紧固件插座板的制作方法
【专利摘要】一种结构组件，包括具有斜坡面的第一部件以及紧固件组件，该紧固件组件用于将第一部件紧固至第二部件，该紧固件组件包括由可弹性变形的材料制成的插座板以及多个紧固件插座，所述插座板附接至第一部件的斜坡面从而呈现斜坡面的轮廓，所述多个紧固件插座附接至插座板以便接纳相应的紧固件。另外，提供了一种通过使用紧固件组件将第一部件紧固至第二部件的方法。
【专利说明】紧固件插座板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种结构组件，更特别地涉及一种用于将第一部件紧固至第二部件的紧固件组件。
【背景技术】
[0002]已知通过使用多个紧固件将可拆卸的面板附接至飞机结构。埋头紧固件经常与系紧螺母(紧固件插座)结合起来使用。系紧螺母附接至飞机结构的内表面，并且相应的埋头紧固件穿过面板和飞机结构，其中，埋头紧固件帽部与面板的外部空气动力学表面基本齐平。
[0003]已知为了减少零件数量，将多个系紧螺母设置成布置在平面插座板上的分组件，该平面插座板可以例如通过铆接附接至飞机结构。在传统金属飞机结构上，使用铆接至飞机结构的金属插座板通常是符合要求的。
[0004]在将复合材料在飞机结构中进行更广泛应用的进展过程中，金属插座板的应用的缺点已显现出来。特别是有时需要(通过减少铺层)提供横跨层压复合结构的厚度变化以更好地匹配局部负载的要求，这导致在结构的内表面上产生斜坡，该斜坡在传统的金属构型中通常不会出现。
【发明内容】
[0005]本发明的第一个方面提供了一种结构组件，该结构组件包括具有斜坡面的第一部件以及紧固件组件，该紧固件组件用于将第一部件紧固至第二部件，该紧固件组件包括由可弹性变形材料制成的插座板，该插座板附接至第一部件的斜坡面从而呈现斜坡面的轮廓，并且紧固件组件还包括附接至插座板以便接纳相应的紧固件的多个紧固件插座。
[0006]本发明的另一个方面提供了一种用于将第一部件紧固至第二部件的方法，该方法包括:提供具有斜坡面的第一部件；提供紧固件组件，该紧固件组件包括由可弹性变形材料制成的插座板和附接至插座板的多个紧固件插座；将插座板附接至第一部件的斜坡面，使得插座板呈现斜坡面的轮廓；以及，将紧固件安装穿过第一部件和第二部件并且安装到相应的紧固件插座中，以便将第一部件紧固至第二部件。
[0007]本发明的优点在于，可以将由可弹性变形材料制成的插座板提供为适于顺应横跨不同部件的各种轮廓的支撑零件。这减少了零件数量、组装时间和成本。
[0008]第一部件可以包括复合材料，优选地包括碳纤维增强聚合物。该插座板可以包括石英玻璃材料。由于石英玻璃和碳纤维增强聚合物的相似的热学特性和相似的刚度材料特性，石英玻璃可以很好地匹配碳纤维增强聚合物材料。与传统金属材料相比，将玻璃用作插座板材料减轻了重量，也减少了与来自于系统的静电放电和雷击相关联的电磁问题。
[0009]替代性地，第一部件可以包括金属材料，和/或插座板可以包括橡胶或者其他弹性材料。
[0010]第一部件的斜坡面可以与横跨第一部件的结构厚度的变化相关联。第一部件可以是层压件，并且斜坡面可以通过减少铺层而形成。
[0011]插座板可以粘合至第一部件。这有助于确保插座板即使在第一部件与第二部件拆开时仍保持相对于第一部件固定。可弹性变形的板可以暂时地依从螺栓固定(Slavebolted)，以在粘合剂粘合固化/凝结的同时迫使该板变形成第一部件的轮廓。可以使用低粘性的粘合剂。低粘性的粘合剂在用来将该板直接附接至层压复合材料部件时是特别有利的，因为该板仍可以在不引起铺层损伤的情况下进行移除(如果需要的话)。
[0012]紧固件插座可以铆接至插座板。
[0013]紧固件组件可以包括可移除的紧固件。该紧固件优选为快速释放紧固件。
[0014]结构组件还可以包括第二部件，通过将紧固件安装穿过第一部件和第二部件并安装到相应的紧固件插座中而将该第二部件紧固至第一部件。
[0015]第一部件和第二部件的邻接表面可以基本上是平面的。
[0016]第一部件可以具有邻近紧固件组件的啮合扣。该啮合扣可以包括沿与斜坡面的方向不同的方向的斜坡，以便于提供复合的斜坡面。
[0017]第一部件和/或第二部件可以是面板。在一个实施例中，第一部件是飞机机翼盖部，且第二部件是可移除的飞机机翼面板。
[0018]插座板和紧固件插座可以设置成子组件，其中，紧固件插座预先安装在插座板上。
[0019]在将插座板安装到斜坡面上之前，插座板最初可以基本上是平面的。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1示出了飞机机翼的前梁的立体图；
[0021]图2示出了图1的机翼中的介于机翼盖部与前缘面板之间的结合部的剖面侧视图(其中，为清晰起见移除了紧固件组件)；
[0022]图3示出了机翼盖部的底面的立体图，其中示出了位于内表面中的沿翼展方向的斜坡以及沿翼弦方向的啮合扣；
[0023]图4示出了图3中的机翼盖部的端视图，其中示出了位于内表面中的沿翼展方向的斜坡；
[0024]图5示出了图1的机翼中的介于机翼盖部与前缘面板之间的结合部的剖面侧视图，其中安装有紧固件组件；
[0025]图6示出了已安装的紧固件组件的详细剖视图；以及
[0026]图7示出了已安装的紧固件组件的底面的平面图。
【具体实施方式】
[0027]图1中示出了飞机机翼的前梁。该梁包括腹板10、上凸缘11和下凸缘(未图示)。该梁具有半径部分10a，腹板10和凸缘11在半径部分1a处相会。层压复合盖部(蒙皮)12附接至上凸缘11并且向着梁的后方延伸，以形成翼盒(机翼的主要结构元件)的上边界。盖部12还稍微地伸出到梁的前面，如图1中所示。
[0028]盖部12具有图1中所示的外侧13和图3中所示的内侧14。盖部12包括呈楔形的预先形成的边缘保护件22，其中，该边缘保护件22从相对厚的端部向相对薄的边缘逐渐变尖，盖部12还包括多个“预浸料”铺层，其优选由以环氧树脂基体预浸溃的碳纤维制成。边缘保护件和预浸料铺层优选进行共固化。
[0029]盖部12中堆叠的铺层在翼弦方向上(即，在与飞机机身中心线平行的方向上)形成Z形的所谓“啮合扣(joggle) ”的轮廓，其中，该轮廓在邻近边缘保护件22处具有斜坡。啮合扣延伸跨过整个堆叠厚度，使得堆叠中的各层中的每一层均成形为形成啮合扣，每个哨合扣均包括第一部分、第二部分以及斜坡，其中，在第二部分处，所述层基本上与第一部分平行地延伸，斜坡介于第一部分与第二部分之间，在斜坡处，层以相对于第一部分和第二部分成一定角度的方式进行延伸。
[0030]如图3中最清楚地示出的，盖部12中堆叠的铺层还形成带斜坡的内侧14。盖部的外侧13的形状(称为“外模线”或0ML)可精确地进行控制，因为它在盖部的形成过程中与模具接合，并且最终形成机翼的空气动力学表面的一部分。盖部的内侧14的形状带有斜坡，以便适应面板厚度在翼展方向上(即，在垂直于飞机机身中心线的方向上)的变化。
[0031]图3示出了盖部12的内侧14，所述内侧14包括介于相邻区域14b与14c之间的沿翼展方向的斜坡区域14a。该斜坡区14a对应于形成盖部12的堆叠的铺层的厚度变化的区域，且区域14b和区域14c对应于盖部12中的厚度恒定的区域。在斜坡区域14a中，在盖部中的堆叠的铺层的厚度例如通过减少铺层而进行改变。在翼展方向上的斜坡提供横跨盖部的结构变化，例如用以改变盖部在特定位置处的强度。
[0032]在盖部12的内侧14处的斜坡面的特点在于，至少两个区域相对于彼此倾斜。盖部的内侧14的斜坡区域14a相对于邻近区域14b、14c倾斜。在该特定示例中，区域14b、14c对应于盖部的恒定厚度区域，因此盖部的内侧的这些区域每者均基本上平行于盖部12的外侧13。相比之下，区域14a对应于盖部的厚度变化区域，所以区域14a也相对于盖部的外侧倾斜。盖部的外侧13基本上是平面的，并且成形为匹配机翼所需的轮廓。在该特定实施例中，沿翼展方向的斜坡横穿沿翼弦方向的啮合扣，从而创建复合斜坡面。在其他实施例中，盖部可以没有啮合扣，从而创建简单的沿翼展方向的斜坡。
[0033]图4示出了在盖部12的端部34上向后方看到的端部视图，其中示出了在内侧14的沿翼展方向的斜坡。
[0034]在已将盖部12用螺栓连接至梁之后，盖部12通过搭接接头结合至前缘面板15，其中，搭接接头在图2的剖视图中最清晰地示出。面板15可以由类似的复合材料形成，也可以不由类似的复合材料形成。在一个示例中，面板15包括占主导地位的夹芯构型。
[0035]面板15的内侧与盖部12的外侧13部分重叠，如图2中所示。边缘保护件22以及面板15和盖部12的外侧一起形成基本上连续的外部空气动力学表面，该基本上连续的外部空气动力学表面暴露于如图所示的气流中。紧固件组件40(图2中未示出)用于沿着线31在盖部12和面板15重叠的地方穿过盖部12和面板15从而将盖部12和面板15结合起来。紧固件组件的紧固件可以被移除，以使该结合部能够出于检查或维修的目的而被拆开。在下文中将会对紧固件组件40进行详细描述。
[0036]边缘保护件22定位在啮合扣与面板15的后缘30之间，并且在啮合扣斜坡26的下游“顶部”处保护边缘32不受由气流(所述气流在图2中所示的方向上行进)所携带的颗粒的冲蚀。边缘保护件22与面板15的后缘30之间的间隙在最后组装时通过使用航空填料(未图示)进行填充。
[0037]在盖部12的内侧，啮合扣斜坡的“顶部”33以尽可能靠近梁11的方式进行定位，所以啮合扣斜坡与梁的半径部分1a部分重叠(在这种情况下，顶部和底部相对于图2中所示的取向进行限定)。这使得盖部12的边缘34能够以相对靠近梁的方式进行定位。
[0038]替代性地，边缘保护件可以预先附接至面板15而不是盖部12。这种设计在发生损坏或磨损的情况下会创建可更换的对象并不会对原结构产生影响。
[0039]现在将参照图5至图7详细描述紧固件组件40。紧固件组件包括由可弹性变形的材料制成的插座板41，插座板41在盖部12的内侧14附接至斜坡面。插座板41在翼弦方向上延伸并且呈现斜坡面的轮廓。
[0040]多个紧固件插座42以沿着该板的长度间隔开的方式附接至插座板41。每个紧固件插座42都适于接纳相应的紧固件43，以便沿着线31在盖部12和面板15重叠的地方穿过盖部12和面板15提供一排紧固件43。紧固件43适于从它们相应的紧固件插座42中移除，以便出于检查或维修的目的而将面板15与盖部12之间的结合部拆开。
[0041]图6详细示出了紧固件组件40中的一个紧固件。紧固件43具有布置成与面板15的外表面基本齐平的埋头件帽部44。紧固件43是便于随时拆开的快速释放紧固件。紧固件插座42是传统类型的系紧螺母，并且包括附接凸缘46和直立转动架47。系紧螺母为本领域的技术人员所熟知，因此将不在此重复详细描述。紧固件插座42在附接至盖部12之前预先附接至插座板41。在该实施例中，紧固件插座42每者均在铆接位置45处铆接至插座板41，如图7中所示。
[0042]插座板41具有大约l_2mm的厚度，并且包括石英玻璃。石英玻璃具有与盖部12的碳纤维增强聚合物材料类似的热特性，因此确保了这些零件之间良好的热相容性。石英玻璃材料可以充分地弹性变形，以便于顺应盖部12的内侧14的斜坡面的轮廓。替代性地，例如，插座板41可以包括诸如橡胶之类的其他材料。特别是在面板12中使用除碳纤维增强聚合物以外的材料的情况下，使用橡胶插座板会是理想的。例如，橡胶插座板可以与金属盖部一起使用。
[0043]玻璃插座板41优选地以低粘性的粘合剂48粘合至碳纤维增强聚合物盖部12，以便于能够在不损伤层压复合盖部12的铺层的情况下将插座板41移除。
[0044]现在将详细描述安装紧固件组件40的方法。具有预先附接的紧固件插座42的插座板41沿着紧固件线31粘合至盖部12的内侧14。插座板41设置成支撑部件并且根据盖部12的宽度进行切割以定尺寸。如此，插座板41沿着紧固件线31横贯盖部12的内侧14的所有斜坡和轮廓。将插座板41以轻微的压力保持紧靠盖部12，直到用于将插座板41粘合至盖部12的粘合剂已经凝结或固化为止。在面板15和盖部12中钻出紧固件孔，所述紧固件孔与紧固件插座42对齐，埋头紧固件43安装穿过紧固件孔并且牢固地接纳在紧固件插座42中，以便于完成紧固件组件40。
[0045]虽然在上文中已经参照一个或更多个优选实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，在不背离所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种变化或改型。
【权利要求】
1.一种结构组件，其包括具有斜坡面的第一部件和用于将所述第一部件紧固至第二部件的紧固件组件，所述紧固件组件包括插座板以及多个紧固件插座，所述插座板由可弹性变形的材料制成且附接至所述第一部件的所述斜坡面以便于呈现所述斜坡面的轮廓，所述多个紧固件插座附接至所述插座板以便接纳相应的紧固件。
2.根据权利要求1所述的结构组件，其中，所述第一部件包括复合材料，优选地包括碳纤维增强聚合物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的结构组件，其中，所述插座板包括石英玻璃材料。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述第一部件和所述插座板的所述材料具有相似的热学特性。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述第一部件和所述插座板的所述材料具有相似的刚度特性。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述第一部件的所述斜坡面与横跨所述第一部件的结构厚度的变化相关联。
7.根据权利要求6所述的结构组件，其中，所述第一部件是层压件，且所述斜坡面通过减少铺层而形成。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述插座板粘合至所述第一部件。
9.根据权利要求8所述的结构组件，其中，所述插座板通过使用低粘性的粘合剂进行粘合。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述紧固件插座铆接至所述插座板。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，其中，所述紧固件组件包括可移除的紧固件。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的结构组件，还包括所述第二部件，通过将所述紧固件安装穿过所述第一部件和所述第二部件且安装到所述相应紧固件插座中而将所述第二部件紧固至所述第一部件。
13.根据权利要求12所述的结构组件，其中，所述第一部件和所述第二部件的邻接表面基本上是平面的。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的结构组件，其中，所述第一部件具有邻近所述紧固件组件的啮合扣。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的结构组件，其中，所述第一部件和/或所述第二部件是面板。
16.根据权利要求12至15中的任一项所述的结构组件，其中，所述第一部件是飞机机翼盖部，且所述第二部件是可移除的飞机机翼面板。
17.一种用于将第一部件紧固至第二部件的方法，所述方法包括: 提供具有斜坡面的第一部件； 提供紧固件组件，所述紧固件组件包括由可弹性变形材料制成的插座板以及附接至所述插座板的多个紧固件插座；将所述插座板附接至所述第一部件的所述斜坡面，使得所述插座板呈现所述斜坡面的轮廓；以及 将紧固件安装穿过所述第一部件和所述第二部件并且安装到所述相应的紧固件插座中，以便将所述第一部件紧固至所述第二部件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述插座板用粘合剂粘合至所述第一部件，并且保持紧靠所述斜坡面直到所述粘合剂已固化为止。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，所述插座板和所述紧固件插座设置为子组件，其中，所述紧固件插座预先安装到所述插座板上。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，在将所述插座板安装到所述斜坡面上之前，所述插 座板最初基本上是平面的。
【文档编号】B64C3/14GK104053596SQ201380005805
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年1月19日
【发明者】詹姆斯·威尔逊, 保罗·哈德利, 约翰·格利夫 申请人:空中客车营运有限公司