一种长桁对接接头、机翼上壁板连接结构及飞机的制作方法

本发明属于航空技术领域，尤其涉及一种长桁对接接头、机翼上壁板连接结构及飞机。

背景技术：

复合材料的大量应用减轻了机体结构重量，在民用飞机机体结构中开始广泛应用。机翼蒙皮广泛采用加筋壁板结构进行设计，该类结构的优势就是用较小的筋条重量代价来增加壁板的抗弯刚度。但是复合材料层间强度低，受湿热环境影响强度下降，抗冲击性能较差，一般采用金属接头进行对接。钛合金与复合材料间电位差接近，不存在电位腐蚀问题，广泛应用于复合材料结构对接接头。复合材料中,外翼对接部位是机体结构受力最大的部位，在此部位加筋壁板对接采用钛合金对接带板和对接接头来实现，其中复合材料壁板本身的对接采用对接带板来实现，而筋条的对接需要长桁对接接头来实现。

现有技术中的长桁对接接头通常采用整体机加工，长桁对接接头的各部分的厚度均匀，且在相邻的两个长桁之间保持为整体件，这样的设计从制造和维修的角度来说都不是很好。主要存在如下缺陷：

1、长桁对接接头的各部分的厚度均匀，在该长桁对接接头用于长桁连接时，无法合理控制长桁对接接头的刚度分布情况，导致长桁对接接头的安全性差，使用寿命短。

2、由于复合材料长桁水平边厚度不一致，导致长桁对接接头装配时需要额外的修配工序，耗时又耗力。

3、如果接头出现裂纹就需要对整个接头进行更换，耗时又耗力，且增加了使用成本。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种长桁对接接头、机翼上壁板连接结构及飞机，该长桁对接接头以解决上述问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种长桁对接接头，包括：第一连接板、第二连接板和立板；所述第一连接板、第二连接板和立板相互连接，形成包角状结构；所述第一连接板靠近所述第二连接板的一侧的厚度大于其远离所述第二连接板的一侧的厚度；所述立板靠近所述第二连接板的一侧的厚度大于其远离所述第二连接板的一侧的厚度。

进一步地，所述第一连接板朝向所述第二连接板的一面设置有至少两个台阶；和/或所述立板朝向所述第二连接板的一面设置有至少两个台阶。

进一步地，所述第一连接板朝向所述第二连接板的一面设置有三个台阶；和/或所述立板朝向所述第二连接板的一面设置有三个台阶。

进一步地，所述第一连接板上的台阶与所述立板上的台阶交错设置。

进一步地，所述立板远离所述第二连接板的一侧的边缘设置有倒角。

进一步地，所述倒角的角度范围为30°-45°。

进一步地，所述第一连接板上设置有多个固定孔，用于与中央翼上壁板长桁的缘条贴合并连接或者与外翼上壁板长桁的缘条贴合并连接；和/或所述第二连接板上设置有多个固定孔，用于与1号肋腹板、水平十字接头的一边以及另一个所述长桁对接接头的第二连接板连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种机翼上壁板连接结构，包括上述方案中任意一项所述的长桁对接接头；多个所述长桁对接接头分为两组，其中一组分别设置在多条中央翼上壁板长桁上靠近外翼翼上壁板的一端；另外一组分别设置在多条外翼上壁板长桁上靠近中央翼上壁板的一端；每条所述中央翼上壁板长桁的腹板两侧相对设置有一个所述长桁对接接头，每条所述外翼上壁板长桁的腹板两侧相对设置有一个所述长桁对接接头；位于所述中央翼上壁板长桁上的所述长桁对接接头与位于所述外翼上壁板长桁上的所述长桁对接接头的位置相对应。

进一步地，位于所述中央翼上壁板长桁上的所述长桁对接接头的立板与中央翼上壁板长桁的腹板之间设置有间隙；和/或位于所述外翼上壁板长桁上的所述长桁对接接头的立板与外翼上壁板长桁的腹板之间设置有间隙。

根据本发明的又一个方面，提供一种飞机，包括上述方案中任意一项所述的机翼上壁板连接结构。

本发明旨在保护一种长桁对接接头、机翼上壁板连接结构及飞机，包括：第一连接板、第二连接板和立板；所述第一连接板、第二连接板和立板相互连接，形成包角状结构；所述第一连接板靠近所述第二连接板的一侧的厚度大于其远离所述第二连接板的一侧的厚度；所述立板靠近所述第二连接板的一侧的厚度大于其远离所述第二连接板的一侧的厚度。将整体接头一分为二，减小了零件毛坯尺寸，也可以分别处理，便于制造装配和维护。通过将第一连接板和立板进行变厚度设计，在该长桁对接接头用于长桁连接时，立板与长桁腹板贴合，第一连接板与长桁缘条贴合，可以合理控制长桁对接接头的刚度分布情况，提高了长桁对接接头的安全性和使用寿命。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)通过将第一连接板和立板进行变厚度设计，在该长桁对接接头用于长桁连接时，立板与长桁腹板贴合，第一连接板与长桁缘条贴合，可以合理控制长桁对接接头的刚度分布情况，提高了长桁对接接头的安全性和使用寿命；

(2)由于长桁对接接头采用整体机械加工成型，省时省力；

(3)长桁对接接头与长桁的贴合面均采用变厚度设计，均匀分担了长桁所产生的应力，受力均匀。避免了长桁对接接头局部受力超出负荷，产生开裂甚至直接损坏。不需要经常更换，提高了使用寿命。

附图说明

图1是现有技术中长桁对接接头与复合材料长桁连接关系示意图；

图2是根据本发明一实施例的长桁对接接头的结构示意图；

图3是根据本发明另一实施例的长桁对接接头的结构示意图；

图4是根据本发明又一实施例的机翼上壁板连接结构示意图。

附图标记：

1：长桁对接接头，11：第一连接板；12：第二连接板；13：立板；14：倒角；15.固定孔；2：中央翼上壁板长桁；3：外翼上壁板长桁；4：中央翼上壁板；5：外翼上壁板；6：1号肋腹板；7：水平十字接头；8：紧固件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用相同的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1是现有技术中长桁对接接头与复合材料长桁连接关系示意图。

如图1所示，现有设计方案中，飞机中外翼长桁对接接头为最常用方法，但这样的设计从制造和维修的角度来说都不是很好。其长桁对接接头的各部分的厚度均匀，但是制造装配时由于复合材料长桁水平边厚度不一致，导致钛合金接头装配时需要额外的修配工序。在该长桁对接接头用于长桁连接时，无法合理控制长桁对接接头的刚度分布情况，导致长桁对接接头的安全性差，使用寿命短。如果接头出现裂纹就需要对整个接头进行更换，耗时又耗力，且增加了使用成本。

图2是根据本发明一实施例的长桁对接接头的结构示意图。

图3是图2中的长桁对接接头的使用状态示意图。

如图2、图3所示，在本发明一实施例中，提供了一种长桁对接接头1，包括：第一连接板11、第二连接板12和立板13。

第一连接板11、第二连接板12和立板13相互连接，形成包角状结构；第一连接板11靠近第二连接板12的一侧的厚度大于其远离第二连接板12的一侧的厚度；立板13靠近第二连接板12的一侧的厚度大于其远离第二连接板12的一侧的厚度。立板13用于增加第一连接板11和第二连接板12的刚度。

可选的，长桁对接接头1材料包括但不限于钛合金。

本实施例的长桁对接接头1采用3面包角状的结构形式，在用于长桁对接时，相邻的两个长桁之间设置两个独立的接头，减小了零件毛坯尺寸。由于两个长桁之间存在两个长桁对接接头1，可以分别处理，便于制造装配和维护。位于外翼上壁板长桁3上的长桁对接接头1的立板13与外翼上壁板长桁3的腹板之间连接面、位于外翼上壁板长桁3上的长桁对接接头1的立板13与外翼上壁板长桁3的缘条之间连接面采用变厚度设计，合理控制长桁对接接头1的刚度分布情况，降低1号肋板8两边对接接头的应力水平，避免1号肋板8两边对接接头由于应力集中而提前发生破坏，提高长桁对接接头1的安全性和使用寿命。

可选的，第一连接板11与第二连接板12连接处设置圆角。

可选的，第二连接板12与立板13连接处设置圆角。

可选的，第一连接板11与立板13连接处设置圆角。

优选的，第一连接板11、第二连接板12与立板13之间连接处均设置圆角。

可选的，第一连接板11朝向第二连接板12的一面设置有至少两个台阶。通过在第一连接板11上设置台阶状结构，使得第一连接板11靠近第二连接板12的一侧的厚度大于其远离第二连接板12的一侧的厚度。台阶多少和紧固件的数量一致，是方便安装的同时尽可能降低重量。

优选的，第一连接板11朝向第二连接板12的一面设置有三个台阶。

可选的，立板13朝向第二连接板12的一面设置有至少两个台阶。通过在立板13上设置台阶状结构，使得立板13靠近第二连接板12的一侧的厚度大于其远离第二连接板12的一侧的厚度。

优选的，立板13朝向第二连接板12的一面设置有三个台阶。

可选的，第一连接板11上的台阶与立板13上的台阶交错设置。台阶交错设置为了避免结构刚度变化剧烈，提前发生破坏。

可选的，立板13远离第二连接板12的一侧的边缘设置有倒角14。倒角14用于降低立板13在端部的刚度。

可选的，倒角14的角度范围为30°-45°。倒角14的目的是刚度过渡。角度小会导致长桁对接接头1太长，重量就上去了，角度太大，刚度变化太大，容易损坏。

在一实施例中，第一连接板11上设置有多个固定孔15，用于与中央翼上壁板长桁2的缘条贴合并连接或者与外翼上壁板长桁3的缘条贴合并连接；具体地，当长桁对接接头11设置在中央翼上壁板长桁2上时，多个固定孔15用于与中央翼上壁板长桁2的缘条贴合并连接；当长桁对接接头11设置在外翼上壁板长桁3上时，多个固定孔15用于与外翼上壁板长桁3的缘条贴合并连接。

在又一可选实施例中，第二连接板12上设置有多个固定孔15，用于与1号肋腹板6、水平十字接头7的一边以及另一个长桁对接接头1的第二连接板12连接。1号肋腹板6两端相对的第二连接板12之间通过紧固件10连接。

可选的，紧固件10包括但不限于螺栓。

优选的，紧固件10为端头螺栓。

可选的，固定孔15为导孔，为接头安装时定位用，大小6.35mm

可选的，长桁对接接头1采用整体机械加工成型。

图4是根据本发明又一实施例的机翼上壁板连接结构示意图。

如图4所示，在本发明又一实施例中，提供了一种机翼上壁板连接结构，包括多个上述实施例中的长桁对接接头1；多个长桁对接接头1分为两组，其中一组分别设置在多条中央翼上壁板长桁2上靠近外翼上壁板5的一端；另外一组分别设置在多条外翼上壁板长桁3上靠近中央翼上壁板4的一端；每条中央翼上壁板长桁2的腹板两侧相对设置有一个长桁对接接头1，每条外翼上壁板长桁3的腹板两侧相对设置有一个长桁对接接头1；位于中央翼上壁板长桁2上的长桁对接接头1与位于外翼上壁板长桁3上的长桁对接接头1的位置相对应。本申请与现有技术中飞机的长桁对接接头1设计思想不同，从损伤容限的角度考虑，将整体接头一分为二，减小了零件毛坯尺寸。由于两长桁之间存在两个长桁对接接头1，可以分别处理，便于制造装配和维护。

位于外翼上壁板长桁3上的长桁对接接头1的立板13与外翼上壁板长桁3的腹板之间连接面主要承受复合材料外翼和长桁的轴向载荷，并且将此轴向载荷传递给第二连接板12与1号肋腹板连接面，由于长桁对接接头1的第一连接板111和立板13采用变厚度设计，使得该长桁对接接头1用于长桁对接时，能够合理控制长桁对接接头1的刚度分布情况，降低紧固件10的应力水平，避免紧固件10由于应力集中而提前发生破坏，提高了长桁对接接头1的安全性和使用寿命。

可选的，位于中央翼上壁板长桁2上的长桁对接接头1的立板13与中央翼上壁板长桁2的腹板之间设置有间隙。

可选的，位于外翼上壁板长桁3上的长桁对接接头1的立板13与外翼上壁板长桁3的腹板之间设置有间隙。

本发明实施例的另一方面提供了一种飞机，包括上述实施例中任意一项所述的机翼上壁板连接结构。

本实施例提供的飞机，由于采用了上述实施例中的机翼上壁板连接结构，合理控制长桁对接接头1的刚度分布情况，防止长桁对接接头1提前发生破坏，提高了使用寿命，降低了保养和维护工作所使用的人力和物力。

本发明旨在保护一种长桁对接接头、机翼上壁板连接结构及飞机，具有如下有益的技术效果：

通过将第一连接板11和立板13进行变厚度设计，省去了长桁对接接头1装配时额外的修配工序，省时又省力；机翼上壁板连接结构采用上述长桁对接接头1，可以合理控制长桁对接接头1的刚度分布情况，均匀分担了长桁所产生的应力，受力均匀，提高了长桁对接接头的安全性和使用寿命；飞机采用上述机翼上壁板连接结构，避免了长桁对接接头局部受力超出负荷，产生开裂甚至直接损坏。不需要经常更换，提高了长桁对接接头的安全性和使用寿命，降低了保养和维护工作所使用的人力和物力。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。