专利名称：支撑负载及耐损伤的积层式飞机窗户的制作方法
支撑负载及耐损伤的积层式飞机窗户
技术领域：
本发明涉及一种用于一交通工具的窗户，特别是用于一飞机。背景技术：
现今，现有的飞机窗户通常有一窗框、一内部和外部的窗片(pane)、密封件、一定 位元件(也称为定位件，retainer)以及用以将所述窗户连接至所述飞机的连接元件。在 这方面，所述内部与外部的窗片以密封件共同形成一所谓的窗户组。在飞行操作期间，整合 在所述窗户组的所述外部窗片只能抵挡那些在飞机机舱内部与周围环境之间压差所造成 的负荷。例如发生于在机身结构内的所有其他的负荷则在窗洞周围利用一窗框强化所述窗 洞。现有的飞机窗户通常会配置有结构的故障安全(fail-safe)方法如，因而在飞行 期间若因负荷转移造成所述外部窗片故障，则机舱压力能被所述内部窗片所维持住，因此 可确保所述飞机安全降落。除了从周围实际密封所述窗户组之外，一现有飞机窗户的密封件也将所述窗户组 连接及定位在所述窗框。另外，所述密封件确保在所述内部与外部窗片之间的正确间隔。为了在所述飞机外侧达到一视觉上完美的接合图案，所述窗户组必需以一非常精 准的方式来架设。所述定位元件在所述窗框内支撑所述窗户组，如此其不会在组装期间或 假设内部发生压降时掉出。现有的交通工具及飞机的窗户，其已知遭受许多不利的缺点。在一方面，所述窗户 的尺寸受到外形及在所述窗框上产生的压力所限制。此外，以一现有加强方法制作所述窗 片是昂贵的。另外，所述窗户的材料在温度影响下的收缩，并随着细线裂缝的形成而老化， 及对化学的影响(例如酒精)反应敏感。大量的元件意指因所述窗户组的小心处理而使组 装变得复杂、在所述窗框需要精准的定位，及大量的连接元件。
发明内容本发明的目的是减少或消除以上所述的不利因素。本发明的一特别的目的 是提出一种用于飞机的窗户，其不仅以一精准的方式使组装容易，且也配置成耐损伤 (damage-tolerant)及能抵挡在所述窗户区域内产生的所有结构负荷。所述目的可由用于一交通工具的一窗户来达成，其具有一由复合材料所制作的透 明的、耐损伤的窗片元件，所述窗片元件可抵挡结构负载(structural loads) 0根据本发明的所述窗户的特征是基于此事实所述窗户是完全承受负载。因为所 述窗户的负载承受的结构，根据使用于一飞机的实施例，能省下显着数量的重量，特别是与 现有的飞机窗户相比较，其结果省略了一窗框及定位元件。所述复合材料优选包含纤维(fibres)及一基体(matrix)材料，所述纤维及基体 材料是透明的及具有实质上相同的折射率。使用相同的折射率意指所述复合材料具有光学 恒定特性，因此所述纤维在视觉上是看不到的。同时，对于一窗户而言透明的特性是必要的，根据本发明的所述窗户具有一纤维复合材料的机械特性，赋予所述窗户非常高的强度 及适应刚性。这也使重量减少，其是因为所述窗户不仅能抵挡在所述交通工具内部与周围 环境之间的压差所产生的负载，也能抵挡所述窗户周围所产生的结构负载。结果，将不需要 弓丨导这些所述窗户周围负载的窗框。另外，根据本发明的所述窗户的耐损伤性，将可提供在重量及价格上更进一步的 优点，其是因为承受负载的特性能确保所述飞机即使是在窗户受损伤时的安全运作。此外，根据本发明的所述窗户能通过其耐损伤及承受负载的结构而在尺寸及外形 上自由的配置。所述使用的材料也是更能抵抗老化及因此减少维护的需求。最后，因为第 二(内部的)窗片被省略而造成较小的总体高度，使得乘客可得到较多的肩部空间。最后，所述交通工具的外部表面的高质量能以一实质上相较于现有的窗户更低的 费用来达成，其是因为会凸出及扰乱光滑表面的所述窗框及密封件被省略了。所述目的是更进一步被具有上述特征的一种用于制作交通工具窗户的制作方法 来达成。在下文中，本发明以参考使用飞机窗户的实施例的附图来更详细的加以描述。在 附图中，相同的用语是以相同的标号来表示。
图Ia 是具有一长条形飞机窗户的一机身部分的示意图；图Ib 是具有一长条形飞机窗户的一机身部分的侧视图；图2a 是具有一积层式飞机窗户的一机身部分的示意图；图2b 是具有积层式飞机窗户的一蒙皮的剖视图；及图3 是用于制作根据本发明的一飞机窗户的一方法的示意图。
具体实施方式如图Ia所示的一飞机机身2的一部分具有如例子所示的配置纵梁 (stringers)4，用于纵向加强所述机身2 ；及成形件(formers)6，用于横向加强所述机身2。 所述纵梁4及成形件6是排列在所述机身2的所述蒙皮8的内侧及附加固定于其上。利用 桶状建构方式制作的一飞机机身2的图示是被理解仅做为一实施例，而不是解读为本发明 的限制。本发明的操作模式及优点描述如下文，也可想象成以其他机身建构方式及任何机 身材料作连结，其能表达出更多的显现形态，例如纵梁或其它强化或加强元件。另外，在一选择的实施例中，根据本发明的一飞机窗户10是被整合在所述蒙皮8 内及具有一条状的、长条形状(oblong)的外形，以及实质上平行于所述飞机的纵向12延 伸了至少一部份。非必要的是，至少在一桶状建构方法中，所述飞机窗户10延伸超过机身 (桶状)的整个长度。根据需求，不论预先定义的机身部份为何，任何飞机窗户10的长度 能被选定使用在此结构中。所述飞机窗户10是由复合材料所制造的一透明的窗片元件所 实现。所述复合材料优选是一具有纤维(fibres)及基体(matrix)材料的纤维复合材料 (fibre composite material)。所述纤维是透明的及实质上具有与所述基体材料相同的折 射率。由于在整个材料中有相同及恒定的折射率，在其材料之中所述纤维无法再被察觉。当 选择所述透明纤维(例如玻璃纤维或聚合物纤维)，在一最佳情况下，其具有一适合的定型及/或适合的加工，及一适合的以合成聚合塑胶材料为主的基体材料(纯举例，这些可以是 环氧树脂^oxy resin、酚醛树脂phenol resin或在许多其他可能塑胶材料中的其他型式 的树脂)，所述复合材料具有透明的特性适用于窗片。所述纤维材料可以是任何形式，不论 是单独的纤维线、编织物(braiding)或带有随机纤维的垫体(mats)。关于酚醛树脂的可用 性，值得注意的是，虽然在机械负载时烘烤过的酚醛树脂经常变成易脆的或脆化，然而其防 熔及相似参数在火灾行为上却更优于环氧树脂。因此，原则上不应排除使用酚醛树脂来制 作根据本发明的飞机窗户。图Ib是一实施例的剖视图，其附加固定不同例的窗户10于蒙皮8上，所述剖视图 的切割平面系示意于图Ia中。图Ib显示飞机窗户10，在所述桶状建构方式及在外壳建构 方式两者中，与所述蒙皮8的定位件一样，是形成所述蒙皮8的一整合部，以做为一外壳元 件(壁板” panel”)。这表示所述蒙皮8是由多个外壳元件或桶身构成，以及所述外壳元件 配置成所述飞机窗户10。根据本发明的一飞机窗户10，如绘示的，是长条形的能在传统上 以一正向的、非正向的或材料联合方式(例如螺栓、焊接或黏结)连接于邻接的外壳元件或 桶身。一长条形飞机窗户10的组装相较于现有飞机窗户是特别有优点的，其是因为一 飞机窗户不是由一内部及外部的窗片、所述密封件及定位元件所构成，及不需要装设在飞 机机舱内的每排座位的所述蒙皮8内。所述外壳元件配置做为一飞机窗户10且能几乎与 现有外壳元件一样简单的被加工及装配。另外，由于所述飞机窗户10的厚度，所述飞机窗 户10进入所述飞机的客舱内的程度是非常小的。若定义的窗户区域的视觉需要提供予所 述飞机内各排座位，也可能通过有目的化的配置所述机舱的内衬及机身的漆层而定义所述 飞机窗户10内的透明区域。这些透明区域能假定为任何几何形状及不受限制于区域。将一外壳元件处理配置成一长条形飞机窗户10相较于现有飞机窗户也是特别的 简易，其是因为在一最佳情况下，不需要窗框或其相似物形式的额外窗户强化。根据本发明 的所述飞机窗户10是本身具足够刚性及足够强度，故能够抵挡所有自身产生的结构负载， 及满足额外耐损伤性的需求。纵梁4及成形件6的现有加强元件也能被装设在飞机窗户10 的区域内。并不需要一整合到实际的窗户10的额外(第二)窗片，其是因为所述飞机窗户 10是配置成耐损伤的。这意指所述飞机窗户10是具足够强度，即使其受损伤，仍能可靠的 保证所述机身的密封性及在飞机整个寿命期间抵挡负载。图2a及2b显示另一实施例，具有积层式(laminated-in)的飞机窗户14，其具有 如实施例所示的一椭圆(oval)外形。这实施例的应用是限定于一由复合材料组成的飞机 机身2，例如纤维复合材料或纤维金属(fibre-metal)积层结构或其相似物。在此，所述结 构的基材(base material)在窗户位置的区域内被根据本发明的透明纤维复合材料所替 代，以便在这些区域内制作所述机身透明结构。图2b显示一积层叠层替代的实施例。所述结构的基材由多个积层叠层16组成， 其部份重叠于透明积层叠层18。因此，图2b的区域到图平面的左边是透明的，同时所述区 域到右边则不是。然而，它必需可能保证被使用于根据本发明的窗户上的基体材料也能被 使用为结构基材的基体材料或其至少具有一材料相容性。除了所述部份重叠建构的方法之 外，将所述窗户整合到结构内的方法也是可通过将特定纤维半成品整合到透明区域来想象 的。用于积层生产的所有可能制造方法能被用来对抗积层叠层替代的基底(background)，及包含(只举一些例子)预浸胶材工艺、湿式积层工艺及亦可为干式或注入式(infusion) 的工艺。所述积层叠层的替代形式不需要对应于图2b所示的变化例。所述积层叠层不需 要以1 1来替代，因而所述层的厚度也能在其他部分重叠方法中变化。为了额外强化，框状(frame-like)结构能通过局部转换为所述积层来进行整合。 另外，关于较大的窗户，可想象的也可能是积层式的黏结于(或使用连接元件结合于)在所 述飞机窗户的可视区域内的透明加强元件。另一实施例(未绘示)包含由一透明纤维复合材料所制作的窗户，及不是支撑在 一窗框上，但却是螺固、栓设或直接黏结于所述窗户周围的结构上。这也是可能的，其是因 为所述窗户是能由其静态特性传送负载，在一现有窗户的例子中负载则必需被所述窗框引 导至所述窗户的周围。为了达到所述窗户的改良静态特性，连接到结构周围的所述窗户的边缘能利用结 构的构形(profiles)或其他的透明或不透明材料加以强化或加厚。这些型式的强化也是 可能用在所述窗户的所述可视区域内，只要它们不会令人难以接受的限制视觉即可。用于生产具有根据本发明的特征的一交通工具窗户的方法的基本步骤是绘示在 图3，其将使用一飞机窗户的实施例描述如下文。所述飞机窗户是由具有透明纤维及一基体材料的一纤维复合物配置而成的(20)， 其是整合到所述飞机蒙皮内(22)，例如通过连接边缘到所述飞机蒙皮的相邻元件(24)。所 述飞机机身的加强元件也能被连接到所述窗户(26)；同样的必要时，也可能将透明加强元 件配置在所述窗户上以增加其强度(28)。做为通过沿着边缘的连接将所述窗户整合到所述蒙皮内的一替代方案，也能考虑 替代所述机身的基材，例如通过先前描述的部份重叠方法(30)。根据本发明显示的所述交通工具窗户，相较于现有交通工具窗户，提供了重量及 费用的显著减少，其是基于归因于承受负载及耐损伤的特性。本发明是描述特别涉及飞机 窗户的多个实施例的基础。这些实施例不应该被视为限制本发明，而应仅是描述本发明。 主张的应用范围是被权利要求所定义，其提供在任何交通工具的应用。除飞机之外，任何汽 车、火车、船舶及其相似物皆能被装设根据本发明的交通工具窗户。
权利要求
一种由透明复合材料交通组成的工具窗户(10，14)，其特征在于所述复合材料包含纤维及一基体材料，因此所述交通工具窗户可抵挡在窗户区域内产生的结构负载，以及即使在所述交通工具窗户(10，14)损伤时(耐损伤)也可实质上提供窗户功能，所述纤维及基体材料是透明的及实质上具有相同的折射率。
2.如权利要求1所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于其具有一长条形的外形， 及在安装时，实质上平行于所述交通工具的一方向轴(12)并沿着所述交通工具的蒙皮(8) 延伸成为一整合元件。
3.如权利要求2所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于其在安装时是沿着边缘连 接到所述交通工具的蒙皮(8)的相邻元件。
4.如权利要求2或3所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于在安装及连接到所述 交通工具窗户(10，14)时，所述交通工具机身(2)的结构的加强元件(4，6)沿着所述交通 工具窗户(10，14)内侧延伸。
5.如先前权利要求的任一项所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于其具有透明 的加强元件，以增加刚性及强度。
6.如权利要求1所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于其是配置用以替代一交通 工具机身(2)的窗户位置内的基材，并由一复合材料制成以当做所述基材。
7.如权利要求8所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于所述交通工具窗户(10， 14)是由多个积层叠层(18)所制成，及所述交通工具窗户(10，14)的积层叠层(16)与所述 交通工具机身(2)的积层叠层(18)部份重叠。
8.如权利要求7所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于其是由所述交通工具机身 (2)的窗户位置内的透明纤维制成。
9.如权利要求1所述的交通工具窗户(10，14)，其特征在于所述交通工具窗户(10， 14)不需额外窗框，即可被直接连接到所述交通工具机身(2)的所述交通工具窗户(10，14) 周围的结构。
10.一种由透明复合材料制作交通工具窗户(10，14)的方法，其特征在于所述复合材 料是由纤维及一基体材料组成，因此所述交通工具窗户能抵挡在窗户区域内产生的结构负 载，以及即使在所述交通工具窗户(10，14)损伤时(耐损伤)也可实质上提供窗户功能，所 述纤维及基体材料是透明的及实质上具有相同的折射率。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述交通工具窗户(10，14)被整合到所 述交通工具的蒙皮(8)内做为一整合元件，所述交通工具窗户(10，14)具有一长条形的外 形，及在安装时，实质上平行于所述交通工具的一方向轴(12)延伸。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述交通工具窗户(10，14)沿着边缘连 接到所述交通工具的蒙皮(8)的相邻元件。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于所述交通工具机身(2)的结构的加 强元件(4，6)沿着所述交通工具窗户(10，14)内侧排列延伸，及连接到所述交通工具窗户 (10，14)。
14.如权利要求10至13的任一项所述的方法，其特征在于透明加强元件排列在所述 交通工具窗户(10，14)上，以增加刚性及强度。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于基材在交通工具机身(2)的窗户位置内是被所述交通工具窗户(10，14)的一复合材料所替代，并由所述复合材料制成以当做所述基材。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述交通工具窗户(10，14)是由多个积 层叠层(18)所制成，及所述交通工具窗户(10，14)的积层叠层(16)与所述交通工具机身 (2)的积层叠层(18)部份重叠。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述交通工具窗户(10，14)是由所述交 通工具机身(2)的窗户位置内的透明纤维制成。
18.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述交通工具窗户(10，14)不需额外窗 框，即可被直接连接到所述交通工具机身(2)的所述交通工具窗户(10，14)周围的结构。
19.一种如权利要求1至9的任一项所述的交通工具窗户(10，14)在一飞机内的应用。
20.一种具有如权利要求1至9的任一项所述的交通工具窗户(10，14)的飞机。
全文摘要
本发明涉及一种由透明复合材料组成的交通工具窗户，其中所述复合材料包含纤维及一基体材料，其允许所述交通工具窗户支撑所述窗户区域所产生的结构负载，以及即使是所述交通工具窗户损坏伤时(耐损伤)也可提供窗户功能，其中所述纤维及所述基体材料是透明及基本上具有相同的折射率。根据本发明的交通工具窗户是被揭露为耐损伤、可支撑负载、便宜与容易使用，及相较于现有交通工具占用较少的组装空间。
文档编号B64C1/14GK101939218SQ200980104624
公开日2011年1月5日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年2月5日
发明者克劳斯·艾德曼, 克劳斯·霍夫曼, 延斯·韦廷, 本格特·亚伯, 阿尔内·哈特维希 申请人:空中客车营运有限公司