結構構件和用於結構構件的製造方法

2023-05-16 02:11:36 1

專利名稱：結構構件和用於結構構件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種用於飛機或宇宙飛船的結構構件以及一種用於此類結構構件的製造方法。此外，本發明還涉及一種具有此類結構構件的飛機或宇宙飛船。
背景技術：
儘管可用於任意的結構構件，本發明以及其所解決的技術問題還是參照運輸飛機的機身外皮來詳細描述。EP1134069公開了一種由芯體連接構件以雙外皮的構造方式製成的用於飛機的結構構件，芯體連接構件具有發泡材料芯體。此類結構構件(特別是由纖維增強的塑料製成) 提供了相對於由常見的材料比如鋁製成的結構構件的較大的重量優勢。不過以雙外皮構造方式的此類結構構件的製造和操作在安裝成更大的結構比如飛機或宇宙飛船時特別費時且昂貴。此外在安裝時出現的損壞的修復也很耗費。

發明內容
因此本發明的目的在於，實現雙外皮結構構件的可靠和成本低廉的應用。根據本發明該目的通過具有權利要求1的特徵的結構構件或通過具有權利要求 13的特徵的製造方法實現。本發明的基本思路在於，以如下方式加固平面般地在構件平面上伸展的、具有兩個通過在其間包入的芯體連接的蓋層的結構構件，在蓋層之間設置加固帶，其沿基本上平行於構件平面延伸的加固路徑在蓋層之間延伸。由於加固帶如芯體在蓋層之間的內部延伸，其可以利用在芯體複合件的製造中採用的方法構建，這相對於利用常見的加固元件比如縱梁或艙壁的安裝提供了較大的成本優勢。此外由於加固帶在蓋層內部延伸，還在蓋層之間保護其不受損。根據一種優選的改進，構件芯體具有發泡材料。這實現了成本低廉地製造結構構件，其中，發泡材料中的撐條被設計成臨時支撐的輔助材料並且與蓋層連接，其中，發泡材料由於其重量輕可以節省成本地簡單地保留在結構芯體中。可替換的是還可以除去發泡材料，用以實現更輕的重量。根據一種優選的改進，撐條分別具有樹脂灌入的纖維束。這實現了成本低廉地製造結構構件，其中撐條比如以簡單的縫紉方法構建在發泡材料中並且以樹脂灌入在此產生的穿通孔中。根據一種優選的改進，加固帶通過構件芯體中提高的撐條密度的區形成。這實現了極其小的製造成本，因為加固帶可以利用為置入撐條總歸要採用的方法和設備產生。此外撐條可以幾乎在針對加固帶的延伸的幾何尺寸上不受限地置入。根據一種可替換的優選的改進，加固帶通過構件芯體中的在加固路徑上延伸的襯墊(Einlage)形成。以這種方式可實現較高的穩固性；還實現了將沿與襯墊鄰接的蓋層穩固地相互連接起來。襯墊優選具有軟管狀的纖維網，其包圍襯墊芯體，因為該結構在極小的自重的情況下特別穩固。根據一種優選的改進，至少一個撐條不僅穿透結構芯體而且該穿透襯墊芯體。這樣將襯墊特別牢固地綑紮(Einbinden)起來。優選撐條相對於構件表面對角地延伸，因為這樣就可以簡單地將其從外部置入。根據一種優選的改進，構件平面具有在至少一個空間方向上的彎曲，其中，加固帶螺旋狀地相對於彎曲的方向成對角地延伸。由此可以有利地使構件克服沿彎曲軸線的扭轉振動進行加固。根據一種優選的改進，設置第一和第二加固帶，它們相互以一個角度交叉地延伸。 由此可以有利地使構件克服在不同方向中受載的情況下的變形進行加固。根據一種優選的改進，加固帶在第一和第三分段中基本上在一致的方向上延伸並且在第一和第三分段之間設置的分段中具有形成兩個環形連接的分支的分裂處。以這種方式可以將加固件在沒有實質上的穩固性喪失的情況下圍繞結構構件中的平面的分段(比如窗口截面)引導。


下面參照附圖藉助於實施例詳細描述本發明。其中圖1為根據一種實施方式的示例性結構構件的截面圖；圖2為具有根據一種實施方式的結構構件的飛機的機身桶段的側視圖；圖3為根據一種實施方式的、具有襯墊的結構構件的示意性側視圖；圖4為根據一種實施方式的、用於圖3的結構構件的製造方法的示圖；圖5為根據另一種實施方式的、具有襯墊的結構構件的示意性截面圖；圖6為根據一種實施方式的、具有窗口開孔的結構構件的示意性截面圖；以及圖7為根據一種實施方式的、具有門開口的結構構件的示意性截面圖。只要沒有給出相反的說明，附圖中相同的附圖標記表示相同的或功能相同的部件。
具體實施例方式圖1示出了由發泡材料製成的具有平面般地在複合構件的構件平面上伸展的構件芯體408的結構構件102的截面視圖，在其相對的、基本上平行延伸的面上構建由纖維材料製成的第一蓋層401和第二蓋層402。該構件平面平行於蓋層401、402延伸且垂直於圖 1的繪圖平面豎立。在第一蓋層401和第二蓋層402之間，由纖維束構成的撐條403穿過構件芯體408延伸，撐條403的端部406貼靠在蓋層401、402上。蓋層401、402和撐條403 以共同的塑料基體填充。撐條403以基本上恆定的最小表面密度分布在結構構件102的整個構件平面上。 此外沿加固帶106(該加固帶沿基本上平行於構件平面延伸的加固路徑104在蓋層之間延伸)的伸長的區，撐條103的表面密度被提高到超過最小表面密度。由此該結構構件102 在加固帶106的區域中具有提高的剛性。圖2示出了飛機的機身桶段206的側視圖。該機身桶幾何形狀在縱向上被分開， 其中，機身桶段上半部由具有如圖1所示的雙外皮構造的結構構件102形成。該結構構件102 一體地製成，比如藉助於具有內成形面的成形工具，用以確保外公差。機身桶段下半部 202可以比如以類似的方式由金屬或另一種材料製成。在結構構件102中通過提高的撐條403的表面密度形成的加固帶106、106'、 106〃 ,106"『不僅在飛機縱向203上延伸，而且在既相對於飛機縱向又相對於基本上圓筒狀彎曲的結構構件102的彎曲方向204傾斜的方向上延伸，並且螺旋狀成對角地圍繞機身桶段206盤繞。此外成對角地延伸的加固帶106、106'以大約90°的角度α相交。在機身桶段206中設計一排窗口開孔208，它們由環形的加固部200包圍。環形的加固部200被包含在加固帶106、106' ,106" ,106"『的延伸中，其中，比如加固帶106的第一分段211在對角的加固路徑104的方向上延伸，直到其遇到圍繞窗口開孔208的環形加固部200。在窗口開孔的區域中的第二分段212中環形加固段200接管加固帶的功能，該加固帶在此分裂成兩個環形的相互關聯的分支。在環形加固部200的相對立的一側這些分支結合到一起，並且加固帶的延伸在第三分帶213中朝加固路徑104的方向延續。所示的加固模式純粹是示例性的且可以完全與局部的受載(載荷導入、剪切)進行匹配。還可以在該加固模式中納入發泡材料的幾何尺寸的變型(厚度躍變、彎曲度、坡度)。圖3示出了另一種結構構件102的示意性截面圖，其由具有發泡材料芯體408和蓋層401、402的第一構件半部311以及具有發泡材料芯體408'和蓋層401、402的第二構件半部312沿在圖3中心垂直於繪圖平面延伸的接合線接合到一起。沿接合線在蓋層401、 401'和402、402'之間置入具有由發泡材料製成的襯墊芯體302和由軟管狀纖維網製成的外罩300的襯墊(Einlage) 302、300。外罩300比如與蓋層401、401 『 ,402,402'和撐條 403 —起以樹脂灌入。襯墊通過外罩用作加固帶106。圖4示出了用於圖3的結構構件的一種可能的製造方法，其中，在兩個構件半部 311、312上除去各芯體408、408'的一部分並且代替該部分推入襯墊300、302。通過額外置入的撐條500、502(其不僅貫穿蓋層401、40Γ ,402,402'而且貫穿襯墊300、302的外罩 300)可以進一步加固襯墊的綑紮。圖6示出了具有窗口 600的開孔的結構構件102的示意性截面圖，其中，由如圖2 描述的三個分段211、212、213構成的加固帶越過窗口開孔延伸。環形的襯墊200比如如圖 3中的襯墊300、302那樣構建。圖7示出了具有門704的開孔的結構構件102的示意性截面圖。作為額外的加固件將託架700和另一個蓋層702安裝在飛機機身的內側面上。儘管本發明在此藉助於優選的實施例進行描述，但其不限於此，而是可以以各種各樣的方式進行改變。比如可以以所述的方式構建飛機的其它結構構件比如承載面或尾翼。附圖標記102結構構件104加固路徑106加固帶200環形結構202下部外皮203飛機縱向
204彎曲方向206機身桶段211-213 帶分段300軟管網302襯墊芯體311、312 構件半部401、402 蓋層403 撐條406錨固件408構件芯體500、502額外的撐條600 窗口500豎直的撐條502對角的撐條700 託架702其它的蓋層704 門
權利要求
1.一種用於飛機或宇宙飛船的結構構件(102)，具有在構件平面上伸展的構件芯體G08)；第一蓋層(401)和第二蓋層002)，其在構件平面上延伸地設計在構件芯體(408)的兩個相互對立的界面上；大量在構件平面上分布的撐條G03)，其將第一蓋層(401)和第二蓋層(40 通過構件芯體(408)相互連接；以及加固帶(106)，其沿基本上平行於構件平面延伸的加固路徑(104)在蓋層(401、402)之間延伸。
2.根據權利要求1所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述構件芯體(408)具有發泡材料。
3.根據權利要求1或2所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述撐條(403)分別具有一個樹脂灌入的纖維束。
4.根據前述權利要求中至少一項所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述加固帶 (106)通過構件芯體008)中提高的撐條003)的密度的區形成。
5.根據權利要求1-3中至少一項所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述加固帶 (106)通過在加固路徑(104)上延伸的襯墊(300、302)形成到構件芯體008)中。
6.根據權利要求5所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述襯墊(300、302)具有軟管狀的纖維網(300)，所述纖維網包圍襯墊芯體(302)。
7.根據權利要求5或6所述的結構構件(102)，其特徵在於，至少一個、特別是成對角地延伸的撐條(500、50幻不僅穿透至少一個蓋層(401、40幻而且穿透襯墊(300、302)。
8.根據前述權利要求中至少一項所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述構件平面具有在至少一個彎曲方向(204)上的彎曲部，其中，加固帶(106)螺旋狀地相對於彎曲方向 (204)成對角地延伸。
9.根據前述權利要求中至少一項所述的結構構件(102)，其特徵在於，第一加固帶 (106)和第二加固帶(106')相互以角度(α)交叉地延伸。
10.根據前述權利要求中至少一項所述的結構構件(102)，其特徵在於，所述加固帶 (106)在第一分段011)和第三分段013)中基本上在加固路徑(104)的方向上延伸，並且在第一分段(211)和第三分段(21 之間設置的第二分段(21 中具有形成兩個環形連接的分支的分裂處000)。
11.一種用於飛機或宇宙飛船的機身外皮006)，具有按照權利要求1至10中任一項所述的結構構件。
12.—種飛機或宇宙飛船，具有按照權利要求11所述的機身外皮(206)或按照權利要求1至10中任一項所述的結構構件(102)。
13.一種用於製造用於飛機或宇宙飛船的結構構件(102)的方法，具有下列步驟提供在構件平面上伸展的構件芯體G08)，其具有發泡材料；在構件芯體(408)的兩個相互對立的界面上設置第一蓋層(401)和第二蓋層002)，其在構件平面上延伸；構建大量在構件平面上分布的撐條G03)，其將第一蓋層(401)和第二蓋層(40 通過構件芯體(408)相互連接；以及置入加固帶(106)，其沿基本上平行於構件平面延伸的加固路徑(104)在蓋層001、 402)之間延伸。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述加固件(106)的置入通過構建表面密度提高的撐條(403)實現。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特徵在於至少部分地除去發泡材料的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用於飛機或宇宙飛船的結構構件(102)，具有在構件平面上伸展的構件芯體(408)；具有第一和第二蓋層(401、402)，其在構件平面上延伸地設計在構件芯體(408)的兩個相互對立的界面上；具有大量在構件平面上分布的撐條(403)，其將第一蓋層和第二蓋層通過構件芯體相互連接；以及具有加固帶(106)，其沿基本上平行於構件平面延伸的加固路徑在蓋層之間延伸。
文檔編號B29C70/24GK102481732SQ201080022906
公開日2012年5月30日 申請日期2010年5月19日 優先權日2009年5月25日
發明者格雷格爾·克裡斯蒂安·安德勒斯, 漢斯-約爾根·韋伯 申請人:空中巴士運營有限公司