体实施方式
参照图1，示出了飞行器100，该飞行器100包括多个流装置，比如机翼101、水平尾翼103、竖向尾翼105以及发动机短舱107。每个流装置包括内部结构并且包括附接至下面的翼梁和/或翼肋和/或加劲件的外部蒙皮。飞行器包括一组正交的飞行器轴，所述一组正交的飞行器轴包括纵向X轴、侧向(翼展方向)Y轴和竖向Z轴。每个流装置的存在于最正向X方向的区域通常被称为流装置的前缘区域并且最容易受到来自沿X方向行进的外部物体的冲击的影响。机翼101还包括呈缝翼109的形式的多个较小的流装置，所述多个较小的流装置以可移动的方式附接至机翼101的前部(前缘)区域。这些较小的流装置以与较大的结构大致相同的方式构造，因为这些较小的流装置包括附接至下面的翼梁和/或翼肋和/或加劲件的外部蒙皮。
参照图2，在左手侧示出了呈缝翼200的形式的未受冲击的流装置。
缝翼200包括外部蒙皮203，该外部蒙皮203限定了位于外部蒙皮203内的翼肋201和翼梁204的边界并且固定地附接至该翼肋201和该翼梁204。外部蒙皮203由薄片型合金铝材料(例如2024系列铝合金材料)形成，但是可以替代性地使用任何适合的金属或复合材料。翼肋201包括第一翼肋部分207，该第一翼肋部分207通过具有单排紧固件213的搭接接头211附接至第二翼肋部分209。第一翼肋部分207在前缘区域205中通过紧固件(未示出)附接至外部蒙皮203并且由薄片型合金铝材料(例如2024系列铝合金材料)形成，但是可以替代性地使用任何适合的金属或复合材料。第二翼肋部分209在前缘区域205的尾部通过紧固件(也未示出)附接至翼梁204并且由薄片型合金铝材料(例如2024系列铝合金材料)形成，但是可以替代性地使用任何适合的金属或复合材料。第二翼肋部分209包括连接部分215，该连接部分215附接至缝翼运动系统，以用于使缝翼200在操作中移动。翼肋201大致竖向地定向在平行于XZ平面定位的平面中。翼梁204大致竖向地定向在平行于YZ平面定位的平面中并且由片型铝合金材料(例如或者7010系列或者2014系列铝合金)构成，但是可以替代性地使用任何适合的金属或复合材料。在缝翼200的正常操作期间，外部蒙皮203受到空气动力压力载荷，空气动力压力载荷经由翼梁204、翼肋201和运动系统被传递至机翼101。缝翼200中的部件例如蒙皮203、翼肋201和翼梁204也受到由飞行器101在起飞、巡航和着陆期间的加速度所引起的惯性载荷。所述部件响应于这种加载而在预定的极限内弹性地变形和偏转，预定的极限通过每个部件的载荷量、截面特性和材料机械特性而被预先确定。
参照图2的右手侧，还以受冲击且塑性变形的场景示出了在左手侧示出的未受冲击的流装置，其中，冲击载荷L在X方向上作用在缝翼200的前缘区域205上。
在冲击载荷L自身施加在该结构上的位置处，外部蒙皮203的刚度与第一翼肋部分207的刚度相等，使得蒙皮203和第一翼肋部分207响应于冲击载荷L而均匀地变形，如图所示。冲击动能由缝翼200通过蒙皮203和第一翼肋部分207的变形来吸收，而不是由第二翼肋部分209和翼梁204吸收，第二翼肋部分209和翼梁204响应于冲击载荷仅保持弹性变形。在示出的示例中，搭接接头211未被剪切，然而，对于较高的冲击能量的冲击，搭接接头211构造成在预定的载荷水平处进行剪切，这使载荷重新分布回蒙皮203，蒙皮203可以进一步变形。
第一翼肋部分207的刚度可以通过改变第一翼肋部分207的截面特性或者通过为第一翼肋部分207选择在施加的载荷的方向上具有较低机械刚度的材料来调整或者通过以上两种方式来调整。在期望蒙皮203的变形较小例如以防止蒙皮203例如在邻近于与翼肋201附接的接口处断裂的情况下，可以使第一翼肋部分207的刚度减小至下述值：该值小于蒙皮203的刚度但足以支承在正常操作期间经受的其他载荷。类似地，在期望蒙皮203的变形较多的情况下，可以替代性地使第一翼肋部分207的刚度增大至下述值：该值高于蒙皮203的刚度但足以支承在正常操作期间经受的载荷。
尽管本文中公开了本发明的至少一个示例性实施方式，但应理解的是，改型、替换方案和替代方案对本领域普通技术人员来说可能是明显的并且可以在不脱离本公开的范围的情况下做出。例如，应当理解的是，翼肋201可以是具有所需刚度的整体部件，而不是具有独立部分的翼肋201。翼肋201还可以仅附接至蒙皮203或除了蒙皮203或翼梁204之外的另外的结构部件。本公开旨在涵盖示例性实施方式的任何改编或变型。另外，在本公开中，术语“包括”或“包括有”不排除其他元件或步骤，术语“一种”或“一”不排除复数，并且术语“或”表示一者或两者。此外，除非本公开或上下文另有说明，否则已经描述的特征或步骤也可以与其他特征或步骤结合使用并且可以以任意的顺序使用。本公开在此通过参引并入了本公开所要求权益或优先权的任何专利或申请的全部公开内容。

Claims (6)

1.一种飞行器流装置，包括：
翼肋，所述翼肋由外部蒙皮限定边界并且固定地附接至所述外部蒙皮；
其中，所述外部蒙皮和所述翼肋构造成当所述外部蒙皮在所述流装置的前缘区域中受到冲击载荷时塑性地变形；
其中，当由于所述冲击载荷L而变形时，所述外部蒙皮的刚度大于或等于所述翼肋的刚度。
2.根据权利要求1所述的飞行器流装置，其中，所述翼肋包括第一翼肋部分和第二翼肋部分；其中，所述第一翼肋部分在所述前缘区域中附接至所述外部蒙皮；其中，当由于所述冲击载荷而变形时所述外部蒙皮的刚度大于或等于所述第一翼肋部分的刚度；并且其中，所述第一翼肋部分通过搭接接头附接至所述第二翼肋部分。
3.根据任一前述权利要求所述的飞行器流装置，其中，所述搭接接头定向成与所述冲击载荷的方向大致垂直。
4.根据任一前述权利要求所述的飞行器流装置，其中，所述搭接接头包括单排剪切紧固件。
5.根据任一前述权利要求所述的飞行器流装置，其中，所述第一翼肋部分和所述第二翼肋部分由不同的材料形成。
6.一种包括根据任一前述权利要求所述的飞行器流装置的飞行器。
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