一種複合結構桁架的方法與系統的製作方法
2023-05-24 00:22:06 1
專利名稱：一種複合結構桁架的方法與系統的製作方法
一種複合結構桁架的方法與系統
背景技術：
本公開的實施方式一般涉及輕型桁架構件的形成方法和結構，且更具體地，涉及複合翼肋和桁架構件的形成方法和結構。傳統的飛行器機翼構造一般包括相對機身縱軸橫向延伸的一個或多個翼梁，以支撐限定機翼形狀的多個縱向延伸橫向間隔開的肋。肋的豎直腹板部分包括構造為可承載壓縮負載和拉伸負載以保持機翼形狀的結構元件。飛行器機翼肋的桁架設計是轉移並分配負載至整個機翼結構的有效方法。另外，桁架結構也用於橋梁、地板及其它支承結構。因桁架結構中使用了金屬部件和結構元件，至少一些已知的桁架結構較重。雖然輕型材料可用於製造堅固而輕型的桁架結構，但是，為了在桁架結構元件間提供充分的負載轉移，當前的複合肋製造起來複雜且一般較重。在機翼中使用複合肋的飛行器機翼也難以進行組裝。需要能提供輕型支承結構的方法和結構，以有助於桁架結構和連接部件的加工， 並減少組裝時間。
發明內容
在一實施例中，用於複合桁架的結構包括由多個複合材料板材形成的腹板，各板材包括第一面和相對的第二面，各面包括長度和寬度。多個板材的各個板材面對面連接至多個板材的至少另一板材，使得各面的長度和寬度與相鄰板材面的長度和寬度基本匹配。 多個板材形成為包括上弦構件、下弦構件和延伸於其間的多個腹板構件。該結構也包括在鄰近腹板外周處連接至腹板的至少第一凸緣板。在又一實施例中，一種複合結構構件的成形方法，其包括面對面連接多個複合材料板材以形成腹板、使腹板成形以形成上弦和下弦、並在腹板中形成多個開口以形成延伸於上弦和下弦間的多個結構腹板構件。該方法也包括連接至少一個凸緣板至上弦和下弦中至少其一的外周邊緣。在另一實施例中，一種形成包括複合翼肋的飛行器機翼的方法包括形成翼肋，其中形成翼肋包括由沿面對面方向連接在一起的多個複合板材形成腹板、在腹板中形成包括上弦構件、下弦構件和均由在腹板中形成的多個開口限定的多個腹板構件的多個互連結構元件、以及連接凸緣板至鄰近翼肋外周邊緣處的翼肋的一側，該凸緣板包括橫向延伸的凸緣構件。該方法進一步包括組裝至少一個翼肋於前翼梁和後翼梁中至少其一、以及使用橫向延伸的凸緣構件組裝後緣蒙皮至翼梁和翼肋組件。該方法也包括組裝上、下中心蒙皮至肋、翼梁和後緣蒙皮組件，使得中心蒙皮與後緣蒙皮搭疊，以及連接前緣蒙皮至機翼組件， 使得前緣蒙皮與中心蒙皮和後緣蒙皮組件搭疊。
圖1是根據本公開實施例的飛行器機翼結構的等距剖視圖。圖2是根據本公開示例性實施例的桁架肋組件的側視剖視圖。圖3是沿剖面線A-A所剖的圖2所示桁架肋組件的剖視圖。
圖4是沿剖面線B-B所剖的圖2所示桁架肋組件的剖視圖。圖5是沿剖面線C-C所剖的圖2所示桁架肋組件的剖視圖。圖6是沿剖面線D-D所剖的圖2所示桁架肋組件的剖視圖。圖7是沿剖面線E-E所剖的圖2所示桁架肋組件的剖視圖。圖8是根據本公開另一示例性實施例的桁架肋組件的側視剖視圖。
具體實施例方式下面的描述通過示例而非限制的方式描述了本公開。顯然，本說明可使本領域技術人員製造並使用本公開，說明了本公開的幾個實施例、改裝、變形、變化及用途，包括目前認為的本公開的最佳實施方式。圖1是根據本公開實施例的飛行器機翼結構100的等距剖視圖。在示例性實施例中，飛行器機翼結構100包括在飛行器機翼結構100的前緣108和後緣110之間沿前向104 和後向106延伸的多個桁架肋組件102。飛行器機翼結構100也包括從飛行器的機身(未示出)延伸的前翼梁112和後翼梁114。包覆部分或蒙皮116的下機翼連至前緣108和後緣110之間的桁架肋組件102的下部。同樣，包覆部分或蒙皮118的上機翼接合至前緣108 與後緣110之間的桁架肋102的上部。圖2是根據本公開示例性實施例的桁架翼肋組件102的側視剖視圖。儘管說明是作為用於飛行器機翼的肋，但應理解該結構及製造該結構的方法可用於其它複合桁架結構，例如但不限於託梁、屋頂桁架和橋面板支承構件等。在這種實施例中，桁架肋組件102 構造為可接收一個或多個覆層構件，以支承其上的覆層構件。在示例性實施例中，桁架肋組件102包括複合桁架結構。桁架肋組件102包括上弦構件202、下弦構件204，以及延伸於其間的多個腹板構件206。上弦構件202、下弦構件 204，和腹板構件206各由並排安裝的至少第一部分202和第二部分204形成。各部分由纖維增強板材製成，例如但不限於平面編織(PW)或5硬度(5H)材料。也可使用諸如纖維玻璃、石墨、芳香族聚醯胺等纖維增強材料，例如但不限於芳綸纖維環氧樹脂(Aramid fiber epoxies)或熱塑性塑料。各部分粘結或固結在一起。各部分粘結或固結在一起後，所有桁架結構元件形成各結構元件的箱型結構。肋的蓋板206打開，且在機翼蒙皮接合至肋時閉合。肋或桁架的空腔內可使用泡沫芯。在示例性實施例中，桁架肋組件102包括連接至桁架肋組件102外周且從桁架翼肋組件102橫向伸出的橫向凸緣。橫向凸緣208可具有相互遠離延伸的右部和左部。在其它實施例中，僅使用右凸緣或左凸緣。在示例性實施例中，凸緣208繞桁架肋組件102的整個外周延伸。在另一可選實施例中，凸緣208僅繞桁架肋組件102的部分外周延伸。前翼梁凸緣210和後翼梁凸緣212以與橫向凸緣208相同的方式形成，但分別限定各翼梁開口 214和216的內周。翼梁和蓋板位置處所示的凸緣208、210、212構造為接合所述肋和/ 或所述肋的部分至各蒙皮，以形成蒙皮組件，之後接合分組件成為完整的機翼。各腹板開門 218分別由向腹板開口 218內延伸的右凸緣和/或左凸緣220限定。儘管所示桁架肋組件102製造為整體桁架肋組件102，但是應理解桁架肋組件102 可由一個以上獨立部件形成，以有助於不同機翼組裝方法。該複合桁架肋不限於用於飛行器機翼，也可用於不同地點建造且現場架設的建築物的地板或屋頂桁架以及橋梁桁架。
圖3是沿剖面線A_A(圖2所示)所剖的桁架肋組件102的剖視圖。在示例性實施例中，通過一個或多個複合材料板材剪裁形成上弦構件202、下弦構件204和腹板構件206， 來形成桁架肋組件102。板材並排接合在一起，且凸緣施加到桁架肋組件102外周和開口 218。剖面A-A處的凸緣包括左橫向部分302和右橫向部分304，該左橫向部分302和右橫向部分304均遠離複合板材的中心線306延伸。凸緣也包括伸入開口 218的右凸緣部分 308和與凸緣部分308互補的左凸緣部分310。在示例性實施例中，右凸緣部分308和左凸緣部分310相互接合，以有助於將複合板材連接在一起。左橫向部分302和右橫向部分304 構造為以接合的方式接收蒙皮構件，以有助於組裝機翼結構。圖4是沿剖面線B-B (圖2所示)所剖的桁架肋組件102的剖視圖。在示例性實施例中，沿剖面線B-B所剖的桁架肋組件102包括在前翼梁開口 214兩側的前翼梁凸緣210、 以及伸入開口 218且有助於將複合板材連接在一起的凸緣220。圖5是沿剖面線C-C(圖2所示)所剖的桁架肋組件102的剖視圖。在示例性實施例中，沿剖面線C-C所剖的桁架肋組件102包括左半凸緣502和右半凸緣504、以及伸入開口 218且有助於將複合板材連接在一起的凸緣220。圖6是沿剖面線D-D(圖2所示)所剖的桁架肋組件102的剖視圖。在示例性實施例中，沿剖面線D-D所剖的桁架肋組件102包括左半凸緣602和右半凸緣604、以及伸入開口 218且有助於將複合板材連接在一起的凸緣220。圖7是沿剖面線E-E(圖2所示)所剖的桁架肋組件102的剖視圖。在示例性實施例中，沿剖面線E-E所剖的桁架肋組件102包括在後翼梁開口 216兩側及左凸緣702和右凸緣704中每一個上的後翼梁凸緣212。桁架翼肋組件102也包括沿上弦構件202和下弦構件204延伸的橫向凸緣208。組裝期間，後翼梁凸緣212有助於連接桁架肋組件102至後翼梁114，且橫向凸緣208有助於連接包覆部分或蒙皮構件至桁架肋組件102。圖8是根據本公開另一示例性實施例的桁架翼肋組件800的側視剖視圖。在示例性實施例中，桁架翼肋組件800製造為三個部分，前部802、中部804和後部806。各部分由諸如PW或5H材料的複合板材製成，或由纏繞在槽中的連續纖維而製成，其中所述槽以表示上弦810、下弦812、以及形成桁架腹板的互連結構構件814的各部分的方式定向。在一些實施例，有利地，可由板材製成一個或多個前部802、中部804和後部806，而其它部分由設置的fib (纖維)加工材料製成。組裝通過連接前部802、中部804和後部806完成。在一實施例中，前部802和中部804在相互連接前組裝至前翼梁(未示出)，中部504和後部506 在相互連接前組裝至後翼梁(未示出)。上述複合結構構件的成形方法及其形成的桁架結構具成本效益且可靠性高。本方法和結構包括在桁架中成形且接合在一起的複合板材，包括上弦、下弦和具有多個結構桁架元件的腹板。桁架包括有助於加固桁架以及貼附蒙皮或覆層於桁架構件的凸緣構件。複合板材粘結或固結在一起，以有助於提供強度和穩定性。因支承設備較少或較小，輕型桁架簡化了裝卸。因此，該方法和結構以成本有效和可靠的方式有助於減少重量和加工時間，並且增大強度和硬度。儘管已根據各個具體實施例說明了本公開的實施方式，本領域技術人員應認識到本公開的實施方式可在權利要求的精神和範圍內修改執行。
權利要求
1.一種複合桁架結構，其包括包括多個複合材料板材的腹板，各板材包括第一面和相對的第二面，各面包括長度利寬度，多個板材中各個板材面對面連接至多個板材的至少另一板材，使得各面的長度和寬度與相鄰板材面的長度和寬度基本匹配，成形的多個板材包括上弦構件；下弦構件；以及延伸於其間的多個腹板構件；以及在鄰近所述腹板外周處連接至所述腹板的至少第一凸緣板。
2.根據權利要求1所述的結構，進一步包括連接至與所述第一凸緣板相對的所述腹板的一側凸緣板的第二凸緣板，其中所述腹板夾在所述第一凸緣板和所述第二凸緣板之間。
3.根據權利要求1所述的結構，其中所述至少第一凸緣板包括遠離各對應凸緣板邊緣而延伸的凸緣。
4.根據權利要求1所述的結構，其中所述至少第一凸緣板包括遠離對應凸緣板外周邊緣延伸的凸緣。
5.根據權利要求1所述的結構，進一步包括第二凸緣板，所述第二凸緣板包括遠離所述第二凸緣板外周邊緣而延伸的凸緣。
6.根據權利要求1所述的結構，其中所述多個複合材料板材包括平面編織複合材料和 5硬度複合材料中至少其一。
7.根據權利要求1所述的結構，進一步包括遠離所述多個複合材料板材而延伸的凸緣，所述凸緣限定穿過結構翼梁通路的開口，所述凸緣構造為有助於連接所述腹板至翼梁。
8.根據權利要求1所述的結構，進一步包括在所述腹板中形成所述多個腹板構件的多個開口，至少一開口包括與所述多個複合材料板材的面平行延伸的凸緣構件。
9.根據權利要求1所述的結構，其中所述多個腹板構件包括豎腹板構件、水平腹板構件和斜腹板構件中的至少之一。
10.根據權利要求1所述的結構，其中所述上弦構件的第一端連接至所述下弦構件的第一端，所述上弦構件的第二端連接至所述下弦構件的第二端。
11.根據權利要求1所述的結構，其中所述結構的第一部分與所述結構的第二部分獨立成形，所述第一和第二部分彼此連接以形成所述結構。
12.—種形成複合結構構件的方法，所述方法包括面對面連接多個複合材料板材，以形成腹板；使腹板成形以形成上弦和下弦；在腹板中形成多個開口，以形成延伸於所述上弦和下弦之間的多個結構腹板構件；以及連接至少一個凸緣板至所述上弦和下弦中至少其一的外周邊緣。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括連接第二凸緣板至與該至少一個凸緣板相對的所述上弦和下弦中至少其一的外周邊緣。
14.根據權利要求12所述的方法，其中使腹板成形以形成上弦和下弦包括使腹板成形以形成上弦和下弦，其中所述上弦構件的第一端連接到所述下弦構件的第一端且所述上弦構件的第二端連接到所述下弦構件的第二端。
15.根據權利要求12所述的方法，其中進一步包括以凸緣板限定所述多個開口中的至少一個，該凸緣板包括平行於所述多個複合材料板材的面延伸到所述開口中的凸緣構件。
16.根據權利要求12所述的方法，其中所述複合結構構件包括桁架支承件，且其中連接至少一個凸緣板至所述上弦和所述下弦中至少一個的外周邊緣包括連接構造成接收覆層構件的至少一個凸緣板至所述上弦和所述下弦中的至少一個的外周邊緣。
17.一種形成包括複合翼肋的飛行器機翼的方法，所述方法包括形成翼肋，其包括由多個面對面取向而連接到一起的複合板材而形成腹板；在腹板中形成多個互連結構元件，包括上弦構件，下弦構件，和多個腹板構件，每個所述互連機構元件均由所述腹板中形成的多個開口限定；以及連接凸緣板至翼肋的接近所述翼肋外周邊緣的一側，所述凸緣板包括橫向延伸的凸緣構件；組裝至少一個翼肋至前翼梁和後翼梁中至少一個上；使用所述橫向延伸的凸緣構件組裝後緣蒙皮至所述翼梁和翼肋組件；組裝上、下中心蒙皮至所述翼肋、翼梁和後緣蒙皮組件，使得所述中心蒙皮與所述後緣蒙皮搭疊；以及連接所述前緣蒙皮至所述機翼組件，使得所述前緣蒙皮與所述中心蒙皮和後緣蒙皮組件搭疊。
18.根據權利要求17所述的方法，其中連接凸緣板至所述翼肋一側包括連接第一凸緣板至所述翼肋第一側，和連接第二凸緣板至所述翼肋第二相對側，每個凸緣板包括構造成接合包覆部分的橫向延伸的凸緣。
19.根據權利要求17所述的方法，其中在所述腹板中形成多個互連結構元件包括形成上弦構件和下弦構件，其中所述上弦構件的第一端連接到所述下弦構件第一端，而所述上弦構件的第二端連接到所述下弦構件第二端。
20.根據權利要求17所述的方法，其中連接凸緣板至所述翼肋一側包括連接第一凸緣板至所述翼肋第一側，和連接第二凸緣板至所述翼肋第二相對側，每個凸緣板包括構造成接合包覆部分的橫向延伸的凸緣。
全文摘要
本發明提供了一種複合桁架結構(102)的方法和結構。該結構包括由多個複合材料板材形成的腹板(206)，各板材包括第一面和相對的第二面，各面包括長度和寬度。多個板材的各個板材面對面連接至多個板材的至少另一板材，使得各面的長度和寬度與相鄰板材面的長度和寬度基本匹配。多個板材製成為包括上弦構件(202)、下弦構件(204)和延伸於其間的多個腹板構件(206)。該結構也包括在鄰近腹板外周處連接至腹板的至少一個第一凸緣板(208)。
文檔編號B64C3/18GK102317154SQ200880014861
公開日2012年1月11日 申請日期2008年3月29日 優先權日2007年4月5日
發明者R·L·庫裡莎 申請人:波音公司