專利名稱：用于結(jié)構(gòu)蒙皮的接觸加強(qiáng)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)蒙皮(skin)。特別地，本發(fā)明涉及用于加強(qiáng)結(jié)構(gòu)蒙皮的方法和裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)蒙皮經(jīng)常用于制造較大的部件，例如機(jī)翼抗扭翼盒、機(jī)身或操縱面結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)利用薄蒙皮，這些薄蒙皮在使壁中產(chǎn)生巨大剪切或壓縮的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下將變得不穩(wěn)定。此種構(gòu)造在包括機(jī)翼、機(jī)身、操縱面、尾桁等的大多數(shù)航空結(jié)構(gòu)中是典型的。結(jié)構(gòu)蒙皮可以做得更薄，因此當(dāng)使用內(nèi)部加強(qiáng)元件時，結(jié)構(gòu)蒙皮在重量上更有效率。一肋條，例如是垂直于箱形梁的縱軸布置的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)元件，即該肋條位于梁結(jié)構(gòu)的橫截面平面中。肋條在薄蒙皮結(jié)構(gòu)中提供許多用途，包括(1)為蒙皮/蒙皮桁條或翼梁面板提供支承以防止災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；(2)保持蒙皮的形狀和輪廓；(3)在直接載荷引入點處提供剛度；(4)將集中載荷分配到周圍的較薄結(jié)構(gòu)中；(5)在任何結(jié)構(gòu)元件發(fā)生破壞的情況下提供剪切力的重新分布路徑；和(6)將壓力分配到蒙皮中。這些肋條一般位于直接載荷引入點處。在多數(shù)情況下，整個肋條都用于抵抗載荷；然而，在一些情況下，僅使用肋條的某些區(qū)域抵抗載荷。此外，一些肋條不具有任何載荷引入點，而是抵抗內(nèi)部壓力載荷。
這些結(jié)構(gòu)箱形梁的組件可以是非常復(fù)雜的，常常需要極緊的公差配合。隨著部件數(shù)量的減少，由于可容納偏差的接合點少了，因此制造公差變得更加重要。將緊固件安裝到這些箱形梁中出現(xiàn)了額外的困難，包括接近較小內(nèi)部空間受限和復(fù)雜的密封要求。
單片封閉的孔隙結(jié)構(gòu)可經(jīng)濟(jì)地由各種方法生產(chǎn)，包括纏繞法、自動帶材放置、樹脂傳遞模塑法及其它。然而，這些裝配公差問題經(jīng)常排除使用帶有間接(secondarily)連接的內(nèi)部肋條(即，塞進(jìn)肋條(slip-in rib))的單片封閉孔隙的抗扭翼盒結(jié)構(gòu)。由于部件數(shù)量減少以及與將抗扭翼盒蒙皮合并到單一部件有關(guān)的組裝勞動量減輕，因此如果可克服裝配公差問題則可以實現(xiàn)巨大的成本節(jié)約。若干合成物制造技術(shù)可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)這種無接合點的抗扭翼盒結(jié)構(gòu)，包括纏繞法、自動帶材放置、樹脂傳遞模塑法及其它。由于安裝內(nèi)部加強(qiáng)肋條困難，因此單片無接合點抗扭翼盒結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用場合已受到限制。允許較大裝配公差以及肋條與抗扭翼盒蒙皮之間的合成間隙的肋條安裝設(shè)計將使這些節(jié)約成本的技術(shù)能夠有更加廣泛的應(yīng)用場合。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種蒙皮穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許用于蒙皮穩(wěn)定的兩主要方向中之一的僅接觸元件(contact-only element)。還需要一種穩(wěn)定元件安裝設(shè)計，該設(shè)計允許大裝配公差和蒙皮與蒙皮穩(wěn)定元件之間的間隙，從而減小組裝結(jié)構(gòu)的制造成本。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)蒙皮，在該蒙皮中，加強(qiáng)元件使用僅壓縮載荷路徑(compression-only load path)來支承蒙皮。
該目的通過提供各種構(gòu)造的塞進(jìn)肋條(slip-in rib)或其它加強(qiáng)元件而實現(xiàn)，在這些構(gòu)造中加強(qiáng)元件使用僅壓縮載荷路徑支承蒙皮。在優(yōu)選實施例中，加強(qiáng)元件具有適于壓入配合與蒙皮接觸的外邊緣。加強(qiáng)元件可由各種保持件夾持在適當(dāng)位置。另一構(gòu)造是具有凸緣的塞進(jìn)肋條，凸緣帶有外圍通道，外圍通道中放置有填充材料。該肋條插入到組裝好的結(jié)構(gòu)箱形梁中，填充材料用于填充塞進(jìn)肋條和結(jié)構(gòu)箱形梁的內(nèi)表面之間的任何間隙。填充材料優(yōu)選地是可膨脹材料，例如可膨脹的泡沫型材料。然而，在塞進(jìn)肋條形成直接(primary)結(jié)構(gòu)肋條時，填充材料優(yōu)選地是結(jié)構(gòu)粘合劑或液體填隙片材料。固體粘合劑或填充物在來自局部配合聯(lián)接處的緊固件或螺釘?shù)膴A緊力作用下不會被壓碎。
本發(fā)明提供了顯著的優(yōu)點，包括(1)由于放松的公差和減少部件數(shù)量的能力使得與制造封閉的箱形結(jié)構(gòu)相關(guān)的成本降低；(2)肋條/箱的結(jié)合的破壞并不顯著地影響結(jié)構(gòu)，因為通過肋條/箱的結(jié)合的剪切轉(zhuǎn)移是間接載荷路徑；(3)容納了累積公差，因為塞進(jìn)肋條可作為單片肋條結(jié)合到適當(dāng)位置；和(4)減少了制造勞動量，因為減少或消除了緊固件的安裝。
在下面的描述中，附加的目的、特點和優(yōu)點將是明顯的。


作為本發(fā)明特征的創(chuàng)新特點在所附權(quán)利要求中闡明。然而，本發(fā)明本身連同使用的優(yōu)選方式以及本發(fā)明進(jìn)一步的目的和優(yōu)點將通過參照下面的詳細(xì)說明并閱讀附圖而更好地被理解，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有加強(qiáng)元件的飛行器的圓錐尾桁的透視圖；圖2是圖1的尾桁的縱向橫截面圖，示出安裝在該尾桁中的根據(jù)本發(fā)明的幾種加強(qiáng)元件；圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖4是圖3的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的分解俯視圖，示出塞進(jìn)肋條的安裝位置；圖5是沿V-V剖開的圖4的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖6是沿VI-VI剖開的圖5的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的可選擇的實施例；圖8是根據(jù)本發(fā)明的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的另一可選擇的實施例；圖9是根據(jù)本發(fā)明的具有塞進(jìn)肋條的箱形梁結(jié)構(gòu)的另一可選擇的實施例；圖10是圖8和9的塞進(jìn)肋條的透視圖。
具體實施例方式
彎曲的結(jié)構(gòu)蒙皮可用圓周加強(qiáng)元件(例如，框架或肋條)或縱向加強(qiáng)元件(例如，縱梁、桁條或蓋)穩(wěn)定。本發(fā)明的基本發(fā)現(xiàn)是，用于抵抗扭曲并保持結(jié)構(gòu)蒙皮形狀的內(nèi)部支承機(jī)構(gòu)可以僅通過壓縮載荷轉(zhuǎn)移而在功能上實現(xiàn)。換句話說，內(nèi)部加強(qiáng)元件到蒙皮和其它框架元件的結(jié)構(gòu)聯(lián)接是多余且不必要的。這樣，如果加強(qiáng)元件陷入其它主要方向的聯(lián)接或整體的加強(qiáng)元件，或由其它主要方向的聯(lián)接或整體的加強(qiáng)元件支承，則兩種加強(qiáng)元件均可被允許使用僅壓縮“接觸”支承而相對于蒙皮浮動。
本發(fā)明在廣泛的工業(yè)范圍內(nèi)是有用的，并在期望內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)蒙皮的應(yīng)用場合中提供了有價值的好處和優(yōu)點。雖然本發(fā)明這里結(jié)合某些飛行器的應(yīng)用進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明的方法和裝置可用于許多不同的場合。
箱形梁結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析表明，僅帶有足夠?qū)⒗邨l夾持在適當(dāng)位置的結(jié)構(gòu)連接的肋條在支承蒙皮抵抗初始扭曲以及在扭曲后的蒙皮中使載荷的重新分配方面是相當(dāng)有效的。之所以這樣的原因是，當(dāng)面板扭曲時為了使梁橫截面變形，例如，支承面板邊緣的元件會相對運(yùn)動。這種塌陷的變形由內(nèi)部肋條抵抗，這防止了邊緣元件的相對運(yùn)動。這些肋條抵抗壓縮的塌陷變形，所以不需要到蒙皮或翼梁的剪切聯(lián)接。肋條周界的結(jié)合可被認(rèn)為具有極強(qiáng)的抗損壞能力，因為局部的不連續(xù)和損壞并不影響肋條的性能。
使用框架間的咬接接觸桿加強(qiáng)的大型飛行器機(jī)身蒙皮面板的更一般的情況也采用非線性有限元分析進(jìn)行說明。塞入桿足以用作桁條以防止剪切和壓縮載荷下完全的扭曲和機(jī)身塌陷。在該應(yīng)用中，與抗扭翼盒結(jié)構(gòu)中的肋條相似的框架是固定的，而桁條不直接附于蒙皮。因此，與塞進(jìn)肋條的示例相似，這說明了基本的前提，即當(dāng)用在兩相似加強(qiáng)方向之一時，使用僅接觸或僅壓縮載荷路徑的加強(qiáng)元件在結(jié)構(gòu)上足以用于薄蒙皮結(jié)構(gòu)。
在這里描述的飛行器場合中，本發(fā)明是支承蒙皮/蒙皮桁條或翼梁面板抵抗災(zāi)難性的失穩(wěn)并維持結(jié)構(gòu)箱形梁的形狀和輪廓，例如飛行器抗扭翼盒或控制表面結(jié)構(gòu)。在最廣泛的意義上講，本發(fā)明涵蓋兩個主要的概念(1)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)元件可在無緊固件或填隙片的條件下安裝到組裝好的薄蒙皮結(jié)構(gòu)中；和(2)這些加強(qiáng)元件到結(jié)構(gòu)箱形梁和翼梁的蒙皮的聯(lián)接是多余且不必要的。
參照附圖中的圖1和2，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于結(jié)構(gòu)蒙皮的接觸加強(qiáng)件的優(yōu)選實施例。該優(yōu)選實施例將結(jié)合用于飛行器的圓錐尾桁11來描述。尾桁11包括由多個拉長的間隔開的大梁15縱向支承并由多個塞進(jìn)肋條17周向支承的蒙皮13。蒙皮13使用多種方法制造，包括纏繞法，編織，纖維放置，或者用聚酯膠片、熱固塑料或熱塑塑料進(jìn)行手工扭絞，或者樹脂浸入方法，例如樹脂轉(zhuǎn)移模塑法或變體(例如，拉出、擠出或由金屬或復(fù)合片或纖維復(fù)合層疊面板來輥軋成形)。大梁15與蒙皮13共同固化或與蒙皮形成整體。塞進(jìn)肋條17包括安裝在大梁15周圍的缺口(castellation)18。應(yīng)當(dāng)知道，在一些場合中會期望缺口18和大梁15的頂部和側(cè)部之間存在間隙，這是因為主要載荷轉(zhuǎn)移在蒙皮13的內(nèi)表面和與其接觸的塞進(jìn)肋條17的外圍邊緣之間是壓縮的。
塞進(jìn)肋條17通過圓錐尾桁11的較大端部開口簡單地插入，并壓入到適當(dāng)位置。塞進(jìn)肋條17的外圍邊緣壓入配合以與蒙皮13的內(nèi)表面接觸。因此，在塞進(jìn)肋條17的外圍邊緣和蒙皮13的內(nèi)表面之間無需任何填充物來調(diào)節(jié)公差。在大多數(shù)場合中，塞進(jìn)肋條17用保持裝置(例如，咬接夾子、彈簧或鎖銷件)夾持在適當(dāng)位置。
塞進(jìn)肋條17可具有很多形狀和構(gòu)造。四個可能的構(gòu)造在圖2中示出。塞進(jìn)肋條19是實心塞子，塞進(jìn)肋條21具有帶有致密梁腹部分27的C通道構(gòu)造。塞進(jìn)肋條23具有帶有中心孔或桁架結(jié)構(gòu)29的開放C通道構(gòu)造，塞進(jìn)肋條25具有帶有中心孔或桁架結(jié)構(gòu)31的開放I梁構(gòu)造。應(yīng)當(dāng)知道，這些和其它構(gòu)造可根據(jù)各種因素而使用，例如肋條的位置、將其它元件穿過肋條的需要以及載荷條件。在該實施例的可選擇形式中，尾桁11由帶有卷成圓錐形狀以形成尾桁結(jié)構(gòu)的縱向緊固件的平蒙皮形成。
現(xiàn)參照附圖中的圖3和4，示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)箱形梁111。箱形梁111是具有壁113、115、117和119的單片薄壁中空結(jié)構(gòu)。壁113和115形成箱形梁111的上和下表面，壁117和119形成箱形梁111的側(cè)壁。如圖所示，壁113、115、117和119可包括在角114、116、118和120處為提供箱形梁111縱向剛度的附加材料(如果期望)。
箱形梁111由至少一個塞進(jìn)肋條121內(nèi)部支承。塞進(jìn)肋條121具有內(nèi)部梁腹部分123和外圍凸緣部分125。雖然梁腹部分123作為實心板元件示出，但應(yīng)當(dāng)理解，梁腹部分123可包括可允許電纜、電線或其它元部件縱向通過箱形梁111的孔和/或桁架布置(未示出)。凸緣部分125包括沿著塞進(jìn)肋條121外圍延伸的凹入通道127。梁腹部分123和凸緣部分125協(xié)同以使塞進(jìn)肋條121的功能為I梁。該構(gòu)造使塞進(jìn)肋條121的抗壓縮能力很強(qiáng)，這是本發(fā)明主要功能的載荷轉(zhuǎn)移路徑。
壁113、115、117和119一般由纏繞法，編織，纖維放置，或者用聚酯膠片進(jìn)行手工扭絞，或者樹脂浸入方法，例如樹脂轉(zhuǎn)移模塑法或變體(例如，拉出、擠出或由金屬片或纖維復(fù)合層疊面板來輥軋成形)整體形成，塞進(jìn)肋條121優(yōu)選地由金屬或非金屬纖維填充的耐加工板材制造。還可使用壓縮或注模或反應(yīng)性注壓法來生產(chǎn)純模壓肋條。然而，應(yīng)當(dāng)知道，壁113、115、117和119以及塞進(jìn)肋條121可由其它合適的材料形成，這取決于載荷、裝配和應(yīng)用條件。
在傳統(tǒng)的箱形梁結(jié)構(gòu)中，壁113、115、117和119在不附于內(nèi)部肋條和其它支承結(jié)構(gòu)的條件下不能成為整體或預(yù)先裝配。本發(fā)明一個主要的好處是壁113、115、117和119可在安裝內(nèi)部支承網(wǎng)絡(luò)之前整體生產(chǎn)或組裝。這是因為塞進(jìn)肋條121構(gòu)造成易于安裝到整體或單片箱形梁111中。
安裝到箱形梁111中后的塞進(jìn)肋條121的位置在圖4中以虛線示出。如圖所示，小縫隙或間隙131存在于凸緣125的外邊緣和壁113、115、117和119的內(nèi)表面之間。該間隙使塞進(jìn)肋條121快速并容易地插入到箱形梁111的內(nèi)部。正如將要更加詳細(xì)解釋的，間隙131還使塞進(jìn)肋條121容納某些制造公差。雖然僅示出了一個塞進(jìn)肋條121，但是應(yīng)當(dāng)知道，為箱形梁111提供期望支承所需的塞進(jìn)肋條121都可插入到箱形梁111中。塞進(jìn)肋條121可從箱形梁111的任一端插入。
現(xiàn)參照附圖中的圖5，示出了沿圖4的V-V剖開的安裝有塞進(jìn)肋條121的箱形梁111的橫截面。如圖所示，優(yōu)選地，塞進(jìn)肋條121的外形和輪廓緊密地匹配箱形梁111的內(nèi)部形狀和輪廓。這確保凸緣125的外邊緣和壁113、115、117和119的內(nèi)表面之間的間隙131大體上均勻，盡管制造公差會要求間隙的變化尺寸無限小。
現(xiàn)參照附圖中的圖6，示出了沿圖5的VI-VI剖開的安裝有塞進(jìn)肋條121的箱形梁111的橫截面。如圖所示，填充材料141置于通道127中。填充材料141可部分填充通道127、完全填充通道127或過度填充通道127。在優(yōu)選的實施例中，填充材料141是可膨脹的泡沫型粘合劑，該粘合劑在將塞進(jìn)肋條121安裝到箱形梁111中之前安裝在通道127中，而后被激活以使粘合劑膨脹并填充通道127和間隙131。激活可膨脹粘合劑141的過程一般是升溫和/或增壓的固化過程，在該過程中固化溫度和持續(xù)時間取決于所使用的具體的可膨脹粘合劑以及所期望的載荷和響應(yīng)特征。該過程可保持相對較大的間隙以易于塞進(jìn)肋條121的插入和組裝。雖然整個結(jié)構(gòu)可在大烘箱中加熱以激活可膨脹粘合劑，但也可使用局部加熱裝置，包括通過放置阻熱元件或阻熱條在粘合劑附近或內(nèi)部或鄰近粘合劑的位置并通過接點使電流流過阻熱材料。阻熱元件可嵌入到鄰近肋條的扭絞蒙皮中，接點或電線的網(wǎng)絡(luò)可按特定路徑引到外部接口點?？赏ㄟ^在粘合劑附近或在粘合劑中使用磁性材料并引入磁場而采用感應(yīng)加熱。還可通過嵌入到粘合劑附近的扭絞蒙皮中的磁層而使用感應(yīng)加熱。
在圖6中，通道127的上部示出激活之前的可膨脹填充材料141，通道127的下部示出激活并膨脹之后的可膨脹填充材料。如圖所示，可膨脹填充材料141膨脹后，通道127和間隙131充滿可膨脹填充材料141。
現(xiàn)參照附圖中的圖7A和7B，示出了本發(fā)明的兩個可選擇的實施例。在這些實施例中，凸緣125和壁113、115、117和119的內(nèi)表面之間的界面得到修改以提高垂直于塞進(jìn)肋條121平面的載荷的強(qiáng)度。在這些實施例中，填充材料141是可膨脹的填充材料，該可膨脹填充材料不與塞進(jìn)肋條121或壁113、115、117和119結(jié)合，但仍能提供令人滿意的機(jī)械鎖以抵抗作用在塞進(jìn)肋條121上的側(cè)向壓力載荷。
在圖7A的實施例中，凹槽或狹槽118加入到與凸緣125相對的壁113、115、117和119的內(nèi)表面。通道127和狹槽118填充有填充材料141。固化后，填充材料141形成機(jī)械鎖，該機(jī)械鎖提供縱向穩(wěn)定性并幫助防止塞進(jìn)肋條121相對于壁113、115、117和119縱向移動。在圖7B的實施例中，周向凹槽151加入到結(jié)合界面處以當(dāng)填充材料141膨脹時使填充材料141下陷。填充材料141固化后，凹槽151通過機(jī)械鎖提供縱向穩(wěn)定性并幫助防止塞進(jìn)肋條121相對于壁113、115、117和119縱向移動。
在圖7A和7B的實施例中，塞進(jìn)肋條121和壁113、115、117和119的內(nèi)部之間的聯(lián)接并不一定被填滿。塞進(jìn)肋條121可僅通過壓縮載荷轉(zhuǎn)移而提供扭曲支承和形狀保持。因此，由填充材料141形成的結(jié)構(gòu)上的結(jié)合僅是間接的。
前面的討論和圖1-7B的實施例特別適于間接(secondary)結(jié)構(gòu)肋條，即僅抵抗壓縮載荷的肋條。然而，直接(primary)結(jié)構(gòu)肋條需要肋條和箱形梁蒙皮之間的結(jié)構(gòu)粘合劑結(jié)合或機(jī)械固定。因此，需要提供一種在結(jié)構(gòu)上將肋條固定在箱形梁中的裝置。這可通過使用結(jié)構(gòu)粘合劑或機(jī)械保持器來實現(xiàn)。
現(xiàn)參照附圖中的圖8-10，示出了適于用作間接和直接結(jié)構(gòu)肋條的根據(jù)本發(fā)明的塞進(jìn)肋條的兩個實施例。對于直接結(jié)構(gòu)肋條，肋條必須在載荷引入的局部區(qū)域內(nèi)使用結(jié)構(gòu)粘合劑結(jié)合到和/或機(jī)械固定到結(jié)構(gòu)箱形梁的蒙皮。直接肋條的其它區(qū)域可仍依賴僅接觸的壓縮。雖然可使用機(jī)械緊固件，但在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，使用結(jié)構(gòu)粘合劑形成塞進(jìn)肋條和箱形梁蒙皮之間的結(jié)合，緊固件在對該粘合劑材料進(jìn)行必要的固化后安裝。
如圖所示，結(jié)構(gòu)箱形梁211包括蒙皮213和塞進(jìn)肋條221。塞進(jìn)肋條221包括內(nèi)部梁腹部分223和外圍凸緣部分225。與塞進(jìn)肋條121相同，雖然梁腹部分223作為實心的板元件示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，梁腹部分223可包括允許電纜、電線和其它元部件縱向通過箱形梁211的空隙空間和/或桁架布置(未示出)。
凸緣部分225包括沿著塞進(jìn)肋條221的外圍延伸以容納結(jié)構(gòu)粘合劑材料241的凹入通道227。如圖所示，小縫隙或間隙231存在于凸緣225的外邊緣和蒙皮213的內(nèi)表面之間。在這些實施例中，小外圍凹槽235可包括在凸緣225的兩側(cè)上以容納可選擇的密封元件，例如O形圈237。O形圈237幫助初始安置塞進(jìn)肋條221并幫助容納粘合劑241(如果需要)。
在這些實施例中，在塞進(jìn)肋條221和蒙皮213的內(nèi)表面之間形成結(jié)構(gòu)上的結(jié)合是有必要的。雖然可使用機(jī)械緊固件，但優(yōu)選地是使用結(jié)構(gòu)粘合劑來形成結(jié)構(gòu)上的結(jié)合。形成該結(jié)合的一種方法是使用獨立(self-contained)的位移機(jī)構(gòu)迫使結(jié)構(gòu)粘合劑241向外與蒙皮213的內(nèi)表面接觸。該方法在圖8中示出。形成該結(jié)合的另一種方法是通過孔243噴射結(jié)構(gòu)粘合劑241到凹入通道227中。該方法在圖9中示出。將理解的是，可以有很多落入本發(fā)明范圍內(nèi)的形成該結(jié)合的方法。圖10是塞進(jìn)肋條221的透視圖。
在圖8的方法中，通道227填塞有獨立的位移機(jī)構(gòu)，例如抽空或塌陷的可充氣管狀氣囊245。結(jié)構(gòu)粘合劑241而后位于位移機(jī)構(gòu)(在該示例中是可充氣氣囊245)的頂部。為通道227確定尺寸和形狀以容納氣囊245減小后的體積以及用于容納足夠的結(jié)構(gòu)粘合劑241以填充塞進(jìn)肋條221和蒙皮213之間界面區(qū)域的附加體積。氣囊245優(yōu)選地由例如尼龍、橡膠或其它有彈性的材料制成，使得當(dāng)被充氣或其它方式激活時，結(jié)構(gòu)粘合劑241向外移置以與蒙皮213的內(nèi)表面接觸，從而在塞進(jìn)肋條221和蒙皮213之間形成結(jié)構(gòu)上的結(jié)合。氣囊245而后可被密封以保持充氣狀態(tài)，變成犧牲的“飛出”工具，或者在結(jié)構(gòu)粘合劑241固化后從通道227中取出。在該實施例中，孔243可用于允許接近用于給氣囊245充氣的一個或多個閥桿247。獨立位移機(jī)構(gòu)(例如，氣囊245)的使用允許分配計量體積的流體粘合劑。這終止了使用傳統(tǒng)方法(例如，壓延或薄膜粘合劑)控制粘合劑體積的需求。
在圖9的方法中，塞進(jìn)肋條221干燥地插入到蒙皮213內(nèi)的適當(dāng)位置。而后，結(jié)構(gòu)粘合劑241通過孔243噴入以在周圍流動并充滿通道227。為通道227確定尺寸和形狀以允許粘合劑241在不擠出凸緣227的條件下圍繞塞進(jìn)肋條221的外圍流動。如圖10中所示，可位于凸緣225周圍不同位置并可以是簡單檢查口的孔243可用于確保粘合劑241充分充滿通道227。結(jié)構(gòu)粘合劑241以足夠的壓力壓入通道227以迫使結(jié)構(gòu)粘合劑與蒙皮213的內(nèi)表面接觸，從而形成塞進(jìn)肋條221和蒙皮213之間的結(jié)構(gòu)上的結(jié)合。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖8-10的實施例用連續(xù)的粘合劑示出并進(jìn)行了描述，但結(jié)構(gòu)粘合劑241與蒙皮213形成連續(xù)的結(jié)合是不必要的。根據(jù)本發(fā)明，僅需要局部的粘合。例如，塞進(jìn)肋條221和蒙皮213之間的界面部分可處理成在選定的位置釋放結(jié)構(gòu)粘合劑241并在其它位置保持結(jié)合。
如上所述，機(jī)械保持器可代替結(jié)構(gòu)粘合劑使用以將塞進(jìn)肋條固定到箱形梁內(nèi)的適當(dāng)位置。一些機(jī)械保持器包括帶有咬接接收器的填隙片、彈簧偏置按鈕和板簧等。
本發(fā)明的塞進(jìn)肋條減小了箱形梁結(jié)構(gòu)的裝配復(fù)雜性，特別是在部件數(shù)量減少的場合中。這是因為本發(fā)明的塞進(jìn)肋條不直接依賴于容納制造公差的接點的數(shù)量。此外，將緊固件安裝到箱形梁結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)一些困難，例如進(jìn)入小內(nèi)部空間和密封條件。安裝本發(fā)明的塞進(jìn)肋條的過程容納了累積公差，使得部件數(shù)量減少。從而因消除了緊固件的安裝，而減小了制造勞動量。
使用根據(jù)本發(fā)明的塞進(jìn)肋條，由于放松的公差和在不產(chǎn)生附加組裝成本的條件下減小部件數(shù)量的能力，因此與制造封閉的箱形結(jié)構(gòu)相關(guān)的成本可得以降低。因為肋條/箱的結(jié)合是間接的，所以只要保持肋條在箱中的位置，肋條/箱的破壞就不會顯著地影響結(jié)構(gòu)。
因為可以在單片結(jié)構(gòu)箱形梁中安裝單片肋條，所以使用可由容納累積公差的過程在適當(dāng)位置結(jié)合的塞進(jìn)肋條使得部件數(shù)量減少；以及因為消除了緊固件的安裝，所以制造勞動量得以減小。
雖然本發(fā)明關(guān)于具有與結(jié)構(gòu)箱形梁的幾何橫截面基本相同的形狀和輪廓的塞進(jìn)肋條進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的概念(即，使用僅壓縮載荷路徑的內(nèi)部支承箱形梁的能力)也可通過其它裝置實現(xiàn)，包括在肋條或翼梁之間使用剛性的拉長桿，該桿不固定到箱形梁的內(nèi)表面。這些桿通過使內(nèi)部加強(qiáng)元件之間保持期望的間隔而抵抗蒙皮的扭曲。
顯然已描述并示出了本發(fā)明的顯著優(yōu)點。雖然本發(fā)明以有限的數(shù)量和形式示出，但并不局限于這些形式，而是在不偏離本發(fā)明的精神的條件下可做各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于支承薄壁結(jié)構(gòu)蒙皮的內(nèi)部加強(qiáng)元件，包括梁腹部分；和外圍凸緣；其中所述內(nèi)部加強(qiáng)元件在僅壓縮載荷路徑中支承所述結(jié)構(gòu)蒙皮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述梁腹部分和凸緣具有C通道形狀的橫截面幾何形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述梁腹部分和凸緣具有I梁形狀的橫截面幾何形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括至少一個縱向通過所述梁腹部分的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述凸緣構(gòu)造成以所述薄壁蒙皮內(nèi)表面的形狀為輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括形成在所述凸緣中的凹入通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括置于所述凸緣中的填充材料，所述填充材料適于填充所述凸緣和所述薄壁蒙皮內(nèi)表面之間的間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括置于所述凸緣中的外圍凹槽；和置于每個外圍凹槽中、用于在所述凸緣和所述薄壁蒙皮內(nèi)表面之間形成密封以容納所述填充材料的密封元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括適于壓入所述凹入通道中以形成機(jī)械結(jié)合的結(jié)構(gòu)粘合劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述填充材料是可膨脹的粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括至少一個在所述凹入通道中、用于注入可膨脹粘合劑的孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述內(nèi)部加強(qiáng)元件構(gòu)造成在所述薄壁蒙皮制造和組裝后插入到所述薄壁蒙皮的內(nèi)部中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述梁腹部分是實心的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述梁腹部分包括空隙空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述內(nèi)部加強(qiáng)元件形成直接結(jié)構(gòu)肋條，使得在所述內(nèi)部加強(qiáng)元件和薄壁蒙皮之間形成機(jī)械聯(lián)接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述機(jī)械聯(lián)接使用機(jī)械緊固件而加強(qiáng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述機(jī)械聯(lián)接包括填隙片。
18.根據(jù)權(quán)利要求6的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括用于抵抗垂直于所述內(nèi)部加強(qiáng)元件平面的載荷的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述用于抵抗垂直于所述內(nèi)部加強(qiáng)元件平面的載荷的裝置包括在與所述凸緣相對的薄壁蒙皮內(nèi)表面中、用于使所述填充材料陷入的凹槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述用于抵抗垂直于所述內(nèi)部加強(qiáng)元件平面的載荷的裝置包括位于所述凸緣和所述蒙皮內(nèi)表面之間的結(jié)合界面處、用于使所述填充材料陷入的外圍凹槽。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述外圍凹槽置于所述凸緣的凹入通道中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述外圍凹槽置于與所述凸緣相對的薄壁蒙皮內(nèi)表面中。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述外圍凹槽置于所述凸緣的凹入通道和與所述凸緣相對的薄壁蒙皮內(nèi)表面中。
24.根據(jù)權(quán)利要求9的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括獨立位移機(jī)構(gòu)，所述獨立位移機(jī)構(gòu)置于所述凹入通道內(nèi)，當(dāng)所述內(nèi)部加強(qiáng)元件已插入到所述結(jié)構(gòu)箱形梁中之后，所述獨立位移機(jī)構(gòu)用于有選擇地移置所述填充材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述獨立位移機(jī)構(gòu)是可充氣的氣囊。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述可充氣氣囊由有彈性的材料制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括至少一個在所述凹入通道中、用于容納所述可充氣氣囊的閥桿的孔。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述填充材料僅部分地填充所述凹入通道。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括用于保持所述塞進(jìn)肋條位置的保持裝置，所述保持裝置僅產(chǎn)生間接載荷路徑。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述保持裝置包括機(jī)械緊固件，所述機(jī)械緊固件包括咬接接收器。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述保持裝置包括彈簧偏置按鈕。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述保持裝置包括板簧。
33.一種結(jié)構(gòu)箱形梁，包括形成至少一個薄壁蒙皮的外殼；所述外殼形成后適于塞入到所述外殼中的塞進(jìn)肋條，所述塞進(jìn)肋條包括梁腹部分；置于所述梁腹部分外圍周圍的凸緣；形成在所述凸緣中的凹入通道；和置于所述凹入?yún)^(qū)域中的填充材料，所述填充材料適于填充所述凸緣和所述外殼內(nèi)表面之間的間隙；其中所述結(jié)構(gòu)箱形梁由所述塞進(jìn)肋條僅壓縮支承。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)箱形梁，其中所述填充材料是可膨脹的粘合劑。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)箱形梁，還包括置于所述凹入通道內(nèi)、用于有選擇地移置所述填充材料使其與所述外殼內(nèi)表面接觸的可充氣氣囊。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu)箱形梁，還包括置于所述凹入通道內(nèi)、用于將所述填充材料注入所述凹入通道中的孔。
37.一種支承結(jié)構(gòu)箱形梁的方法，包括如下步驟提供內(nèi)部支承元件；將所述內(nèi)部支承元件插入到所述結(jié)構(gòu)箱形梁的內(nèi)部中；和用所述內(nèi)部支承元件僅壓縮地支承所述結(jié)構(gòu)箱形梁。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中用所述內(nèi)部支承元件僅壓縮地支承所述結(jié)構(gòu)箱形梁的步驟包括如下步驟提供具有中心梁腹部分的塞進(jìn)肋條、外圍凸緣和所述外圍凸緣中的凹入通道；將可膨脹的填充材料置于所述凹入通道中；激活所述可膨脹填充材料，使該填充材料膨脹，從而填充外圍凸緣和結(jié)構(gòu)箱形梁內(nèi)表面之間的間隙。
39.一種用于支承薄壁結(jié)構(gòu)蒙皮的內(nèi)部加強(qiáng)元件，包括內(nèi)部支承元件；和布置在適于與所述薄壁蒙皮接觸的內(nèi)部支承元件上的外圍接觸表面；其中所述內(nèi)部加強(qiáng)元件在僅壓縮載荷路徑中支承所述結(jié)構(gòu)蒙皮。
40.根據(jù)權(quán)利要求10的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括用于激活所述可膨脹粘合劑、可與所述薄壁蒙皮聯(lián)合操作的阻熱元件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的內(nèi)部加強(qiáng)元件，其中所述阻熱元件嵌入到所述薄壁蒙皮內(nèi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求10的內(nèi)部加強(qiáng)元件，還包括引入磁場以激活所述可膨脹粘合劑、可與所述薄壁蒙皮聯(lián)合操作的磁性材料。
全文摘要
公開了一種各種構(gòu)造的內(nèi)部加強(qiáng)元件(121)，在這些構(gòu)造中加強(qiáng)元件使用僅壓縮載荷路徑支承蒙皮(113)。在優(yōu)選的實施例中，該加強(qiáng)元件(121)具有適于壓入配合與蒙皮(113)接觸的外圍邊緣。該加強(qiáng)元件(121)可由各種保持器夾持在適當(dāng)位置。另一構(gòu)造是具有帶有外圍通道(127)的凸緣(125)的塞進(jìn)肋條(17)，在該外圍通道中放置有填充材料(141)。該肋條(17)插入到組裝好的結(jié)構(gòu)箱形梁(111)中，并且填充材料(141)用于填充塞進(jìn)肋條(17)和結(jié)構(gòu)箱形梁(111)內(nèi)表面之間的間隙。該填充材料(141)優(yōu)選地是可膨脹材料，例如可膨脹的泡沫型材料。然而在塞進(jìn)肋條(17)形成直接結(jié)構(gòu)肋條的情況下，該填充材料(141)優(yōu)選地是結(jié)構(gòu)粘合劑或液體填隙片材料。固體粘合劑或填充物在來自局部配合聯(lián)接處的緊固件或螺釘?shù)膴A緊力作用下不會被壓碎。
文檔編號B64C1/00GK1826451SQ200480004651
公開日2006年8月30日 申請日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者詹姆斯·D·赫思科克, 羅德尼·H·瓊斯 申請人:貝爾直升機(jī)泰克斯特龍公司