飞机结构和制造飞机结构的方法与流程

本公开总体涉及飞机的空气动力面，并且更具体地，涉及这种空气动力面的结构。

背景技术：

飞机和其他交通工具的外表面通常由多个面板形成。这样的面板通常需要彼此机械耦接和/或机械地耦接至飞机结构的下面。由于这种耦接，可能会形成间隙。这种间隙会导致增加气动扰动，增加阻力并且减小产生的上升力。因此减小或消除这种间隙能够提高飞机性能。

为了减小或消除这种间隙，现有技术利用拼接带和/或填料。然而，拼接带是附加部件并且通常需要额外紧固件、填垫、密封件或防腐蚀涂层。需要施加填料来作为附加步骤并且通常需要填垫或粘结料。

技术实现要素：

公开了一种用于飞机结构的系统和方法。在某个实例中，飞机结构可包括边缘面板和蒙皮。边缘面板可包括第一边缘面板部分和锥形的第二边缘面板部分，其中，第一边缘面板部分具有恒定的第一厚度，锥形的第二边缘面板部分包括邻近第一边缘面板部分的第一端和远离第一边缘面板部分的第二端，并且锥形的第二边缘面板部分的厚度从第一端到第二端减小。蒙皮可包括第一部分、第二部分、以及设置在第一部分与第二部分之间的第一弯曲部。第一部分和第二部分可具有基本上恒定的第二厚度，第二部分的至少一部分设置在锥形的第二边缘面板部分的至少一部分的下面，并且第二厚度大于第一厚度。

在另一实例中，可公开边缘面板。边缘面板可包括恒定厚度的第一边缘面板部分和多层复合的锥形的第二边缘面板部分。多层复合的锥形的第二端面板部分可包括邻近第一边缘面板部分的第一端和远离第一边缘面板部分的第二端，其中，锥形的第二边缘面板部分的厚度从第一端到第二端减小，锥形的第二边缘面板部分的厚度通过减少板层的量而减小，并且其中，邻近第一端的板层递减偏移大于邻近第二端的板层递减偏移。

本发明的范围由权利要求书限定，权利要求书通过引用的方式包含在此部分中。通过考虑以下对一个或多个实施方式的详细描述，本领域技术人员将会获得对本公开的更完整的理解以及其附加优点的实现。将参考将首先简要描述的附图。

附图说明

图1示出了根据本公开的实例的飞机。

图2示出了根据本公开的实例的飞机机翼。

图3至图6示出了根据本公开的实例的利用空气动力面互搭接头的空气动力学结构的部分的侧面剖视图。

图7示出了根据本公开的实例的利用空气动力面互搭接头的另一空气动力学结构的部分的侧面剖视图。

图8示出了根据本公开的实例的具有空气动力面互搭接头的复合空气动力学结构的部分的侧面剖视图。

图9至图10示出了根据本公开的实例的利用空气动力面互搭接头的空气动力学结构的部分的侧面剖视图的细节。

图11是详细说明根据本公开的实例的用于形成飞机的具有空气动力面互搭接头的部分的技术的流程图。

通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实例及其优点。应当理解，相同参考标号用于识别一个或多个图中示出的相同的元件。

具体实施方式

在此描述空气动力面互搭接头的各种实例。可在空气动力学结构中利用这样的空气动力面互搭接头。如在此描述的，这样的空气动力学结构可包括例如机翼、尾翼、尾部、发动机进气道或排气道、机身、或飞机的其他表面。飞机结构可包括边缘面板和蒙皮部分。边缘面板可包括第一边缘面板部分和厚度从第一端到第二端减小的锥形的第二边缘面板部分。蒙皮部分可包括第一部分、第二部分、以及设置在第一部分与第二部分之间的第一弯曲部。

在此描述的空气动力学互搭接头允许两个相邻面的空气动力学部件在它们的界面之间保持平滑的空气动力学轮廓。此外，这种空气动力面互搭接头允许部件简化安装，减少或消除对填料的任何需要并且减少零件计数和重量，同时保持结构强度。

图1示出了根据本公开的实例的飞机。图1的飞机100可包括机身170、机翼172、水平稳定器174、飞机发动机176、以及垂直稳定器178。另外，飞机100可包括通信和电子设备110、控制器108、及通信通道112。

在图1中描述的飞机100为示例性的并且应理解在其他实例中，飞机100可包括更多或更少的部件或者包括替代构造。此外，本文中描述的概念可延伸至其他飞机，诸如，直升机、无人机、导弹等。

通信电子设备110可以是飞机100与其他移动或固定结构(例如，其他飞机、交通攻击、建筑物、卫星、或其他这种结构)之间的通信的电子设备。通信电子设备110可设置在机身170、机翼172、水平稳定器174、垂直稳定器178、和/或飞机100的另一部分。通信电子设备110可包括用于发送和接收信号的天线。本文中描述了各种天线配置的实例。

通信通道112可允许控制器108与飞机100的各种其他系统之间的通信。因此，通信通道112可将飞机100的各种部件链接至控制器108。例如，通信通道112可以是有线或无线通信系统。

例如，控制器108可包括例如微处理器、微控制器、信号处理设备、存储器存储设备、和/或任何附加设备以执行本文中描述的各种操作中的任一个。在各种实例中，控制器108和/或其相关联的操作可实现为单个设备或(例如，通过有线或无线连接通信地链接的)多个连接的设备(诸如，通信通道112)以共同构成控制器108。

控制器108可包括一个或多个存储器部件或设备以存储数据和信息。存储器可包括易失性和非易失性存储器。这样的存储器的实例包括ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eeprom(电可擦只读存储器)、闪存、或其他类型的存储器。在特定实例中，控制器108可适配为执行存储在存储器中的指令以执行本文中描述的各种方法和过程，包括响应于传感器和/或操作者(例如，机组人员)的输入的控制算法的实现和执行。

机翼172、水平稳定器174、及垂直稳定器178、以及飞机发动机176的进气道和机身170的部分在此可称为空气动力面。空气动力面可以是产生上升力、下压力、和/或以另外的方式影响飞机100的稳定性或飞行的表面。在某些实例中，利用空气动力面互搭接头的空气动力面可设置在机翼172的前缘或后缘、水平稳定器174、垂直稳定器178、飞机发动机176、和/或机身170处或它们的附近。

图2示出了根据本公开的实例的飞机机翼。图2示出了包括翼本体202和前缘210的飞机机翼200。机翼200可以分成部分204、206、及208。部分204可以是前缘部分。部分206可以是中间部分。部分208可以是后缘部分。飞机机翼200的前缘210可设置在部分204内。在某些实例中，在此描述的空气动力面互搭接头设置在部分204内(例如，前缘210内)，但其他实例可将空气动力面互搭接头设置在部分206或208内。

图3至图6示出了根据本公开的实例的利用空气动力面互搭接头的空气动力学结构的部分的侧面剖视图。出于本公开的目的，“空气动力学结构”是指与飞机100周围的气流相互作用的任何结构或部件。即，在飞机100的操作过程中，可以可沿着这种空气动力学结构的至少一部分流动。这样的空气动力学结构的实例可包括机翼、尾翼、发动机进气道和排气道、机身、尾部、以及飞机100的其他部分。空气动力学结构可由一个或多个空气动力面(例如，承受气流的表面)限定。

图3示出了包含互搭接头的空气动力学结构300a，互搭接头包括边缘面板302a和蒙皮304a。在某些实例中，蒙皮304a耦接到结构部件306a。结构部件306a可为蒙皮304a提供结构支撑，并且因此为边缘面板302a提供结构支撑。

边缘面板302a的至少一部分可以是飞机100的空气动力面。边缘面板302a可包括第一边缘面板部分308a和第二边缘面板部分310a。在某些实例中，第一边缘面板部分308a可具有相同的厚度或比第二边缘面板部分310a更厚。空气动力学结构300a的前缘可以是第一边缘面板部分308a的一部分。在某些实例中，第一边缘面板部分308a可包括设置在复合层(诸如，碳纤维、玻璃纤维、或其他复合材料)之间的蜂窝结构以增加边缘面板302a的强度。因而，第一边缘面板部分308a可比第二边缘面板部分310a厚。

第二边缘面板部分310a的至少一部分可伸出蒙皮304a。因此，第二边缘面板部分310a可形成将边缘面板302a和蒙皮304a耦接在一起的互搭接头的至少一部分。此外，第二边缘面板部分310a可包括恒定厚度部分312a和锥形部分314a。恒定厚度部分312a可包括第二边缘面板部分310a的第一端。第一端可以设置为邻近(例如，接近或紧挨着)第一边缘面板部分308a。锥形部分314a可包括第二边缘面板部分310a的第二边缘。第二端可设置为远离(例如，背离)第一边缘面板部分308a。在某些实例中，第二端可以例如在如图3所示的边缘面板302a的最右边的点。

恒定厚度部分312a遍布整个部分可以为单一恒定厚度。因此，在第一端处于恒定厚度部分312a的第一边缘处的情况下，恒定厚度部分312a可以是从第一端到恒定厚度部分312a的另一边缘的单一恒定厚度。在某些实例中，蒙皮304a的厚度可大于恒定厚度部分312a的厚度。例如，蒙皮304a可为恒定厚度部分312a的厚度的三倍或三倍以上。

锥形部分314a可设置为邻近恒定厚度部分312a。锥形部分312a的厚度可从邻近恒定厚度部分312a的端到与恒定厚度部分312a的端相对的第二端减小。锥形部分314a可配置为邻近蒙皮304a的凹凸部设置以形成互搭接头或互搭接头的一部分。因此，锥形部分314a可包括设置为邻近蒙皮304a的倾斜面316a。

蒙皮304a可设置在边缘面板302a的后方。即，在飞机100的操作过程中，气流可在流经蒙皮304a之前越过边缘面板302a。蒙皮304a的至少一部分可以为空气动力学结构300a的空气动力面。

蒙皮304a可包括第一部分352a、第二部分354a、及第三部分356a。由于弯曲部348a，第二部分354a可设置为相对于第一部分352a成一定角度。由于弯曲部350a，第三部分356a可设置为相对于第二部分354a成一定角度。因而，第一部分352a、第二部分354a、及第三部分354c可形成咬合部。

边缘面板302a可经由一个或多个紧固件(诸如，紧固件322a)耦接至蒙皮304a。边缘面板302a可通过螺栓324a相对于蒙皮304a固定。紧固件322a可具有埋头320a。边缘面板302a和蒙皮304a可包括合适的通孔以容纳这种紧固件。因而，当边缘面板302a耦接至蒙皮304a时，埋头320a不会显著突出于边缘面板302a的表面(例如，在+/-2英寸内)并且不会显著干扰边缘面板302a的表面上的气流。

在这种实例中，第二部分354a和/或第三部分356a的外表面的轮廓可与锥形部分312a的内表面的轮廓基本上相匹配。因此，锥形部分312a可紧贴地邻近蒙皮304a定位。当端板302a耦接至蒙皮304a时，第一部分352a的外表面可定位为与边缘面板302a的外表面大致平齐(例如，在+/-2英寸内)。因而，在组装时空气动力学结构300a的外表面可相对平滑，改进空气动力学结构300a的表面上的气流。

在某些实例中，耦接至边缘面板302a的蒙皮304a或蒙皮304a的部分可以为基本上恒定的厚度(例如，+/-10％)。将蒙皮304a制造为基本上恒定的厚度可降低飞机100的生产时间或成本。因而，可以及时和成本高效的方式生产本文中描述的互搭接头的实例。

在某些实例中，当蒙皮304a为恒定厚度时，锥形部分314a和/或第二边缘面板部分310a的厚度可比蒙皮304a的厚度明显要薄。由于蒙皮304a可以是承载面板，蒙皮304a的恒定厚度允许更强健的部件。在某些实例中，蒙皮304a可通过粘合剂、焊接、机械紧固件(例如，螺栓、铆钉、和其他紧固件)和/或通过其他技术耦接至结构部件306a。

边缘面板302a可以是空气动力学结构300a的前缘板。即，边缘面板302a可包括空气动力学结构300a的前缘。在某些这样的实例中，与空气动力学结构300a的其他部分相比，边缘面板302a受到的载荷更小。因而，在此描述的互搭接头的薄锥形段可以为边缘面板302a的一部分(例如，作为锥形部分314a的一部分)以使浪费的重量和任何所需结构加强最小化。

图4至图6分别示出了空气动力学结构(诸如，空气动力学结构300b-d)的另外的实例。图4至图6以及图7和图8中示出的实例与图3的实例相似。因此，对于本文未明确描述的图4至图8的元件(与针对图3描述的元件(例如，边缘面板302a和302b)的元件数量相等)，可应用图3的说明。

图3和图5分别示出了用于空气动力学设备300a和300c的上表面的互搭接头的实例。图4和图6分别示出了用于空气动力学设备300b和300d的下表面的互搭接头的实例。图3和图4示出了用于相应空气动力学设备的肋件之间的部件的互搭接头的实例。图5和图6示出了相应空气动力学设备的支撑配件位置上的部件的示例性互搭接头。

图5还示出了具有通过在此描述的任一技术(例如，通过粘合剂、焊接、机械紧固件(诸如，紧固件322c)、和/或其他技术)的耦接至边缘面板302c、蒙皮304c、及结构部件306c的支撑结构526a的空气动力学设备300c。图6示出了除了用于空气动力学设备300d的下表面上的互搭接头之外与图5具有相似特征的空气动力学设备300d。在某些这种实例中，紧固件322c可以设置在边缘面板302c的下方以进一步提高边缘面板302c上的气流。

此外，如图6所示，由于支撑结构526a耦接至边缘面板302c，边缘面板302c不能包括如图3和图4所示的蜂窝结构。将支撑结构526a耦接至边缘面板302c可消除对蜂窝结构的需要。此外，除了螺栓322d之外，支撑结构526b可以通过具有埋头528的一个或多个销530耦接至边缘面板302d。支撑结构526b和边缘面板302d可包括合适的通孔以容纳紧固件。

图7示出了根据本公开的实例利用空气动力面互搭接头的另一空气动力学结构的部分的侧面剖视图。如图7所示，空气动力学设备300e包括边缘面板302e和蒙皮304e。

边缘面板302e包括恒定厚度部分312e和锥形部分314e。蒙皮304e包括第一部分352e、第二部分354e、以及第三部分356e。如图7所示，第二部分354e与第三部分356e之间的弯曲部350e的内半径730的位置可与恒定厚度部分312e与锥形部分314e之间的过渡段处的弯曲部的位置基本(例如，在底脚的范围内)相匹配。在某些实例中，恒定厚度部分312e与锥形部分314e之间的转换段处的弯曲部的半径可小于内半径730。

在某些实例中，可在边缘736处对蒙皮304e进行修整。即，例如，在蒙皮304e为复合蒙皮的情况下，可在制造过程中铺设多层复合材料。然后可沿着边缘736修整层以形成蒙皮304e。在某些这样的实例中，蒙皮304e可以为始终为基本上恒定的厚度并且可以为多层复合材料。可修整蒙皮304e的边缘。当蒙皮304e为多层复合材料时，由于可以铺设板层并且然后进行修整而不需要形成锥度，整个蒙皮为恒定的厚度允许蒙皮304e比较容易地制造。在某些这种实例中，可利用带材敷设机或通过另一自动化技术铺设复合板层。以这种自动化过程形成锥度可能是困难的，因此形成没有锥形段的蒙皮304e可允许简化的自动过程。

在这些实例中，从第一部分352e的顶部到第三部分356e的顶部的垂直偏移称为边缘面板偏移。边缘面板偏移可与第二边缘面板部分310e的厚度基本上相匹配。在某些实例中，边缘面板偏移可以在0.06到0.2英寸的范围内。

第二部分354e或第二部分的一部分可以称作咬合斜面。这种咬合斜面可以是距离318e的长度。距离318e可以定义为从半径730的中心点延伸到弯曲部348e的半径的中心点。距离318e与边缘面板偏移的比例可定义为斜坡比例。例如，5:1的斜坡比例表示距离318e是边缘面板偏移的五倍。在某些实例中，本文中描述的空气动力学设备的斜坡比例可从5:1到15:1。

图8示出了根据本公开的实例的具有空气动力面互搭接头的复合空气动力学结构的部分的侧面剖视图。图8示出了复合边缘面板302f。

边缘面板302f的至少第二边缘面板部分310f可以由多个复合板层形成。第二边缘面板部分310f可包括恒定厚度部分312f和锥形部分314f。在所有恒定厚度部分312f内的板层数量可以是相同的，而锥形部分314f可具有减少的板层数量以形成倾斜面316f的锥度。

因而，第二边缘面板部分310f可以由多个板层838a-e以及另外的板层制造。板层838a-e可各自具有不同的长度，并且由此允许板层的数量减少以形成倾斜面316f的锥度。板层的数量减少的第一点与板层的数量减少的接下来的点之间的距离可称为板层递减。在某些实例中，不同部分的板层减少可有所不同。例如，相比于板层838b结束与板层838c结束之间的板层递减842b，板层838a结束与板层838b结束之间的板层递减842a可以为更长距离(例如，大约25％至200％的更长距离)。在某些实例中，板层递减842a可以比第二端更接近第一端。板层递减842a的较长距离可以防止锥形部分316f干扰图7所示的蒙皮304e的半径730。

此外，边缘面板302f的端可另外包括具有卷曲偏移的区域840。边缘面板302f可在区域840的卷曲偏移处稍微向下弯曲(例如，向下弯曲边缘面板302f的厚度的20％或更少的距离)。这种卷曲偏移可以允许相应蒙皮的边缘面板302f的更齐平的配件。

图9至图10示出了根据本公开的实例的利用空气动力面互搭接头的空气动力学结构的部分的侧面剖视图的细节。

在图9中更详细地示出了具有卷曲偏移的边缘面板的配件。在图9中，位置944a示出了未耦接至蒙皮304a时的具有卷曲偏移的区域840(图8中示出的)的位置。位置944b示出了边缘面板302a耦接至蒙皮304a时的区域840的位置。如所示，区域840已被蒙皮304a向上推动并且现在与蒙皮304a的表面的顶部齐平。

在某些实例中，当边缘面板302a耦接至蒙皮304a时，间隙可仍存在于边缘面板302a的后方。图10示出了填料1046设置在间隙内的实例。填料1046可允许边缘面板302a与蒙皮304a之间更平滑的气流过渡。

图11是详细说明根据本公开的实例的用于形成飞机的具有空气动力面互搭接头的部分的技术的流程图。如图11所示，框1102至框1106描述了用于形成蒙皮的步骤而框1108和1110描述了用于形成边缘面板的步骤。

在框1102中，铺设蒙皮的板层。在某些实例中，可通过机器铺设板层。每个板层可铺设在先前铺设的板层的顶部上面。板层可以例如通过自动带材铺设机器或另一这种自动系统铺设。板层可以铺设为使得蒙皮始终为恒定的厚度。在某些实例中，板层可用树脂或其他填料预浸渍，但其他实例可在单独的步骤中施加树脂或其他填料。

在框1104中，蒙皮板层固化。因此，在框1104中，板层可形成为固体部件。在某些实例中，蒙皮板层可用板层内的一个或多个弯曲部固化，形成蒙皮的不同部分。这些部分中的一个或多个可被配置为设置在边缘面板的部分的下面。在框1106中，可对蒙皮进行修整以形成期望蒙皮的最终形状。

在框1108中，可形成边缘面板的部分。例如，蜂窝结构可保持在第一位置和复合材料的外部周围设置的复合材料的板层中。在框1110中，可形成边缘面板的锥形部分。某些实例可在(例如，通过铺设不同尺寸的板层)铺设板层时形成锥形部分而其他实例可在(例如，通过机械加工)铺设板层之后形成锥形部分。边缘面板的进一步的实例可以由金属材料制造，并且可通过机械加工、模压、锻造或其他技术形成这种实例中的锥形部分。

形成蒙皮和边缘面板之后，在框1112中，蒙皮可以耦接至边缘面板。蒙皮和边缘面板可以耦接以形成空气动力学设备。在某些实例中，可通过本文中公开的任何技术耦接边缘面板和蒙皮。

另外，本公开包括根据以下项的实例：

项1.一种包括本申请的飞机结构的飞机，飞机包括：

机身(170)；以及

机翼(172)，其中，飞机结构至少部分地设置在机翼内。

项2.一种边缘面板(302a)，包括：

恒定厚度的第一边缘面板部分(312a)；以及

多层复合的锥形的第二边缘面板部分(314a)，包括邻近第一边缘面板部分(312a)的第一端和远离第一边缘面板部分(312a)的第二端，其中，锥形的第二边缘面板部分(314a)的厚度从第一端到第二端减小，其中，通过减少板层的量，锥形的第二边缘面板部分(314a)的厚度减小，并且其中，邻近第一端的板层递减偏移大于邻近第二端的板层递减偏移。

项3.根据项2所述的边缘面板，还包括比第一边缘面板部分(312a)和锥形的第二边缘面板部分(314a)厚的蜂窝部分，并且其中，蜂窝部分包括设置在多个板层之间的蜂窝结构。

上述实例举例说明但是并不限制本发明。还应理解，根据本发明的原理，数字修改和变化是可能的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求定义。