翼肋、具有翼肋的机翼以及用于制造其的方法与流程

本申请涉及翼肋、具有翼肋的机翼以及用于制造翼肋的方法的领域。

背景技术：

翼肋是包括在飞行器的机翼框架中的结构横梁。翼肋在机翼的前缘和机翼的后缘之间延伸，从而保持上机翼蒙皮和下机翼蒙皮的相对位置，并将载荷传递到一个或更多个机翼翼梁。翼肋通常由诸如铝的轻质金属制成。然而，在翼肋的构造中需要更轻且更高强度的材料。

已经由轻质复合材料制成翼肋。然而，现有的由复合材料制成的翼肋已受成本过高限制。

因此，本领域技术人员继续在翼肋、具有翼肋的机翼以及用于制造翼肋的方法的领域中进行研究和开发。

技术实现要素：

在一个示例中，机翼包括上机翼蒙皮、下机翼蒙皮以及位于上机翼蒙皮和下机翼蒙皮之间的翼肋。翼肋包括：包括波形图案的波纹状复合材料腹板和第一配件，所述第一配件将所述波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮中的一个联接。

在另一示例中，一种用于制造翼肋的方法包括：将至少一个复合材料片材成形为至少一个波纹状复合材料片材；从所述至少一个波纹状复合材料片材切割第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板，所述第一波纹状复合材料腹板具有与所述第二波纹状复合材料腹板不同的尺寸；在机翼内的第一位置处将所述第一波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮和下机翼蒙皮联接；以及在所述机翼内的第二位置处将所述第二波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮联接。

根据以下具体实施方式、附图和随附的权利要求，所公开的翼肋、具有翼肋的机翼以及用于制造翼肋的方法的其他示例将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本说明书的一个示例的具有机翼的飞行器的局部平面图，其中上机翼蒙皮被部分剖开以露出后翼梁、前翼梁和多个翼肋；

图2是根据本说明书的一个示例的示例性波纹状复合材料腹板的平面图；

图3是沿图2中的线3-3的波纹状复合材料腹板的局部剖面侧视图；

图4是根据本说明书的一个示例的翼肋，该翼肋包括图2和图3的波纹状复合材料腹板；

图5是根据本说明书的一个示例的配件的仰视图；

图6是图5的配件的侧视图；

图7是图5的配件的主视图；

图8示出了根据本说明书的一个示例的当被联接到上机翼蒙皮、下机翼蒙皮、后翼梁和前翼梁的翼肋；

图9是根据本说明书的一个示例的另一种示例性波纹状复合材料腹板的平面图；

图10是表示根据本说明书的一个示例的用于制造肋翼的方法的流程图；

图11是飞行器制造和使用方法的流程图；和

图12是飞行器的框图。

具体实施方式

本说明书的翼肋和具有翼肋的机翼可采用任何期望的形状和尺寸的形式，以提供期望的飞行特性。尽管参考所示的示例详细描述了本说明书的机翼和翼肋，但是应当理解，本说明书的机翼和翼肋不限于所示的形状和尺寸。

图1示出了具有机翼2、机身3和发动机4的示例性飞行器的一部分。机翼2包括一个或更多个襟翼6、上机翼蒙皮8、下机翼蒙皮9、后翼梁10、前翼梁12以及位于上机翼蒙皮8、下机翼蒙皮9、后翼梁10和前翼梁12之间的多个翼肋20。后翼梁10和前翼梁12在被联接到机身的机翼的根部和机翼的相对尖端之间沿翼展方向延伸，并且翼肋20在机翼的前缘和机翼的后缘之间沿弦向延伸。翼肋20被联接到上机翼蒙皮8、下机翼蒙皮9、后翼梁10和前翼梁12，以在它们之间传递载荷。

由于机翼2的形状根据距机身3的距离而变化，因此翼肋20具有不同的尺寸和形状。这对成本有效地制造翼肋20提出了挑战。

在本说明书的一个示例中，本说明书的翼肋包括具有波形图案的波纹状复合材料腹板以及将波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮或下机翼蒙皮联接的第一配件。波纹状复合材料腹板用于在翼肋的竖直方向上提供压缩和拉伸强度，并且波纹状复合材料腹板的波形图案用于在向其施加竖直压缩力时抵抗波纹状复合材料腹板的压缩应力。因此，波纹状复合材料腹板不需要额外的肋弦用于内部载荷分配，这可以简化制造。

在一个方面，波纹状复合材料腹板可以由在基质材料内具有多根纤维的复合材料形成，更优选地，复合材料包括在聚合物基质材料(例如，热塑性聚合物基质材料或热固性聚合物基质材料)内的多根碳纤维。通过用复合材料生产翼肋，可以显著减轻翼肋的重量。

在一个方面，波纹状复合材料腹板可包括一个或更多个边缘切口或内部穿透部。可以包括边缘切口和内部穿透部以使波纹状复合材料腹板适应机翼的设计并允许桁条和其他机翼系统部件通过机翼的翼展。波纹状复合材料腹板可以在边缘切口和内部穿透部处使用而不需要局部增强件。

在一个方面，波纹状复合材料腹板可以包括具有均匀腹板规格(webgauge)的其至少一部分，优选地，波纹状复合材料腹板具有沿着所述波纹状复合材料腹板的至少一个全波形图案的均匀腹板规格，更优选地，波纹状复合材料腹板在整个波纹状复合材料腹板中具有均匀厚度。在另一方面，波纹在整个波纹状复合材料腹板中可以是连续的。这允许通过提供波纹状复合材料腹板材料的大型片材来成本有效地制造波纹状复合材料腹板，可以由波纹状复合材料腹板材料的大型片材切割和组装几个不同尺寸的波纹状复合材料腹板以形成翼肋。因此，不需要单独的肋工具作业，并且一个叠层波纹工具可以用于机翼的多个邻接肋站，这可以简化制造。

在一个方面，波纹状复合材料腹板可包括多层复合材料叠层结构，其中一层具有主要沿翼肋的竖直方向排列的纤维，优选地平行于翼肋的竖直方向以提供最大拉伸和压缩强度。波纹状复合材料腹板还可包括另一层复合材料叠层结构，其具有与竖直方向成角度排列的纤维，以提供抗剪切性。

在一个方面，波纹状复合材料腹板的波纹可以主要与翼肋的竖直方向v对齐，更优选地平行于翼肋的竖直方向v，以提供对压缩应力的最大抵抗。

在一个方面，波纹状复合材料腹板的波形图案可包括弯曲波图案、梯形波图案及其组合。弯曲波图案可以包括例如正弦波图案、圆形波图案或其组合。梯形波图案可以包括例如矩形波图案。

在一个方面，波形图案可具有至少0.1英寸，优选地至少0.5英寸，更优选地至少1.0英寸的全波宽。可以基于机翼的形状和尺寸来适应性地修改波形图案的全波宽。

在一个方面，配件可以由轻质金属(例如铝)构成。金属配件可以通过例如机加工、3d打印或其组合形成。在另一方面，配件可由被形成为期望形状的热塑性材料构成。

在本说明书的一个示例中，机翼包括上机翼蒙皮、下机翼蒙皮以及在所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮之间的至少一个翼肋。翼肋包括波纹状复合材料腹板和第一配件，该波纹状复合材料腹板包括波形图案。第一配件将波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮或下机翼蒙皮联接。

在一个方面，翼肋可包括第二配件，其中第二配件将波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮和下机翼蒙皮中的另一个联接。

在一个方面，垫片可以定位在所述第一配件与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮中的所述一个之间。

在一个方面，机翼还可包括至少一个翼梁以及将波纹状复合材料腹板与翼梁联接的第二配件。

图2至图4示出了本说明书的示例性翼肋，其包括波纹状复合材料腹板和多个配件。具体地，图2和图3示出了翼肋的波纹状复合材料腹板21，该波纹状复合材料腹板21包括波形图案23。如图所示，波纹状复合材料腹板21可包括边缘切口22，以使波纹状复合材料腹板适应机翼的设计并允许桁条或其他机翼系统部件通过机翼的翼展。

如图2所示，波纹状复合材料腹板21的波纹主要与翼肋的竖直方向v对齐，特别地，波纹平行于翼肋的竖直方向v，以提供对压缩应力的最大抵抗。

如图3所示，波纹状复合材料腹板21的一部分具有均匀厚度t1，特别地示出了波纹状复合材料腹板沿着所述波纹状复合材料腹板的至少一个全波形图案w1具有均匀厚度。优选地，波纹状复合材料腹板21在整个波纹状复合材料腹板中具有均匀厚度t1，以允许高效制造。然而，应当理解，波纹状复合材料腹板21可以在其部分处容易地增强，例如在其上提供一层或多层复合材料叠层结构，而不脱离本说明书的范围。

如图3中进一步所示，波纹状复合材料腹板的波形图案包括具有全波宽w1、峰间幅度a1和厚度t1的弯曲波图案。特别地，弯曲波图案表示正弦波图案和圆形波图案的组合以便于制造，其中圆形波部分在整个角度b1中具有半径r1。然而，波形图案不限于此，并且可以包括当在翼肋的竖直方向v上施加压缩力时用于抵抗压缩应力的任何波形图案。例如，波形图案可以包括弯曲波图案(诸如正弦波图案、圆形波图案或其组合)、梯形波图案(诸如矩形波图案)或弯曲波图案和梯形波图案的组合。

图4示出了包括图2和图3的波纹状复合材料腹板21的示例性翼肋20，其中多个配件30与该波纹状复合材料腹板接合。配件可以由轻质金属(例如铝)或热塑性复合材料形成。铝配件可以通过例如机加工、3d打印或其组合形成。

多个配件30包括与波纹状复合材料腹板21的波形图案23接合的配件，诸如被示为与如图4所示的波纹状复合材料腹板21的顶部和底部接合的配件。这些配件应该被设定尺寸并成形为与波纹状复合材料腹板的波形图案相对应。示例性配件在图5至图7中示出。

图6示出了具有接合结构33的配件30，接合结构33的形状和尺寸对应于波纹状复合材料腹板21的波形图案23。如图5和图6所示，配件30通过例如在紧固位置34处将接合结构33紧固到波形图案23而与波纹状复合材料腹板21的波形图案23接合。在一个方面，配件通过例如机加工或3d打印形成，以具有与波纹状复合材料腹板的波形图案匹配的波纹状接合结构33。替代地，不是通过紧固而是通过固结过程将热塑性配件和腹板粘合在一起。

波纹状复合材料腹板21的顶部和底部处的每个配件30可以具有不同的结构，以便与波纹状复合材料腹板的对应部分接合。此外，如图5至图7所示，配件30还包括凸缘部分31，用于联接到机翼蒙皮的相应部分，例如通过在紧固部分35处将凸缘部分31紧固到机翼蒙皮。

如图所示，凸缘31被示为具有平坦的上表面。在凸缘31具有平坦的上表面的情况下，具有机翼蒙皮的相应部分的轮廓的垫片被定位在凸缘31和机翼蒙皮之间。替代地，凸缘31被制造成具有与机翼蒙皮的相应部分的轮廓相对应的上表面。

由于每个翼肋的不同形状和尺寸以及机翼蒙皮的与每个配件相关联的部分的不同轮廓，为一个翼肋制造的配件可能不适合与另一个翼肋一起使用。因此，定制配件可以通过合适的工艺(例如cnc加工、3d打印或其组合)制造。

多个配件30还包括不与波纹状复合材料腹板21的波形图案23接合的配件，例如图4中被示出在波纹状复合材料腹板21的左侧和右侧的配件。这些配件的结构未示出，并且将理解的是，在这些部分处与波纹状复合材料腹板接合的配件的设计结构细节将在本领域普通技术人员所及范围内。

图8示出了图2至图7的翼肋，该翼肋被联接至上机翼蒙皮8、下机翼蒙皮9、后翼梁10、前翼梁12。

图9示出了另一示例性翼肋20’，其包括具有边缘切口22’和内部穿透部24’的波纹状复合材料腹板21’以及与波纹状复合材料腹板21’的波形图案接合并在34’处被紧固到波纹状复合材料腹板21’的多个配件30’。

图10表示制造翼肋的方法50，其中该方法包括：在方框51处，将至少一个复合材料片材成形为至少一个波纹状复合材料片材；在方框52处，从所述至少一个波纹状复合材料片材切割第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板，所述第一波纹状复合材料腹板具有与所述第二波纹状复合材料腹板不同的尺寸；在方框53处，在机翼内的第一位置处将所述第一波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮和下机翼蒙皮联接；以及，在方框54处，在所述机翼内的第二位置处将所述第二波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮联接。

在一个方面，第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板可以包括具有均匀腹板规格的其至少一部分，优选地，波纹状复合材料腹板具有沿着所述波纹状复合材料腹板的至少一个全波形图案的均匀腹板规格，更优选地，波纹状复合材料腹板在整个波纹状复合材料腹板中具有均匀厚度。在另一方面，波纹在整个波纹状复合材料腹板中可以是连续的。这允许通过提供波纹状复合材料腹板材料的大型片材来高效地制造波纹状复合材料腹板，由波纹状复合材料腹板材料的大型片材可以切割和组装几个不同尺寸的波纹状复合材料腹板以形成翼肋。因此，不需要单独的肋工具作业，并且一个叠层波纹工具可以用于制造具有不同尺寸的多个波纹状复合材料腹板，所述多个波纹状复合材料腹板将定位在机翼的多个邻接肋站中。

在一个方面，第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板由单个复合材料片材切割而成。在另一方面，第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板由单独的复合材料片材切割而成，其中单独的复合材料片材由相同的叠层波纹工具形成。

可以在如图11所示的飞行器制造和使用方法100以及如图12所示的飞行器102的背景下描述本公开的示例。在预生产期间，飞行器制造和使用方法100可以包括飞行器102的规格和设计104以及材料采购106。在生产期间，发生飞行器102的部件/子组件制造108和系统整合110。此后，飞行器102可以通过认证和交付112以便投入使用114。在为客户服务时，飞行器102定期进行日常维护和维修116，日常维护和维修116还可以包括改进、重构、翻新等等。

方法100的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实施。出于本说明书的目的，系统集成商包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

翼肋、具有翼肋的机翼以及制造方法可以在飞行器制造和使用方法100的任何一个或更多个阶段期间使用，包括飞行器102的规格和设计104、材料采购106、部件/子组件制造108、系统整合110、认证和交付112、将飞行器投入使用114以及日常维护和维修116。

如图12所示，通过示例性方法100生产的飞行器102包括具有多个系统120和内部122的机身118。多个系统120的示例可包括推进系统124、电气系统126、液压系统128和环境系统130中的一个或更多个。可以包括任何数量的其他系统。所公开的消耗性装置和方法可以用于飞行器102(包括机身118和内部122)的任何系统。

进一步地，本公开包含根据以下条款的示例：

条款1.一种机翼，其包括：

上机翼蒙皮；

下机翼蒙皮；和

翼肋，其位于所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮之间，所述翼肋包括：

波纹状复合材料腹板，其包括波形图案；和

第一配件，其将所述波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮中的一个联接。

条款2.根据条款1所述的机翼，其中所述第一配件沿着所述波形图案被固定到所述波纹状复合材料腹板。

条款3.根据条款1所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括在基质材料内的多根纤维。

条款4.根据条款3所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括在热固性聚合物基质材料内的多根碳纤维。

条款5.根据条款1所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括具有均匀厚度的其至少一部分。

条款6.根据条款5所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板具有沿着所述波纹状复合材料腹板的至少一个全波形图案的均匀厚度。

条款7.根据条款5所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板在整个所述波纹状复合材料腹板中具有均匀厚度。

条款8.根据条款1所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括一个或更多个边缘切口。

条款9.根据条款1所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括一个或更多个内部穿透部。

条款10.根据条款1所述的机翼，其中所述波纹状复合材料腹板包括多层复合材料叠层结构，至少一层具有沿平行于波纹的方向排列的纤维，以及至少一层具有沿不平行于所述波纹的方向排列的纤维。

条款11.根据条款1所述的机翼，其中所述波形图案包括弯曲波图案和梯形波图案中的至少一种。

条款12.根据条款1所述的机翼，其中所述波形图案具有至少0.1英寸的全波宽。

条款13.根据条款1所述的机翼，其中所述第一配件包括铝。

条款14.根据条款1所述的机翼，其中所述第一配件通过机加工和3d打印中的至少一种形成。

条款15.根据条款1所述的机翼，还包括定位在所述第一配件与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮中的所述一个之间的垫片。

条款16.根据条款1所述的机翼，还包括第二配件，所述第二配件将所述波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮中的另一个联接。

条款17.根据条款1所述的机翼，还包括：

至少一个翼梁；以及

第二配件，所述第二配件将所述波纹状复合材料腹板与所述至少一个翼梁联接。

条款18.一种用于制造翼肋的方法，所述方法包括：

将至少一个复合材料片材成形为至少一个波纹状复合材料片材；

从所述至少一个波纹状复合材料片材切割第一波纹状复合材料腹板和第二波纹状复合材料腹板，所述第一波纹状复合材料腹板具有与所述第二波纹状复合材料腹板不同的尺寸；

在机翼内的第一位置处将所述第一波纹状复合材料腹板与上机翼蒙皮和下机翼蒙皮联接；以及

在所述机翼内的第二位置处将所述第二波纹状复合材料腹板与所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮联接。

条款19.根据条款18所述的方法，其中所述第一波纹状复合材料腹板和所述第二波纹状复合材料腹板由单个波纹状复合材料片材切割而成。

条款20.根据条款18所述的方法，其中所述将所述至少一个复合材料片材成形为所述至少一个波纹状复合材料片材包括使用相同的波纹工具成形多个复合材料片材。

尽管已经示出和描述了所公开的翼肋、具有翼肋的机翼以及用于制造翼肋的方法的各种示例，但是本领域技术人员在阅读本说明书后可以想到进行修改。本申请包括这些修改，并且仅受权利要求的范围限制。