CN112606998A - 一种飞机副翼复合材料整体接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机副翼复合材料整体接头，包括上缘条、下缘条以及腹板，所述腹板的前侧面设置有耳片，所述腹板的后侧面设置有筋条，筋条的布设位置与耳片的布设位置相对应。本发明的整体接头结构，采用编织复合材料工艺和RTM液体成型制备，相对于金属接头，复合材料整体接头在刚度和强度相当的情况下，可减重达20％以上，且减少了接头与副翼本体的连接紧固件，同时避免了复合材料副翼和金属接头连接带来的热应力问题。

Description

一种飞机副翼复合材料整体接头

技术领域

本发明涉及航空领域结构设计领域，涉及一种飞机复合材料副翼整体接头。

背景技术

飞机副翼在其前梁上一般布置多个悬挂接头和一个悬挂操纵耦合接头，用于和主盒段连接，各接头承受集中载荷。副翼接头一般均采用金属材料整体机加而成，而副翼本体结构普遍采用复合材料层压板结构，接头与前梁、壁板、肋结构需要通过许多紧固件进行连接。金属接头本体重量较大，尤其是悬挂操纵耦合接头，且采用大量紧固件连接也会增加结构重量，另外金属接头和复合材料结构连接存在较严重的热应力问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机副翼复合材料整体接头，可有效解决金属接头与复合材料副翼本体连接带来的热应力问题，还可减少接头结构重量，同时减少紧固件。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种飞机副翼复合材料整体接头，包括上缘条、下缘条以及腹板，上缘条、下缘条和腹板共同构成侧“凹”型或“工”型结构；所述腹板的前侧面设置有耳片，耳片为单耳，耳片的上端向外侧和上侧延伸并与上缘条底部相接，靠近耳片处的上缘条向外部延伸，形成对耳片顶部前端加固的加固片；耳片的下端向内侧和下侧延伸并与下缘条底部相接，且耳片垂直于上缘条、下缘条以及腹板；

以腹板为分界，位于耳片一侧的上缘条、下缘条的厚度，大于位于筋条一侧的上缘条、下缘条的厚度；耳片与上缘条、下缘条、腹板之间均设置有圆弧形过渡区，耳片上的耳孔位于耳片上端，耳孔的孔心位置距离上缘条处的圆弧形过渡区不小于耳孔直径；

所述腹板的后侧面设置有筋条，筋条的布设位置与耳片的布设位置相对应；在设置筋条处的上缘条、下缘条向外侧延伸至筋条顶部、底部并与筋条相接，形成筋条的上加固板和下加固板，上加固板、筋条以及下加固板共同构成“工”型结构，且上加固板、下加固板在垂直于腹板方向的长度大于所述加固片的长度。

进一步地，所述耳片厚度大于筋条厚度以及腹板的厚度；过渡区半径不小5mm。

进一步地，所述整体接头的实现方式是采用复合材料编织工艺进行干纤维的预制体制备，预制体为一个带筋条板和耳片板的“工”字型结构，预制体的外形尺寸在整体接头的外形尺寸上进行增大，且忽略接头耳片、梁缘条宽度等细节结构，但是各部分结构厚度对应接头的上缘条、下缘条、耳片、筋条的实际厚度；预制体制备好后再通过模具进行RTM液体成型，成型后根据整体接头的具体尺寸进行机加、钻孔而得到最终整体接头。

进一步地，耳片与上缘条、下缘条、腹板之间均设置有圆弧形过渡区在尺寸编织时通过加减纤维制备而成。

进一步地，编织过程中整体接头中耳片、上缘条、下缘条、腹板内部的纤维互相关联，尤其是耳片上的一部分纤维要穿过腹板走到筋条上，以保证耳片的载荷传递到筋条上。

进一步地，所述整体接头不限于一个耳片，根据副翼接头的布置情况进行扩展；包括一个耳片的整体接头的腹板和上缘条、下缘条与副翼前梁通过二次共固化，固化后的整体结构再与副翼壁板、肋连接。

进一步地，在多整体接头耦合时，相邻的整体接头之间布置一个反方向的整体接头，三个整体接头构成一个操纵单元；副翼梁根据展长布置一个或多个操纵单元。

进一步地，所述相邻的整体接头中的耳片为和机翼盒段的悬挂支臂连接的悬挂耳片，中间的反方向的整体接头的耳片为与作动器连接的操纵耳片；

工作过程中，悬挂耳片定轴转动，通过对操纵耳片施加不同方向的载荷，来调整整个副翼的偏转角度，来使副翼根据飞机的操纵指令执行对应的动作。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明结构的优点是：

本发明设计了一种全复合材料副翼整体接头结构，采用M2.5D编织复合材料工艺和RTM液体成型制备，相对于金属接头，复合材料整体接头在刚度和强度相当的情况下，可减重达20％以上，且减少了接头与副翼本体的连接紧固件，同时避免了复合材料副翼和金属接头连接带来的热应力问题。

附图说明

图1为本发明提出的接头的整体结构示意图；

图2为复合材料副翼整体接头编织预制体图；

图3为在副翼梁上设计一个操纵单元的示意图；

图4为操纵单元部分的三视图。

图中标号说明：1上缘条，2下缘条，3耳片，4腹板，5加固片，6筋条，7上加固板，8下加固板，9过渡区，10耳孔。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明公开了一种飞机副翼复合材料整体接头，包括上缘条1、下缘条2以及腹板4，上缘条1、下缘条2和腹板4共同构成侧“凹”型或“工”型结构的副翼梁；所述腹板4的前侧面设置有耳片3，耳片3为单耳，耳片3的上端向外侧和上侧延伸并与上缘条1底部相接，靠近耳片3处的上缘条1向外部延伸，形成对耳片3顶部前端加固的加固片5；耳片3的下端向内侧和下侧延伸并与下缘条2底部相接，且耳片3垂直于上缘条1、下缘条2以及腹板4。

耳片3厚度应大于筋条6厚度以及腹板4的厚度；以腹板4为分界，位于耳片3一侧的上缘条1、下缘条2的厚度，大于位于筋条6一侧的上缘条1、下缘条2的厚度，满足传力、设计要求且可以有效减重。耳片3与上缘条1、下缘条2、腹板4之间均设置有圆弧形过渡区9，过渡区9半径不小5mm；耳片3上的耳孔10位于耳片3上端，应尽可能靠近上缘条1；耳孔10的孔心位置距离上缘条1处的圆弧形过渡区9不小于耳孔10直径；可以保证安装，利于载荷传递。

所述腹板4的后侧面设置有筋条6，筋条6的布设位置与耳片3的布设位置相对应，在同一平面；在设置筋条6处的上缘条1、下缘条2向外侧延伸至筋条6顶部、底部并与筋条6相接，形成筋条6的上加固板7和下加固板8，上加固板7、筋条6以及下加固板8共同构成“工”型结构，且上加固板7、下加固板8在垂直于腹板4方向的长度大于所述加固片5的长度。

采用上述结构设计，耳片3面内集中载荷可向筋条6上直接传递，上缘条1、下缘条2对耳片3、筋条6形成面外支持作用，有利于耳片3和筋条6承受面外载荷；同时对腹板4形成面外支持作用，有利于腹板4承受面外载荷。

参见图2，所述整体接头的实现方式是采用M2.5D复合材料编织工艺进行干纤维的预制体制备，预制体为一个带筋条6板和耳片3板的“工”字型结构，预制体的外形尺寸在整体接头的外形尺寸上进行适当增大，且忽略接头耳片3、梁缘条宽度等细节结构，但是各部分结构厚度对应接头的上缘条1、下缘条2、耳片3、筋条6的实际厚度；耳片3与上缘条1、下缘条2、腹板4之间均设置有圆弧形过渡区9在尺寸编织时通过加减纤维制备而成；预制体制备好后再通过模具进行RTM液体成型，成型后根据整体接头的具体尺寸进行机加、钻孔而得到最终整体接头；编织过程中整体接头中耳片3、上缘条1、下缘条2、腹板4内部的纤维互相关联，尤其是耳片3上的一部分纤维要穿过腹板4走到筋条6上，以保证耳片3的载荷传递到筋条6上。

该整体接头不限于一个耳片3，可根据副翼接头的布置情况进行扩展，最理想的情况可做成整个副翼梁和多个接头的整体结构。包括一个耳片3的整体接头的腹板4和上缘条1、下缘条2可与副翼前梁通过二次共固化，减少紧固件装配，固化后的整体结构再与副翼壁板、肋连接。

在多接头耦合的方案中，相邻的整体接头之间布置一个反方向的整体接头，三个整体接头构成一个操纵单元；副翼梁根据展长布置一个或多个操纵单元；其中相邻的整体接头中的耳片3为和机翼盒段的悬挂支臂连接的悬挂耳片3，中间的反方向的整体接头的耳片3为与作动器连接的操纵耳片3，工作过程中，悬挂耳片3定轴转动，通过对操纵耳片3施加不同方向的载荷，来调整整个副翼的偏转角度，来使副翼根据飞机的操纵指令执行对应的动作。

副翼梁在布设接头的部位，横截面为工字型，用于将耳片3处的载荷通过腹板4传递给后部的筋条6；其余部位为单翻边式结构，可以减轻结构重量。

本发明通过对标某型机副翼金属悬挂操纵耦合接头的强度指标，设计了复合材料副翼整体悬挂操纵耦合接头。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，包括上缘条(1)、下缘条(2)以及腹板(4)，上缘条(1)、下缘条(2)和腹板(4)共同构成侧“凹”型或“工”型结构；所述腹板(4)的前侧面设置有耳片(3)，耳片(3)为单耳，耳片(3)的上端向外侧和上侧延伸并与上缘条(1)底部相接，靠近耳片(3)处的上缘条(1)向外部延伸，形成对耳片(3)顶部前端加固的加固片(5)；耳片(3)的下端向内侧和下侧延伸并与下缘条(2)底部相接，且耳片(3)垂直于上缘条(1)、下缘条(2)以及腹板(4)；

以腹板(4)为分界，位于耳片(3)一侧的上缘条(1)、下缘条(2)的厚度，大于位于筋条(6)一侧的上缘条(1)、下缘条(2)的厚度；耳片(3)与上缘条(1)、下缘条(2)、腹板(4)之间均设置有圆弧形过渡区(9)，耳片(3)上的耳孔(10)位于耳片(3)上端，耳孔(10)的孔心位置距离上缘条(1)处的圆弧形过渡区(9)不小于耳孔(10)直径；

所述腹板(4)的后侧面设置有筋条(6)，筋条(6)的布设位置与耳片(3)的布设位置相对应；在设置筋条(6)处的上缘条(1)、下缘条(2)向外侧延伸至筋条(6)顶部、底部并与筋条(6)相接，形成筋条(6)的上加固板(7)和下加固板(8)，上加固板(7)、筋条(6)以及下加固板(8)共同构成“工”型结构，且上加固板(7)、下加固板(8)在垂直于腹板(4)方向的长度大于所述加固片(5)的长度。

2.根据权利要求1所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，所述耳片(3)厚度大于筋条(6)厚度以及腹板(4)的厚度；过渡区(9)半径不小5mm。

3.根据权利要求1所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，所述整体接头的实现方式是采用复合材料编织工艺进行干纤维的预制体制备，预制体为一个带筋条(6)板和耳片(3)板的“工”字型结构，预制体的外形尺寸在整体接头的外形尺寸上进行增大，且忽略接头耳片(3)、梁缘条宽度等细节结构，但是各部分结构厚度对应接头的上缘条(1)、下缘条(2)、耳片(3)、筋条(6)的实际厚度；预制体制备好后再通过模具进行RTM液体成型，成型后根据整体接头的具体尺寸进行机加、钻孔而得到最终整体接头。

4.根据权利要求3所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，耳片(3)与上缘条(1)、下缘条(2)、腹板(4)之间均设置有圆弧形过渡区(9)在尺寸编织时通过加减纤维制备而成。

5.根据权利要求3所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，编织过程中整体接头中耳片(3)、上缘条(1)、下缘条(2)、腹板(4)内部的纤维互相关联，尤其是耳片(3)上的一部分纤维要穿过腹板(4)走到筋条(6)上，以保证耳片(3)的载荷传递到筋条(6)上。

6.根据权利要求1所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，所述整体接头不限于一个耳片(3)，根据副翼接头的布置情况进行扩展；包括一个耳片(3)的整体接头的腹板(4)和上缘条(1)、下缘条(2)与副翼前梁通过二次共固化，固化后的整体结构再与副翼壁板、肋连接。

7.根据权利要求1所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，在多整体接头耦合时，相邻的整体接头之间布置一个反方向的整体接头，三个整体接头构成一个操纵单元；副翼梁根据展长布置一个或多个操纵单元。

8.根据权利要求7所述的飞机副翼复合材料整体接头，其特征在于，所述相邻的整体接头中的耳片(3)为和机翼盒段的悬挂支臂连接的悬挂耳片(3)，中间的反方向的整体接头的耳片(3)为与作动器连接的操纵耳片(3)；

工作过程中，悬挂耳片(3)定轴转动，通过对操纵耳片(3)施加不同方向的载荷，来调整整个副翼的偏转角度，来使副翼根据飞机的操纵指令执行对应的动作。

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