由复合材料制成的飞行器机身部分.pdf

在用于飞行器的机身部分中，为了减小周向框架的底板(120)与由复合材料制成的机身蒙皮(112)之间的组装间隙而同时限制机身部分的质量，提出了使用包括两个部分(124、126)的层递减部(118)，该两个部分(124、126)沿周向方向(C)定向并且具有不同的相应的坡度。

权利要求书
1.  一种由复合材料制成的用于飞行器的机身部分(110)，所述机身部分(110)包括机身蒙皮(112)，所述机身蒙皮(112)包括厚度恒定的至少两个区域，所述至少两个区域具有不同厚度，所述至少两个区域即，厚度较大的第一区域(114)和厚度较小的第二区域(116)，所述至少两个区域通过第一层递减部(118)彼此相连接；
所述机身部分的特征在于，所述第一层递减部包括各自沿垂直于所述机身部分的纵向方向(X)的周向方向(C)定向的具有不同坡度的至少两个部分，即，具有较大坡度的第一部分(124)和具有较小坡度的第二部分(126)，所述第一部分和所述第二部分(124、126)布置在相对于所述第一区域(114)的一个且同一个周侧上。

2.  根据权利要求1所述的机身部分，其中，所述第一层递减部(118)的所述第一部分(124)的所述坡度大于或等于1/20，而所述第一层递减部的所述第二部分(126)的所述坡度小于或等于1/40。

3.  根据权利要求2所述的机身部分，其中，所述第一层递减部(118)的所述第二部分(126)的所述坡度小于或等于1/70。

4.  根据权利要求1至3中的任一项所述的机身部分，还包括第一周向框架(113)，所述第一周向框架(113)在垂直于所述纵向方向(X)的平面中延伸并且包括应用于厚度恒定的所述至少两个区域(114、116)以及应用于所述第一层递减部(118)的所述第二部分(126)的底板(120)。

5.  根据权利要求4所述的机身部分，其中，所述第一层递减部(118)的所述第二部分(126)具有介于所述第一周向框架的所述底板(120)的宽度的1倍至1.5倍之间的宽度(Dx)。

6.  根据权利要求4或5所述的机身部分，还包括第二周向框架(113)，所述第二周向框架(113)在垂直于所述纵向方向(X)的平面中延伸并且包括应用于厚度恒定的所述至少两个区域(114、116)以及应用于所述第一层递减部(118)的第四部分(130)的底板(120)，所述第四部分(130)类似于所述第一层递减部的所述第二部分(126)并且通过所述第一层递减部的第三部分(128)与所述第二部分(126)隔开，所述第三部分(128)类似于所述第一层递减部的所述第一部分(124)。

7.  根据权利要求1至6中的任一项所述的机身部分，其中，所述机身蒙皮(112)包括厚度恒定的第三区域(117)，所述第三区域(117)具有的厚度小于所述第二区域(116)的厚度，所述第三区域(117)通过第二层递减部(119)连接至所述第二区域(116)，所述第二层递减部(119)包括各自沿所述周向方向(C)定向的具有不同坡度的至少两个部分，即，具有较大坡度的第一部分(132)和具有较小坡度的第二部分(134)，后者的坡度小于所述第一层递减部(118)的所述第二部分(126)的所述坡度，并且所述第二层递减部(119)的所述第一部分和所述第二部分(132、134)布置在相对于所述第二区域(116)的一个且同一个周侧上。

8.  根据权利要求1至7中的任一项所述的机身部分，所述机身部分打算用于形成飞行器的前部部段。

9.  一种飞行器的前部部段，包括根据前述权利要求中的任一项所述的机身部分。

10.  一种飞行器，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的机身部分。

说明书由复合材料制成的飞行器机身部分
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的飞行器机身的领域。
本发明涉及用于飞行器的机身部分，特别是例如前部部段，其中，每个周向框架各自具有连续地应用在机身蒙皮上的底板。这样的周向框架通常称作“整体框架(integral frames)”。
本发明特别有利地适用于没有纵梁的前部部段的情况中。
背景技术
在飞行器机身的生产中遇到的一个难题在于在每个周向框架均具有与机身蒙皮相接触的底板的情况下将周向框架与机身蒙皮进行组装的操作。
这是因为该操作需要对每个周向框架的底板与机身蒙皮之间的由这些元件的制造公差所引起的各种空隙进行充填。
当机身蒙皮具有与需要支承的较大或较小的力的水平相对应的许多不同厚度的区域时，这些空隙都会更大。
这些空隙通常使用固体块或可硬化树脂充填。该操作是繁琐而费时的，特别是在第二种情况下，因为在该情况下固化时间通常长达数小时。
图1部分地示出了已知类型的飞行器机身10的前部部段，该前部部段包括由复合材料制成的机身蒙皮12和周向框架13，机身蒙皮12包括厚度不同的区域，例如厚度较大的第一区域14和厚度较小的第二区域16。这两个区域通过层递减部18相互连接。
图2以横截面图示出了机身蒙皮12，并且特别示出了两个区域14、16和层递减部18，以及具有互补形状的底板20的一部分，该部 分形成周向框架13的一部分并且打算应用于机身蒙皮12。
图2示出了分别与机身蒙皮12的厚度D1和底板20的厚度D2有关的制造公差μ1和μ2。这些制造公差通常大约等于0.2mm。
图3示出了组装后的机身蒙皮12和底板20，在最坏的情况下，存留与公差μ1与μ2的和相对应的间隙J1，在所考虑的示例中，该间隙J1即为0.4mm。
然而，有公差ε增加至制造公差，该公差ε与周向框架的底板20相对于机身蒙皮12的定位以及与关于以复合材料制造蒙皮的方法中固有的层递减部的最下部的位置的不确定因素相关联，如图4所示。
该定位公差ε导致位于层递减部18处的间隙J2，随着该层递减部的坡度的增加，间隙更加明显。
在所示示例中，其中，层递减部18的坡度等于1/20并且定位公差ε等于12mm，因此间隙J2达到0.6mm。
然而，在传统机身部分的情况下，层递减部18的坡度的减小被证明是不合需要的，因为这样的坡度减小会演变成质量的显著增大。
发明内容
本发明的目的尤其是针对该问题提供一种简单、经济及有效的方案，该方案能够使组装周向框架与机身蒙皮——特别是关于前部部段——的操作更简单和更迅速。
出于该目的，本发明提出用于飞行器的由复合材料制成的机身部分，该机身部分包括机身蒙皮，机身蒙皮包括具有不同的恒定厚度的至少两个区域，即，厚度较大的第一区域和厚度较小的第二区域，所述至少两个区域通过层递减部彼此隔开。
根据本发明，所述层递减部包括各自沿垂直于所述机身部分的纵向方向的周向方向定向的具有不同坡度的至少两个部分，即，具有较大坡度的第一部分和具有较小坡度的第二部分，第一部分与第二部分布置在相对于第一区域的一个且同一个周侧上。
因此，第一和第二部分的坡沿相同的方向定向。
本发明因此提出在两个或更多个部分中使用层递减部，其中，第二部分具有允许减小与周向框架的底板的组装间隙的相对较小的坡度，而第一部分具有使得能够限制所述机身部分的质量的相对较陡的坡度。
本发明优选地展现下文所描述的可选特征中的一个或更多个。
所述第一层递减部的所述第一部分的所述坡度有利地大于或等于1/20，而所述第一层递减部的所述第二部分的所述坡度有利地小于或等于1/40，并且优选小于或等于1/70。
机身部分有利地还包括第一周向框架，该第一周向框架在垂直于所述纵向方向的平面中延伸并且包括应用于厚度恒定的所述区域以及应用于所述第一层递减部的所述第二部分的底板。
所述第一层递减部的所述第二部分有利地具有介于所述第一周向框架的所述底板的宽度的1倍至1.5倍之间的宽度。
所述机身部分有利地还包括第二周向框架，该第二周向框架在垂直于所述纵向方向的平面中延伸并且包括应用于厚度恒定的所述区域以及应用于所述第一层递减部的第四部分的底板，所述第四部分类似于所述第一层递减部的所述第二部分并且与所述第二部分通过所述第一层递减部的第三部分隔开，所述第三部分类似于所述第一层递减部的所述第一部分。
所述机身蒙皮有利地包括厚度恒定的第三区域，该第三区域所具有的厚度小于所述第二区域的厚度，所述第三区域通过第二层递减部连接至所述第二区域，该第二层递减部包括具有各自沿所述周向方向定向的不同坡度的至少两个部分，即，具有较大坡度的第一部分和具有较小坡度的第二部分，后者的坡度小于所述第一层递减部的所述第二部分的所述坡度，并且第二层递减部的第一和第二部分布置在相对于第二区域的一个且同一个周侧上。
机身部分有利地打算用于形成飞行器的前部部段。
本发明还涉及包括上述类型的机身部分的飞行器的前部部段。
本发明最后涉及包括上述类型的机身部分的飞行器。
附图说明
通过参照附图阅读作为非限制性示例给出的以下说明，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、优点和特征将会变得明显，其中：
-已描述过的图1是打算用于形成飞行器的前部部段的一部分的已知类型的机身部分的透视局部示意图；
-已描述过的图2至4是图1的机身部分的以截面示出的局部示意图；
-图5是打算用于形成飞行器的前部部段的根据本发明的优选实施方式的机身部分的透视局部示意图；
-图6是从所述机身部分的内部沿径向方向观察的图5的机身部分的机身蒙皮的局部示意图；
-图7是图5的机身部分的沿截面示出的局部示意图；
-图8至图11是类似于图6的视图，但是其以更大的比例示出了图6的机身蒙皮层递减部的不同的层构型。
在所有这些附图中，相同的参考标记可表示相同的或相似的元件。
具体实施方式
图5示出了打算用于形成飞行器机身的前部部段的机身部分110。该机身部分110沿限定机身部分的纵向方向X的轴线111延伸。径向方向R与周向方向C同样参照轴线111限定。
该机身部分110包括由复合材料制成的机身蒙皮112以及打算用于以本身已知的方式使机身蒙皮112固定的周向框架113。
在所示示例中，机身部分110没有纵梁，即，纵向加强件。因此，机身蒙皮112的刚性通过该蒙皮的厚度以本领域技术人员已知的方式获得。
如在上文所描述的图1的示例中，机身蒙皮112包括厚度不同的 区域，这些区域适应于机身蒙皮112需要承受的力水平的局部变动。
图6描绘了从机身部分110的内部沿径向方向R观察的机身蒙皮112的一部分。该图展示了厚度不同的三个区域，即，厚度最大的第一区域114、厚度较小的第二区域116以及厚度还要更小的第三区域117。
第一区域114通过第一层递减部118连接至第二区域116，而第二区域116通过第二层递减部119连接至第三区域117。
图6还以虚线展示了分别属于两个连续的周向框架113的两个底板120的相应的位置。
根据本发明的特定特征，第一层递减部118包括具有不同坡度的多个部分，该多个部分在关于轴线111的相同方向上沿周向方向C定向，例如，当从后部观察机身部分110时，即，当在图5中由右至左观察机身部分110时，该多个部分沿逆时针方向定向。
因此，图6展示了具有例如等于1/20的坡度的第一部分124和具有例如等于1/70的坡度的第二部分126。第一层递减部118的部分124和部分126的相应的坡沿相同的方向定向，在图6的情况下为从左至右的方向。第一层递减部118的这两个部分124和126在纵向方向X上基本上相邻。换言之，这两个部分124和126以沿周向方向C延伸的界限(limit)而彼此间隔。
图6还展示了层递减部118的另外两个部分，即，具有例如等于1/20的坡度的第三部分128，以及具有例如等于1/70的坡度的第四部分130。
如图6所示，第二层递减部119类似于第一层递减部118，因此具有第一部分132、第二部分134、第三部分136和第四部分138。
然而，在所示示例中，第二和第四部分134、138的坡度大约等于1/100，因此小于第一层递减部118的第二和第四部分126、130的坡度。
如在图6中能够看到的，上述两个周向框架113的各自的底板120分别应用于两个层递减部118和119中的每者的第二部分126、134和第四部分130、138。层递减部的这些部分中的每者的宽度Dx均有利 地介于每个周向框架的底板120的宽度的1倍至1.5倍之间。每个层递减部部分的宽度应当被理解成层递减部的被考虑的部分的最宽的层在纵向方向X上的尺寸(extent)。
如图7所示，机身蒙皮112与每个周向框架的底板120的相对平坦的坡度能够大幅度地减小在这些元件之间的接触点处由周向框架的定位公差ε导致的间隙。
因此，如在图7中能够看到的，在最坏的情况下，定位公差ε等于12mm时，第一层递减部118处的间隙J2大约等于0.2mm，并且第二层递减部119处的间隙J3甚至减小至大约0.1mm。
另一方面，层递减部118、119中的每者的第一部分124、132和第三部分128、136对应于位于周向框架之间的机身蒙皮112的区域，其中，较大的坡度能够限制机身部分110的总体质量。
层递减部118、119的第二部分126、134和第四部分130、138能够伴随机身蒙皮112一起制造。在具有相对平坦的坡度的这些部分的每者中，每个层的纤维的定向根据所考虑的层递减部内的层的周向尺寸和纵向尺寸以及根据由所使用的工具(toolage)强加的最小搁置长度(lay-up length)而确定。优选地，作为替代，层递减部包括包含以90度定向的纤维的层以及包含以0度定向的纤维的层。
特别地，对于具有以45度或以135度定向的纤维的待延伸的区域114的层P1(图8)，当层递减部118的附加层P2具有小于最小搁置长度的周向尺寸Lc以及大于最小搁置长度的纵向尺寸Lx时，该附加层P2的纤维优选地以0度定向。另一方面，当层递减部118的附加层P2具有大于最小搁置长度的周向尺寸Lc时(图9)，该附加层P2的纤维优选以90度定向。
对于具有以90度定向的纤维的待延伸的区域114的层P1(图10)，当层递减部118的附加层P1’具有大于最小搁置长度的周向尺寸Lc时，该附加层P1’的纤维优选地以90度定向。附加层P1’从而能够与区域114的层P1形成为整体。
类似地，对于具有以0度定向的纤维的待延伸的区域114的层P1(图11)，当层递减部118的附加层P1’具有大于最小搁置长度的纵向尺寸Lx时，该附加层P1’的纤维优选地以0度定向。附加层P1’从而 能够与区域114的层P1形成为整体。
一般来说，本发明因此能够在限制机身部分的质量的同时，减小在用于飞行器的机身部分中的机身蒙皮与每个周向框架的底板之间的接触点处的由制造公差引起的间隙。
应当注意的是，在所示示例中，不存在纵梁使得能够获得在每个周向框架113等级位置处完全没有台阶部的机身蒙皮112。