用于航行器的優(yōu)化的抗扭箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種具有復(fù)合材料的抗扭箱（13）的航行器升力面，包括上蒙皮（21）、下蒙皮（23）、前翼梁（18）、后翼梁（20）、一個(gè)或多個(gè)中間翼梁（19、19'）和布置在后翼梁（20）及其相鄰的中間翼梁（19'）之間和/或前翼梁（18）和相鄰的中間翼梁（19）之間的用于改善其結(jié)構(gòu)特性的多個(gè)橫翼肋（25、25’、...）。本發(fā)明還提供所述抗扭箱的制造方法。
【專利說(shuō)明】用于航行器的優(yōu)化的抗扭箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航行器的抗扭箱，特別是涉及一種升力面的抗扭箱。
【背景技術(shù)】
[0002]航行器升力面的結(jié)構(gòu)通常包括抗扭箱。例如，航行器尾翼(水平或垂直)通常由前緣、抗扭箱和具有控制面(襟翼、升降舵、方向舵等)的后緣構(gòu)造。
[0003]抗扭箱是主要結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)支撐所涉及的所有負(fù)載(空氣動(dòng)力學(xué)、燃料、動(dòng)態(tài)等)，并且包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)元件。
[0004]如今具有有機(jī)基體和連續(xù)纖維的復(fù)合材料，尤其是碳纖維增強(qiáng)塑料(⑶即)，在種類繁多的結(jié)構(gòu)元件中廣泛應(yīng)用于航空業(yè)。具體而言，構(gòu)成航行器尾翼及其它升力表面的抗扭箱的全部元件可以使用碳纖維復(fù)合材料制造。
[0005]復(fù)合抗扭箱的設(shè)計(jì)需要結(jié)合不同屬性的兩方面:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面和制造方面。
[0006]傳統(tǒng)的做法是限定形成它的結(jié)構(gòu)元件(蒙皮、翼梁、桁條、翼肋)的抗扭箱的設(shè)計(jì)、這些元件的分開(kāi)制造以及這些元件 隨后在裝配工廠中的結(jié)合遵循與在僅使用金屬材料時(shí)在航空業(yè)中使用的那些方案類似的方案。
[0007]可以采用預(yù)浸(即印1*60技術(shù)完成上述制造。在第一步驟中，制備用于每一個(gè)元件的復(fù)合預(yù)浸層(61168)的平的組137-即然后，通過(guò)傳統(tǒng)的熱成形過(guò)程獲得具有所需要形狀的元件的疊層預(yù)制件，在某些情況下，由于高曲率，使用加壓成形過(guò)程代替。在得到所需要的形狀以后，取決于所需的公差和整體制造成本，疊層預(yù)制件在陽(yáng)模或陰模中被固化。在包括分開(kāi)固化的子組件(諸如該元件的翼肋和垂直加強(qiáng)筋)的某些元件的情形下，需要第二固化周期用于共同結(jié)合所述子組件。最后，在全部固化周期以后，修整元件的輪廓得到最終幾何形狀，并且然后通過(guò)超聲波系統(tǒng)檢查元件，以確保其質(zhì)量。使用所述方法制造的抗扭箱成本是高的，因?yàn)樗霾襟E對(duì)于每個(gè)結(jié)構(gòu)元件將單獨(dú)地進(jìn)行。此外，由于長(zhǎng)的長(zhǎng)度和需要將全部結(jié)構(gòu)元件安裝和裝配在一起的任務(wù)的高復(fù)雜性，與抗扭箱的裝配有關(guān)的成本也很高。這種方法隨后用于制造多翼肋抗扭箱，例如，在圖匕和化中所示的水平尾翼(??？
[0008]肌？由前緣11、抗扭箱13和具有控制面(襟翼，升降舵，方向舵等)的后緣15構(gòu)成?？古は?3的結(jié)構(gòu)元件為通過(guò)縱向桁條硬化的上蒙皮21和下蒙皮23、前翼梁18、后翼梁20和橫翼肋16，所述橫翼肋16連接到前翼梁18、后翼梁20以及上蒙皮21和下蒙皮23以便保持抗扭箱的形狀和加強(qiáng)鏈接到航行器中的??？結(jié)構(gòu)布置和用于處理的??？控制表面的致動(dòng)器的負(fù)載引入?yún)^(qū)域。
[0009]替代的方法是以結(jié)合一起的方式制造抗扭箱的全部或部分，用于獲得包括抗扭箱的結(jié)構(gòu)元件的全部或部分的單體套件(611861^16)0在這方面，用于抗扭箱的一個(gè)實(shí)施例在102008/132251中進(jìn)行了描述。
[0010]由于目前不能夠提供用以考慮所有涉及的變量以及尤其是那些與其制造有關(guān)的變量獲得用復(fù)合材料制成的航行器尾翼的扭力箱的最佳設(shè)計(jì)的分析工具航行器，因此航空業(yè)不斷要求改善已知的抗扭箱的效率和/或成本的新的抗扭箱提議和新的制造方法。
[0011]本發(fā)明針關(guān)注這種需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于航行器升力面的復(fù)合材料的抗扭箱，允許相對(duì)于已知的抗扭箱降低重量和成本。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述抗扭箱的制造方法。
[0014]在一個(gè)方面中，這些和其他目的通過(guò)抗扭箱來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述抗扭箱包括上蒙皮、下蒙皮、前翼梁、后翼梁、一個(gè)或多個(gè)中間翼梁和多個(gè)橫翼肋，所述多個(gè)橫翼肋設(shè)置在后翼梁和與其相鄰的中間翼梁之間和/或前翼梁和相鄰的中間翼梁之間。所述翼肋結(jié)合在多翼梁抗扭箱中是本發(fā)明的關(guān)鍵特征。
[0015]上和下蒙皮可以包括在由沒(méi)有翼肋的翼梁界定的全部單元中的加強(qiáng)桁條。
[0016]在尾翼的抗扭箱的情形下，放置在后翼梁和相鄰的中間翼梁之間的橫翼肋被布置為接受和分布由航行器尾翼的控制配置裝置產(chǎn)生的負(fù)載，以提高抗扭箱的抗扭剛性和避免抗扭箱的巨大變形。同樣地，在前翼梁和相鄰中間翼梁之間布置的橫翼肋的目的是提高抗扭箱的抗扭剛性和避免抗扭箱的大的變形。
[0017]抗扭箱的這種多翼梁和多翼肋配置結(jié)合了多翼梁構(gòu)造的結(jié)構(gòu)制造優(yōu)點(diǎn)和多翼肋配置的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。
[0018]在另一個(gè)方面，上述目的通過(guò)制造所述抗扭箱的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟分開(kāi)地制造包括抗扭箱的除了受所述橫翼肋影響的后翼梁和/或前翼梁以外的全部結(jié)構(gòu)元件的單體套件以及后翼梁和/或前翼梁山)將受所述橫翼肋影響的所述后翼梁和/或前翼梁與單體套件結(jié)合。因此抗扭箱的大部分以結(jié)合一起的方式制造，減少了組件和緊固件的數(shù)量量，并且因此減少了抗扭箱的重量和成本。
[0019]在所述單體套件的制造方法的一個(gè)實(shí)施例中，包括以下步驟提供一組用于形成所述單體套件的復(fù)合材料的疊層預(yù)制件，每一個(gè)疊層預(yù)制件被配置為形成所述單體套件的部分山)將所述疊層預(yù)制件布置在固化組件中，所述固化組件包括用于形成單體套件的封閉部分的第一組模具和用于形成單體套件的開(kāi)放部分的第二組模具，并且使固化組件經(jīng)受高壓釜周期以共同固化所述疊層預(yù)制件；(3)沿翼展方向脫模第一組模具和沿翼弦方向脫模第二組模具。
[0020]結(jié)合附圖，從本發(fā)明和所附權(quán)利要求的隨后詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他適宜的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖匕是已知水平尾翼的透視圖，示出抗扭箱、具有控制面的前緣和后緣。
[0022]圖是已知抗扭箱的透視圖，其中上蒙皮已經(jīng)向上移動(dòng)以提高箱內(nèi)部的可視性。
[0023]圖如是根據(jù)本發(fā)明的抗扭箱的示意透視圖，包括后翼梁和相鄰的中間翼梁之間的翼肋。
[0024]圖26是單體套件和根據(jù)本發(fā)明的制造方法分開(kāi)制造并且隨后被結(jié)合的后翼梁的示意平面圖。的特定實(shí)施例中的單體套件的開(kāi)口部分的八-八的所述單體套件的固化組件的兩個(gè)實(shí)兌模以后由圖213的平面八-八獲得的單體套
1抗扭箱，但是本發(fā)明適用于航行器的任何
的復(fù)合抗扭箱13，包括以下結(jié)構(gòu)元件:.19，。
’之間的若干個(gè)橫翼肋25、25’、25”、25’”。
置解決了在許多典型的?。考軜?gòu)中發(fā)生的受熱成型過(guò)程以給其所希望的形狀，或者以想要的形狀在表面上執(zhí)行期望的鋪疊。在本說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“疊層預(yù)制件”表明在其所屬的產(chǎn)品的制造過(guò)程中意圖與其它元件結(jié)合或形成整體的復(fù)合元件。
[0045]-使用合適的模具將全部疊層預(yù)制件一起布置在固化組件40中，并且使固化組件40經(jīng)受高壓釜周期以共同固化疊層(匕!!!!!!社6(0預(yù)制件。
[0046]-脫開(kāi)模具。
[0047]-修整和檢查該組件。
[0048]對(duì)于圖2136和仙中所示的單體套件30的實(shí)施例，用于制造單體套件30的疊層預(yù)制件有以下幾種:
[0049]-多個(gè)疊層預(yù)制件41、43、45和47，具有雙0形橫截面，用以在前翼梁18和中間翼梁19’(特別地參見(jiàn)圖3^310之間形成單體套件30的內(nèi)部部分。
[0050]—多個(gè)疊層預(yù)制件55,57；55’、57’ ；55”、57” ；55，”、57’ ”，具有0形橫截面和在其內(nèi)端中的用以形成翼肋 25、25’、25”、25’”的側(cè)壁(見(jiàn)圖60。
[0051]—多個(gè)疊層預(yù)制件49、49’、49”、49’”、49，，，，，具有0形橫截面，以與翼肋25，25，、25”，25’” 一起形成在中間翼梁19’和后端之間的(參見(jiàn)圖60的單體套件30的內(nèi)部部分。替代地，可以使用單個(gè)疊層預(yù)制件50 (參見(jiàn)圖73和70。
[0052]-多個(gè)疊層預(yù)制件51、53具有蒙皮21，23的形狀，以形成其外部。
[0053]分兩步彎曲在模具37上的平的組坯的端部以得到主要凸緣和次級(jí)凸緣，形成由腹板、兩個(gè)主要凸緣和兩個(gè)次級(jí)凸緣配置的雙形疊層預(yù)制件41、43、45、47 (參見(jiàn)圖50。次級(jí)凸緣形成蒙皮21、23的加強(qiáng)縱翼梁22、24。
[0054]彎曲在模具35上的平的組坯的端部以獲得凸緣，形成由腹板和兩個(gè)凸緣構(gòu)造的形疊層預(yù)制件49、49’、49”、49’ ”、49，，，，或0形疊層預(yù)制件50 (參見(jiàn)圖5?).[0055]彎曲平的組坯，形成由腹板、兩個(gè)凸緣和側(cè)壁構(gòu)造的翼肋預(yù)制件55、57 ；55’、57’ ；55”、57” ；55’ ”、57’ ”。圖5(3示出由箭頭？1、？2、表示的形成翼肋預(yù)制件55的凸緣和側(cè)壁(未示出模具)所需要的彎曲操作。
[0056]圖
和側(cè)壁29構(gòu)造，所述側(cè)壁29具有與腹板27相同的高度和與凸緣28、28’相同的寬度。
[0057]各疊層預(yù)制件的厚度和復(fù)合材料根據(jù)抗扭箱13的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)上的需要限定。
[0058]如在圖33和圖如中所示，所述預(yù)制件被布置在形成固化組件40的模具上(還參見(jiàn)圖8),所述固化組件40將經(jīng)受高壓釜周期以得到單體套件30。
[0059]所述模具包括以下元件:
[0060]-模具61，在由前翼梁18和中間翼梁19界定的預(yù)知空間中延伸。
[0061]-模具63，在由中間翼梁19、19’界定的預(yù)知空間中延伸。
[0062]-模具65、67、69、71、73在由翼肋25、25’、25”、25’”界定的預(yù)知空間中延伸。圖


和模具 67 的模塊的裝配。
[0063]特別地如在圖8中圖示，模具61、63沿固化組件40的順翼展方向01脫模，和模具65、67、69、71、73沿固化組件40的翼弦方向02脫模。
[0064]在包括具有大曲率的蒙皮21、23的抗扭箱的情況下，可以期望將模具65、67、69、71、73分成幾部分，以方便脫模過(guò)程。參見(jiàn)圖9a、9b和9c，其中模具65已經(jīng)被分成三個(gè)部分65’、65’ ’、65’ ”,用于首先沿翼弦方向脫模中心部分65”,其次脫模模具65’、65’ ”,在第一步驟中把它們沿垂直方向上與蒙皮21、23分開(kāi)，并且在第二步驟中沿翼弦方向上移出它們。
[0065]圖1Ob示出根據(jù)本發(fā)明的單體套件30的另一實(shí)施例，其沒(méi)有加強(qiáng)蒙皮21、23的桁條(stringer)，但是具有與后翼梁20連接的連接凸緣36、38。
[0066]用于制造它的疊層預(yù)制件(參照?qǐng)D1Oa)如下:
[0067]-疊層預(yù)制件42、44、46、48，具有C形橫截面，用以形成單體套件30的閉合部分。
[0068]-與在前面的實(shí)施例中使用的疊層預(yù)制件相同的疊層預(yù)制件，用以形成橫翼肋。
[0069]-具有雙C形橫截面的單個(gè)預(yù)制件54，用以連同翼肋一起形成單體套件30的開(kāi)口部分的內(nèi)部，或者替代地，如前面在圖6b中圖示的實(shí)施例的模塊配置中的一組預(yù)制件。
[0070]-具有蒙皮21、23的形狀的疊層預(yù)制件51、53，用以形成其外部。
[0071]第二組模具包括在固化組件40的開(kāi)口部分的每個(gè)內(nèi)部空間中的三個(gè)模具65’、65”、65，，，,...,以便于在翼弦方向上脫模。
[0072]圖1lb示出根據(jù)本發(fā)明的單體套件30的另一個(gè)實(shí)施例，具有在單體套件30的封閉部分中增強(qiáng)的蒙皮21、23的桁條22、24和與后翼梁20連接的連接凸緣36、38。
[0073]用于制造它的疊層預(yù)制件(參照?qǐng)D1la)如下:
[0074]-疊層預(yù)制件41、43、45、47，具有雙C形橫截面，用以在前翼梁18和中間翼梁19’之間形成單體套件30的內(nèi)部部分。
[0075]-與在前面的實(shí)施例中使用的疊層預(yù)制件相同的疊層預(yù)制件，用以形成橫翼肋。
[0076]-單個(gè)預(yù)制件54，具有雙C形橫截面，用以連同翼肋一起形成單體套件30的開(kāi)口部分的內(nèi)側(cè)，或者替代地，如前面在圖6b中圖示的實(shí)施例的模塊配置中的一組預(yù)制件。
[0077]-具有蒙皮21、23形狀的疊層預(yù)制件51、53，用以形成其外部。
[0078]第二組模具包括在固化組件40的開(kāi)口部分的每個(gè)內(nèi)部空間中的三個(gè)模具65’、65”、65’ 以便于沿翼弦方向脫模。
[0079]脫模過(guò)程完成以后，單體套件30定位在修整機(jī)中，以便得到最終的幾何形狀，并進(jìn)行自動(dòng)的超聲波探傷，用于檢查其不具有任何缺陷。
[0080]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，抗扭箱13可以包括在前翼梁18和中間翼梁19之間的橫翼肋，替代地或附加地，在后翼梁20和中間翼梁19’之間的橫翼肋，以加強(qiáng)抗扭箱13的前部。根據(jù)上面描述的制造方法的指導(dǎo)方針制造這些實(shí)施例將。
[0081]雖然已經(jīng)結(jié)合各種實(shí)施例描述本發(fā)明，從說(shuō)明書(shū)可以理解，可以進(jìn)行元件的各種組合、其中的變型或改進(jìn)，并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種航行器升力面，包括抗扭箱(13)和前緣和后緣(11、15);抗扭箱(13)包括復(fù)合材料的上蒙皮(21)、下蒙皮(23)、前翼梁(18)、后翼梁(20)和一個(gè)或多個(gè)中間翼梁(19、19’)，其特征在于:抗扭箱(13)還包括布置在后翼梁(20)及其相鄰的中間翼梁(19’)之間和/或前翼梁(18)和相鄰的中間翼梁(19)之間的復(fù)合材料的多個(gè)橫翼肋(25、25，、...),用于改善其結(jié)構(gòu)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航行器升力面，其中上蒙皮(21)和下蒙皮(23)包括在抗扭箱(13)的由不包括橫翼肋(25、25’、...)的翼梁界定的任何單元中的至少一個(gè)縱向桁條(22、24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任何一項(xiàng)所述的航行器升力面，其中所述多個(gè)橫翼肋(25、25’、...)布置在后翼梁(20)和相鄰的中間翼梁(19’)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航行器升力面，其中: -所述升力面是包括控制配置裝置的尾翼； _所述多個(gè)橫翼肋(25、25’、...)的至少一個(gè)被放置靠近一個(gè)控制配置裝置的負(fù)載引入?yún)^(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的航行器升力面，其中所述控制配置裝置包括以下部件中的一個(gè)或多個(gè): -尾翼的控制面的致動(dòng)器； -尾翼微調(diào)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4-5中任何一項(xiàng)所述的航行器升力面，其中，所述多個(gè)橫翼肋(25、25’、...)的至少一個(gè)被放置在用于提高抗扭剛性并避免抗扭箱(13)的大變形的合適位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的航行器升力面，其中由在端部結(jié)合到中間翼梁(19,19')的腹板(27)、具有雙C形橫截面的兩個(gè)凸緣(28、28’)和側(cè)壁(29)構(gòu)造所述多個(gè)橫翼肋(25、25側(cè)壁(29)具有與腹板(27 )相同的高度和與凸緣(28、28’)相同的寬度。
8.—種制造航行器升力面的復(fù)合抗扭箱(13)的方法，所述航行器升力面的復(fù)合抗扭箱(13)包括上蒙皮(21)、下蒙皮(23)、前翼梁(18)、后翼梁(20)、一個(gè)或多個(gè)中間翼梁(19，19’)和多個(gè)橫翼肋(25、25，、...)，所述多個(gè)橫翼肋(25、25’、...)布置在后翼梁(20)及其相鄰的中間翼梁(19’)之間和/或前翼梁(18 )和相鄰的中間翼梁(19 )之間，用于改進(jìn)其結(jié)構(gòu)特性；所述方法包括以下步驟: a)分開(kāi)地制造: -單體套件(30)，包括抗扭箱(13)的除了受所述橫翼肋(25，25’，…)影響的后翼梁(20)和/或前翼梁(18)以外的全部結(jié)構(gòu)元件； -受所述橫翼肋(25，25’，…)影響的后翼梁(20)和/或前翼梁(18); b)將受所述橫翼肋(25，25’，…)影響的后翼梁(20)和/或前翼梁(18)結(jié)合到所述單體套件(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述單體套件(30)的制造方法包括以下步驟: a)提供用于形成所述單體套件(30)的復(fù)合材料的一組疊層預(yù)制件，每一個(gè)疊層預(yù)制件被配置為形成單體套件(30)的部分； b)將所述疊層預(yù)制件布置在固化組件(40)中，所述固化組件(40)包括用于形成單體套件(30)的封閉部分的第一組模具(6143)和用于形成單體套件(30)的開(kāi)放部分的第二組模具，并且使固化組件(40)經(jīng)受高壓釜周期以共同固化所述疊層預(yù)制件； 0)沿翼展方向脫模第一組模具(6163),在翼弦方向上脫模第二組模具。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中單體套件(30)包括抗扭箱(13)的除了受所述橫翼肋〔25、25’、…)影響的前翼梁(18)和/或后翼梁(20)以外的全部結(jié)構(gòu)元件，其中所述一組疊層預(yù)制件包括: -具有雙形橫截面的疊層預(yù)制件(41433537)的子組，或具有形橫截面的疊層預(yù)制件(42343638)的子組，用以形成單體套件(30)的封閉部分的內(nèi)部； -一個(gè)或多個(gè)疊層預(yù)制件，與具有形橫截面的疊層預(yù)制件〔55、55’ ,...；57、57’，...)的子組一起形成單體套件(30)的開(kāi)放部分的內(nèi)部，和形成橫翼肋(2545^...)的側(cè)壁； -兩個(gè)疊層預(yù)制件(51, 53),用以形成單體套件(30)的覆蓋物或蒙皮的外部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中: -形成單體套件(30)的開(kāi)放部分的內(nèi)部的所述一個(gè)或多個(gè)疊層預(yù)制件是具有形橫截面的疊層預(yù)制件(49,49’，...)的子組或單個(gè)疊層預(yù)制件(50)； -第二組模具包括在固化組件(40 )的開(kāi)放部分的每個(gè)內(nèi)部空間中的模具(65、67、69、71,73)0
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中: -形成單體套件(30)的開(kāi)放部分的內(nèi)部的所述一個(gè)或多個(gè)疊層預(yù)制件是具有雙形橫截面的疊層預(yù)制件的子組或單個(gè)疊層預(yù)制件(54)； -所述第二組模具包括在固化組件(40)的開(kāi)放部分的每個(gè)內(nèi)部空間中的三個(gè)模具(65^、65，、65，，；…)。
【文檔編號(hào)】B64C1/06GK103832574SQ201310585073
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】E·季納爾多弗納恩德茲, 弗朗西斯科·何塞·克魯茲多明古埃斯, 弗蘭西斯科·哈維爾·奧諾雷托魯伊斯, 保拉·馬斯馬斯, 伊凱爾·貝萊斯德門迪薩瓦爾阿朗索, 卡洛斯·加西亞涅托 申請(qǐng)人:空中客車西班牙運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司