專(zhuān)利名稱(chēng)：用于支撐飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)中的部件的桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于支撐飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)(fuselage cell structure)中的 部件的桿，所述機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)特別是由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造，所述桿特別地用于支撐位 于至少一個(gè)環(huán)形框架(annular former)上的至少一個(gè)基底桁架(floor frame)和/或所 述機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)另外的部件。
背景技術(shù)：
至少一個(gè)基底桁架通常被歸并到客機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)中，且主要通過(guò)依次布置且 橫切于飛行方向延伸的大量橫向橫梁(transverse crossbar)以及沿機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)的縱向 方向固定到所述橫向橫梁上的座椅導(dǎo)軌輪廓部分(seat rail profiled part)形成。具 有貨艙基底的貨艙(hold) —般設(shè)置在基底桁架下面，所述貨艙基底從機(jī)身隔間的所謂“艙 底”延伸一較短距離?；阻旒芎蜋M向橫梁例如在機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)中的環(huán)形框架上由合適的 支撐桿支撐。特別地出于減輕重量的原因，現(xiàn)代飛機(jī)日趨使用復(fù)合材料特別是使用碳纖維增強(qiáng) 熱固化合成樹(shù)脂制造?，F(xiàn)今，在一些情況下，飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)的所有基本部件，特別是 蒙皮段和外蒙皮、環(huán)形框架、橫向橫梁和包括所有連接托架的縱梁，已使用CFRP材料制造。

如果使用合適的材料復(fù)合物，則特別地由于腐蝕效應(yīng)僅輕微地影響該結(jié)構(gòu)，作為 使用這種復(fù)合材料的結(jié)果，重量的減輕還降低了維護(hù)成本。然而，缺點(diǎn)在于已知CFRP部件的修理成本的增加。在由落石沖擊(impact of stones)等引起的機(jī)械損壞的情況下，實(shí)際上不可能進(jìn)行打開(kāi)維修。另外，難以檢測(cè)到CFRP 部件中的裂縫和/或分層，這是因?yàn)檫@些缺陷經(jīng)常始于材料內(nèi)部，且在早期階段僅可困難 地在表面上被檢測(cè)到。由于與金屬材料相比電導(dǎo)率減小得相當(dāng)多，因此CFRP機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)也可不再用 作共用的回路導(dǎo)體(common return conductor)或者用作整個(gè)飛機(jī)電力的主體，因而將提 供另外的電回路。進(jìn)一步的缺點(diǎn)在于，現(xiàn)代CFRP材料由于其極高水平的機(jī)械剛性而僅可略微彈性 變形，從而在意外情況下出現(xiàn)的雖然持續(xù)時(shí)間短但非常強(qiáng)烈的機(jī)械峰值負(fù)載(‘碰撞負(fù) 載’(crash loads))不能被充分減小。在這種臨界情況下，一旦達(dá)到機(jī)械極限負(fù)載，則已知 的CFRP材料往往愈加可能完全裂開(kāi)或破裂。在一些情況下，該碰撞負(fù)載甚至可由于CFRP 材料的彈簧作用而增大。已知實(shí)施例的支撐桿和翼支架一般由擠壓輪廓形成，該擠壓輪廓利用金屬材料特 別是利用高強(qiáng)度鋁合金制造。特別是，該類(lèi)型的支撐桿支撐飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)中的環(huán)形 框架上的基底桁架。在很多情況下，這些支撐桿被配置為長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)從而使其能夠補(bǔ)償任 何公差，而且一般在任一端都包括金屬配件，利用該金屬配件可以以鉸接方式機(jī)械地結(jié)合 待連接的部分，例如環(huán)形框架和橫向橫梁。支撐桿因使用有利的金屬材料來(lái)制造而呈現(xiàn)有 利的碰撞性質(zhì)，這是因?yàn)樗鰲U因其固有的塑性變形而能夠吸收在涉及飛機(jī)的意外情況下產(chǎn)生的相對(duì)大量的機(jī)械能，并因而使該情況不會(huì)傷害乘客。然而，與CFRP機(jī)身隔間的傳統(tǒng) 部件相比，由擠壓鋁合金制成的這種支撐桿相對(duì)較重。一種用于提高飛機(jī)(特別是直升機(jī))的碰撞性質(zhì)的裝置由EP 1 120 340 A2已知。 立方體箱體被設(shè)置在基底下面，且填充以開(kāi)孔泡沫材料，該泡沫材料至少部分地用燃料浸 漬。在意外情況下，例如在非常不平穩(wěn)著陸或碰撞的情況下，箱體受到壓縮，燃料被迫流過(guò) 泡沫材料。更大量的沖擊能量由于與泡沫材料的由沖擊引起的變形相結(jié)合的粘性流動(dòng)而被 吸收。然而，該變型的缺點(diǎn)在于重量，這是因?yàn)榘ㄓ糜谖諞_擊能量的另外的吸收元件， 但該另外的吸收元件在正常操作期間不吸收機(jī)身隔間內(nèi)的任何應(yīng)力。 由于已知實(shí)施例的用于增強(qiáng)機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)的支撐桿的上述缺點(diǎn)，因此這些桿僅適 用于使用CFRP材料制造的機(jī)身隔間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種支撐桿，其顯著輕于已知實(shí)施例，但由于塑性變 形而能夠相當(dāng)大地減小在飛機(jī)意外情況下出現(xiàn)的高峰值碰撞負(fù)載和意外負(fù)載。該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征部分的特征的桿實(shí)現(xiàn)。由于該桿至少部分地由金屬泡沫形成，特別是用于吸收碰撞負(fù)載，因此根據(jù)本發(fā) 明的桿顯著地輕于傳統(tǒng)的支撐桿，在飛機(jī)意外情況下吸收高機(jī)械峰值負(fù)載的能力與由實(shí)心 的擠壓金屬材料制成的支撐桿相比也得到提高。用于制造根據(jù)本發(fā)明的桿所需要的泡沫使用已知方法制造。在該桿的有利的配置結(jié)構(gòu)中，所述金屬泡沫由金屬合金形成。除了通過(guò)將空腔歸并到所述金屬泡沫的金屬基質(zhì)中獲得的希望的重量減輕以外， 用于所使用的所述金屬泡沫的鋁合金的使用由于輕質(zhì)的鋁合金材料而可以實(shí)現(xiàn)另外的重 量減輕。而且，就加工而言，鋁合金材料由于其相對(duì)較低的約700°C的熔點(diǎn)而非常易于被泡 沫化，因此能實(shí)現(xiàn)有成本效益的制造。根據(jù)進(jìn)一步有利的配置結(jié)構(gòu)，所提供的桿完全由所述金屬泡沫形成。因而就加工而言，實(shí)現(xiàn)了所述桿的特別簡(jiǎn)單且有成本效益的構(gòu)造。而且，端部金屬 配件可被更容易地固定到實(shí)心金屬泡沫圓柱體。根據(jù)進(jìn)一步的改進(jìn)方案，所述桿的外表面為閉孔式或開(kāi)孔式。具體而言，所述閉孔式變型的優(yōu)點(diǎn)在于，濕氣和/或污垢顆粒不能滲入所述桿中， 使得特別是對(duì)于鋁合金而言，腐蝕效應(yīng)可被消除，而在敞開(kāi)式細(xì)孔或開(kāi)孔式的實(shí)施例中，上 述效應(yīng)不能被完全防止，但對(duì)于已滲入的任何外界材料的排干能力被提供在所述桿的靠近 表面的區(qū)域中。根據(jù)進(jìn)一步的有利配置結(jié)構(gòu)，所述桿包括至少部分地由所述金屬泡沫形成的芯， 該芯至少部分地由至少一個(gè)支撐殼體和/或由至少一個(gè)外部套筒覆蓋，且特別地被同軸地 圍繞。由于該配置結(jié)構(gòu)，可以使在飛行操作期間出現(xiàn)的正常應(yīng)力基本上由所述支撐殼體 吸收且另外地由所述外部套筒吸收，而在碰撞情況下出現(xiàn)的高機(jī)械峰值負(fù)載通過(guò)所述金屬 泡沫芯的塑性變形幾乎被完全消除。此外，通過(guò)所述支撐殼體，在碰撞情況下所述金屬泡沫 芯的不受控屈曲被防止，從而動(dòng)能通過(guò)包含在所述金屬泡沫中的空腔的壓縮幾乎被完全吸收，且能量沿所述桿的縱向方向幾乎被完全吸收。另外，通過(guò)所述外部套筒，濕氣和/或外 界顆粒向所述金屬泡沫芯的滲入被防止，從而可能有損于機(jī)械強(qiáng)度和/或動(dòng)能吸收能力的 不希望的腐蝕效應(yīng)被消除。所述桿的進(jìn)一步有利的配置結(jié)構(gòu)在另外的權(quán)利要求中被描述。


在附圖中圖1為飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的示意性剖視圖；圖2為桿的第一變型的中心部分的剖視圖；以及圖3為通過(guò)桿的第二變型的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1為通過(guò)飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)的剖視圖。飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1包括大量環(huán)形框架，其中一個(gè)環(huán)形框架由附圖標(biāo)記2表示。 機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1由外蒙皮3或外蒙皮段完全覆蓋。機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1進(jìn)一步包括基底桁架4， 基底桁架4將機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1分隔為客艙5和布置在該客艙下面的通常較小的貨艙6?；?底桁架4被構(gòu)造有大量橫梁7，橫梁7各自被布置在橫切于飛機(jī)的縱向方向的平面中，彼此 近似均勻地且依次地分隔開(kāi)。在橫梁7上，座椅導(dǎo)軌8垂直于圖面(即平行于飛機(jī)的縱向 軸線(xiàn))并平行于大量另外的座椅導(dǎo)軌延伸，所述另外的座椅導(dǎo)軌一方面增強(qiáng)基底桁架4，另 一方面固定成組的乘客座椅?；?被布置在座椅導(dǎo)軌輪廓部分之間并形成易裝卸的基底 區(qū)域10。機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1還包括貨艙桁架11，貨艙桁架11類(lèi)似于基底桁架4，由大量橫梁 12形成。所謂的‘底艙’ 13，即機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)1內(nèi)的最下面的區(qū)域，設(shè)置在貨艙桁架11下 面。由大量基板形成的貨艙基部14位于貨艙桁架11的橫梁上。一方面，橫梁7、12各自在任一端的區(qū)域中被連接到環(huán)形框架2。另外，基底桁架4 的橫梁7經(jīng)由布置在任一端的根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)桿15、16被支撐在環(huán)形框架2上，同時(shí)貨 艙桁架11特別地通過(guò)(也根據(jù)本發(fā)明配置的)兩個(gè)外部桿17、18被支撐在環(huán)形框架2上。 因而，基底桁架4和貨艙桁架11的所有另外的橫梁通過(guò)所述桿被支撐在所述環(huán)形框架上。 根據(jù)本發(fā)明配置的所有桿具有金屬配件(未提供附圖標(biāo)記)，以提供到橫梁和環(huán)形框架的 連接，該連接至少在一側(cè)為大致鉸接的。金屬配件僅僅通過(guò)圖1的圖示中的黑色半圓來(lái)表
7J\ ο圖2示出根據(jù)本發(fā)明的桿的第一變型的一(中心)部分的高示意性剖視圖。桿19 完全由金屬泡沫20形成并為近似圓柱形。圓柱形桿19的外表面21在第一區(qū)域22具有光 滑表面，即，金屬泡沫20的細(xì)孔或微型空腔在該區(qū)域閉合并形成連續(xù)平面。相比之下，外表 面21的第二區(qū)域23具有粗糙表面，該粗糙表面在該區(qū)域中、至少在外部區(qū)域上通過(guò)金屬泡 沫20的敞開(kāi)式細(xì)孔獲得。因而，外表面21在第一區(qū)域22中為閉合式細(xì)孔，而第二區(qū)域23 為敞開(kāi)式細(xì)孔。桿19將大體上具有完全閉合式細(xì)孔或完全敞開(kāi)式細(xì)孔的外表面。金屬泡沫20通過(guò)利用現(xiàn)有技術(shù)已知的方法將鋁合金泡沫化形成?？商娲?，中空 鋁球在第一制造步驟形成并在第二方法步驟中例如通過(guò)燒結(jié)被烘烤以形成一體式金屬泡沫。圖3示出桿的可替代實(shí)施例的一(中心)部分地示意性剖視圖，該桿由金屬泡沫 形成，用于在涉及飛機(jī)的意外情況下吸收上升的機(jī)械碰撞負(fù)載。桿25的優(yōu)選圓柱形的芯24完全由金屬泡沫26形成。芯24被中空?qǐng)A柱形支撐殼 體27同軸地圍繞，支撐殼體27相應(yīng)地被中空?qǐng)A柱形外部套筒28同心地圍繞。金屬泡沫26 完全由泡沫化鋁合金組成，而支撐殼體由塑性泡沫形成，特別是由剛性泡沫或芯結(jié)構(gòu)(例 如低材料厚度的鋪開(kāi)式蜂窩芯)形成。也可使用能夠排干的折疊的蜂窩芯代替具有大量鄰 接的閉合式六邊形蜂窩孔的蜂窩芯。外部套筒28優(yōu)選由纖維增強(qiáng)熱固性塑性材料形成，特 別是由碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹(shù)脂形成?？商娲?，外部套筒28也可由 鋁合金組成。特別地，通過(guò)支撐殼體27確保芯24的限定的空間位置，從而例如在碰撞的情況下 防止芯24的不受控制的側(cè)向屈曲，且所產(chǎn)生的最大量的減速度動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檠匦?4的縱向 軸線(xiàn)的塑性變形。一方面，外部套筒28保護(hù)支撐殼體27和由金屬泡沫26制成的芯24免 受傷害，即特別是腐蝕性大氣的影響，另一方面也可經(jīng)由桿25傳遞至少一些在飛機(jī)的正常 操作期間出現(xiàn)的應(yīng)力。與已知實(shí)施例的支撐桿和翼支架相比，根據(jù)本發(fā)明配置的桿對(duì)于碰撞情況下的能 量吸收呈現(xiàn)極好的能力，同時(shí)明顯地重量較輕。附圖標(biāo)記列表1機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)2環(huán)形框架3外蒙皮4基底桁架5 客艙6 貨艙7橫梁(基底桁架)8座椅導(dǎo)軌9 基板10 基底11貨艙桁架12橫梁(貨艙桁架)13 底艙14貨艙基底
權(quán)利要求
1.一種用于支撐飛機(jī)的機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)(1)中的部件的桿(15-18，19，25)，所述機(jī)身 隔間結(jié)構(gòu)特別是由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造，所述桿特別地用于支撐位于至少一個(gè)環(huán)形框架 (2)上的至少一個(gè)基底桁架(4)和/或所述機(jī)身隔間結(jié)構(gòu)(1)中的至少一個(gè)另外的部件，其 特征在于，所述桿(15-18，19，25)至少部分地由金屬泡沫(20，26)形成，特別地用于吸收碰撞負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿(19)，其特征在于，所述金屬泡沫QO二6)由鋁合金形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的桿(19)，其特征在于，所述桿(19)基本上完全 由所述金屬泡沫(20，26)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的桿(19)，其特征在于，所述桿(19)的外表面 (21)為閉孔式或開(kāi)孔式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿(25)，其特征在于，所述桿包括至少部分地由所述金屬泡 沫06)形成的芯(M)，所述芯至少部分地由至少一個(gè)支撐殼體(XT)和/或由至少一個(gè)外 部套筒08)覆蓋，且特別地被同軸地圍繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的桿(25)，其特征在于，所述支撐殼體(XT)由塑性材料形成， 特別地由塑性泡沫和/或芯結(jié)構(gòu)，特別是蜂窩結(jié)構(gòu)形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的桿(25)，其特征在于，所述外部套筒08)由纖 維增強(qiáng)塑性材料形成，特別是由玻璃纖維增強(qiáng)塑性材料或碳纖維增強(qiáng)塑性材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的桿(15-18，19，25)，其特征在于，所述桿(15-18,19,25)的兩端各自被提供有金屬配件，特別是孔眼，用于連接到所述機(jī)身隔間結(jié)構(gòu) ⑴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于支撐飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)(1)中的部件的桿(15-18，19，25)，所述機(jī)身結(jié)構(gòu)特別是由纖維增強(qiáng)塑性材料制造，所述桿特別是用于支撐位于至少一個(gè)環(huán)形框架(2)上的至少一個(gè)基底桁架(4)和/或所述機(jī)身結(jié)構(gòu)(1)的至少一個(gè)另外的部件。根據(jù)本發(fā)明，所述桿(15-18，19，25)至少部分地由金屬泡沫(20，26)形成，特別地用于吸收碰撞負(fù)載。盡管其具有低重量，所述金屬泡沫(20，26)可將在意外情況下產(chǎn)生的高機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)換為在金屬泡沫(20，26)內(nèi)的微型腔的塑性變形。所述桿(19)的第一形式的實(shí)施例幾乎完全由金屬泡沫(26)構(gòu)成，第二形式的實(shí)施例僅包括由具有相對(duì)小直徑的金屬泡沫(26)構(gòu)成的芯(24)，然后該芯被支撐殼體(27)和外部套筒(28)同軸地圍繞。
文檔編號(hào)B64C1/06GK102131698SQ200980132705
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者蒂姆·比勒斯巴赫 申請(qǐng)人:空中客車(chē)作業(yè)有限公司