专利名称：负载导入元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于飞机或空间飞行器(Luft- oderRaumfahrzeugs)的控制面(Steuerflaeche)的负载导入元件(Lasteinleitungselement)、 一种用于生产负载导入元件的方法、这种负载导入元件的应用以及一种飞机。
背景技术：
商用客机(Verkehrsflugzeugen)的较大的控制面经常具有肋条(Rippen)，它们布置在至少一个梁(Holm)上并且由外面的蒙皮(Beplankung)所围绕(umgeben)。具有相对复杂的超出单纯的摆转的运动曲线的控制面需要特殊的安装和特殊的驱动元件。那么，举例而言，在某些飞行阶段中，为了提高浮力系数，福勒襟翼不仅作平移运动而且作旋转运动，且相应地例如在摆动支撑座、滚
器或类似者而偏转。
与此相匹配的控制面的构造相应地设有至少一个肋条，其充
当在控制面处和航空器(Fahrzeug)的结构处所出现的负载之间的
交接区(Schnittstelle),其可用于安装控制面。这种"负载导入肋条
(Lasteinleitungsrippe)"在目前——即使在控制面的纯CFK构造中
也——作为金属铣削件而被生产并例如通过形状配合的
(formschluessige)连接元件而与控制面机械地相连接。
归因于实心工件的机械加工，这种金属的负载导入肋条的加
工非常费事且相应地导致高成本。此外存在缺陷，即，在由纤维复合材料(Faserverbundwerkstoffen)加工成的控制面中，金属的负载导入肋条与连结在其上的控制面具有不同的热膨胀特性。由此可能引起才几械应力，该枳4成应力只能通过相应地^殳计的结构或柔性的安装来补偿。因此，这种金属的负载导入肋条尤其在带有由纤维复合材料制成的控制面的现代商用客机中是非常不利的。
发明内容
本发明目的在于，提供这样一种负载导入元件，该负载导入元件不具有前面所描述的缺点，相反，可尽可能简单地被加工，具有尽可能小的重量，且具有与例如由纤维复合材料加工成的控制面相似的热膨胀特性。
该目的通过根据独立权利要求的特征所述的负载导入元件、用于生产这种负载导入元件的方法、这种负载导入元件的应用，以及带有至少一个控制面和至少一个这种负载导入元件的飞机而得以实现。
本发明的 一 个特别重要的方面在于，根据本发明的用于飞机或空间飞行器的控制面的负载导入元件具有第 一 和第二部件，它们满足两个不同的功能。第一部件由于其上表面的造型
而起到常规的肋条的作用，由此可通过带有连续轮廓(Kontur)的根据本发明的负载导入元件实现蒙皮(Beplankung)。第二部件具有至少一个孔眼(Auge),用于容纳控制面的安装所用的支承器件(Lagermitteln)，从而，机械负载的导入基本上通过该第二部件而实现，该第二部件将负载传递到与其相连接的第 一部件中。
本发明的另一重要方面在于，根据本发明的负载导入元件的各个部件、例如第一部件和第二部件，并非彼此独立地制成并费事地彼此匹配和彼此连接，而是，分别由一层或多层纤维半成品(Faserhalbzeugen)制成的单独的部件被敷设(gelegt)并接着-例如在相应的模具(Formwerkzeug)中-共同地浸润
(infiltriert)和硬化(ausgehaertet)。在此可能的是，使各个部件以包括纤维半成品的多个层的纤维子结构(Fasersubstruktur)的形式被加工，且然后将这些纤维子结构在模具中相组合，以便随后使纤维子结构的整体共同地被浸润和硬化。因此，根据本发明的负载导入元件具有非常均匀的材料特性，并且，通过共同的浸润和硬化还使各个部件以最佳的方式彼此连接成由纤维复合材料制成的一体式(integrale)零件。同样地，可使各个部件在关于所出现的力方向方面例如通过相应地耳又向的纤维而净皮优化。这一点在用金属材料来生产部件时是无法实现的，因为通过金属材料的切削或变形加工无法制造出这种针对力方向进行优化且非常轻的部件。使用机械生产工具将使费用明显过高并使所得到的零件成本昂贵。
此外，通过利用包括单独的纤维半成品和基质材料(Matrixmaterial)的纤维复合材料来进行生产，可明显减轻重量，从而，配备根据本发明的负载导入元件的控制面可比常规的带有金属负载导入元件的控制面明显更轻。
本发明的另一重要方面在于，带有根据本发明的负载导入元件的整个控制面的热膨胀特性是均匀的，从而，不需要关于控制面与金属负载导入肋条之间的不同热膨胀特性的结构方面和才几4戒方面的匹配。
在根据本发明的负载导入元件的一种优选实施例中，第一部件具有这样的表面区域(Oberflaechenbereich),其匹配于控制面的内轮廓(Innenkontur)，从而，蒙皮可如同在所有控制面加固筋中那样地被完成。优选实施例的该第 一部件的横截面剖面(Querschnittprofil)具有两个或多个大致笔直的支脚，它们在其上侧(Obeseite)处通过与控制面上4仑廓相匹配的上棱边(Oberkante)而彼此连接。此外，在背离上棱边的第一部件的端部处布置有至少 一个用于与控制面的至少 一个结构的连接的
第一法兰。由此，第一部件可具有大致上成形成如同Q状(wieein Omega)的4黄截面剖面。在该Q剖面中存在足够的结构空间用于安置第二部件。此外，该剖面具有特别有利的用于吸收机械的弯曲负载或扭转负载的面惯性矩。
在根据本发明的负载导入元件的一种优选实施例中，第一法兰和第 一部件由共同的材料层(呈纤维状组织(Fasergelegen)、纤维编织物、纤维复合垫或其它类似地构造成的纤维材料的层的形式)构成。由此可使在第 一法兰与第一部件之间出现机械损伤的危险最小化，这些损伤例如由于法兰在第一部件处的固定而引起。此外，这种部件的加工^皮简化并由此更加成本低廉。最后，法兰与第一部件之间的力传导(Kraftleitung)也变得非常均匀且连续，由此，壁厚可相应地设计得较小。
在一种特别优选的根据本发明的负载导入元件中，第二部
件至少部分区域地(bereichsweise)被第 一 部件包围
(umschlossen)。由此使得在第二部件的至少 一个孔眼至根据本
发明的负载导入元件的第 一部件之间的特别均匀且连续的力传导同样成为可能。此外，第一部件中的供使用的自由空间由
第二部件所占据并由此额外地加固了该第 一部件。
第二部件特别优选地具有这样的壁厚一一与在被第一部件所包围的区域中相比，在包括该至少一个孔眼的区域中，壁厚更大。在包括至少 一 个孔眼的区域中通常通过孔(Bohrung)或开口而使用轴套或螺栓或类似者以用于将支承器件的力和运动传递到第二部件上，以致于，这个区域的机械应力特别显著。为使第二部件的结构不受损伤，这个区域中的壁厚必须相应地给定尺寸。所得出的应力在该区域以外分布到需要较小的壁厚来应对(Bewaeltigung)该负载的第二部件中。
特别优选的是，第二部件具有大致上呈U形的剖面横截面
8(Profilquerschnitt)。通过这种构造，第二部件可非常轻易地安置在例如为Q形的第一部件中且还具有足够的结构空间用于安置其它部件，并且通过U形剖面的支脚的间距而使得尤其有利的面惯性矩成为可能。
同样优选的是，根据本发明的负载导入元件具有至少一个在横截面中呈L形的材料层，其至少部分区域地同时地被施加(aufbringen)到组(该组包括第 一 部件、第二部件和第 一 法兰)的至少一个元件上。其例如可为孔眼的一部分并且/人外侧地被施加到第二部件上，其中，角位于第一部件的法兰下方。另一方面，第一法兰也可相对于第一部件而附加地:故加固，这可通过敷设L形材料层到第 一 法兰上(当粘附到第 一 部件的壁面处时)而实现。
此外特别优选的是，根据本发明的负载导入元件具有至少一个壁板(Wandscheibe),其结合到至少一个第二部件中。这种壁板可用于使负载在跨度方向(Spannweiten-Richtung)上分布到第二部件的两个半体上并将可能存在的控制面的承载(Lasttragende)结构(其由于根据本发明的负载导入元件而被分隔开)重新地以承载的方式连接起来。其例如可为前梁或类似者。相应地，存在有优选的用于这种壁板的位置，例如，在孔眼区域中。
额外地优选的是，根据本发明的负载导入元件还具有至少一个第二法兰，其大致横向于负载导入元件的长度方向(Erstreckungsrichtung)而定向。这种第二法兰使得根据本发明的负载导入元件在控制面的其它在跨度方向上定位的承栽结构(例如后梁和/或辅助梁)处的连结成为可能。
附加地优选的是，第 一 部件具有用于与驱动附件(Antriebsbeschlag)连接的器件。该驱动附 在独立的零件中使得根据本发明的负载导入元件的偏转成为可能，从而，用于促件的完整性和用于容纳支承器件的点。因为根据本发明的负载 导入元件在控制面内不具有无限制的结构空间可供使用，因 此，这种做法是合适的，因为，驱动附件可例如定位成在根据 本发明的负载导入元件的侧旁。
最后，有利的是，根据本发明的负载导入元件是一体式零 件并且第一部件、第二部件和至少第一法兰由经共同浸渍
(impraegnierten)且经共同石更化的预制的(vorgefertigeten)纤维子
结构所制成。
贝
现本发明的目的。总的来说，这种方法可包括由纤维材料制成 的预成形的纤维子结构的按尺寸切割(Zuschneiden);该纤维子 结构的覆盖(Drapieren)——用于成形出(Ausformen)呈单件半成 品(einzigen Halbzeug)的形式的第一部件、第二部件和第一法 兰；将该半成品置入到模具中；注入基质材料；以及，随后， 硬化。通过该方法，实现了呈根据本发明的负载导入元件的形 式的一体式零件，其限于少数的几个方法步骤且相应地可成本 低廉地被实施。为了保证根据本发明的负载导入元件的尺寸稳 定性，同样可附加地利用常规的机械加工装置来进行后处 理——然而，其费用与实心铣削件的加工费用是无法相对比 的。
最后,本发明的目的还通过在飞机或空间飞行器中的根据 本发明的负载导入元件的使用来实现，并且，通过一种飞机来 实现，其具有至少一个带有至少一个根据本发明的负载导入元 件的控制面。
由下面的实施例描述和附图给出本发明的其它特征、优,泉和
10应用可能性。在此所有所述的和/或以图示出的特征单独地以及在 任意的结合中都构成本发明的对象一一即使不依赖于其在各个 权利要求中的组合或其引用关系。此外，在附图中相同的参考标
号代表相同或类似的对象。附图中
图1示出驱动附件和根据本发明的负载导入元件的三维视
图，
图2a示出驱动附件和根据本发明的负载导入元件的示意图，
图2b示出两个第二部件的三维视图，
图2c示出在安装状态中的第二部件的截面图，
图3示出4艮据本发明的负载导入元件的三维^f见图，
图4a示出驱动附件的三维视图，
图4b示出驱动附件肋条的三维视图，
图4c示出驱动附件架(Antriebsbeschlagsbuegel)的三维视图， 图4d示出根据本发明的负载导入元件和带有附加的梁的驱
动附件的三维视图，
图5示出带有根据本发明的负载导入元件的已安装的控制面
的示意图，
图6示出根据本发明的方法的示意性图示，而
图7示出带有控制面和根据本发明的负载导入元件的飞机。
参考标号列表
2 负载导入元件
4 第一部件
6 第一法兰
8 第二部件
10 孑L眼
12 孔眼
14 第二法兰
16 第二法兰18 驱动附件
20 驱动附件肋条
22 驱动附件架
26 上表面
28 壁部(Wand)
30 折弯部(Knick)
32 第一部件的前端部
34 第一部件的后端部
36 开口
38 L形材料层
40 壁板
42 壁板
44 弯折部(Falz)
46 底板(Grundplatte)
48孑匕
50 梁
52 控制面
54 摆杆(swing link)
56 滑座(Wagen)
58 轨条
60 连接件(Verbindimgsglied)
62 主体(Koerper)
64 前梁
66 后梁
68 按尺寸切割
70 覆盖
72将半成品置入到模具中
74 基质才才并牛的注入(Injizieren)76 硬化
78 进行后处理
80 飞机
具体实施例方式
图1示出根据本发明的负载导入元件2，带有第一部件4， 两个第一法兰6，第二部件8，其带有孔眼10和12，以及六个 第二法兰14, 16， 18,以及带有驱动附件肋条20和驱动附件 架22的驱动附件18。根据本发明的负载导入元件2的第一部 件4具有上表面26,其如此地被加以匹配，即，使得其尽可能 贴近地贴靠到示出于该图示中的控制面的内轮廓处。可看出， 第一部件4的上表面26以类似于飞机机翼的方式而拱曲。在 上表面26侧旁布置有两个壁部28,它们大致;波此平行地且垂 直于第一法兰6地延伸。如果垂直地截切第一部件4,则两个 壁部28形成两个支脚，它们通过匹配于控制面的上轮廓的上 棱边而彼此连接，其中，该上棱边通过上表面26的截切而形 成。在所示的实施例中第一部件4与该两个第一法兰6 —起构 成固定的单元，其由共同的材料层所构成。这意味着，在纤维 半成品的覆盖中设置出了折弯部30,在该折弯部30处壁部28 分别转变(ueberfuehrt)成法兰6。由此得到了根据本发明的负载 导入元件2的在其第一部件4(带有第一法兰6)中的大致Q形 的剖面轮廓(Profilkontur)。
第一部件4具有前端部32和后端部34,在其处布置有各 两个第二法兰14和18。第二法兰14和18用于将根据本发明 的负载导入元件2与连结在负载导入元件2上的控制面的结构 件(Strukturbauteil)、例如梁或类似者相连接。至结构件的连4妄 可通过粘接、层合、铆接、螺栓或任意其它常用的技术来实现。 在第一部件4下方或者以被其所包围的方式而存在有至少一个第二部件8，在其处示例性地布置有孔眼10和12。该孔眼10 和12用于将根据本发明的负载导入元件2可动地安装在飞机 或空间飞行器上，从而，根据本发明的负载导入元件2可在由 相应的支承器件所预定的运动轨迹上运动。所谓的"摆杆"例如 地安装在孔眼10和负载导入元件2的前侧(vorderen Seite)32 处的两个开口 36处。
为了执行所期望的运动，必需驱动根据本发明的负载导入 元件2。因此，在根据本发明的负载导入元件处布置有驱动附 件16,其可通过驱动附件架22而与促动器相连接。例如，驱 动附件16可通过根据本发明的负载导入元件2的左侧上的第 一法兰6以及第二法兰16和18而被连接。
如图2a所示，可在带有第一法兰6的Q形的第一部件4 处布置一个或多个第二部件8,其中，第二部件8具有向下敞 开的U形作为其基本形状，如同在图2b和2c中所示的那样。 在该基本形状处示例性地布置有L形的材料层38,它们这样设 计，使得它们可加固第一部件8的孔眼10和12并且可从底侧 贴靠到第一法兰6上。由此可达到非常高的强度一一尤其是当 根据本发明的负载导入元件2的所有部件，包括L形的材料层 3 8在内，以 一 体式的结构形式利用共同的浸润工艺和接着的共 同的硬化工艺而制成的时候。
如同在图2c中进一步示出的那样，第二部件8可在多个区 域中具有不同的壁厚度。那么，例如地，可为包围孔眼10和 12的区域提供有相对较大的壁厚，与此相反，被第一部件4所 包围的第二部件8的区域可配备有相对较薄的壁厚。
图3示出了 ，如何能够使根据本发明的负载导入元件2的 强度进一步提高。举例而言，如果根据本发明的负载导入元件 2打断了控制面的一个或多个结构件(例如梁)，则，在该区域 中负载或者力传导可相应地通过壁板40和壁板42而#:桥接
14(ueberbruecken)。第一壁板40可定位在布置于后端部34处的 第二部件8内，而第二壁板42可在根据本发明的负载导入元 件2的前侧32的方向上被布置。在大致横向于根据本发明的 负载导入元件2的长度而延伸的跨度方向上力传导不再被中断。
在图4a中再次示出驱动附件20，如图4b和4c中所示， 该驱动附件主要包括两个主部件，即，驱动附件肋条20和驱 动附件架22。驱动附件肋条20朝向其侧面而具有充当法兰或 加强部的弯折部44,它们可例如与对应的第二法兰16和18相 连接。驱动附件架22在与驱动附件肋条20相反的方向上布置 在底板46上，驱动附件架22具有大致呈U形的带有变化的高 度的剖面，在其中存在有两个孔48,用于容纳和支承未示出的 促动器的被驱动的端部。作用到开口 48中的促动器的作用力 通过底板46传递到驱动附件肋条44中并从那里通过对应的第 二法兰16, 18和可能的法兰6传递到根据本发明的负载导入 元件2中，在那里，该负载导入元件2作用到周围的控制面中。 图4d示出了用于改善力传递的附加的梁50，其布置在第二法 兰18和带有其弯折部44的驱动附件肋条20上。
此外，图5示意性地示出了控制面52,其配备有根据本发 明的负载导入元件2和附带的、在所选择的视图中被掩盖住的 驱动附件18。在开口 36与孔眼10之间布置有"摆杆"54，其例 如安装在滑座56上，该滑座56在轨条58上被引导。在负载
的端部，该连接件60利用其远离负载导入元件2的端部安装 在支持着轨条58的主体62处。在所示的示例性图示中，前第 二法兰18可固定在由纤维复合材料制成的控制面2的一种前 梁64或类似区域处，后第二法兰14可固定在一种后梁66处 且中部第二法兰16可固定在另一未示出的控制面52的结构件处，从而，根据本发明的负载导入元件2固定地结合到控制面
52的结构中。
在图6中还示出一种用于生产根据本发明的负载导入元件 2的方法，其主要包括步骤由纤维材料制成的预成形的纤维 子结构的按尺寸切割68、纤维子结构的覆盖70(用于成形出呈 单件半成品形式的第一法兰，第一部件和第二部件)，将半成品 置入72到模具中，将基质材料注入74,以及，接着，硬化76。 视至此的生产过程的质量而定，还需要其它后处理的执行78。
最后，在图7中示出飞机80，其具有多个控制面，在其中 分别地布置有一个或多个根据本发明的负载导入元件2以及对 应的驱动附件18。
附加地需指出，"包括"不排除其它部件或步骤，并且"一" 或"一个，，不排除复数。此外要指出，参照上述实施例中的一
个实施例而描述的特征或步骤也可与上述实施例中的其它实 施例的其它特征或步骤相结合地被应用。权利要求中的参考标 号不视为限制性的。
权利要求
1.一种用于飞机或空间飞行器的控制面(52)的负载导入元件，具有，-至少一个第一部件(4)，-至少一个第二部件(8)，以及-至少一个用于与所述控制面(52)的至少一个结构相连接的第一法兰(6)，其中，所述第一部件(4)的至少一个表面区域(26)匹配于所述控制面(52)的内轮廓，其中，所述第二部件(8)具有至少一个用于容纳用于所述控制面(52)的安装的支承器件的孔眼(10，12)，并且其中，所述第一部件(4)的横截面剖面具有两个或多个大致上直的支脚，它们在其上侧处通过匹配于所述控制面(52)的上轮廓的上棱边而彼此连接。
2. 根据权利要求1所述的负载导入元件，其特征在于，所述第一法兰(6)在至少一个支脚处布置在所述第一部件(4)的背离所述上棱边的端部处。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述第 一 法兰(6)和所述第 一部件(4)由共同的材料层构成。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述第二部件(8)至少部分区域地被所述第一部件(4)所包围。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述第二部件(8)具有这样的壁厚，该壁厚在包括所述至少一个孔眼(IO， 12)的区域中比在由所述第一部件(4)所包围的区域中大。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述第二部件(8)具有大致上呈U形的剖面横截面。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述负载导入元件还具有至少一个在横截面中呈L形的材冲+层，其至少部分区域地同时地:帔施加到包括所述第 一部件(4)、所述第二部件(8)和所述第一法兰(6)的组的至少一个元件上。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述负载导入元件还具有结合到所述至少一个第二部件(8)中的至少一个壁板(40, 42)。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述负载导入元件还具有至少一个第二法兰(14， 16,18),其大致上横向于所述负载导入元件(2)的长度方向而定向，用于至所述控制面(52)的承载结构件的连结。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述第 一 部件(4)具有用于与驱动附件(18)的连接的器件。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的负载导入元件，其特征在于，所述负载导入元件(2)是一体式零件并且所述第一部件(4)、所述第二部件(8)和至少所述第一法兰(6)由经共同浸渍且经共同硬化的预制的纤维子结构所制成。
12. —种用于驱动根据权利要求1至11中任一项所述的负载导入元件(2)的驱动附件(18),其中，所述驱动附件(18)具有用于与所述负载导入元件(2)的连接的器件以及用于与促动器的连接的器件。
13. —种用于生产飞机或空间飞行器的控制面(5 2)所用的负载导入元件(2)的方法，该负载导入元件(2)具有至少一个第一部件(4)、至少一个第二部件(8)和至少一个用于与所述控制面(52)的至少一个结构的连接的第一法兰(6),其中，所述第一部 件(4)的至少一个表面区域(26)匹配于所述控制面(52)的内4仑 廓，并且其中，所述第二部件(8)具有至少一个用于容纳用于所 述控制面(52)的安装的支承器件的孔眼(10, 12),该方法包括步 骤-由纤维材料制成的预成形的纤维子结构的按尺寸切割(68)，-所述纤维子结构的覆盖(70),用于成形出呈单件半成品 形式的第一部件(4)、第二部件(8)和第一法兰(6)， -将所述半成品置入(72)至模具中， -基质材料的注入(74),以及 -随后的硬化(76)。
14. 一种根据权利要求1至12中任一项所述的负载导入元 件(2)在飞机或空间飞行器中的应用。
15. —种飞机(80),具有至少一个控制面(52)，该控制面(52) 带有至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的负载导入 元件(2)。
全文摘要
本发明涉及一种负载导入元件，具体而言，涉及一种用于飞机或空间飞行器的控制面的负载导入元件，其带有至少一个第一部件、第二部件和第一法兰，其中，第一部件的至少一个表面区域匹配于控制面的内轮廓，第二部件具有至少一个用于容纳用于控制面的安装的支承器件的孔眼且第一部件的横截面剖面具有两个或多个大致上直的的支脚，它们在其上侧处通过匹配于控制面上轮廓的上棱边而彼此连接。这种负载导入元件由纤维复合材料以一体式的结构形式制成，其中，所有的部件共同地浸润和硬化。这导致成本低廉、稳定且较轻的结构件。本发明还涉及一种用于生产这种负载导入元件的方法、一种驱动附件、一种应用和一种飞机。
文档编号B64C3/00GK101683896SQ20091017563
公开日2010年3月31日 申请日期2009年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者F·斯塔德勒, M·戈廷杰, T·哈弗, X·休 申请人:伊德斯德国股份有限公司;空中巴士营运有限责任公司