球形或近球形複合耐壓艙壁的自然路徑撕扯條帶和加強筋的製作方法

2023-10-07 16:40:04 3

球形或近球形複合耐壓艙壁的自然路徑撕扯條帶和加強筋的製作方法
【專利摘要】本發明涉及採用具有外圍和頂點的基本球形的圓頂的艙壁，其中軸線在頂點處與圓頂垂直。多個第一條帶從測地線上的圓頂的外圍發出，該測地線由超出圓頂的外圍的第一對虛擬極定義。多個第二條帶從第二測地線上的圓頂的外圍發出，該第二測地線由超出圓頂的外圍的第二對虛擬極定義，其中多個第一條帶中的個體條帶的任何重疊僅對於多個第二條帶中的一個個體條帶是唯一的。
【專利說明】球形或近球形複合耐壓艙壁的自然路徑撕扯條帶和加強筋

【技術領域】
[0001]本公開的實施例一般涉及複合結構，並且更具體地涉及採用垂直測地排列的複合疊層，該複合疊層用於球形或近球形複合耐壓艙壁上的撕扯條帶(tear strap)和加強筋，其中每個條帶與另一個條帶只具有單一重疊。

【背景技術】
[0002]在如飛行器機身和其它航空航天結構的複合結構中的艙壁可提供用於與撕扯條帶和加強筋的壓力完整性的網狀結構，以提供所需的結構強度和抗損能力。許多艙壁是彎曲的並採用局部球形或近球形的網狀結構。如圖1的現有技術的示例所示，條帶和加強筋2通常布置為從外圍圓周4延伸至艙壁8的中央頂點6。當條帶和加強筋朝頂點6上升時，它們開始幾何合併並且開始重疊，或被終止，以避免重疊，例如在點9示出的。為使結構上連續，特定條帶必須在頂點6重疊，從而導致頂點處多層重疊。終止條帶以避免重疊的需求需要複雜的終止設計和多個條帶的重疊，特別是在頂點處，產生不理想的厚度或結構堆積。
[0003]因此，需要提供用於艙壁設計以消除終止要求和避免多個重疊的撕扯條帶和加強筋的結構排列。


【發明內容】

[0004]本文公開的實施例提供了採用具有外圍和頂點的基本球形圓頂部分的艙壁，其中軸線與圓頂在頂點處垂直。多個第一條帶從測地線上的圓頂的外圍發出，該測地線由超出圓頂外圍的第一對虛擬極定義。多個第二條帶從第二測地線上的圓頂的外圍發出，該第二測地線由超出圓頂外圍的第二對虛擬極定義，其中多個第一條帶中個體條帶上的任何重疊僅對於多個第二條帶上的一個個體條帶是唯一的。
[0005]本實施例提供了通過形成基本球形圓頂而在艙壁上放置撕扯條帶或加強筋的方法。預定的相對角被定義，並且以所述相對角建立延伸通過圓頂頂點的第一主平面和第二主平面。虛擬極由超出圓頂外圍圓周的第一和第二主平面定義。測地形成平面從第一和第二主平面以預定角度偏移量偏移，並且圓頂表面上的相應測地線被識別。條帶位置由識別的測地線確定，使得測地線的交叉點處的條帶只有單一重疊。
[0006]已經討論的特徵、功能和優點可以在本公開的各種實施例中獨立地實現，或者可以在其它實施例中組合，進一步的細節可以參考下面的說明和附圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是現有技術的複合艙壁的主視圖；
[0008]圖2A-C是部分球形艙壁的當前實施例的等距視圖、側視圖和主視圖；
[0009]圖3A-C是半球形艙壁的當前第二實施例的等距視圖、側視圖和主視圖；
[0010]圖4示出定義測地線的示例性半球形平面，該側地線用於放置撕扯條帶或加強筋；以及
[0011]圖5示出網狀結構中具有基本球形部分的非圓形外圍的示例性艙壁；
[0012]圖6是生產本文所公開的艙壁的實施例的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0013]本文所公開的實施例提供了用於結構圓頂上的撕扯條帶和加強筋的自然路徑複合疊層，該結構圓頂形成採用測地排列的球形或近球形複合耐壓艙壁，測地線排列是根據超出圓頂外圍圓周範圍的虛擬極確定的，其中每個條帶與另一條帶只具有單一重疊。
[0014]參照附圖，圖2A-C示出了具有撕扯條帶和/或加強筋的淺基本球形冠或圓頂10的第一實施例，統稱為相對圓頂的頂點16在第一方向上取向的條帶12和在第二方向上取向的條帶14(為清楚起見，圖中每個方向上只有兩個條帶被標記元件號)。如附圖所示，條帶12和條帶14在任何重疊位置18隻重疊一個條帶(單一重疊位置上示例性地提供有元件號)。條帶重疊可以用一個條帶(或加強筋)與另一個條帶的簡單覆蓋來完成，與疊層無關。可替代地，在多層片的兩個條帶交叉處可以採用更複雜的配置。在這種情況下，交叉點散布第一條帶的層片和第二條帶的層片。
[0015]如圖2B和2C所示，條帶12和14從圓頂的外圍20發出並定位於從虛擬極發出的測地曲線或測地線上，該虛擬極將在後面進行更詳細的描述。在一個示例性實施例中，條帶在外圍的終止伴隨著所有層片同時結束在艙壁的邊緣而實現。可替換地，對於具有多個層片的條帶，條帶的層片可以在條帶接近艙壁邊緣時逐步地被終止。在示例性實施例中，加強筋也可與艙壁的邊緣同時終止或被特別修整以最小化應力集中。對於所示實施例，測地極相對彼此正交取向並且軸線22通過頂點16垂直於圓頂的表面。在可替換的實施例中，測地極可以除正交角以外的角取向(極軸線不垂直)。淺圓頂對著在圖2B中所示具有45°或更小的圓錐角24的球形表面的一部分。
[0016]圖3A-C示出了深圓頂30的第二實施例。如在現有實施例中，相對於深圓頂30的頂點36，條帶32在第一方向上取向，並且條帶34在第二方向上取向。如附圖所示，條帶32和條帶34在任何重疊位置38隻重疊一個條帶。如圖3B和3C所示，條帶32和34從圓頂的外圍40發出並且定位在從虛擬極發出的測地曲線或測地線上，該虛擬極將在後面進行更詳細的描述。對於所示實施例，測地極相對於彼此正交取向，並且軸線42通過頂點36垂直於圓頂的表面。在可替換的實施例中，測地極可以除正交角以外的角取向(極軸線不垂直)。深圓頂對著在圖3B中所示的具有超過45°的圓錐角44的球形表面的一部分。
[0017]圖4示出了在此前描述的實施例中的條帶12、14、32和34的位置的測地線和虛擬極的幾何排列。半球50被第一主平面52和延伸通過軸線56的第二主平面54截取，軸線56從球形中心58延伸通過頂點60 (相應於不例性實施例中的軸線22和42)。第一和第二主平面與半球50的外圍圓周62的交叉分別為對應於示例性實施例中的圓頂10和30的圓頂68產生第一對虛擬極64a和64b以及第二對虛擬極66a和66b。第一主平面52和圓頂68的交叉產生第一測地線70，並且第二主平面54和圓頂68的交叉產生第二測地線72。
[0018]測地形成平面從主平面以預定角度偏移取向以便產生圓頂上的測地線。在圖4中，兩個示例性形成平面74a和74b被顯示為具有自第一主平面52的角度偏移76。平面74a和74b與圓頂68的交叉產生在圓頂68的外圍圓周80處終止的測地線78a和78b，但其幾何延伸至超出外圍圓周80的虛擬極64a和64b。在可替換的實施例中，為簡單起見，在附圖中角度偏移76被示為相等的，但也可以為由圓頂條帶的結構需求確定的任何希望的角度。如圖4所示，第一測地線70也終止在外圍圓周80，但幾何延伸至虛擬極64a和64b。類似地，第二測地線72終止在外圍圓周80，但幾何延伸至虛擬極66a和66b。以類似於描述測地形成平面74和74b的方式，測地形成平面從第二主平面54以預定角度偏移取向，以產生用於生成在圖2A-C和3A-C的實施例中所示的條帶布置的交叉測地線。條帶只在測地線的交叉點重疊。對於保持虛擬極超出實際表面從而避免條帶在極的多個重疊的深圓頂，圓頂的深度被限制為大約85°。對於那些實施例，相應於第一測地線和第二測地線的條帶是存在的，並在頂點處重疊。在可替換的實施例中，條帶可能不存在於第一和第二測地線上。
[0019]對於圖4所示的實施例,第一主平面52和第二主平面54以垂直的預定相對角82取向通過頂點60。在可替換的實施例中，相對角82可以是不垂直的，並且處於第一對虛擬極64a和64b以及第二對虛擬極66a和66b之間的極軸線84和86分別不正交，從而產生條帶(12，14和32，34)的非正交的交叉點(位置18，38)。極軸線84和86通過頂點正交於軸線56。
[0020]如圖5所示，現有條帶的測地排列可用於在網狀結構內具有非圓形邊界92但具有基本球形部分94的艙壁90，被描述為「肥皂泡隔膜」。如上面所描述，為球形中心部分建立的測地線的測地平面被採用，並且條帶路徑然後通過最小化有限寬度條帶或加強筋的扭曲而從圓頂外圍處的球形末端圓周到艙壁的邊緣延伸通過艙壁的非球形部分。
[0021]如上所述，可使用如圖6所示方法完成結構圓頂上的條帶放置和取向的實施例。步驟602中形成了基本球形圓頂。步驟603中定義了預定相對角，且步驟604中，建立以相對角延伸通過圓頂的頂點的第一主平面和第二主平面。步驟606中，虛擬極被由超出圓頂的外圍圓周的第一和第二主平面定義。步驟608中，測地形成平面以預定角度偏移從第一和第二主平面偏移，並且在步驟610中，圓頂的表面上的相應測地線被識別。在步驟612中，條帶位置被識別的測地線確定，導致測地線的交叉點處只有條帶的單一重疊。在步驟614中，條帶至艙壁的非圓形邊界的延伸通過從圓頂外圍處的球形末端圓周到艙壁邊緣延伸條帶或加強筋而完成，同時最小化有限寬度條帶或加強筋的扭曲。
[0022]現已根據專利法規要求詳細地描述了本公開的各個實施例，本領域技術人員將認識到這裡所公開的具體實施例的修改和替換。這樣的修改都在所附權利要求限定的本公開的範圍和意圖之內。
【權利要求】
1.一種艙壁,其包括: 具有外圍(20)和頂點(16)的基本球形圓頂(10)，其中軸線在所述頂點(16)處垂直於所述圓頂(10)； 多個第一條帶(12)，其從測地線上的所述圓頂(10)的外圍(20)發出，所述測地線由超出所述圓頂(10)的外圍(20)的第一對虛擬極定義； 多個第二條帶(14)，其從第二測地線上的所述圓頂(10)的外圍(20)發出，所述第二測地線由超出所述圓頂(10)的外圍(20)的第二對虛擬極定義，其中多個第一條帶(12)中個體條帶上的任何重疊僅對於多個第二條帶(14)中的一個個體條帶是唯一的。
2.根據權利要求1所述的艙壁，其中所述第一對虛擬極和第二對虛擬極正交於所述軸線。
3.根據權利要求1所述的艙壁，其中所述第二對虛擬極垂直於所述第一對虛擬極。
4.根據權利要求1所述的艙壁，其中所述圓頂(10)是淺的並且對著球形表面成45°或更小的圓錐角。
5.根據權利要求1所述的艙壁，其中所述圓頂(10)是深的並且對著球形表面成45°到85°之間的圓錐角。
6.根據權利要求1所述的艙壁，其中任何重疊均是簡單的條帶的重疊。
7.根據權利要求1所述的艙壁，其中任何重疊均散布第一條帶的層片和第二條帶的層片。
8.根據權利要求1所述的艙壁，其中條帶的所有層片均終止在所述外圍(20)。
9.根據權利要求1所述的艙壁，其中所述條帶的層片隨著所述條帶接近所述外圍(20)而逐步地終止。
10.根據權利要求1所述的艙壁，還包括非圓形邊界，所述基本球形圓頂(10)包括從非圓形邊界延伸的網狀結構的部分。
11.根據權利要求10所述的艙壁，其中所述多個第一條帶(12)和所述多個第二條帶(14)延伸超出所述圓頂(10)的外圍(20)，所述圓頂最小化從球形終止圓周到所述非圓形邊界的有限寬度條帶的扭曲。
12.一種在基本球形的圓頂(10)上放置條帶的方法，該方法包括: 形成基本球形的圓頂(10)； 定義預定的相對角； 建立以所述相對角延伸通過所述圓頂(10)的頂點(16)的第一主平面和第二主平面； 通過超出所述圓頂(10)的外圍圓周的所述第一主平面和第二主平面定義虛擬極； 與所述第一主平面和第二主平面成預定的角度偏移地放置偏移的測地形成平面； 識別在所述圓頂(10)的表面上與所述測地形成平面相應的測地線； 由所述測地線確定條帶位置，其中只有條帶的單一重疊存在於所述測地線的交叉點處。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述預定的相對角是垂直的。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述預定的角度偏移是相等的。
15.根據權利要求12所述的方法，還包括: 從所述圓頂(10)的外圍圓周的球形末端到所述艙壁的邊界延伸所述條帶至艙壁的非圓形的邊界，同時最小化有限寬度條帶的扭曲。
【文檔編號】B64C1/10GK104340354SQ201410350389
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2013年7月30日
【發明者】R·R·羅斯曼, J·H·卡姆帕納 申請人:波音公司