層壓的i-葉片形桁條的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及具有附接的桁條的航空器蒙皮面板。更具體地，本公開內(nèi)容涉及復(fù)合航空器蒙皮面板的層壓的1-葉片形桁條。
【背景技術(shù)】
[0002]航空器通常包括機(jī)身，機(jī)身可以被看作是基礎(chǔ)骨架，蒙皮面板附接至所述基礎(chǔ)骨架以形成符合空氣動(dòng)力學(xué)的光滑外表面。機(jī)翼也包括覆蓋有蒙皮面板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。一般，蒙皮面板又輕又薄，從而最小化航空器的重量并增加其收費(fèi)載重和航程。由于蒙皮面板薄，因此它們通常是柔性的，經(jīng)常設(shè)有加強(qiáng)材料以防止在飛行過程中發(fā)生不希望的移動(dòng)、彎曲和振動(dòng)。
[0003]航空器蒙皮面板經(jīng)常設(shè)有桁條以提供期望的加強(qiáng)作用。這些桁條有時(shí)也被稱為“框架”、“加強(qiáng)件”或者“凸緣”，實(shí)質(zhì)上是直立的肋條，所述肋條固定地附接至面板的底面(也被稱為復(fù)合面板的“內(nèi)模線”或ML)，大致垂直于面板的平面。桁條實(shí)際上采用具有十分低的彎曲硬度的平板，大幅增加了彎曲硬度。肋條具有大大增加面板的橫截面深度的作用，因而給予大幅增加的硬度。這些桁條可以具有各種橫截面形狀，這些形狀包括S形、I形、箱或U形、直條形或葉片形等。桁條提供的新增硬度量取決于桁條的大小、形狀、厚度和相鄰桁條的間距。
[0004]具有桁條的航空器蒙皮面板既用在金屬蒙皮(例如鋁)的航空器中，也用在復(fù)合構(gòu)造的航空器中。在鋁航空器的情況下，給蒙皮面板設(shè)置桁條大致包括:用鉚釘、粘接劑或者一些其他緊固方法將具有金屬結(jié)構(gòu)形狀的凸緣附接至航空器蒙皮面板的一個(gè)側(cè)面。例如，桁條的結(jié)構(gòu)形狀可以為軋制斷面或擠壓斷面。
[0005]然而，在復(fù)合航空器的情況下，給蒙皮面板設(shè)置桁條更復(fù)雜，這是因?yàn)槊姘迨菑澢奶祭w維復(fù)合材料，并且復(fù)合材料的細(xì)長結(jié)構(gòu)形狀通常不是使用與用于金屬的結(jié)構(gòu)形狀的工藝相同的工藝生成。相反，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形狀通常如下生成:通過在提供期望形狀的模型中將幾個(gè)不同復(fù)合材料層一起熱固化；或者復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形狀通常由共壓實(shí)的熱塑層生成。這些工藝可能涉及許多零件，可能勞動(dòng)強(qiáng)度有些密集。因此，制造具有葉片形以外的共固化桁條的復(fù)合蒙皮面板十分費(fèi)時(shí)并且十分復(fù)雜，這增加了航空器的成本。
[0006]本公開內(nèi)容旨在解決一個(gè)或多個(gè)上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]已經(jīng)意識(shí)到，理想的是，具有一種包括整體桁條的航空器復(fù)合蒙皮面板，該整體桁條具有低零件總數(shù)。
[0008]還已經(jīng)意識(shí)到，理想的是，具有一種包括整體桁條的航空器復(fù)合蒙皮面板，該整體桁條具有高彎曲強(qiáng)度，而不具有I形斷面桁條的成本和復(fù)雜度。
[0009]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式，本公開內(nèi)容提供一種用于具有內(nèi)表面的復(fù)合面板的葉片形桁條。所述葉片形桁條包括近側(cè)部分，所述近側(cè)部分包括腹板部，所述腹板部附接至所述面板的內(nèi)表面并且從所述內(nèi)表面大致垂直地延伸；以及自由的遠(yuǎn)端。所述腹板部具有厚度和高度，并且包括多個(gè)連續(xù)復(fù)合層片。所述遠(yuǎn)端具有與所述連續(xù)層片穿插并共固化的多個(gè)局部層片，所述遠(yuǎn)端限定球部，所述球部的厚度大于所述腹板部的厚度且小于所述腹板部的高度的約三分之一。
[0010]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施方式，本公開內(nèi)容提供一種航空器的復(fù)合蒙皮面板。所述復(fù)合蒙皮面板包括:由復(fù)合材料制成的面板；至少一個(gè)葉片形桁條，所述葉片形桁條與所述蒙皮面板大致垂直地延伸，包括多個(gè)復(fù)合層片。所述葉片形桁條具有:中間腹板部，所述腹板部包括復(fù)合材料層片并且具有腹板部高度和腹板部厚度；以及在所述腹板部的遠(yuǎn)端的球部，所述球部包括復(fù)合材料層片，所述球部的厚度大于所述腹板部厚度且小于所述腹板部高度的約三分之一。
[0011]根據(jù)本公開內(nèi)容的又一個(gè)實(shí)施方式，本公開內(nèi)容提供一種用于制造航空器的復(fù)合蒙皮面板的方法。所述方法包括在桁條鋪疊體中提供多個(gè)連續(xù)復(fù)合層片，所述桁條鋪疊體限定桁條的近側(cè)凸緣部、中間腹板部以及自由的遠(yuǎn)端。所述方法還包括在終止于所述遠(yuǎn)端的區(qū)域中在所述連續(xù)復(fù)合層片中的至少一些之間穿插多個(gè)局部復(fù)合層片，從而在所述遠(yuǎn)端形成球部，所述球部的厚度大于所述腹板部的厚度。所述方法還包括將所述連續(xù)復(fù)合層和所述局部復(fù)合層一起固化，以生成具有近側(cè)凸緣和遠(yuǎn)側(cè)球部的一體桁條。
[0012]從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述中會(huì)明了本公開內(nèi)容的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1是具有根據(jù)本公開內(nèi)容的多個(gè)1-葉片形桁條的復(fù)合蒙皮面板的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖。
[0014]圖2是航空器機(jī)翼結(jié)構(gòu)的部分切掉的立體圖，示出了具有桁條的機(jī)翼蒙皮面板的位置和構(gòu)造。
[0015]圖3是具有I斷面形狀的桁條的現(xiàn)有技術(shù)機(jī)翼蒙皮面板的立體圖。
[0016]圖4是具有葉片形狀的桁條的現(xiàn)有技術(shù)機(jī)翼蒙皮面板的立體圖。
[0017]圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的復(fù)合1-葉片形桁條的橫截面圖，示出了球部中穿插的層片。
[0018]圖6是碳纖維墊板的立體圖，所述墊板可以用于制造根據(jù)本公開內(nèi)容的復(fù)合1-葉片形桁條。
[0019]圖7是示出了墊板的取向的橫截面圖，所述墊板定位在根據(jù)本公開內(nèi)容的復(fù)合1-葉片形桁條的碳纖維層周圍。
[0020]圖8是層壓的1-葉片形桁條在固化前的立體圖。
[0021]圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的已固化的1-葉片形桁條和蒙皮段的一個(gè)實(shí)施方式在固化之后修邊之前的立體圖。
[0022]圖10為根據(jù)本公開內(nèi)容的復(fù)合1-葉片形桁條在修邊之后的橫截面圖。
[0023]雖然本公開內(nèi)容可能有多種改進(jìn)和替代的形式，但是【具體實(shí)施方式】已通過舉例的方式在附圖中示出并且將在文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解，本公開內(nèi)容不旨在限于所公開的具體形式。相反，目的是覆蓋落入如附帶的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等同物以及替代物。
【具體實(shí)施方式】
[0024]雖然復(fù)合結(jié)構(gòu)可能在許多方面都比金屬結(jié)構(gòu)更高效，但是給復(fù)合航空器蒙皮面板設(shè)置桁條與給金屬航空器蒙皮設(shè)置桁條相比包括更多的步驟，這是因?yàn)閺?fù)合材料制造涉及不同工藝和特性。該工藝可能涉及許多零件并且可能勞動(dòng)強(qiáng)度有些密集，因而十分費(fèi)時(shí)并且十分復(fù)雜，這增加了結(jié)構(gòu)(諸如航空器)的成本。
[0025]有利地，已開發(fā)了一種具有桁條的復(fù)合蒙皮面板及其制造方法，其提供大幅加強(qiáng)的復(fù)合面板(所述復(fù)合面板可能比相當(dāng)?shù)慕饘俨牧厦姘甯p、更高效、更便宜)，同時(shí)減少與其他制造帶桁條的復(fù)合蒙皮面板的方法所關(guān)聯(lián)的復(fù)雜度和勞動(dòng)強(qiáng)度。圖1中提供了復(fù)合航空器蒙皮面板100的一個(gè)實(shí)施方式的局部立體圖，該蒙皮面板具有根據(jù)本公開內(nèi)容的多個(gè)整體1-葉片形桁條102。蒙皮面板100是彎曲的，包括內(nèi)表面104以及外表面106，并且包括用于將所述面板附接至航空器結(jié)構(gòu)的附接點(diǎn)107。1-葉片形桁條102為大致直條形，以從內(nèi)表面104延伸的大致平行陣列的形式對(duì)齊。1-葉片形桁條102每個(gè)都包括直立的腹板部108，其與蒙皮面板100的內(nèi)表面104大致垂直地直立，在每個(gè)桁條102的遠(yuǎn)側(cè)自由端112具有加厚的球部110。雖然蒙皮面板100是彎曲的，但是應(yīng)理解，本公開內(nèi)容也可應(yīng)用于非彎曲面板所用的桁條。
[0026]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，直立的桁條102 —體附接至相對(duì)薄的蒙皮面板100，具有增大所述面板圍繞其質(zhì)量中心軸線(圖5中的105)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用，設(shè)置加厚的球部110相對(duì)于沒有球部的相當(dāng)?shù)蔫鞐l尤其增加了桁條橫截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。增加的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加了組合起來的面板和桁條組件圍繞橫截面的質(zhì)量中心軸線(圖5中的105)的彎曲強(qiáng)度。這允許生產(chǎn)具有彎曲剛度的復(fù)合面板，所述彎曲剛度原本可能會(huì)涉及提供更高的葉片形桁條。更短的桁條有助于為航空器結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)和收費(fèi)載重留出更多空間。在本文給出的詳細(xì)描述中，術(shù)語“剛度”和“彎曲剛度”可互換地用來根據(jù)上下文指代桁條的彎曲強(qiáng)度或具有桁條的面板的彎曲強(qiáng)度。同樣，本公開內(nèi)容可互換地提及增加面板和/或桁條的“剛度”或“彎曲剛度”或“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”。如本文所用的，術(shù)語“穩(wěn)定性”通常是指抗屈曲強(qiáng)度，更具體地是指結(jié)構(gòu)件的抗橫向變形性，所述橫向變形由與變形方向垂直的壓縮載荷引起。
[0027]具有桁條的蒙皮面板在航空器制造領(lǐng)域是眾所周知的。圖2示出了航空器的機(jī)翼結(jié)構(gòu)200的分解立體圖。機(jī)翼結(jié)構(gòu)包括從機(jī)翼200的根部208延伸到翼梢210的前翼梁202、中翼梁204以及后翼梁206。這些翼梁202、204、206從機(jī)翼200的根部向翼梢漸縮，沿