球形或近球形复合耐压舱壁的自然路径撕扯条带和加强筋的制作方法
【专利摘要】本发明涉及采用具有外围和顶点的基本球形的圆顶的舱壁，其中轴线在顶点处与圆顶垂直。多个第一条带从测地线上的圆顶的外围发出，该测地线由超出圆顶的外围的第一对虚拟极定义。多个第二条带从第二测地线上的圆顶的外围发出，该第二测地线由超出圆顶的外围的第二对虚拟极定义，其中多个第一条带中的个体条带的任何重叠仅对于多个第二条带中的一个个体条带是唯一的。
【专利说明】球形或近球形复合耐压舱壁的自然路径撕扯条带和加强筋
【技术领域】
[0001]本公开的实施例一般涉及复合结构，并且更具体地涉及采用垂直测地排列的复合叠层，该复合叠层用于球形或近球形复合耐压舱壁上的撕扯条带(tear strap)和加强筋，其中每个条带与另一个条带只具有单一重叠。
【背景技术】
[0002]在如飞行器机身和其它航空航天结构的复合结构中的舱壁可提供用于与撕扯条带和加强筋的压力完整性的网状结构，以提供所需的结构强度和抗损能力。许多舱壁是弯曲的并采用局部球形或近球形的网状结构。如图1的现有技术的示例所示，条带和加强筋2通常布置为从外围圆周4延伸至舱壁8的中央顶点6。当条带和加强筋朝顶点6上升时，它们开始几何合并并且开始重叠，或被终止，以避免重叠，例如在点9示出的。为使结构上连续，特定条带必须在顶点6重叠，从而导致顶点处多层重叠。终止条带以避免重叠的需求需要复杂的终止设计和多个条带的重叠，特别是在顶点处，产生不理想的厚度或结构堆积。
[0003]因此，需要提供用于舱壁设计以消除终止要求和避免多个重叠的撕扯条带和加强筋的结构排列。
【发明内容】
[0004]本文公开的实施例提供了采用具有外围和顶点的基本球形圆顶部分的舱壁，其中轴线与圆顶在顶点处垂直。多个第一条带从测地线上的圆顶的外围发出，该测地线由超出圆顶外围的第一对虚拟极定义。多个第二条带从第二测地线上的圆顶的外围发出，该第二测地线由超出圆顶外围的第二对虚拟极定义，其中多个第一条带中个体条带上的任何重叠仅对于多个第二条带上的一个个体条带是唯一的。
[0005]本实施例提供了通过形成基本球形圆顶而在舱壁上放置撕扯条带或加强筋的方法。预定的相对角被定义，并且以所述相对角建立延伸通过圆顶顶点的第一主平面和第二主平面。虚拟极由超出圆顶外围圆周的第一和第二主平面定义。测地形成平面从第一和第二主平面以预定角度偏移量偏移，并且圆顶表面上的相应测地线被识别。条带位置由识别的测地线确定，使得测地线的交叉点处的条带只有单一重叠。
[0006]已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在其它实施例中组合，进一步的细节可以参考下面的说明和附图。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是现有技术的复合舱壁的主视图；
[0008]图2A-C是部分球形舱壁的当前实施例的等距视图、侧视图和主视图；
[0009]图3A-C是半球形舱壁的当前第二实施例的等距视图、侧视图和主视图；
[0010]图4示出定义测地线的示例性半球形平面，该侧地线用于放置撕扯条带或加强筋；以及
[0011]图5示出网状结构中具有基本球形部分的非圆形外围的示例性舱壁；
[0012]图6是生产本文所公开的舱壁的实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]本文所公开的实施例提供了用于结构圆顶上的撕扯条带和加强筋的自然路径复合叠层，该结构圆顶形成采用测地排列的球形或近球形复合耐压舱壁，测地线排列是根据超出圆顶外围圆周范围的虚拟极确定的，其中每个条带与另一条带只具有单一重叠。
[0014]参照附图，图2A-C示出了具有撕扯条带和/或加强筋的浅基本球形冠或圆顶10的第一实施例，统称为相对圆顶的顶点16在第一方向上取向的条带12和在第二方向上取向的条带14(为清楚起见，图中每个方向上只有两个条带被标记元件号)。如附图所示，条带12和条带14在任何重叠位置18只重叠一个条带(单一重叠位置上示例性地提供有元件号)。条带重叠可以用一个条带(或加强筋)与另一个条带的简单覆盖来完成，与叠层无关。可替代地，在多层片的两个条带交叉处可以采用更复杂的配置。在这种情况下，交叉点散布第一条带的层片和第二条带的层片。
[0015]如图2B和2C所示，条带12和14从圆顶的外围20发出并定位于从虚拟极发出的测地曲线或测地线上，该虚拟极将在后面进行更详细的描述。在一个示例性实施例中，条带在外围的终止伴随着所有层片同时结束在舱壁的边缘而实现。可替换地，对于具有多个层片的条带，条带的层片可以在条带接近舱壁边缘时逐步地被终止。在示例性实施例中，加强筋也可与舱壁的边缘同时终止或被特别修整以最小化应力集中。对于所示实施例，测地极相对彼此正交取向并且轴线22通过顶点16垂直于圆顶的表面。在可替换的实施例中，测地极可以除正交角以外的角取向(极轴线不垂直)。浅圆顶对着在图2B中所示具有45°或更小的圆锥角24的球形表面的一部分。
[0016]图3A-C示出了深圆顶30的第二实施例。如在现有实施例中，相对于深圆顶30的顶点36，条带32在第一方向上取向，并且条带34在第二方向上取向。如附图所示，条带32和条带34在任何重叠位置38只重叠一个条带。如图3B和3C所示，条带32和34从圆顶的外围40发出并且定位在从虚拟极发出的测地曲线或测地线上，该虚拟极将在后面进行更详细的描述。对于所示实施例，测地极相对于彼此正交取向，并且轴线42通过顶点36垂直于圆顶的表面。在可替换的实施例中，测地极可以除正交角以外的角取向(极轴线不垂直)。深圆顶对着在图3B中所示的具有超过45°的圆锥角44的球形表面的一部分。
[0017]图4示出了在此前描述的实施例中的条带12、14、32和34的位置的测地线和虚拟极的几何排列。半球50被第一主平面52和延伸通过轴线56的第二主平面54截取，轴线56从球形中心58延伸通过顶点60 (相应于不例性实施例中的轴线22和42)。第一和第二主平面与半球50的外围圆周62的交叉分别为对应于示例性实施例中的圆顶10和30的圆顶68产生第一对虚拟极64a和64b以及第二对虚拟极66a和66b。第一主平面52和圆顶68的交叉产生第一测地线70，并且第二主平面54和圆顶68的交叉产生第二测地线72。
[0018]测地形成平面从主平面以预定角度偏移取向以便产生圆顶上的测地线。在图4中，两个示例性形成平面74a和74b被显示为具有自第一主平面52的角度偏移76。平面74a和74b与圆顶68的交叉产生在圆顶68的外围圆周80处终止的测地线78a和78b，但其几何延伸至超出外围圆周80的虚拟极64a和64b。在可替换的实施例中，为简单起见，在附图中角度偏移76被示为相等的，但也可以为由圆顶条带的结构需求确定的任何希望的角度。如图4所示，第一测地线70也终止在外围圆周80，但几何延伸至虚拟极64a和64b。类似地，第二测地线72终止在外围圆周80，但几何延伸至虚拟极66a和66b。以类似于描述测地形成平面74和74b的方式，测地形成平面从第二主平面54以预定角度偏移取向，以产生用于生成在图2A-C和3A-C的实施例中所示的条带布置的交叉测地线。条带只在测地线的交叉点重叠。对于保持虚拟极超出实际表面从而避免条带在极的多个重叠的深圆顶，圆顶的深度被限制为大约85°。对于那些实施例，相应于第一测地线和第二测地线的条带是存在的，并在顶点处重叠。在可替换的实施例中，条带可能不存在于第一和第二测地线上。
[0019]对于图4所示的实施例,第一主平面52和第二主平面54以垂直的预定相对角82取向通过顶点60。在可替换的实施例中，相对角82可以是不垂直的，并且处于第一对虚拟极64a和64b以及第二对虚拟极66a和66b之间的极轴线84和86分别不正交，从而产生条带(12，14和32，34)的非正交的交叉点(位置18，38)。极轴线84和86通过顶点正交于轴线56。
[0020]如图5所示，现有条带的测地排列可用于在网状结构内具有非圆形边界92但具有基本球形部分94的舱壁90，被描述为“肥皂泡隔膜”。如上面所描述，为球形中心部分建立的测地线的测地平面被采用，并且条带路径然后通过最小化有限宽度条带或加强筋的扭曲而从圆顶外围处的球形末端圆周到舱壁的边缘延伸通过舱壁的非球形部分。
[0021]如上所述，可使用如图6所示方法完成结构圆顶上的条带放置和取向的实施例。步骤602中形成了基本球形圆顶。步骤603中定义了预定相对角，且步骤604中，建立以相对角延伸通过圆顶的顶点的第一主平面和第二主平面。步骤606中，虚拟极被由超出圆顶的外围圆周的第一和第二主平面定义。步骤608中，测地形成平面以预定角度偏移从第一和第二主平面偏移，并且在步骤610中，圆顶的表面上的相应测地线被识别。在步骤612中，条带位置被识别的测地线确定，导致测地线的交叉点处只有条带的单一重叠。在步骤614中，条带至舱壁的非圆形边界的延伸通过从圆顶外围处的球形末端圆周到舱壁边缘延伸条带或加强筋而完成，同时最小化有限宽度条带或加强筋的扭曲。
[0022]现已根据专利法规要求详细地描述了本公开的各个实施例，本领域技术人员将认识到这里所公开的具体实施例的修改和替换。这样的修改都在所附权利要求限定的本公开的范围和意图之内。
【权利要求】
1.一种舱壁,其包括: 具有外围(20)和顶点(16)的基本球形圆顶(10)，其中轴线在所述顶点(16)处垂直于所述圆顶(10)； 多个第一条带(12)，其从测地线上的所述圆顶(10)的外围(20)发出，所述测地线由超出所述圆顶(10)的外围(20)的第一对虚拟极定义； 多个第二条带(14)，其从第二测地线上的所述圆顶(10)的外围(20)发出，所述第二测地线由超出所述圆顶(10)的外围(20)的第二对虚拟极定义，其中多个第一条带(12)中个体条带上的任何重叠仅对于多个第二条带(14)中的一个个体条带是唯一的。
2.根据权利要求1所述的舱壁，其中所述第一对虚拟极和第二对虚拟极正交于所述轴线。
3.根据权利要求1所述的舱壁，其中所述第二对虚拟极垂直于所述第一对虚拟极。
4.根据权利要求1所述的舱壁，其中所述圆顶(10)是浅的并且对着球形表面成45°或更小的圆锥角。
5.根据权利要求1所述的舱壁，其中所述圆顶(10)是深的并且对着球形表面成45°到85°之间的圆锥角。
6.根据权利要求1所述的舱壁，其中任何重叠均是简单的条带的重叠。
7.根据权利要求1所述的舱壁，其中任何重叠均散布第一条带的层片和第二条带的层片。
8.根据权利要求1所述的舱壁，其中条带的所有层片均终止在所述外围(20)。
9.根据权利要求1所述的舱壁，其中所述条带的层片随着所述条带接近所述外围(20)而逐步地终止。
10.根据权利要求1所述的舱壁，还包括非圆形边界，所述基本球形圆顶(10)包括从非圆形边界延伸的网状结构的部分。
11.根据权利要求10所述的舱壁，其中所述多个第一条带(12)和所述多个第二条带(14)延伸超出所述圆顶(10)的外围(20)，所述圆顶最小化从球形终止圆周到所述非圆形边界的有限宽度条带的扭曲。
12.一种在基本球形的圆顶(10)上放置条带的方法，该方法包括: 形成基本球形的圆顶(10)； 定义预定的相对角； 建立以所述相对角延伸通过所述圆顶(10)的顶点(16)的第一主平面和第二主平面； 通过超出所述圆顶(10)的外围圆周的所述第一主平面和第二主平面定义虚拟极； 与所述第一主平面和第二主平面成预定的角度偏移地放置偏移的测地形成平面； 识别在所述圆顶(10)的表面上与所述测地形成平面相应的测地线； 由所述测地线确定条带位置，其中只有条带的单一重叠存在于所述测地线的交叉点处。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的相对角是垂直的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的角度偏移是相等的。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括: 从所述圆顶(10)的外围圆周的球形末端到所述舱壁的边界延伸所述条带至舱壁的非圆形的边界，同时最小化有限宽度条带的扭曲。
【文档编号】B64C1/10GK104340354SQ201410350389
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】R·R·罗斯曼, J·H·卡姆帕纳 申请人:波音公司