製造飛機機身構架的方法
2023-09-16 02:30:10
專利名稱：製造飛機機身構架的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造飛機機身構架的方法，在所述方法中，多個前後位置的機身 段連在一起。
背景技術：
如今，飛機的機身段仍常常使用鋁合金殼體在試驗和測試殼體結構的方法中制 造。根據飛機的類型和所需的機身直徑，機身段由四到八個殼體段形成，所述殼體段通常通 過鉚接而連在一起，從而形成完整的機身段。為形成所述飛機的所述完整機身構架，以此方 式預製的多個機身段而後前後排列並最終連在一起。在預製所述機身段時，在所述單獨殼體段間必要縱向焊縫連接件的製造過程中， 所述縱向焊縫於一般對應於至少一幅板分界線的長度上在所述機身段一端橫向焊縫區域 中先前限定的位置不完全由鉚釘穿過。在所述預製機身段由輕微加寬的可能而相連時，在所述各縱向焊縫的所述端部不 完全由鉚釘穿過的該區段用於補償誤差。在初始區域仍然「彈性」的機身段被連接到機身 段的剛性端，在連接所述機身段的一側，所述彈性由在所述端部不完全由鉚釘穿過的所述 縱向焊縫獲得。除了在例外情況下具有極其相同的直徑外，由於不可避免的製造誤差，這樣的誤 差補償可能是必要的，因為將連在一起的所述機身段具有大空間尺寸。機身段將通過由鋁合金材料構成的殼體段的縱向焊接而日益以殼體結構整體制 造。可選地，考慮由已知的電腦控制纏繞或附著法用纖維增強塑料材料(合成材料)無縫地 製造所述機身段。然而，在這些剛性機身段的情況下，沒有誤差補償的機會。因此，在兩種 情況下，纏繞的機身段或剛性焊接的機身段始終以由殼體段構成的機身段依次組合而成。
發明內容
本發明的目的是結合常規殼體機構的優點和製造剛性機身段的優點，所述剛性機 身段由鋁殼體段的縱向焊縫焊接或者使用合成材料的纏繞或附著法形成。此目的由具有權利要求1以下步驟的方法而實現a)製造外殼段，所述外殼段在下側具有連續的縱向開口 ；b)加寬所述外殼段，從而引入另外的部件，特別是至少一地板框架；c)通過形成部分橫向焊縫而將所述外殼段連接於已存在的剛性機身段；d)將預製下部殼體定位在所述縱向開口中，從而在外周邊上閉合所述外殼段；e)完成所述部分橫向焊縫以形成橫向焊縫，並通過形成至少兩縱向焊縫而將所述 下部殼體與所述外殼段連在一起；以及f)將所述地板框架與所述外殼段連在一起。通過以初始仍向下打開的外殼段，即具有連續縱向開口的外殼段製造機身段，如 果將所述機身段連接於預製的剛性機身段以形成飛機的機身構架，誤差補償是可能的。為此，如果必須以尤其在其直徑上剛性的所述預製機身段從所述連續縱向開口到無縫連接是 可能的，將在所述連接區域的所述外殼加寬或擠壓。在所述橫向焊縫區域內，通過橫向焊縫 連接帶以已知方式將所述機身段連在一起。預製好的機身段可為以形成的縱向焊縫與至少兩由鋁合金材料構成的殼體段焊 接在一起的機身段或者與纖維增強塑性材料整體纏繞或附著的機身段。對於由已知纏繞和 /或附著方法製造的機身段的情況，優選使用碳纖維增強環氧樹脂。所述鋁殼體段優選由所述摩擦攪動焊接法焊接在一起，從而獲得高質量的縱向焊 縫，所述縱向焊縫的機械性能可堪比那些實心材料。可選地，所述機身段還可由Glare 薄 板條，即交互滿面粘貼的薄鋁合金板條和玻璃纖維增強塑性材料層的薄片層結構形成。在 此情況下，所述縱向焊縫通過鉚接、螺栓連接或粘接形成以限制所述Glare 上的熱應力。 在例外情況下，如果所述Glare 薄板條設置有特殊連接區域，通過熱連接法，特別是通過 摩擦攪動焊接而直接連接是可能的。常規鋁合金薄板條與Glare 薄板條的組合是非常可 能的。如果所述金屬構件方法與所述CFRP構件方法相結合(混合構件方法)，應當對所述 鋁材和所述合成材料之間接觸區域的腐蝕問題特別關注。在按照本發明所述方法的多個步驟中，另一機身段連接於已存在的機身段。首先，預製外殼段，按照本發明，所述外殼段在其底側具有連續的縱向開口。所述 外殼段的橫截面形成節距圓或大約280度的彎曲段。為將地板框架或其他固定部件(支撐橫梁、橫向支撐等)引入，在所述縱向開口區 域內將所述外殼段加寬至一定程度，從而使所述地板框架能夠被引入所述外殼段的內部。 在所述地板框架向上直到其與所述外殼段完全連接位置上的臨時固定由大量保持杆實現， 所述保持杆連接於所述外殼段的天花板區域中。然後，將所述外殼段連接於已預製好的機身段，這通常憑藉將所連接的所述機身 段推至所謂的橫向肩託上而實現，所述肩託設置在所述預製機身段上。以形成的部分橫向 焊縫，總將所述外殼段從上側開始連接於向下延伸的兩側上，從而由於仍然彈性的外殼段 的誤差振動而在兩側向下連續擠出或推出可能的「波動或摺疊」結果。在所述外殼段區域 中的所述連續縱向開口通過略微加寬或擠壓在此階段仍然彈性的所述外殼段的兩側而允 許誤差補償。此後，將優選完全預製的下部殼體定位和排列在所述外殼段中的下側縱向開 口中，由此，完成所述外殼段以形成在外周封閉的外殼。此時，所述下部殼體已設置有所有 的縱梁部件和環狀幅板段。然後，在所述底側完成所述部分橫向焊縫以形成完整的環形橫向焊縫，以所形成 的至少兩縱向焊縫，所述下部殼體與所述外殼段連在一起，由此，完成所述外殼段以形成完 整的機身段。與此程序平行或在此程序末尾，在內側的、特別是縱梁和環狀幅板段形式的所 述加強件通過縱梁帶或幅板連接而連在一起。可選地，將本身已封閉的完全環狀幅板通過 所述縱向開口引入並在內側連接於所述外殼段也是可能的。最後，所述地板框架和可選的用於支撐所述地板框架的支承橫梁與所述外殼段連 在一起，從而形成最終的地板橫向支撐連接。根據在特定單獨情況下所連接材料的功能，所 有的連接步驟通過鉚接、螺栓連接、粘接或焊接，特別是摩擦攪動焊接而執行。所述縱向的帶凹槽外殼段優選由已知的纏繞法以纖維增強塑性材料，特別是以碳 纖維增強環氧樹脂製成。在這方面，所述纖維增強塑性材料附著在繞芯上，在纏繞法過程中，在縱向上延伸並設置在內側的所述縱梁部件也形成為所述外殼段的整體部件。所述整 個結構優選僅通過高壓釜而被處理。所述環狀幅板或用於加強所需的環狀幅板段隨後在一 單獨的製造步驟中被引入所述外殼段，並被迅速連接於所述外殼段的內側。如果所述環狀 幅板不整體構造，通過幅板連接件使所述環狀幅板段相互連接。與在纏繞過程中完全閉合段的製造相比，這裡描述的具有連續縱向開口的開放式 構建方法極大地方便了製造纏繞外殼段過程中所述繞芯的移除，由此，在所述纏繞過程中 製造相對長的圓柱形剖面是可能的。當使用纖維增強塑性材料時，所述底部殼體通常不由纏繞法或附著法預製，而是 由在相應構建的、基本水平設置的模具上分層附著所述纖維增強塑性材料而預製，所述縱 梁部件優選同時形成。在另一工作步驟中，所述環狀幅板段連接於內側上，而可要求的所述 橫向支撐與所述底部殼體的所述外殼內側相結合。不同的部件可選擇性地通過鉚接、螺栓 連接、粘接或其任意組合而連在一起。可選地，所述外殼部分段和/或將插入所述外殼部分段的所述底部殼體可以所述 常規的鋁構建方法，例如以鋁合金薄板形成。在此情況下，位於所述殼體段之間以提供所述 外殼段的所述縱向焊縫優選由所述摩擦攪動焊接法製造。可選地，所述連接過程可由鉚接、 螺栓連接、粘接或其任意組合而執行。通過鉚接、焊接或粘接，以已知的方式將所述縱梁部 件和所述環狀幅板段歸入所述殼體段或所述底部殼體的外殼。因此，可能需要的另外的橫 向支撐被插入所述底部殼體。如果所述外殼段和/或所述底部殼體形成在至少具有Glare 薄板條的區域，若 所述Glare ,薄板條具有熱焊連接區域，連接工序可僅由已知的焊接法執行，從而憑藉熱量 的作用避免對在所述Glare 中所述層結構的損害，並避免由此產生的強度的損耗。所述方法另外的有利實施例陳述在另外的權利要求中。
圖中圖1是外殼段繞芯的示意性剖面圖，所述外殼段由纖維增強塑性材料形成且下部 打開；圖2是特別由纖維增強塑性材料形成的外殼的剖面圖，其底部殼體具有附著於其 上的模具；圖3是具有設置於此用於操作的操作裝置的外殼段的側視圖；圖4是底部殼體和用於操作的操作裝置的側視圖；圖5是具有懸吊地板框架、支撐橫梁以及先前的底部殼體的外殼段的側視圖；以 及圖6是具有插入的底部殼體的、按照圖5的所述外殼段的側視圖。附圖標記列表1 外殼段(280度上部殼體)Ia 殼體段Ib 殼體段Ic 殼體段2:繞芯3:縱向開口4 外殼段(底部殼體)5 底部殼體
6 模具7 環形幅板段
8:橫向支撐9 外殼段
10環形幅板11 縱向開口
12操作裝置13 工具
14外殼段15 環形幅板段
16橫向支撐17 底部殼體
18操作裝置19 工具
20外殼段(280度上部殼體)21 底部殼體
22縱向開口23機身段
24外殼段(底部殼體)25 環形幅板段
26橫向支撐27側
28側29箭頭
30箭頭31箭頭
32箭頭33部分橫向焊縫
34 地板框架35支撐橫梁
36支撐橫梁37保持杆
38保持杆39箭頭
40區域41區域
42區域43區域
44區域45區域
46縱向焊縫47縱向焊縫
48橫向焊縫(完全環形)
具體實施例方式圖1是通過以纖維增強塑性材料形成的外殼段1的示意性剖面圖。在第一步中，例如在繞芯2上憑藉已知的附著法或纏繞法以纖維增強塑性材料， 特別是碳纖維增強環氧樹脂預製所述外殼段1。在該纏繞法過程中，圖1中未示出且還在所 述外殼段1的縱向上，即垂直於附圖平面延伸的所述縱梁部件也與所述外殼段整體形成。 為了補償誤差，所述外殼段1在其下側具有連續的縱向開口 3(縱向凹槽)，所述開口垂直於 附圖的平面延伸。所述外殼段1的橫截面(未示出)形成大約280度的節距圓或具有80 度的孔徑角。只要欲引入所述外殼段1的所述地板框架和其他部件可通過加寬所述外殼段 1而被引入，其他孔徑角也是可能的。可選地，在常規的鋁構建方法中，以例如三個殼體段la，lb, Ic製造所述外殼段1 是可能的，所述殼體段使用鋁合金薄板條或Glare 薄板條或其組合形成。在此類組合中， 如由兩徑向外指的虛線所示，所述殼體段ia，lb，Ic優選通過摩擦攪動焊接沿著兩縱向焊 縫連在一起，以便製造相對於其直徑基本「剛性」的機身段。代替三部分割，所述外殼段還 可由兩個、四個或任何其他數量的殼體段構建。圖2也是重點示出通過預製的底部殼體5的外殼段4的剖面圖，其為從模具6移 除的狀態。所述外殼段4例如通過分層附著纖維增強塑性材料，特別是碳纖維增強環氧樹脂形成在所述模具6上，所述縱梁部件(未示出)與所述外殼段整體形成。然後，整個結構 在高壓釜中進行處理。在另一步驟中，所述底部殼體5通過組合環狀幅板段7和橫向支撐8 而完成，所述環狀幅板段和橫向支撐設置有附圖標記作為其他部件的代表。所述環狀幅板 段7和橫向支撐8優先使用也用作所述外殼段的相同纖維增強塑性材料形成。原則上，所述外殼段1，4、所述縱梁部件、所述環狀幅板段以及所述橫向製成可使 用鋁合金、Glare 、纖維增強塑性材料或這些材料的任意組合而製造。然後，例如通過鉚 接、螺栓連接、粘接、焊接或前述方法的組合將所述單獨部件連在一起作為特定材料組合的 功能。圖3是具有設置於此用於進一步操作的工具的外殼段9的側視圖。在其位置上固定於保持裝置(未示出)的外殼段9在內側具有環狀幅板10和縱 梁部件(未示出)。具有工具13的操作裝置12，特別是具有至少六個自由度的標準多關節 型機器臂可通過縱向開口 11而被引入所述外殼段9。根據所使用的材料，所述工具13可例 如為鑽孔機、鉚固工具、焊接工具、膠槍或其任意組合。為了進一步的操作步驟，所述縱向開 口 11為所述外殼段提供良好的內部可達性。所述外殼段9可以常規的鋁構建方法以及已 知的焊接法或使用纖維增強塑性材料的附著法形成。圖4是外殼段14的側視圖，為了另外的工序，所述外殼段通過保持裝置(未示出) 在空間上固定於其位置。所述外殼段14包括環狀幅板段15和橫向支撐16，從而形成底部殼體17。此外，垂 直於附圖平面延伸的大量縱梁部件(未示出)設置在所述外殼段14內表面的區域內。所 述底部殼體17憑藉操作裝置18和工具19加工。所述工具19例如可為鑽孔機、鉚固工具、 焊接工具或膠槍。所述工具19可具有多個不同工具。在所述底部殼體17位置上的垂直固 定為隨後的自動或手動加工步驟提供了所述底部殼體17良好的內部可達性。在所述方法的進一步描述中，將同時參見圖5和圖6。在圖5中，構造有按照本發明縱向凹槽的外殼段20通過在下側將預製底部殼體21 裝配於所述外殼段20的縱向開口 22中而完成，從而形成機身段23。所述底部殼體21和其 他部件具有帶大約80度圓周角的外殼段24、環狀幅板段25以及橫向支撐26。然而，該完成步驟僅在所述外殼段20已與另一預製機身段(圖5未示出)相連以 形成部分橫向焊縫時執行，從而通過在箭頭29到32的方向上加寬或擠壓兩側27，28而確 保徑向誤差的可能性。在這方面，部分橫向焊縫33在周向上沿一角度延伸，所述角度基本 對應於所述外殼段20周向的角度，即在所示出的實施例中再大約280度周向上的角度(參 見圖1)。在將所述部分橫向焊縫製造於所述機身段23與另一機身段(未示出)之間前，地 板框架34和兩支撐橫梁35，36被預先固定在所述外殼段20。此外，為了便於安裝，可通過 所述外殼部20內的所述縱向開口 22而將所述外殼段20的另一部件，例如完整的環狀幅 板、環轉幅板段、縱向加強件(縱梁部件)以及所有類型的線(例如供給和布置線、電線、光 纜等)引入。所述地板框架34或所述支撐橫梁35，36的位置被連接於所述外殼段20內的 天花板上的所述保持杆37，38臨時固定。通過將所述底部殼體21插入所述外殼段20內的所述縱向開口 22中，圖6在垂直 箭頭39的方向上示出完成的機身段23。用於完成所述機身段23的最後連接操作在區域40到45中執行，所述區域由六個虛線圓圈示出。特別地，兩縱向焊縫46，47在區域41，45 產生並向上延伸至背面上的環形橫向焊縫48或所完成的部分橫向焊縫33。
根據所使用的材料，可通過例如鉚接、螺栓連接、摩擦移動焊接、粘接或其任意組 合而形成接縫。
權利要求
一種製造飛機機身構架的方法，其特徵在於其中前後定位的多個機身段連在一起，所述方法包括以下步驟a)製造外殼段(1，4，9，14，20)，所述外殼段在下側具有連續的縱向開口(3，11，22)；b)加寬所述外殼段(1，4，9，14，20)，從而引入另外的部件，特別是至少一地板框架(34)；c)通過形成部分橫向焊縫(33)而將所述外殼段(1，4，9，14，20)連接於已存在的剛性機身段(23)；d)將預製下部殼體(5，17，21)定位在所述縱向開口(3，11，22)中，從而在外周邊上閉合所述外殼段(1，4，9，14，20)；e)完成所述部分橫向焊縫(33)以形成橫向焊縫(48)，並通過形成至少兩縱向焊縫(46，47)而將所述下部殼體(5，17，21)與所述外殼段(1，4，9，14，20)連在一起；以及f)將所述地板框架(34)與所述外殼段(1，4，9，14，20)連在一起。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於連接另外的機身段以完成所述機身構架。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於在與至少兩保持杆(37，38)連在一 起前，懸吊至少一地板框架(34)以固定到位。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的方法，其特徵在於所述外殼段(1，4，9， 14，20)大體形成280度的節距圓。
5.根據權利要求1至4中任一權利要求所述的方法，其特徵在於在所述內側，所述下 部殼體(5，17，21)設置有大量縱向加強件，特別是大量縱梁部件，且設置有大量環狀幅板 段(7，15，25)。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的方法，其特徵在於通過鋁合金材料、 Glare 或其任意組合，使用纖維增強塑料材料形成所述下部殼體(5，17，21)。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的方法，其特徵在於尤其通過鉚接鉚、螺 栓連接、粘接或其任意組合作用於所述橫向和縱向焊縫(33，46，47，48)以及至少一地板框 架(34)與所述外殼段(1,4,9,14,20) 一起的連接。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的方法，其特徵在於使用纖維增強塑 性材料、大量縱向加強件，尤其是形成在所述內側的縱梁部件形成所述外殼段(1，4，9，14， 20)。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於在所述內側上將大量環狀幅板段(7，15， 25)插入所述外殼段(1，4，9，14，20)。
10.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的方法，其特徵在於使用至少兩殼體段 (la, lb, 1c)形成所述外殼段(1，4，9，14，20)，用鋁合金材料和/或Glare 形成所述殼體段 (la, lb, lc)，沿著至少一縱向焊縫焊接所述殼體段(la，lb, lc)，尤其是摩擦攪動焊接。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於在所述內側，至少兩殼體段設置有大量 縱向加強件，特別是大量縱梁部件，並設置有大量環狀幅板段(7，15，25)。
全文摘要
本發明公開了一種製造飛機機身構架的方法，其中前後定位的多個機身段連在一起，所述方法包括以下步驟a)製造外殼段(1，4，9，14，20)，所述外殼段在下側具有連續的縱向開口(3，11，22)；b)加寬所述外殼段(1，4，9，14，20)，從而引入另外的部件，特別是至少一地板框架(34)；c)通過形成部分橫向焊縫(33)而將所述外殼段(1，4，9，14，20)連接於已存在的剛性機身段(23)；d)將預製下部殼體(5，17，21)定位在所述縱向開口(3，11，22)中，從而在外周邊上閉合所述外殼段(1，4，9，14，20)；e)完成所述部分橫向焊縫(33)以形成橫向焊縫(48)，並通過形成至少兩縱向焊縫(46，47)而將所述下部殼體(5，17，21)與所述外殼段(1，4，9，14，20)連在一起；以及f)將所述地板框架(34)與所述外殼段(1，4，9，14，20)連在一起。每個所述外殼段(1，4，9，14，20)具有連續的縱向開口(3，11，22)，且由於加寬和擠壓所述外殼段(1，4，9，14，20)的側邊，誤差補償在連接到另一剛性機身段(23)時是可能的。此外，所述縱向開口(3，11，22)通過所述外殼段(1，4，9，14，20)提供良好的內部可達性。由於下部殼體(5，17，21)的裝配和安裝，所述外殼段(1，4，9，14，20)通過完成所述部分橫向焊縫(33)以形成所述環繞的橫向焊縫(48)以及通過形成至少兩連續縱向焊縫(46，47)而連接於所述另一剛性機身段(23)。
文檔編號B64F5/00GK101896398SQ200880107636
公開日2010年11月24日 申請日期2008年6月12日 優先權日2007年9月18日
發明者安德烈亞斯·斯特凡 申請人:空中巴士控股有限公司