板、具有該板的用于飛機(jī)機(jī)翼的構(gòu)件以及用于制造該板的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種板，特別是用于飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的板，包括面形的主體和在主體的一側(cè)從所述主體突出的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條，并且所述主體和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條整體式成型。由于板的主體和強(qiáng)化筋條整體式成型，因此不需要額外的連接工藝，從而不會(huì)如同現(xiàn)有技術(shù)中的蒙皮和加強(qiáng)筋或衍條之間發(fā)生的那樣出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象，并減小裝配復(fù)雜度。
【專利說(shuō)明】板、具有該板的用于飛機(jī)機(jī)翼的構(gòu)件以及用于制造該板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種板、一種具有該板的用于飛機(jī)機(jī)翼的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以及一種用于制造該板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛機(jī)機(jī)翼中存在著各種具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，例如主機(jī)翼、襟翼、副翼、縫翼、尾翼等。箱形結(jié)構(gòu)一般由蒙皮和用于支撐蒙皮的梁組成。蒙皮一般由面形的金屬板或復(fù)合材料板構(gòu)成，并通過(guò)緊固件(例如鉚釘)或利用粘接的方式與梁連接。
[0003]在飛機(jī)操作和維護(hù)期間，所述具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件受到剪切力并由于其尺寸而易于屈曲，從而其穩(wěn)定性降低。另一方面，在飛機(jī)起飛和著陸期間，飛機(jī)機(jī)翼(尤其是襟翼尾緣)的蒙皮經(jīng)常遭受例如石子等的撞擊，從而可在蒙皮表面留下凹痕。如果凹痕過(guò)大或過(guò)深，不僅影響飛機(jī)在飛行時(shí)的力學(xué)性能，而且也會(huì)影響飛機(jī)的美觀。
[0004]為了提高具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的穩(wěn)定性和破損耐受性(damage tolerance),可在蒙皮上設(shè)置加強(qiáng)筋(stiffener)或祐1條(stringer),所述加強(qiáng)筋或祐1條可利用粘接的方式與蒙皮連接。加強(qiáng)筋或桁條可具有多種形狀，如“τ”、“ I ”、“Π”等。加強(qiáng)筋或桁條一般包括腹板和翻邊。此外，在加強(qiáng)筋或桁條的腹板上還可以設(shè)置有肋條，以進(jìn)一步加強(qiáng)蒙皮的強(qiáng)度。 [0005]然而，在飛機(jī)起飛或維護(hù)期間，由于受到例如石子、氣流、甚至無(wú)意中掉落的工具的撞擊，在蒙皮和加強(qiáng)筋或桁條之間產(chǎn)生裂紋，從而可發(fā)生脫離現(xiàn)象(例如脫膠(debonding))。而且，這種加強(qiáng)筋或桁條一般僅沿一個(gè)方向(即蒙皮的縱向)布置，從而僅能夠在一個(gè)方向上提高蒙皮的強(qiáng)度，而無(wú)法使蒙皮承受復(fù)雜的載荷。此外，由于增加了加強(qiáng)筋或桁條，這種方法不僅增加制造成本，而且增加裝配復(fù)雜性。
[0006]另外，為了提高所述具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的強(qiáng)度，在箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置蜂窩填充部或肋條。然而，所述蜂窩填充部或肋條都會(huì)增加箱形結(jié)構(gòu)的裝配復(fù)雜度和制造成本。
[0007]而且，在空間較小的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(例如襟翼尾緣)中，難以增加這種蜂窩填充部或肋條。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種板，特別是用于飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的板，其代替所述具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的蒙皮，從而不再需要加強(qiáng)筋或桁條，并且其具有高的穩(wěn)定性和強(qiáng)的破損耐受性。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一種板，特別是用于飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的板，包括面形的主體和在主體的一側(cè)從所述主體突出的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條，并且所述主體和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條整體式成型。由于板的主體和網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條整體式成型，因此不需要額外的連接工藝，從而不會(huì)如同現(xiàn)有技術(shù)中的蒙皮和加強(qiáng)筋或桁條之間發(fā)生的那樣出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象，并減小裝配復(fù)雜度。尤其有利的是，本發(fā)明的板應(yīng)用于空間較小的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件(例如襟翼尾緣)中，這是因?yàn)椴辉傩枰谙湫谓Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部布置在【背景技術(shù)】部分中所述的蜂窩填充部或肋條。
[0010]優(yōu)選地，所述板由復(fù)合材料構(gòu)成。特別有利的是，所述復(fù)合材料包括加強(qiáng)纖維和基體，并且所述加強(qiáng)纖維沿所述強(qiáng)化筋條的方向連續(xù)布置。由此，該板可以實(shí)現(xiàn)特別高的強(qiáng)度。該復(fù)合材料可以例如為碳纖維增強(qiáng)塑性材料(Carbon Fiber Reinforcement Plastic,CFRP)，其基體可采用環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)樹脂、熱固性樹脂、熱塑性樹脂等。
[0011]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條包括沿第一方向延伸的多個(gè)第一強(qiáng)化筋條和沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸的多個(gè)第二強(qiáng)化筋條。特別有利的是，所述多個(gè)第一強(qiáng)化筋條沿水平方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)所述主體上延伸，并且所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條沿豎直方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)所述主體上延伸。在此，根據(jù)在第一方向上和在第二方向上所承受的載荷，第一間距可以選擇成與第二間距等同或不同。根據(jù)該方案，強(qiáng)化筋條可至少沿兩個(gè)方向加強(qiáng)板的強(qiáng)度，從而增加板的穩(wěn)定性和破損耐受性。
[0012]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條還包括沿與所述第一方向和所述第二方向交叉的第三方向延伸的多個(gè)第三強(qiáng)化筋條。特別有利的是，所述多個(gè)第一強(qiáng)化筋條沿與水平方向成第一角度的方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)所述主體上延伸，所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條沿與水平方向成第二角度的方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)所述主體上延伸，并且所述多個(gè)第三強(qiáng)化筋條分別經(jīng)過(guò)所述多個(gè)第一強(qiáng)化筋條與所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條之間的交點(diǎn)延伸在整個(gè)所述主體上。根據(jù)該方案，強(qiáng)化筋條可至少沿三個(gè)方向加強(qiáng)板的強(qiáng)度，從而增加板的穩(wěn)定性和破損耐受性。
[0013]特別有利的是，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條構(gòu)造為正交網(wǎng)格(orthogrid)或等軸向網(wǎng)格(isogrid)的形狀。特別是，當(dāng)網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條采用等軸向網(wǎng)格的形狀時(shí)，可以在各個(gè)方向上均勻地加強(qiáng)板的強(qiáng)度，從而增加板的穩(wěn)定性和破損耐受性。
[0014]優(yōu)選地，所述板的帶有所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的一側(cè)朝向所述箱形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
[0015]本發(fā)明還提供一種飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，包括前梁、封閉端和蒙皮，其中，所述蒙皮由上述板構(gòu)成。優(yōu)選地，所述構(gòu)件為主機(jī)翼、襟翼、縫翼、副翼、尾翼或其組成部分，例如襟翼尾緣。
[0016]此外，本發(fā)明還提供一種制造上述板的方法，其中所述板由復(fù)合材料構(gòu)成，包括步驟:在模具的模腔中利用三維編織技術(shù)形成加強(qiáng)纖維的預(yù)成型體；將作為基體材料的液態(tài)樹脂注入到閉合的模腔中；將所述液態(tài)樹脂固化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]以下通過(guò)附圖所示的實(shí)施方式更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0018]圖1示出飛機(jī)的襟翼尾緣的示意圖；
[0019]圖2A和2B分別示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的板的透視圖和平面圖；
[0020]圖3A和3B分別示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的板的透視圖和平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下文中，以用于飛機(jī)機(jī)翼中的襟翼尾緣的板作為優(yōu)選的實(shí)施方式描述按照本發(fā)明的板。需要說(shuō)明的是，襟翼尾緣僅僅是示例性的，以下所描述的實(shí)施方式不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。按本發(fā)明的板能應(yīng)用于在飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、例如主機(jī)翼、襟翼、副翼、縫翼、尾翼或其組成部分、如襟翼尾緣上。
[0022]襟翼包括襟翼主體和尾緣。參照?qǐng)D1，襟翼尾緣包括上蒙皮10、下蒙皮20、前梁30和封閉端40。上蒙皮10和下蒙皮20分別覆蓋在前梁30和封閉端40的上方和下方,從而形成一箱形結(jié)構(gòu)。
[0023]圖2和圖3分別示出用于替代上蒙皮10或下蒙皮20的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的板。
[0024]參照?qǐng)D2A和2B，根據(jù)第一實(shí)施例的板100包括面形的主體110和在主體的一側(cè)從主體110優(yōu)選向箱體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部突出的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條。所述主體110和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條整體式成型。在本實(shí)施例中,所述主體Iio和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條都由復(fù)合材料構(gòu)成。這種復(fù)合材料可包括加強(qiáng)纖維和基體，并且所述加強(qiáng)纖維沿強(qiáng)化筋條的方向連續(xù)布置。該復(fù)合材料可為例如CFRP，其基體可采用環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)樹脂、熱固性樹脂、熱塑性樹脂等，并例如利用復(fù)合材料液體模塑成型(liquid composite molding, LCM)技術(shù)制造。LCM技術(shù)是指將液態(tài)聚合物注入鋪有纖維預(yù)成型體的閉合模腔中，或?qū)㈩A(yù)先放入模腔中的纖維膜加熱熔化，使液態(tài)聚合物在流動(dòng)充模的同時(shí)完成對(duì)纖維的浸潤(rùn)并固化成型為制品的復(fù)合材料制備技術(shù)。特別是，首先利用三維編織技術(shù)在模具的模腔中形成加強(qiáng)纖維的預(yù)成型體，然后將作為基體材料的液態(tài)樹脂注入閉合的模腔中，最后對(duì)液體樹脂進(jìn)行固化，從而制成本發(fā)明的板。利用該技術(shù)制成的板特別是在厚度方向上的強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，這是因?yàn)榘宓闹黧w與從板的主體突出的強(qiáng)化筋條能夠通過(guò)纖維相互連接。
[0025]所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條可包括沿第一方向延伸的多個(gè)第一強(qiáng)化筋條120和沿與第一方向交叉的第二方向延伸的多個(gè)第二強(qiáng)化筋條130。在本實(shí)施例中，多個(gè)第一強(qiáng)化筋條120沿水平方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)主體110上延伸，并且多個(gè)第二強(qiáng)化筋條130沿豎直方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)主體110上延伸。也就是，網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條構(gòu)造為正交網(wǎng)格的形狀。此外，第一間距可以等同或不同于第二間距。
[0026]當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件采用該實(shí)施例的板來(lái)代替蒙皮時(shí)，一方面，由于板中的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條而增大板的穩(wěn)定性和破損耐受性，從而不再需要使用加強(qiáng)筋或桁條，當(dāng)然也不再會(huì)出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象。另一方面，該板中的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條能夠沿至少兩個(gè)方向增強(qiáng)板的穩(wěn)定性，從而提聞板承受載荷的能力。
[0027]參照?qǐng)D3A和3B，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的板200包括面形的主體210和在主體的一側(cè)從主體210優(yōu)選向箱體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部突出的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條。所述主體210和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的材料和連接方式與第一實(shí)施例中的所述主體110和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的材料和連接方式相同。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的板200與第一實(shí)施例中的板100的不同之處在于網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的布置結(jié)構(gòu)。
[0028]在第二實(shí)施方式中，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條可包括沿第一方向延伸的多個(gè)第一強(qiáng)化筋條220、沿與第一方向交叉的第二方向延伸的多個(gè)第二強(qiáng)化筋條230以及沿與第一方向和第二方向交叉的第三方向延伸的多個(gè)第三強(qiáng)化筋條240。多個(gè)第一強(qiáng)化筋條220可沿與水平方向成第一角度的方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)主體210上延伸，多個(gè)第二強(qiáng)化筋條230可沿與水平方向成第二角度的方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)主體210上延伸，并且多個(gè)第三強(qiáng)化筋條240可分別經(jīng)過(guò)多個(gè)第一強(qiáng)化筋條220與多個(gè)第二強(qiáng)化筋條230之間的交點(diǎn)延伸在整個(gè)主體210上。在本實(shí)施例中，多個(gè)第一強(qiáng)化筋條220可沿與水平方向成150度的方向彼此間隔第一間距地延伸在整個(gè)主體210上，多個(gè)第二強(qiáng)化筋條230可沿與水平方向成30度的方向彼此間隔第二間距地延伸在整個(gè)主體210上，并且多個(gè)第三強(qiáng)化筋條240可分別沿豎直方向延伸在整個(gè)主體210上，其中第一間距等于第二間距。也就是，網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條構(gòu)造為等軸向網(wǎng)格的形狀。
[0029]在本實(shí)施例中，由于網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條構(gòu)造為等軸向網(wǎng)格的形狀，因此能夠沿各個(gè)方向均勻地增強(qiáng)板的穩(wěn)定性，從而提高板承受載荷的能力。
[0030]另外，關(guān)于以上實(shí)施例中的間距和角度，其可根據(jù)使用該板的構(gòu)件的實(shí)際情況(例如受力方向、構(gòu)件尺寸等)來(lái)選擇。
[0031]另外，根據(jù)本發(fā)明的板中的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的網(wǎng)格形狀并不限于上述列舉的形狀，而是可以根據(jù)實(shí)際情況選擇為任何合適的形狀，例如蜂窩形狀。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的板可應(yīng)用于空間較小的用于飛機(jī)機(jī)翼的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、例如襟翼尾緣中，這種構(gòu)件難以安裝加強(qiáng)筋或衍條，而且也難以增加蜂窩填充部或肋條的。例如，這種構(gòu)件可以是主機(jī)翼、襟翼、副翼、縫翼、尾翼或其組成部分、如襟翼尾緣。
[0033]盡管通過(guò)示例并參照特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但可以理解，在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可進(jìn)行修改和/或改進(jìn)。
[0034]如果在以上描述中引用的整體或元件具有已知等價(jià)物，則這種等價(jià)物在此也并入本文。
[0035]附圖標(biāo)記列表
[0036]I 襟翼
[0037]2襟翼尾緣
[0038]10上蒙皮
[0039]20下蒙皮
[0040]30 前梁
[0041]40封閉端
[0042]50 肋
[0043]100、200 板
[0044]110、210 主體
[0045]120,220第一強(qiáng)化筋條
[0046]130,230第二強(qiáng)化筋條
[0047]240第三強(qiáng)化筋條
【權(quán)利要求】
1.板，特別是用于飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的板，包括面形的主體和在主體的一側(cè)從所述主體突出的網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條，并且所述主體和所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條整體式成型。
2.按權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述板由復(fù)合材料構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求2所述的板，其特征在于，所述復(fù)合材料包括加強(qiáng)纖維和基體，并且所述加強(qiáng)纖維沿所述強(qiáng)化筋條的方向連續(xù)布置。
4.按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的板，其特征在于，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條包括沿第一方向延伸的多個(gè)第一強(qiáng)化筋條和沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸的多個(gè)第二強(qiáng)化筋條。
5.按權(quán)利要求4所述的板，其特征在于，所述多個(gè)第一強(qiáng)化筋條沿水平方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)所述主體上延伸，并且所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條沿豎直方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)所述主體上延伸。
6.按權(quán)利要求4所述的板，其特征在于，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條還包括沿與所述第一方向和所述第二方向交叉的第三方向延伸的多個(gè)第三強(qiáng)化筋條。
7.按權(quán)利要求6所述的板，其特征在于，所述多個(gè)第一強(qiáng)化筋條沿與水平方向成第一角度的方向彼此間隔第一間距地在整個(gè)所述主體上延伸，所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條沿與水平方向成第二角度的方向彼此間隔第二間距地在整個(gè)所述主體上延伸，并且所述多個(gè)第三強(qiáng)化筋條分別經(jīng)過(guò)所述多個(gè) 第一強(qiáng)化筋條與所述多個(gè)第二強(qiáng)化筋條之間的交點(diǎn)在整個(gè)所述主體上延伸。
8.按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的板，其特征在于，所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條構(gòu)造為正交網(wǎng)格或等軸向網(wǎng)格的形狀。
9.按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的板，其特征在于，所述板的帶有所述網(wǎng)格狀強(qiáng)化筋條的一側(cè)朝向所述箱形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
10.飛機(jī)機(jī)翼中的具有箱形結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，包括前梁、封閉端和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮由按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的板構(gòu)成。
11.按權(quán)利要求10所述的構(gòu)件，其特征在于，所述機(jī)翼是主機(jī)翼、襟翼、副翼、縫翼、尾翼或其組成部分，例如襟翼尾緣。
12.用于制造按權(quán)利要求1所述的板的方法，所述板由復(fù)合材料構(gòu)成，包括步驟:在模具的模腔中利用三維編織技術(shù)形成加強(qiáng)纖維的預(yù)成型體；將作為基體材料的液態(tài)樹脂注入閉合的模腔中；將所述液態(tài)樹脂固化。
【文檔編號(hào)】B64C3/26GK104024105SQ201180075904
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日
【發(fā)明者】劉 東 申請(qǐng)人:空中客車簡(jiǎn)易股份公司