专利名称：飞机窗框的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞机机窗。具体地，本发明涉及一种安装在飞机外壳上的窗框和一种制造该窗框的方法。
背景技术：
在大多数现今所制造及运行的飞机中，使用的是铝制窗框，其包括通过锻造、整形和深拉所制成的部件。该窗框被安排成总共三个区域外凸缘、内凸缘和垂直设置在上述两凸缘之间的垂直凸缘。窗框通常通过外凸缘用两行铆钉连接在飞机结构上或者飞机外壳上。窗元件搁置在内凸缘上，通常包括两片窗玻璃和设置在玻璃之间的密封件，通过一连接窗框的保持件或限位件而固定在其位置上。
除了固定窗元件外，这种窗框也具有吸收加大应变的功能，应变通常发生于安装在载荷传递外壳上的窗户上相对较大切口的边缘处。从而一方面窗框的外凸缘用于加强该切口，而另一方面，通过外凸缘，窗框和外壳通过铆钉相互连接到一起。由于制造这种已知的铝窗框通常通过锻造，因此无法得到有利于铆钉力分布的窗框轮廓截面分布，因为为了能够进行简单铆接，凸缘的倾斜度最大可能会达到约两度的角度。
内凸缘用于容纳窗元件，借此在这里简化了窗安装的倾斜度。同时，由存在于客舱的内部压力所产生的载荷通过该内凸缘传递到飞机外壳上。
垂直凸缘通常专门用作窗框上的加强肋，以在最小的可能重量下最小化外壳上的张力。在该垂直凸缘上，还附连有有眼螺栓，窗元件的限位件或者保持件通过该螺栓保持在其位置上。同时，在安装窗元件时，垂直凸缘还构成引导件。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种窗，与现今针对这种应用而使用的窗框相比其可以显著减轻重量。同时，制造这种窗框的成本也期望尽可能降低。另外，也需要提供制造这种窗框的简便且最节约成本的方法。
根据本发明一个典型实施例，提供了一种安装在飞机外壳上的窗框，包括外凸缘、内凸缘和垂直设置在上述两凸缘之间的垂直凸缘。通过外凸缘连接在飞机结构上。在内凸缘上附连有所要保持的窗元件，其通过垂直凸缘保持。另外，本发明涉及制造这种窗框的方法。
根据一方面内容，窗框可以包括一种纤维增强热塑性材料。
根据另一方面内容，提供了一种方法，其中将由网制成的半成品部件插入到模具中，在压力和温度下注入树脂，然后以这种方式制成的部件在模具中硬化。
因为本发明尝试利用由具有放置成适于承载的网的纤维复合结构制成的窗框，也就是说，其中纤维沿着载荷方向，从而与现今使用的铝窗框相比，可以减轻大约50％的重量。基于根据本发明的其优化了的层结构，本发明的窗框与由准各向同性层材料的半成品部件制成的纤维窗框相比还能再减轻大约20％的重量。除了能大大减轻重量的效果之外，这种部件的成本与铝锻构件制成的窗框相比并未升高。
同时，可以使得根据本发明的纤维窗框的制造公差为平均每5mm壁厚大约仅为0.2mm，相当于约4％的制造公差。相反地，对于铝锻窗框，根据加工方法的不同，对于同样壁厚会达到大约1.5mm的公差，相当于大约30％的制造公差。因此，通过本发明，不仅仅可以在各窗框之间实质上减轻重量波动，而且同时大大简化了窗框在飞机上的安装以及窗元件在窗框上的安装。最后，本发明窗框的其它优点包括增强了安全性以及大大改善了绝热性。
下面，将参考附图中所示实施例来更详细地介绍本发明。附图中图1示出了窗框的透视图；图2示出了根据图1窗框的安装位置的详细剖面图；图3示出了处于打开状态的制造图1窗框的模具的一部分；图4示出了处于闭合状态的图3模具；图5和6示出了图1窗框的主要方向视图，其中图6是图5中VI区域的详细视图；图7示出了图1窗框的承载结构方向的原理图；图8示出了预制件结构的剖面图；以及图9至12示出了图1窗框不同区域的纤维方向(fiber progression)。
具体实施例方式
图1所示窗框1由纤维结构制成，与已知的铝锻窗框类似，也具有外凸缘2、内凸缘3以及设置在两内外凸缘之间的垂直凸缘4。然而与传统的铝窗框相反，在这种情况下外凸缘2具有均匀一致的周缘。另外，与相应的铝锻构件相反，此外凸缘2在不同径向区域具有变化的厚度。这使得在铆接区域和外壳切口区域具有大大改善的材料利用效率。图2用剖面图进行了更清楚地表示，其中示出了该窗框1在飞机外壳5上的安装位置。在该图中也很重要的是窗框连接外壳5的铆钉位置6，以及两个窗玻璃7和8，其和密封件9一起构成了窗元件。
窗框1通过所谓的“树脂转移模塑法”或者RTM技术进行制造。在此方面，首先由纤维制造模塑部件10，即所谓的预制件。其接下来放置在一个由两部分构成的模具11中，如图3和4所示。在下模具12和上模具13中，设置有在此实施例中形成为两部分的上型芯14和下型芯15。预制件10插在两型芯14和15之间，模具11闭合，在压力和温度下，将树脂注入该模具中。然后完整的部件1在模具11中硬化。预制件10可以被制成一个完整部件，或者通过所谓的子预制技术，由各子结构部件或者子预制件组合而形成完整的窗框1。
在每种情况下，预制件10都包括具有加强网的各层，加强网可以布置在不同的层中。在各网层中各纤维的方向对于本文所述窗框1重量减轻来说是关键因素。非窗框周向方向的纤维方向无法达到本文所述装置所能实现的减轻重量的效果。图5和6示出了主方向0°、45°、90°的主要层方向。因此0°方向表示窗框1的周向方向，90°方向沿着径向方向，而45°方向穿过从垂直凸缘4到外凸缘2的过渡区域。
图7至12详细示出了纤维方向。首先图7示出了窗框1的适于承载层结构的方向原理视图，图8示出了纤维束层结构的剖面图。在该图中，附图标记20表示内凸缘的0°绕芯，附图标记21表示在外部区域的±60°层以及从外凸缘2延伸到内凸缘3的±60°层，附图标记22表示在垂直凸缘4区域的带有0°和90°层的纤维束。这些层方向在外凸缘2、内凸缘3和垂直凸缘4的交界面上测量。接下来将参考附图9至12介绍在这些区域以外的层结构，在图9至12中，图左部示出的窗框1被放大了其一部分。从这些附图中可以看出，提供下述因素用于弯曲放置的网状半成品垂直凸缘4-所有纤维保持测量方向；内凸缘3和外凸缘2-0°纤维保持为测量方向(图9)；-±45°纤维保持测量方向，但被弯曲(图10)；-±60°纤维保持测量方向，但被弯曲(图11)；
最后，图12示出了径向方向的90°纤维。总之，提供了一种准各向同性的径向直结构，其中纤维总是沿载荷方向而且是直的。
用这种方式制造的窗框1与普通的铝窗框相比在相同的制造成本下大约能减轻50％的重量。其公差基本低于相应铝部件的公差。同时，该窗框与普通的铝窗框相比能提供更高的安全性和更好的绝热性。
应注意措辞“包含”不排除其它元件或步骤，“一”不排除多。同样不同实施例中介绍的元件可以进行组合。
还应注意权利要求中的附图标记不应解释成对权利要求保护范围的限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.安装在带有飞机结构的飞机外壳上的窗框，该窗框包括外凸缘；内凸缘；垂直凸缘；窗元件；其中，垂直凸缘设置成基本垂直于外凸缘和内凸缘且位于外凸缘和内凸缘之间；外凸缘适于形成与飞机结构的连接；窗元件抵靠着内凸缘并由垂直凸缘支撑；该窗框由纤维网半成品部件加强的树脂构成；纤维网半成品部件包括纤维束；并且纤维束的方向沿着机械载荷的方向。
2.制造如权利要求1所述的窗框的方法，包括以下步骤将由不同方向放置的网(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中，其中纤维网半成品部件包括纤维束，并且纤维束的方向沿着机械载荷的方向；注入树脂，同时对模具中的半成品部件施加压力和温度；以及然后在向模具注塑之后硬化半成品部件以形成窗框(1)。
权利要求
1.安装在带有飞机结构的飞机外壳上的窗框，该窗框包括外凸缘；内凸缘；垂直凸缘；窗元件；其中，垂直凸缘设置成基本垂直于外凸缘和内凸缘且位于外凸缘和内凸缘之间；外凸缘适于形成与飞机结构的连接；窗元件抵靠着内凸缘并由垂直凸缘支撑；该窗框由纤维网半成品部件加强的树脂构成。
2.如权利要求1所述的窗框，其中纤维网半成品部件包含纤维束；并且纤维束的方向沿着机械载荷的方向。
3.制造如权利要求1或2所述的窗框的方法，包括以下步骤将由不同方向放置的网(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中；注入树脂，同时对模具中的半成品部件施加压力和温度；以及然后在向模具注塑之后硬化半成品部件以形成窗框(1)。
全文摘要
一种安装在飞机外壳(5)上的窗框(1)，包括至少一个外凸缘(2)、内凸缘(3)和垂直设置在这些凸缘之间的垂直凸缘(4)，由此通过外凸缘(2)与飞机结构(5)相连，并且在内凸缘(3)上附连有所要保持的窗元件，窗元件通过垂直凸缘(4)保持。窗框(1)包含由纤维网半成品部件加强的树脂，由此在外凸缘、内凸缘和垂直凸缘的三个区域的网层方向都分别沿着机械载荷的方向。为了制造，将由增强网(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中，在压力和温度下注入树脂，然后以这种方式制成的组件在模具中硬化。
文档编号B64C1/14GK1956883SQ200580016783
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年5月24日
发明者延斯·博尔德 申请人:空中客车德国有限公司