用於組裝飛機的抗扭盒結構的方法和裝置的製作方法

2023-10-16 22:49:54

專利名稱：用於組裝飛機的抗扭盒結構的方法和裝置的製作方法
用於組裝飛機的抗扭盒結構的方法和裝置
發明目的
如本說明書的標題所述，本發明的目的是提供一種用於航空用途的抗扭盒型結構 的組裝方法，以確保蒙皮的空氣動力外表面內一定的最小尺寸公差，簡化組裝方法並消除 不必要的組裝操作。技術領域
如前一部分所述，本發明應用於航空業、飛機結構特別是抗扭盒型結構的技術領 域中。
本發明涉及其組裝方法的抗扭盒型結構，簡稱為抗扭盒，是飛機結構技術領域中 公知的結構。因此，抗扭盒目前構成飛機中機翼和水平尾翼中的主要結構元件。
抗扭盒基本上被定義為由以下各部分組成的結構一些加強杆，通常都是直的，縱 向設置在結構內；橫跨加強杆設置並與其相連的一些加強肋；以及圍繞加強杆和加強肋覆 蓋結構並與加強杆和加強肋相連的蒙皮。
加強杆主要具有吸收彎曲應力的功能，加強肋用於其部分分配沿加強杆應力並使 蒙皮成形，而最後蒙皮將拉升的空氣動力載荷以及加在蒙皮的空氣動力表面上的阻力分配 給加強肋和加強杆。另外，抗扭盒通常裝有一些縱梁，被設置為連接至蒙皮內表面並且承擔 為蒙皮提供穩定性以及防止其撓曲的功能。
用於航空用途的抗扭盒的蒙皮外表面考慮到有空氣動力作用在該表面上而要求 非常小的0. Olmm等級的公差。為此在這些結構上裝配蒙皮就顯得特別重要。
最後，應該指出的是儘管本發明涉及用於航空用途的抗扭盒，但是不應理解為受 限於此，因為正如根據以下給出的說明書所披露的那樣，本發明也能夠應用於由給出外部 形狀的骨幹框架和充分鬆弛的蒙皮組成的結構，其中需要確保蒙皮的外表面具有一定的尺 寸公差。
背景技術：
通常，並且是為了組裝結構(例如用於航空用途的抗扭盒)以及尺寸相當大的其 他結構，將一種已知為裝配夾具的支撐結構用於要進行裝配的不同元件。
用於組裝結構(例如抗扭盒)的方法由以下的基本操作構成支撐；定位；臨時固 定；和連接。
可以理解，支撐是將要進行裝配的元件設置在裝配夾具內。
定位是包括確定要裝配的元件相對於結構中其他元件的正確位置的操作，換句話 說就是核對元件的位置以及元件在該位置定位。
臨時固定操作包括在最終連接之前將構成待組裝的結構的元件之間形成臨時連 接。在鉚接連接中，臨時連接通常是在待連接元件表面預先鑽孔之後通過被設置為橫穿待 連接元件表面的一些裝配夾頭實現的。臨時固定的目的是通過允許在組裝期間添加或移除 元件並因此例如允許工具或者操作人員等接觸其他的組裝元件而使組裝系統化並有助於組裝。
最後，連接是在待裝配元件之間進行最終固定的操作。用於航空用途的抗扭盒的 各元件之間的連接通常是通過鉚接實現的。
抗扭盒不同元件之間的臨時固定和連接通常是通過搭接待連接元件內形成的一 些延長部或其中包含的部件而實現的。因此，加強肋邊緣通常具有一些用於其連接至蒙皮 的凸緣和一些用於其連接至加強杆的襟翼，同時對於這些部分加強杆的內表面具有一些加 固件，通過這些加固件將加強杆連接至加強肋。
用於航空用途的抗扭盒的常規組裝方法基本上包括首先組裝抗扭盒的骨架結構， 換句話說就是組裝加強杆和加強肋，並且一旦骨架組裝完畢，就將蒙皮裝到骨架上。
以下詳細介紹的是用於組裝抗扭盒的常規方法。
首先，將加強杆正確核對位置地支撐並定位的裝配夾具上。
然後將加強肋縱向和橫向地定位，換句話說就是分別沿縱向和橫向於加強杆的方 向定位。加強肋的縱向定位是基於設置在加強杆內表面上的加固件承擔了作為將其連接至 加強肋的任務而實現的。從尺寸公差的角度看，橫向定位明顯更為關鍵，並且無法像縱向定 位那樣基於加強杆的加固件實現。為此，通常要使用輔助設備，輔助設備主要包括一些限制 蒙皮內部輪廓的止擋件或模板，並因此在與這些止擋件或模板形成接觸時預先確定加強肋 的正確位置。一旦每一根加強肋均已定位，即可通過用裝配夾頭夾持來將其臨時固定至加 強杆。
然後，在加強杆和加強肋之間實現連接，其中臨時固定通常通過鑽孔和鉚接而被 最終固定所代替。
最後，一旦組裝好由加強杆和加強肋構成的結構骨架，隨後就進入到蒙皮的安裝。 為了實現這一步，將蒙皮拉至加強肋和加強杆處並以其正確位置覆蓋加強肋和加強杆。蒙 皮的定位以這樣的方式實現組成抗扭盒的上部件和下部件或者上部和下部(以及所謂的 上蒙皮和下蒙皮)的每一個從蒙皮的縱向中心軸線一直延伸至加強杆，從而調整並確保與 加強肋的凸緣相接觸。
組裝必須準確地反映出結構的理論設計，但是在組裝之後，蒙皮表面超出其公差 卻並不罕見，其中在蒙皮表面內會不可避免地形成凸出區域和凹陷區域。這可能是由於加工 誤差例如凸緣張角的偏差或者蒙皮厚度的偏差，但是這主要是由於加強肋不精確定位方面的 組裝誤差，尤其是基於使用所述止擋件或模板的加強肋定位系統所固有的不準確度的結果。
為了解決蒙皮組裝中的這些缺陷並由此確保所要求的公差，目前在形成最終連接 之前執行已知為調節操作的某些操作。這些調節操作主要包括在加強肋凸緣與蒙皮的連接 區域進行局部修正，其中通過切割凸緣或者用液體或者固體的補充部件填充間隙來使凸緣 變形。這些調節操作存在的缺點是非常繁瑣並因此顯著提高了組裝方法的成本。
正如已經看到的那樣，用於抗扭盒組裝的常規方法表現出來的部分缺點是組裝 後蒙皮空氣動力表面的不準確度；用於加強肋的定位系統(止擋件或模板)的複雜性；以 及執行繁瑣的調節操作。發明內容
本發明中提出的方法的目標是避免上述缺點，允許要獲得的抗扭盒在蒙皮的空氣動力表面內更加精確，簡化組裝並消除不必要的調節操作，由此實現削減成本並改善生產 出的抗扭盒的性能。
本發明中用於航空用途的抗扭盒的組裝方法主要包括工以這樣的方式同時組裝 抗扭盒的骨架(加強杆和加強肋)與蒙皮參照蒙皮來定位加強肋，一旦被定位就將加強肋 臨時固定至蒙皮而不是固定至加強杆。
用於航空用途的抗扭盒蒙皮具有鬆弛的性質，鬆弛應被理解為蒙皮在被組裝到結 構的骨架上之前自身並不具有其一旦組裝之後所獲得的形狀，相反，其形狀可以改變，並且 特別是能夠觀察到抗扭盒的蒙皮主要是沿橫向方向鬆弛，因為在縱向上它們是被縱梁撐緊 的。
蒙皮鬆弛的這一特徵具有的結果是為了能夠將加強肋正確地定位在蒙皮上，一方 面有必要給蒙皮提供在一旦組裝到結構上之後必須要獲得的理論形狀，而且另一方面有必 要提供方法以使得在組裝期間蒙皮牢固地保持該理論形狀而不會在組裝期間經歷任何變 形或者源於蒙皮實際操作的其他改變。
由賦予蒙皮形狀並在組裝期間保持該形狀構成的這一基本操作被稱為預成形操 作，並且是本發明提出的方法所獨有的。
本發明還要求保護一種用於執行預成形操作的設備，被稱為預成形設備。
本發明中的預成形設備主要包括模板元件，其基本特徵在於以下事實當蒙皮被 壓到模板元件上時，蒙皮的外表面獲得其準確的理論形狀並且該設備具有用於固定和拉緊 蒙皮的裝置，其目的是保持蒙皮的形狀。因此，固定和拉緊裝置必須給蒙皮提供恰當的內部 張力以使其不會在執行方法的操作時變形。為了實現這一點，預成形設備的特徵在於固定 蒙皮的裝置使得在固定點處不會引入局部變形外加這些設備便於布設的事實。預成形設備 的另一個附加特徵在於固定和拉緊裝置被以這樣的方式設置其允許隨著鑽頭和附件通過 以及正確執行方法中的各項操作。
以下詳細介紹的是根據本發明要求保護的抗扭盒的組裝方法。
與上述的常規方法相同，將加強杆正確核對位置地定位並支撐在裝配夾具上。
然後是加強肋定位。用與已經介紹的常規方法以相同的方式從加強杆的加固件開 始執行縱向定位。與已經介紹的常規方法的不同之處在於加強肋的橫向定位是通過預成形 的蒙皮的裝置實現的(如已描述的)，並且主要包括在這些加強肋連接在預成形蒙皮上的 狀態下以這樣的方式確定加強肋正確的橫向位置通過在加強肋的組裝面內旋轉或平移使 加強肋抵靠蒙皮進行最佳地就位。
在加強肋定位之後，它們被臨時固定至預成形蒙皮和加強杆並進行對應的夾持。
最後，通常通過鑽孔和鉚接實現加強杆、加強肋和蒙皮之間的連接操作，用最終連 接取代臨時固定。
本發明上述方法的一種變例包括單獨執行蒙皮的一部分(上部和下部)的組裝並 隨後再完成蒙皮另一部分的組裝。這種變例說明使用的抗扭盒結合有分為多個部分的加強 肋，因此通過合併了加強肋上部和加強肋下部的加強肋即可由於使用了本發明的組裝方法 而實現更好的調節。在該變形中，方法可以包括首先組裝蒙皮的一部分，預成形該部分並將 加強肋的相應部分臨時固定至蒙皮預成形的這一部分，並且隨後即可將加強肋的這一部分 連接至加強杆，收回蒙皮的該部分，並且隨後可以類似程序地組裝蒙皮的另一部分，將加強肋的部分與已組裝好的加強肋的另一部分臨時固定在一起，並且最終如果合適則將蒙皮的 部分和加強杆部分與蒙皮的部分連接在一起。
附圖簡要說明
在以下僅作為示例給出並且因此並非是對本發明加以限制的簡要說明以及附圖 的基礎上可以充分地理解本發明，並且在附圖中


圖1示出了用於航空用途的抗扭盒結構的分解透視圖，其中構成抗扭盒的元件及 其組裝就構成了本發明的目標加強杆、加強肋和蒙皮。
圖2示出了本發明實施例中介紹的一種加強肋類型的透視圖，包括加強肋上部和 加強肋下部。
圖3以構成組裝順序的不同步驟示意性地表示抗扭盒組裝方法的順序，示出了結 構的視圖。
圖4示出了在組裝方法中使用的預成形設備的示意性透視圖，參照裝配夾具，其 中示出的加強杆被定位和支撐在夾具上。
具體實施方式
為了更好地理解本發明的目的和功能，並且不被視為限制性的解決方案，以下基 於上述附圖給出本發明實施例的介紹。
以下介紹的實施例涉及一種如圖中所示用於航空用途的抗扭盒(1)的組裝方法， 其待組裝的構成元件基本上如下所述
-在結構中縱向設置的前加強杆(2)和後加強杆O')；
-連接至加強杆W)並且在結構中橫向設置的一些加強肋(3)，在本實施例中 每一根加強肋都包括加強肋上部(3')和加強肋下部(3")；以及
-設置為圍繞加強杆和加強肋覆蓋結構並連接至加強杆和加強肋的蒙皮(4， 4')，包括蒙皮上部(4)和蒙皮下部)(也就分別是所謂的上蒙皮和下蒙皮)；用該方 法確保蒙皮G，4')的空氣動力外表面內所需的一定的尺寸公差。蒙皮設有一些縱梁(9)。
以下參照圖3介紹的是本發明的組裝方法用於所述抗扭盒結構(1)。
首先從蒙皮上部(4)開始，因為蒙皮上部(4)是鬆弛的，所以它不具有合適的形狀 (圖3a)；通過預成形操作並利用預成形設備，蒙皮上部(4)用這樣的方法被壓成其一旦被 組裝到結構上就必須獲得的理論形狀(圖北)所述理論形狀在組裝期間保持穩固。
一旦蒙皮的部分(4)被預成形，它就被帶到已經被正確定位地預先定位在裝配夾 具中的前加強杆和後加強杆。此時使用裝配夾頭(10)通過加強杆的凸緣( 在蒙皮的部 分⑷和加強杆0，2')之間實現臨時固定。
然後執行加強肋上部(3')的定位並且通過在橫平面內適當地旋轉和平移加強 肋對加強肋上部(3')進行抵靠在蒙皮內表面上的相應調節(圖3c)。這種調節可以通過 機械操作裝置實現。
圖3d示出了加強肋上部的臨時固定操作，一旦加強肋部分的每一個均已定位就 進行該操作。通過加強肋部分的延伸部(7')與加強杆W )的加固件(6)和蒙皮的 部分(4)搭接來完成固定。
下一個步驟是如圖!Be中所示收回蒙皮上部並將加強肋部分連接至加強杆，用鉚釘(11)替換夾頭(10)。
組裝方法的其餘步驟包括將抗扭盒(1)的其餘部分組裝至蒙皮下部)和加 強肋下部(3")。以下的步驟類似於已經介紹的用於組裝由蒙皮上部(4)和加強肋上部 (3')構成的抗扭盒(1)的部分的步驟(加以必要修正)，要注意的是加強肋下部(3") 要搭接加強肋上部(3 『)。
最後，用連接來替代臨時固定並且將蒙皮上部(4)和蒙皮下部)這兩部分連 接至加強杆0，2')和加強肋(3'，3")的組合。圖3f示出了組裝好的抗扭盒結構(1)。
在圖4中可以看到根據本發明的預成形設備的實施例及其相對於抗扭盒的裝配 夾具(1 的設置方式，其中加強杆W )被支撐在此並利用常規的定位裝置(1 定位。 還示出了自門式起重機垂下的加強肋常規機械操作裝置(14)。
預成形設備的實施例包括模板元件(1 以使得在蒙皮被壓到模板元件上時，蒙 皮G，4')的外表面就獲得其準確的理論形狀並保持該形狀，為此設有蒙皮G，4')的固 定和拉緊裝置(1 。該設備還包括一些模板元件(1 的支撐和定位裝置(16，17，18，19)， 包括平移裝置(16，19)和空間旋轉定位裝置(17，18)，其功能是根據所述方法將蒙皮(4， 4')以準確的理論形狀定位在結構內。
權利要求
1.用於組裝飛機結構的方法，所述結構主要包括 共同構成結構骨架的一組結構元件；和被設置用於圍繞骨架覆蓋結構並連接至骨架的蒙皮；蒙皮基本上是以這樣的方式鬆弛 的直到將其設置為連接到骨架上之前，蒙皮本身基本上不具有確定形狀；蒙皮具有外表 面，一旦蒙皮被組裝到骨架上，外表面就要求其上的尺寸公差； 該方法包括以下步驟a)預成形蒙皮；該步驟主要包括為了獲得蒙皮一旦組裝到結構的骨架上就應該具有 的準確理論形狀而使蒙皮成形，以及用這樣的方式穩固地保持該形狀蒙皮在組裝中其操 作期間不會變形或遭到改變；b)相對於預成形的蒙皮定位並臨時固定結構的骨架；該步驟主要包括在骨架連接在 預成形的蒙皮上的狀態下確定構成骨架的結構元件之間的相對位置，以及將預成形的蒙皮 臨時連接到骨架和將構成骨架的元件彼此連接；c)將骨架最終連接至蒙皮。
2.如權利要求1所述的用於組裝飛機結構的方法，應用於抗扭盒型結構(1)，抗扭盒型 結構(1)主要包括骨架，包括在結構中縱向設置的多根加強杆O)以及在結構中橫向設置的多根加強 肋⑶；和設置為圍繞加強杆和加強肋覆蓋結構並連接至加強杆和加強肋的蒙皮G，4')；蒙皮 具有空氣動力外表面，一旦蒙皮被組裝到骨架上，外表面就要求其上的尺寸公差； 所述方法包括以下步驟a)預成形蒙皮，該步驟主要包括為了獲得蒙皮一旦組裝到抗扭盒結構(1)的加強杆 (2)和加強肋( 上就應該具有的準確理論形狀而使蒙皮變形；b. 1)定位加強杆O)，該步驟主要包括將加強杆支撐在裝配夾具(1 內，以使得在抗 扭盒結構(1)的組裝結構內的加強杆之間存在的準確相對位置保持固定；b. 2)將預成形的蒙皮定位並臨時固定至加強杆，該步驟主要包括將預成形的蒙皮以蒙 皮在抗扭盒結構(1)的組裝結構內佔據的正確位置定位到加強杆上，並將預成形的蒙皮和 加強杆臨時地彼此連接；b.3)將加強肋定位並臨時固定至預成形的蒙皮和加強杆，主要包括在加強肋連接在預 成形的蒙皮上的狀態下將加強肋定位在正確位置，並將加強肋臨時連接至預成形的蒙皮和 加強杆；c.1)將加強杆最終連接至加強肋；c. 2)將蒙皮最終連接至加強杆和加強肋。
3.如權利要求2所述的用於組裝飛機結構的方法，應用於抗扭盒型結構(1)，抗扭盒型 結構(1)主要包括骨架，包括在結構中縱向設置的前加強杆(2)和後加強杆議)，以及在結構中橫向 設置的多根加強肋(3)，每一根加強肋都包括加強肋上部(3')和加強肋下部(3")；和蒙皮，包括蒙皮上部(4)和蒙皮下部)，設置為圍繞加強杆和加強肋覆蓋結構並連 接至加強杆和加強肋；蒙皮具有空氣動力外表面，一旦蒙皮被組裝到骨架上，外表面就要求 其上的尺寸公差；所述方法包括以下步驟·l.a)預成形蒙皮部分之一，其是蒙皮上部(或下部)；該步驟主要包括為了獲得一旦組 裝到抗扭盒結構(1)的加強杆( 和加強肋( 上就應該具有的準確理論形狀而使蒙皮部 分變形；·l.b. 1)定位加強杆O)，該步驟主要包括將加強杆支撐在裝配夾具(1 上，以使得在 抗扭盒結構(1)的組裝結構的前加強杆和後加強杆之間存在的準確相對位置保持固定；·1. b. 2)將預成形的蒙皮部分定位並臨時固定至加強杆，該步驟主要包括將預成形的蒙 皮部分以該蒙皮部分在抗扭盒結構(1)的組裝結構內佔據的正確位置定位到加強杆上，並 將預成形的蒙皮部分和加強杆臨時地彼此連接；·l.b. 3)將加強肋上部(或下部)定位並臨時固定至預成形的蒙皮部分和加強杆，主要 包括在加強肋部分連接在預成形的蒙皮部分的狀態下將加強肋部分以其正確位置定位，並 將加強肋上部(或下部)臨時連接至預成形的蒙皮部分和加強杆；·1. c. 1)將加強杆最終連接至加強肋上部(或下部)；·1.C. 2)將蒙皮部分最終連接至加強杆和加強肋上部(或下部)；··2.a)預成形另一蒙皮部分，其是蒙皮下部(或上部)；該步驟主要包括為了獲得蒙皮部 分一旦組裝到抗扭盒結構(1)的加強杆( 和加強肋( 上就應該具有的準確理論形狀而 使蒙皮部分變形；·2.b. 1)將預成形的蒙皮部分定位並臨時固定至加強杆，該步驟主要包括將預成形的蒙 皮部分以該蒙皮部分在抗扭盒結構(1)組裝結構內佔據的正確位置定位到加強杆上，並將 預成形的蒙皮部分和加強杆臨時地彼此連接；·2.b. 2)將加強肋下部(或上部)定位並臨時固定至預成形的蒙皮部分、加強肋上部 (或下部)以及根據具體情況臨時固定至加強杆，該步驟主要包括在加強肋部分連接在預 成形的蒙皮部分的狀態下將加強肋部分以其正確位置定位，並將加強肋下部(或上部)臨 時固定至預成形的蒙皮下部(或上部)、加強肋上部(或下部)以及根據具體情況臨時連接 至加強杆；·2. c. 1)將加強肋上部最終連接至加強肋下部以及根據具體情況最終連接至加強杆；·2. c. 2)將蒙皮部分(上部和下部)最終連接至加強杆和加強肋部分(上部和下部)。
4.如權利要求3所述的用於組裝飛機結構的方法，其中抗扭盒結構(1)在組裝期間以 這樣的方式保持基本豎直前加強杆( 和後加強杆議)被定位設置成彼此疊置並且蒙 皮上部(4)和下部)位於相應側。
5.用於預成形飛機結構蒙皮的設備，應用於權利要求1至4中所述的方法，包括模板元件，具有用於固定和拉緊蒙皮的裝置以使得在蒙皮被壓到模板元件上時，通過 給蒙皮提供恰當的內部張力使蒙皮的外表面獲得其精確的理論形狀並保持該形狀，從而使 其不會在執行方法的操作時變形，固定和支撐裝置以這樣的方式設置其允許實現方法中 的操作；用於支撐和定位模板元件的裝置，包括用於平移定位的裝置和用於三維旋轉定位的裝 置，具有的功能是根據所述方法將蒙皮定位在結構的骨架上。
6.如權利要求5所述的用於預成形飛機結構蒙皮的設備，應用於權利要求1至4中所 述的方法，其中固定和拉緊蒙皮的裝置結合有真空固定設備，其包括分布在模板元件上的一組吸盤。
7.如權利要求6所述的用於預成形飛機結構蒙皮的設備，應用於權利要求1至4中所 述的方法，其中模板元件(1 主要包括曲線形輪廓，具有與蒙皮外表面的理論輪廓線相對 應的形狀。
全文摘要
本發明涉及一種方法和組裝工具，用於安裝飛機結構，例如抗扭箱。本發明包括參照蒙皮(4)安裝加強杆(2，2′)和加強肋(3)，以使一旦加強杆(2，2′)被正確定位地定位在裝配夾具(12)上，加強肋(3)就在其與蒙皮(4)的內表面接觸的狀態下被橫向定位。工具包括模板元件(15)，其用於預先為蒙皮提供一旦其被安裝就施加於其上的理論形狀並通過固定和拉緊裝置(16)以及支撐和定位裝置(17，18，19，20)保持該理論形狀。
文檔編號B64F5/00GK102036879SQ200980118092
公開日2011年4月27日 申請日期2009年4月16日 優先權日2008年5月19日
發明者D·桑切斯-布魯內特阿爾瓦雷斯 申請人:空中巴士營運公司