复合材料的机翼边缘附接及方法_2

文档序号:9679340阅读:来源:国知局
134,并且也可以直接附接至主翼梁128。
[0033]为了向机架提供结构强度,主翼梁128通常尽可能长的制成,并且从机翼104的下蒙皮126延伸至上蒙皮124。因此,翼肋134通常包括多个部分,包括前缘翼肋部分134a、一个或多个内部翼肋部分134b、及后缘翼肋部分134c。图3示出的是前缘翼肋部分134a的特写立体图,其沿着前向主翼梁128a的正面136附接,并且限定机翼凸头形状。在图4中示出完整的前缘机翼装配的截面图。图4的视图是用于相对大型飞机的复合构造的机翼104的前缘118。前缘118可以称为复合边缘或者复合材料机翼边缘。机翼104通常包括固定的机翼部分138和可移动的前向机翼缝翼120。图4示出前向主翼梁128a、内部翼肋部分134b及前缘翼肋部分134a。固定的机翼部分138可以在概念上划分为机翼翼盒部分140和前缘部分142,其中,机翼翼盒部分140包括前向主翼梁128a及其结构尾部,而前缘部分142包括前向主翼梁128a的前向结构。
[0034]在机翼翼盒部分140中,机翼结构包括分别在机翼104的顶部和底部上的上复合材料机翼翼盒蒙皮板124和下复合材料机翼翼盒蒙皮板126。这些机翼翼盒蒙皮板124、126附接至翼肋134和主翼梁128a,并且还附接至通常平行于主翼梁128a布置的纵梁或者桁条144。主翼梁128a的前方是前缘蒙皮板146,前缘蒙皮板146围绕由前缘翼肋部分134a支撑的机翼104的凸头成曲形。前缘蒙皮板146可以包括重量轻的蜂窝芯,帮助为该板提供额外的强度。
[0035]如上所述,复合材料机翼/尾翼翼盒板通常比与其邻接的前缘板(或后缘板)厚得多。例如,如在图4至图6中可以看出,机翼翼盒蒙皮板124、126比前缘蒙皮板146厚约十倍。这是因为施加在形成机架的主承载结构的一部分的机翼翼盒蒙皮板124、126上更大的结构负荷,并且因为前缘蒙皮板146的弯曲,自然相对于其厚度增加了其强度。
[0036]为了促进相对薄的前(或后)缘蒙皮板146与机翼翼盒蒙皮板124、126之间的接合,现有设计使用各种设备,诸如接合带、啮合板、摆动板和二次粘结填料。图5中示出的是用于在远离前向前缘翼肋的位置处附接复合材料机翼104的固定前缘蒙皮板146的现有结构的特写截面图。机翼翼盒蒙皮板124未直接连接至机翼前缘蒙皮板146。替代地,机翼翼盒蒙皮板124附接至前向主翼梁128a,并与翼梁128a外悬一定距离。其中具有阶梯(joggle) 150的接合带148利用紧固件152附接至机翼翼盒蒙皮板124,并且还利用紧固件154附接至前缘蒙皮板146。接合带148的几何形状旨在弥补机翼翼盒蒙皮板124与前缘蒙皮板146之间在厚度上的差值。
[0037]图5的构造具有许多部件,包括接合带148和紧固件152、154,潜在增加飞机的重量(因为接合带148通常由金属制成)和用于安装的劳动力。该构造在装配期间还可能涉及额外的劳动和垫片等的使用以确保机翼翼盒蒙皮板124和机翼前缘蒙皮板146的适当的对准和前缘缝翼的适当的空气动力学流线面。
[0038]如本文中公开的,已发展通过允许机翼/尾翼和边缘的板直接彼此附接来减小用于复合材料固定机翼边缘附接的部件数的系统和方法。这使固定前缘结构和后缘结构能够直接附接至复合材料机翼和尾翼翼盒,无需使用接合带、啮合板、摆动板或者二次粘结填料。这样在减小接合处的易变性的同时减少部件的数量、重量和成本。易变性的减小还可以有助于减小的填隙和空气动力学的不整齐的可能性减小以用于改进的性能。
[0039]图6示出的是具有复合构造(类似在图1和图2中示出的飞机100和机翼104)的飞机的机翼200的前缘的截面图,结合了根据本公开内容的固定前缘附接的实施方式。该前缘200也可以称为复合边缘或者复合材料机翼边缘。图7示出的是该固定前缘附接的特写截面图,而图8提供示出紧固件及其他特征的该附接的特写截面图。机翼200通常包括固定机翼部分202和可移动前向机翼缝翼204,图6中示出可移动前向机翼缝翼204的收起位置。机翼200的上复合材料机翼翼盒蒙皮板206及下复合材料机翼翼盒蒙皮板208分别利用紧固件214,诸如埋头的钛或者合金钢紧固件附接至内部翼肋部分210b和前向主翼梁212a。固定前缘蒙皮板216围绕机翼200的凸头弯曲,由前缘翼肋部分210a支撑并且也直接在其近端217处附接至机翼翼盒蒙皮板206、208。前缘蒙皮板216可以包括重量轻的蜂窝芯,帮助提供该板额外的强度。
[0040]本文示出的复合材料机翼边缘蒙皮板附接构造可以用于机翼的前缘或者后缘的任一个。在任一前缘或者后缘实施方式中,复合材料机翼翼盒蒙皮板206、208在附接区域218利用外悬部分220附接至外部的机翼翼梁(S卩,前向主翼梁或尾部主翼梁)。附接区域218是机翼翼盒蒙皮板206的通常接近外部机翼翼梁212a的区域,无论前部和尾部,均包括外悬区域220。虽然机翼翼盒蒙皮板206在一些区域可以在厚度上变化,但是其在附接区域218中具有基本上恒定的基底厚度和层数。换言之,机翼翼盒蒙皮板206在附接区域218具有基本上恒定的板层219的基部厚度,以使附接区域中的蒙皮板的强度最大化。
[0041]外悬部分220包括在板206的外表面226上的共同固化锥形复合板层224的增厚的边缘区域222。增厚的边缘区域222包括锥形复合板层224,在它们的厚端或者远端230设置在远端边缘232(也是机翼翼盒蒙皮板206的外悬边缘)的后面,以提供整体肩部234,复合材料(composite,复合)机翼边缘蒙皮板216利用紧固件236直接附接至肩部234。整体肩部234由复合材料斜面238限定,复合材料斜面238具有限定从远边缘232退回距离d的厚端230的一组锥形复合板层224,锥形复合板层224在复合材料机翼翼盒蒙皮板206的外表面226上进行共同固化。这些锥形复合板层224限定锥形复合材料斜面238,锥形复合材料斜面238具有与机翼翼盒蒙皮板206的外表面226齐平的近端242,和设置在外悬边缘232的后面距离d的远端230,在远端230具有最大斜面厚度t,从而在外悬边缘232上限定肩部234。复合材料斜面238可以具有在10:1至100:1的范围内的锥度比。在一个实施方式中,斜面的锥度比约是40比1。即,其中斜面238具有约0.13英寸的最大厚度,斜面部分可以具有约5.2英寸的总长度。
[0042]与机翼翼盒蒙皮板206共同固化的复合材料斜面238提供几个优势。先前的方法提出为了空气动力学目的,在邻近于边缘板的该类型附接点使用二次施加的填料。然而,与共同固化过渡结构相比较,二次粘结填料增加处理时间和费用。根据本公开内容,共同固化非结构性复合材料提供该过渡斜面238。
[0043]肩部234可以各种方式形成,包括成形、机械加工及其他方法。在一个实施方式中,通过对着具有期望肩部形状的芯轴(未示出)搁置板206的基本上恒定的板层219和锥形复合板层224,来完成整体肩部234的形成。被定位以形成斜面或者锥形238的锥形复合板层224的远端230可以在机翼翼盒蒙皮板206的放置和固化期间对着芯轴放置并保持,以便形成肩部234。即,可以在机翼翼盒蒙皮板206的搁置和固化期间提供具有期望的肩部尺寸的芯轴模型,使得斜面复合板层224的远端230开始于设置在外悬边缘232的后面有一距离的期望肩部。
[0044]替代地,斜面复合板层224可以延伸至机翼翼盒蒙皮板206的外悬部分220的远边缘232,并且肩部234可以通过机械加工机翼翼盒蒙皮板206的外悬边缘232(在固化之后)以移去共同固化斜面复合板层224的一部分并建立肩部234而形成。本领域的技术人员对用于在复合板上进行该类机械加工的系统是熟知的。机械加工步骤可以移去肩部234区域中的所有斜面复合板层224,或者在肩部234形成之后,一些斜面复合板层224仍然可以延伸至远边缘232。当在固化的蒙皮板中对肩部234进行机械加工时,肩部234的近端246可以提供有释放半径“r”,帮助减少应力集中,在此,蒙皮板206的总厚度改变。无论成形或者机械加工,肩部234由复合材料机翼翼盒蒙皮板206的在外悬边缘232处的外表面
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