CN101410292B - 飞机构件、飞机结构及制造该构件和该结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造飞机构件的方法，包括：设置一主体，该主体具有两个以上成一条直线布置在其上的连接件；以及将单独的连接件安装于主体上，该单独的连接件具有从主体延伸的臂、位于该直线的第一侧上的第一凸缘以及位于该直线的第二侧上的第二凸缘。一种用于在飞机构件和罩盖之间传递载荷的连接件，该罩盖具有空气动力学外表面，该连接件包括：用于将其固定至飞机构件的主体的板；该板具有位于连接件的第一侧上的第一表面、位于连接件的第二侧上的第二表面以及位于第一表面和第二表面之间的边缘；从板的边缘延伸的臂；在连接件的第一侧由臂承载的第一凸缘；以及在连接件的第二侧由臂承载的第二凸缘。臂具有邻近板的边缘的较宽基部以及承载凸缘的较窄远端。

Description

飞机构件、飞机结构及制造该构件和该结构的方法 

技术领域

本发明涉及飞机构件，制造飞机构件的方法，以及用于在飞机构件的主体与罩盖之间传递载荷的连接件。该连接件例如可以为用于在机翼蒙皮(wing skin)与翼肋之间传递载荷的翼脚。 

WO 01/76943中描述了飞机翼肋的翼脚。翼脚具有一对凸缘，每个凸缘具有在最终装配孔的最终位置钻出的一对导孔，用于固定机翼蒙皮。 

在翼脚发生故障时，整个承载翼脚失效从而全部的载荷被传递至邻近的翼脚。这会导致过大的载荷被传递至邻近的翼脚，这会危及机翼的结构整体性。 

本发明的第一方面提供一种制造飞机构件的方法，该方法包括： 

设置一主体，该主体具有两个以上成一条直线布置在其上的连接件，每个连接件均具有从所述主体延伸的臂、位于该直线的第一侧上的第一凸缘以及位于该直线的第二侧上的第二凸缘；以及 

将单独的连接件安装至所述主体，该单独的连接件具有从所述主体延伸的臂、位于所述直线的第一侧上的第一凸缘以及位于所述直线的第二侧上的第二凸缘， 

其中，当从所述直线的一侧看时，所述单独的连接器的臂叠置在相邻一个所述连接器的臂上。 

本发明第一方面的方法使得单独的连接件能成一条直线地靠近邻近的连接器安装，同时减少裂缝在它们之间传播的机会。当单独的连接件失效时，通过将凸缘定位在所述直线的相对侧上，载荷将以对称方式被传递至其余连接件。 

本发明的第二方面提供一种飞机构件，该飞机构件包括：主体；和成一条直线布置在所述主体上的一系列连接件，每个连接件均具有从所述主体延伸的臂，位于所述直线的第一侧上的第一凸缘以及位于所述直线的第二侧上的第二凸缘；其中至少一个所述连接件是已安装在所述主体上的单独的连接件，并且其中，当从所述直线的一侧看时，所述单独的连接器的臂叠置在相邻一个所述连接器的臂上。 

所述构件能通过焊接，或者更优选地通过使紧固元件(诸如螺栓)穿过连接件的凸缘并穿过罩盖而紧固于该罩盖上。该罩盖通常为具有空气动力学外表面的元件，例如机身蒙皮或机翼蒙皮。通常，所述罩盖具有支撑多个加强筋的内表面，每个加强筋被接收在一对所述连接件之间的通道内。所述连接件和罩盖可由不同的材料形成，例如分别由金属和合成物形成。 

当从所述直线的一侧看时，所述单独的连接件的臂叠置在相邻连接件的臂上。这使得结构紧凑，并使得所述单独的连接件的臂和/或所述相邻连接件的臂具有加强部分，当从所述直线的一侧看时，该加强部分叠置在其他臂上。优选的是，该加强部分具有成角度的边缘，以提高其抗弯刚度。 

通常，所述单独的连接件的臂具有邻近所述主体的相对较宽的基部以及承载所述凸缘的相对较窄的远端。这也增大了所述臂的抗弯刚度。 

在优选实施方式中，所述飞机构件包括翼肋，且所述连接件包括翼脚。但是，本发明可应用于其他飞机构件，例如机身构件。 

通常，每个凸缘具有一个或多个用于接收紧固元件的紧固孔。在下述优选实施方式中，所述单独的连接件的凸缘以及相邻连接件(紧邻所述单独连接件)的凸缘具有比所述直线上的其他连接件更少的孔。 

通常，至少一个连接件与所述主体一体形成。 

诸如脊部的加强筋可沿着所述主体在所述连接件的附近延伸。在这种情况下，所述单独的连接件通常在所述加强筋的远侧被固定至所述主体。 

通常，所述单独的连接件包括： 

用于将该连接件固定至所述飞机构件的主体上的板；该板具有位于该连接件的第一侧上的第一表面、位于该连接件的第二侧上的第二表面以及位于第一表面和第二表面之间的边缘； 

从所述板的所述边缘延伸的臂； 

在所述连接件的第一侧上由所述臂承载的第一凸缘；以及 

在所述连接件的第二侧上由所述臂承载的第二凸缘； 

其中所述臂具有邻近所述板的所述边缘的较宽基部以及承载所述凸缘的较窄远端。 

所述连接件的对称结构使其适用于根据本发明第一方面的方法。 

附图说明

所述板可被焊接到所述主体上，但是更优选的是，所述板具有两个或多个用于接收紧固元件(例如螺栓)的紧固孔。 

下面将参照附图描述本发明的实施方式，图中： 

图1是飞机的平面图； 

图2是翼肋的已加工面的一部分的视图； 

图3是翼肋的相对面的一部分的放大视图； 

图4表示单独的螺栓连接部分； 

图5是翼肋的已加工面的一部分的放大视图，去除了螺栓连接部分； 

图6是完整的翼肋和机翼蒙皮的视图；以及 

具体实施方式

图7是翼肋和机翼蒙皮的放大视图，详细地示出了二分式翼脚。 

图1示出了具有机身2和一对机翼的飞机1，该对机翼均具有翼尖3。每个机翼具有安装于机身上并沿翼展方向延伸的一对梁(未示出)。24个肋(未示出)沿翼弦方向延伸。襟翼4安装在每个机翼的尾缘处。襟翼由四个襟翼附件(未示出)承载，每个襟翼附件被固定于相应的肋上。每个机翼承载一对发动机5，且每个发动机通过支撑结构(未示出)与相应的肋连接。 

图2示出了其中一个肋10的已加工面，省去了肋的前缘和尾缘。肋10由铝坯加工而成以形成多个垂直加强筋11、下弦杆脊部12和上弦杆脊部13、以及水平的加强筋14。形成燃料系统孔15以容纳燃料系统管。在内肋辐(intra-rib web)中形成孔16以减少肋的重量。襟翼轨道附件形成有垂直加强筋18。 

肋10的上缘和下缘均承载有一系列一体式翼脚19，这些翼脚沿着肋成一条直线布置。根据本发明的一个实施方式，肋的上缘还承载有二分式翼脚20，其与一体式翼脚布置成一条直线。翼脚19和20在肋的主体和机翼蒙皮之间传递载荷。 

图3详细示出了二分式翼脚20和相邻的一体式翼脚19。图3示出了肋的与图2所示一侧相对的一侧。图3还示出了肋10的安装于前梁(未示出)上的前缘21。 

一体式翼脚19由与肋的其余部分相同的铝件制成，并包括从肋的上缘延伸的臂22、在肋的第一侧上由该臂承载的第一凸缘23a，和在肋的第二侧上由该臂承载的第二凸缘23b。凸缘23a、23b在一端形成有一对螺栓孔24a、24b且在另一端形成有一对螺栓孔25a、25b。一体式翼脚19通过一对U形通道26与相邻的翼脚分开。因此，当从肋的左手侧或右手侧看时，翼脚呈堞形外观。 

二分式翼脚20包括图4中详细示出的单独的螺栓连接部分30，以及图5中详细示出的一体形成的部分40。 

参照图4，螺栓连接部分30包括具有10个螺栓孔32的垂直板31。如图3所示，板31形成有凹槽33，以提供用于孔16的间隙。板31通过穿过肋中的螺栓孔34(图5中示出的螺栓孔34)的螺栓(未示出)而紧固于肋10。 

臂35从板31的上缘延伸。当从侧面看时，臂35具有邻近板31的相对较宽的基部、相对较窄的远端、垂直边缘36和带有成角度边缘37的三角形加强部分。臂35的远端承载板的第一侧的第一凸缘38a以及板的相对侧上的第二凸缘38b。凸缘38a、38b分别具有螺栓孔39a、39b。 

图5中示出的一体形成的部分40由与肋的其余部分相同的铝件加工而成，并包括从肋的上缘延伸的伸出臂41。臂41承载肋的第一侧的第一 凸缘42a和肋的相对侧的第二凸缘42b。凸缘42a、42b分别具有螺栓孔43a、43b。臂41具有垂直边缘44和带有成角度边缘45的加强部分。 

图6是表示安装于机翼蒙皮50的肋10的视图。机翼蒙皮50具有形成机翼的空气动力学外表面的外表面(在图6中不可见)和内表面51，该内表面承载沿机翼顺翼展方向分布的一系列纵梁。纵梁的截面为T形，且T形的直立部52延伸进入机翼的内部并位于两个翼脚之间的U形通道26中，并且T形的臂53平行于蒙皮50的内表面51设置。图7详细示出了二分式翼脚和两个相邻的纵梁。如图7所示，纵梁臂53在肋之间具有平行的侧面，但是随着接近肋而向外呈锥形从而形成宽部54。螺栓(未示出)穿过翼脚、板55、纵梁臂53的宽部54和蒙皮50。在示出的实施方式中，机翼蒙皮50由合成材料(例如碳纤维增强塑料)形成。类似地，纵梁由诸如碳纤维增强塑料的合成材料形成。 

参照图6，肋的前缘21和尾缘60分别安装于前梁和尾梁(未示出)上。襟翼轨道附件70通过穿过螺栓孔71的螺栓(未示出)而螺栓连接在肋上。一对突耳(未示出)在一侧被螺栓连接于襟翼轨道附件17，另一侧被螺栓连接于襟翼轨道附件70。襟翼的重量通过突耳传递至襟翼轨道附件17、70。如从图6的视图中可以理解的，在襟翼轨道附件17、70与安装于肋的前缘21上的梁之间只有四个翼脚。这些翼脚，尤其是在梁之前的最后一个翼脚，承载高载荷。当其中一个翼脚发生故障时，载荷被传递至相邻的翼脚。在襟翼轨道附件与安装于肋的前缘21上的梁之间的区域中，如果整个翼脚(也就是说，承载四个螺栓的翼脚)失效，则这些被传递的载荷可能过大。这个问题在合成机翼的情况下尤为突出，因为合成的机翼蒙皮与传统的铝制机翼蒙皮相比通常具有较低的支承强度，且因此载荷集中于机翼蒙皮的隔离部分中，这会导致结构问题。为了解决这个问题，如下面将要描述的一样，当发生故障时，二分式翼脚20设计成仅导致损失两个螺栓，而不是四个。 

为此，当水平的裂缝传播经过一体式翼脚19的臂22时，整个翼脚19将失效。然而，裂缝至相邻翼脚的传播将会被U形通道26阻止(参见图3)。相反，在二分式翼脚20的情况下，经过单独的螺栓连接部分30 的臂35的水平裂缝不会传播经过至相邻部分40的臂41，反之亦然。这是因为臂35、41之间在上弦杆13上方没有连接(虽然臂在这个区域中确实相互接合)。结果，部分30的失效将导致部分40失效，反之亦然。这使得可接受的载荷作用于翼脚的完整部分的其余两个螺栓以及相邻连接件的螺栓上。 

将部分30形成为单独的连接件(而不将其形成为与相邻的连接件40成一体)使其能靠近连接件40而安装于肋的主体上，同时减少或消除了裂缝在它们之间传播的可能性。 

二分式翼脚20被设计成以对称方式失效。也就是说，如果部分30或者部分40失效，则其余部分具有相对于肋的前后轴线对称布置的两个螺栓。这与可选的非对称结构不同，在非对称结构中，肋的一侧的两个螺栓由螺栓连接部分承载，而肋的另一侧的两个螺栓由一体形成的部分承载。在该可选的非对称结构中，一个部分的失效将导致其余的螺栓仅位于肋的一侧。该偏心会产生绕肋的力矩，从而导致沿合成的机翼蒙皮产生沿翼展方向的载荷，该载荷超过机翼蒙皮的支承强度。相反，在二分式翼脚20的情况下，一个部分的失效将导致其余的承载螺栓位于成一条直线的翼脚的两侧并因此产生对称作用的载荷，该载荷虽然增大但绕肋产生很小的力矩或不产生力矩。 

与合成的机翼蒙皮相关的另一问题在于，安装这些机翼蒙皮的铝制翼脚与该合成的机翼蒙皮具有不同的热膨胀系数。这导致差异膨胀，该差异膨胀会对接头处施加额外的载荷。二分式翼脚20的对称特性意味着，这样的载荷在发生失效的情况下不仅均匀分布在成一条直线的翼脚的两侧，而且还减少了沿翼弦方向的差异热膨胀的大小，因为凸缘38、42以间隙61分开(图7中最清楚地示出)并具有比一体的凸缘23a、23b沿翼弦方向测得的尺寸更小的尺寸。 

图7示出了臂41的三角形加强部分(具有成角度边缘45)，并示出了当从肋的已加工侧看时加强部分如何叠置在相邻臂35上。加强部分增大了臂41的抗弯刚度，且叠置使得结构紧凑。同样，臂35的加强部分叠置在其他臂41上，如图3中最清楚地示出。加强部分的三角形状以相 对较低的重量赋予了高抗弯刚度。 

虽然上面参照一个或多个优选实施方式描述了本发明，但是应明白在不背离所附权利要求限定的本发明范围内可以作出各种变化或改进。

Claims (15)

1.一种制造飞机构件的方法，该方法包括：

设置一主体，该主体具有两个以上成一条直线布置在其上的连接件，每个连接件均具有从所述主体延伸的臂、位于该直线的第一侧上的第一凸缘以及位于该直线的第二侧上的第二凸缘；以及

将单独的连接件安装至所述主体，该单独的连接件具有从所述主体延伸的臂、位于所述直线的第一侧上的第一凸缘以及位于所述直线的第二侧上的第二凸缘，

其中，当从所述直线的一侧看时，所述单独的连接器的臂叠置在相邻一个所述连接器的臂上。

2.一种制造飞机结构的方法，该方法包括：

利用权利要求1所述的方法制造飞机构件；以及

通过使紧固元件穿过所述连接件的凸缘并穿过罩盖，而将该构件紧固于该罩盖上，所述罩盖具有空气动力学外表面。

3.一种飞机构件，该飞机构件包括：主体；和成一条直线布置在所述主体上的一系列连接件，每个连接件均具有从所述主体延伸的臂、位于所述直线的第一侧上的第一凸缘以及位于所述直线的第二侧上的第二凸缘；其中至少一个所述连接件是已安装在所述主体上的单独的连接件，并且其中，当从所述直线的一侧看时，所述单独的连接器的臂叠置在相邻一个所述连接器的臂上。

4.根据权利要求3所述的构件，其中所述单独的连接件的臂和/或相邻一个所述连接件的臂具有加强部分，当从所述直线的一侧看时，该加强部分叠置在其他臂上

5.根据权利要求4所述的构件，其中所述加强部分具有成角度的边缘。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，其中所述单独的连接件的臂具有邻近所述主体的相对较宽的基部以及承载所述凸缘的相对较窄的远端。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，其中所述飞机构件包括翼肋，且所述连接件包括翼脚。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，其中每个凸缘具有一个或多个用于接收紧固元件的紧固孔。

9.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，其中所述单独的连接件通过两个以上的紧固件固定于所述主体上，每个紧固件穿过所述单独的连接件和所述主体。

10.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，其中至少一个所述连接件与所述主体形成为一体。

11.根据权利要求3至5中任一项所述的构件，该构件还包括沿所述主体邻近所述连接件延伸的加强筋。

12.根据权利要求11所述的构件，其中所述单独的连接件在所述加强筋的远侧被固定于所述主体上。

13.一种飞机结构，该飞机结构包括根据权利要求3至12中任一项所述的构件；以及固定于所述连接件上的罩盖，该罩盖具有空气动力学外表面。

14.根据权利要求13所述的结构，其中所述罩盖具有承载多个加强筋的内表面，每个加强筋被接收在一对所述连接件之间的通道内。

15.根据权利要求13或14所述的结构，其中所述连接件和罩盖由不同材料形成。

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