裝配件的製作方法
2023-07-06 00:18:21
專利名稱：裝配件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於結合第一部件(諸如中央翼盒)與第二部件(諸 如側翼盒)的裝配件。
背景技術：
圖1示出了用於將側翼盒結合到中央翼盒的傳統張力角部裝配件。
該裝配件包括基部；端壁，該端壁與所述基部在第一角部處相接；以 及側壁，該側壁與所述基部在第二角部處相接，並與所述端壁在第三角 部處相接。所述基部與側壁栓接到其中一個翼盒，所述端壁栓接到另一 個翼盒。
這樣的裝配件傳統上由金屬材料形成。理想的是用複合材料形成這 類裝配件，尤其是在中央翼盒和/或側翼盒也由複合材料形成時。這樣會 消除因材料不匹配引起的部件之間的電蝕與熱膨脹差。然而，複合材料 (與金屬相比)的不同特性使得在不將裝配件的壁厚增加至不可接受水 平的情況下難以形成所需強度的裝配件。特別理想的是為了使端壁的彎 曲最小而增加端壁相對於基部與側壁的厚度，並且增加角部厚度以使角 部處的全厚度斷裂最小化。這樣的厚度改變使得難以用複合材料(尤其 是層壓材料)來製造。
發明內容
本發明的第一方面提供一種用於結合第一部件與第二部件的裝配 件，該裝配件包括
複合部件，該複合部件由複合材料形成，該複合部件包括 基部；
端壁，該端壁與所述基部在第一角部處相接；以及
4側壁，該側壁與所述端壁在第二角部處相接，並且與所述基部 在第三角部處相接；以及
加強元件，該加強元件成形為使其能夠裝配到所述複合部件並與所 述複合部件的所述端壁、所述複合部件的所述第一角部以及所述複合部 件的所述第二角部接合。
所述加強元件提供一種加強所述裝配件端壁的可選裝置，而不需要 使所述複合部件的厚度發生任何變化。這樣更容易實現最佳構造。該加 強元件還與至少所述第一和第二角部接合，以提供進一步的加強。
所述複合部件通常還包括第二側壁，該第二側壁與所述基部在第四 角部處相接，並且與所述端壁在第五角部處相接；所述加強元件成形為 使其能夠裝配到所述複合部件並與所述複合部件的第五角部接合。該第 二側壁可以在使用時結合到一部件(例如在所述裝配件為角部裝配件的 情況下)，或者可以僅用於加固的目的(例如在所述裝配件為通道裝配件 或者是冠部裝配件(crown fitting)的部件的情況下)。
所述複合部件通常還包括上壁，該上壁與所述側壁在一角部處相接， 並與所述端壁在一角部處相接；所述加強元件成形為使其能夠裝配到所 述複合部件並與所述複合部件的位於所述端壁與所述上壁之間的角部接 合。在所述複合部件具有兩個側壁的情況下，所述上壁通常在相應的角 部處與兩個側壁鄰接。
所述上壁的與所述端壁相對的邊緣可以形成有凹部，以減小重量並 且/或者允許容易接近所述加強元件。
通常，所述複合部件的至少一個側壁具有相對於所述基部以銳角傾 斜的邊緣，以減小重量並且/或者允許接近所述加強元件。
所述複合部件的所述基部與端壁可以通過諸如以下的任何方式結合 到第一部件和第二部件(當在接頭中使用時)共同結合、共同固化、粘 接層或者諸如螺栓的緊固元件。在使用緊固件的情況下，該緊固件可以 是金屬緊固件，或者可以由複合材料形成。優選的是，所述複合部件的 基部和端壁(也可任選為側壁)中均形成有一個或多個用於接收緊固元 件的孔。任選的是，所述加強元件中還可以形成有一個或多個用於接收緊固元件的孔。
所述加強元件通常由與複合部件不同的材料形成，最常見的是由諸 如金屬之類的非複合材料形成。
通常，所述複合部件由兩層以上的複合材料形成。在這種情況下， 所述加強元件用於阻礙所述層在複合部件的角部處裂開的趨勢。
一個或多個角部可填充有通過墊圈接合的填料。在這種情況下，所 述填料可具有平坦表面，該平坦表面通過墊圈的平坦表面接合。可選地，
所述複合部件的至少一個角部可被倒圓，並通過所述加強元件的倒圓邊 緣接合。
本發明的另一方面提供一種接頭，該接頭包括-
第一部件；
第二部件；以及
根據本發明第一方面的一個或多個裝配件，各裝配件的基部與所述 第一部件結合，並且其端壁與所述第二部件結合。
該接頭可用於各種應用中，包括例如汽車或船舶應用中。然而，該 接頭特別適用於航空應用。例如，所述第一部件可以是航空器的中央翼 盒的部件，所述第二部件可以是航空器的側翼盒的部件。
本發明的又一方面提供一種製造本發明第一方面的裝配件的方法， 該方法包括將所述加強元件裝配到所述複合部件，使得所述加強元件與 所述複合部件的端壁、所述複合部件的第一角部以及所述複合部件的第 二角部接合。
優選的是，該方法還包括成型與所述加強元件接觸的所述複合部件， 以確保所述部件之間的緊密接觸。
現在將參照附圖描述本發明的實施方式，附圖中-
圖1是傳統角部裝配件的立體圖2是構成本發明第一實施方式的角部裝配件的立體圖; 圖3是通過圖2的裝配件中心的縱向剖面圖；圖4a是通過圖2的裝配件的橫向剖面圖； 圖4b是在移除墊圈的情況下通過圖2的裝配件的橫向剖面圖； 圖5是詳細表示圖1的裝配件的一個角部的縱向剖面圖； 圖5a是表示裝配件的第一可選角部輪廓的縱向剖面圖； 圖5b是表示裝配件的第二可選角部輪廓的縱向剖面圖； 圖6是表示航空器翼根接頭的後端部的示意剖面圖； 圖7是表示圖6的根接頭的中央部分的示意剖面圖；並且 圖8是構成本發明第二實施方式的冠部裝配件的立體圖。
具體實施例方式
參照圖2至圖4b，角部裝配件l包括複合部件，該複合部件具有在 八個角部40至47處相接的基部2、端壁3、左側壁4、右側壁5以及上 壁6。
裝配件1的複合部件利用預浸漬帶或織物、編織紡織品或無皺褶織 物、3D編織預製品、短纖維或長纖維成型技術或幹纖維布置，由複合材 料製成。加強纖維可例如為碳纖維，複合材料的基體可以為熱固性或熱 塑性基體。
在3D編織預製品的情況下，預製品(編織成理想形狀)被置於成型 腔中，並通過一組模芯壓縮而將該部件成型為其最終形狀。在成型步驟 後，預製品還被注入基體材料。在熱固性基體的情況下，該基體在成型 期間通過將其加熱到其固化溫度以上而固化。
在2D織物的情況下，平織織物被切開並摺疊成理想構造，置於成型 腔中，並且通過一組模芯壓縮而將所述部件成型為其最終形狀。在成型 步驟後，織物還被注入基體材料。在熱固性基體的情況下，該基體在成 型期間通過將其加熱到其固化溫度以上而固化。
在短纖維或長纖維成型技術的情況下，包含隨機取向短纖維的基體 材料的裝料被放置在成型腔中，加熱並擠壓而將裝料成型為期望形狀。
基部2和左側壁4沿其中心線均衝有四個螺栓孔7、 8。後壁3通過 其中心衝有單一螺栓孔9。注意，裝配件中螺栓孔的數量可根據其構造而
7改變。
右側壁5不具有螺栓孔，因而其設置僅為加強的目的。具體地說， 其提高了裝配件承載橫向於基部2的負載的能力。右側壁5被切除得留 下成角邊緣10以使重量最小。
上壁6也沒有螺栓孔，因而其設置僅為加強的目的。具體地說，其 提高了裝配件承載橫向於側壁4、 5的負載的能力。上壁6被切除得留下 凹緣ll以使重量最小。
右側壁5和上壁6被充分切除以允許接近螺栓和螺母，並使應力集 中最小。
喉部墊圈12具有通過其中心的螺栓孔13，並以推入配合接收在由 複合部件的四個壁3至6與基部2結合形成的凹部中。如圖3所示，墊
圈12具有與端壁3接合的端面；與基部2接合的基面；以及與上壁6
接合的上表面。如圖4a所示，墊圈12還具有與左側壁4接合的左側面 以及與右側壁5接合的右側面。該墊圈具有8個倒圓邊緣，其中兩個倒 圓邊緣未示出，其中六個倒圓邊緣在圖3和圖4a中標以附圖標記40，至 45，。如圖3和圖4a所示，墊圈的八個倒圓邊緣與複合部件的八個圓角 40至47接合。喉部墊圈12可以為預加工鋁部件、鈦部件或鋼部件。
圖5示出了複合部件的一個角部45與墊圈12的邊緣45'之間的界面。 其它七個角部處的界面與其類似。複合部件由一系列層形成。在圖5的 情況下，示出了六層，但在實踐中，層的數量可以更多或更少。各層通 過以一公共點為中心的曲率半徑繞角部45彎曲。在角部處的內層的曲率 半徑通常大於lmm，最常見的約為5mm。各層的曲率半徑可以是恆定的 以限定一圓形構造，或者曲率半徑也可以是變化的，例如限定一橢圓構 造。
在裝配件的一個斷裂模式下，端壁彎曲並致使角部展開。這容易使 層在角部處撕裂，並可能造成全厚度斷裂。墊圈12具有與端壁3接合的 端面，因而阻止端壁3彎曲。墊圈12的邊緣45'倒圓成具有與在角部45 處的內層的曲率半徑相同的曲率半徑。從而邊緣45'與角部45之間存在 緊密接合，使得墊圈12支撐角部並減少這種全厚度斷裂的機會。墊圈12在成型期間可以放置在成型腔中與複合部件接觸，以確保與 複合部件的緊配合和緊密接觸。可選地，可通過利用填料佔據墊圈與復 合部件之間的所有間隙而將墊圈結合到合適位置，從而實現緊密接觸。
圖5a示出了第一可選界面。在該情況下，角部45a與邊緣45a'的曲 率半徑比圖5中的曲率半徑大，墊圈12不具有與上壁6接合的平坦上表 面。
圖5b示出了第二可選界面。在該情況下，墊圈12具有斜切邊緣45b。 複合部件的內層在角部處的形狀與圖5中相同。但在這種情況下，內層 與墊圈的斜切邊緣45b'之間的間隙注射有基體材料47的填料。
圖6示出了航空器機翼的根接頭，該根接頭結合了 6個圖1所示的 角部裝配件l。未示出連接各個部件的緊固件。圖6所示的根接頭提供了 中央翼盒20與側翼盒21之間的連接。中央翼盒20包括後翼梁腹板22、 上蒙皮23以及下蒙皮24，後翼梁腹板22具有一對後翼梁凸緣22'。側翼 盒21包括後翼梁腹板25、上機翼蒙皮26與下機翼蒙皮27，後翼梁腹板 25具有一對後翼梁凸緣25'。肋28形成中央翼盒20與側翼盒21之間的 界面(或者相當於可將肋28看作是中央翼盒或者側翼盒的部件)。
圖6示出了六個角部裝配件1，這些角部裝配件1將翼盒連接至肋 28的相反面。各角部裝配件1的基部均穿過角部裝配件基部中的孔7而 栓接到蒙皮23、 24、 26、 27中的一個蒙皮上，並栓接到翼梁凸緣22，、 25'中的一個翼梁凸緣上。各裝配件1還穿過側壁4中的孔8而栓接到翼 梁腹板22、25中的一個翼梁腹板上，並穿過端壁3中的孔9栓接到肋28。 下機翼蒙皮26、 27的下方還裝配有接合板29。
根接頭在翼盒的前翼梁(未示出)之間的界面處具有一組類似的角 部裝配件1。
圖6的剖面圖示出了設置在根接頭後端部處的角部裝配件1。在根 接頭的前後端部之間還設置冠部裝配件和通道裝配件，圖7示出了通過 根接頭中部的剖面圖。圖7中示出了一對冠部裝配件30和四個通道裝配 件31。
圖7還示出了沿蒙皮23、 24、 26、 27的內表面順翼展方向延伸的縱
9梁。各縱梁均具有縱梁支腳35與縱梁葉片36。各縱梁支腳35均栓接到 相應的通道裝配件31的基部和蒙皮，各縱梁葉片36均在一對相鄰的通 道裝配件之間延伸。
圖8是其中一個冠部裝配件30的立體圖。冠部裝配件30包括一排 通道裝配件，這些通道裝配件通過它們相鄰的側壁互相結合併被包覆在 包罩33中。各通道裝配件均包括基部34、左右側壁35、 36、端壁(圖8 中未示出)和上壁37。端壁和基部均具有與圖1和圖2的角部裝配件中 設置的孔7、 9相類似的螺栓孔(圖8中未示出)。左右側壁35、 36均切 除一部分以提供成角邊緣38、 39。喉部墊圈50安裝在各通道裝配件中， 並具有與圖1和2的角部裝配件中設置的螺栓孔13相類似的螺栓孔(未 示出)。從而，除了左側壁36與右側壁35—樣被切除一部分外，各通道 裝配件均與圖1和圖2的角部裝配件的形式類似。
冠部裝配件30中相鄰的通道裝配件通過粘合劑彼此結合，並且/或 者彼此栓接，並通過包罩33牢固地保持該組件。
如圖7所示，冠部裝配件30中的各通道裝配件的基部34栓接到上 蒙皮23、 26，而端壁栓接到肋28。
圖7所示的通道裝配件31除了不與相鄰的通道裝配件結合併且不與 其一起保持在包罩中以形成冠部裝配件外，該通道裝配件31與那些結合 到一起以形成冠部裝配件30的裝配件構造類似。另外，他們的構造和固 定方式相同。
儘管以上已經參照一個或多個優選實施方式描述了本發明，但是應 理解的是，在不偏離所附權利要求中所限定的本發明範圍的情況下可做 出多種變化或改變。
權利要求
1. 一種用於結合第一部件與第二部件的裝配件，該裝配件包括複合部件，該複合部件由複合材料形成，該複合部件包括基部；端壁，該端壁與所述基部在第一角部處相接；以及側壁，該側壁與所述端壁在第二角部處相接，並且與所述基部在第三角部處相接；以及加強元件，該加強元件成形為使其能夠裝配到所述複合部件並與所述複合部件的所述端壁、所述複合部件的所述第一角部以及所述複合部件的所述第二角部接合。
2. 根據權利要求1所述的裝配件，其中，所述複合部件還包括第二 側壁，該第二側壁與所述基部在第四角部處相接，並且與所述端壁在第 五角部處相接；並且所述加強元件成形為使其能夠裝配到所述複合部件 並與所述複合部件的所述第五角部接合。
3. 根據權利要求1或2所述的裝配件，其中，所述複合部件還包括 上壁，該上壁與所述端壁在一角部處相接；所述加強元件成形為使其能 夠裝配到所述複合部件並與所述複合部件的位於所述端壁與所述上壁之 間的角部接合。
4. 根據權利要求3所述的裝配件，其中，所述上壁具有與所述端壁 相對的邊緣，該邊緣形成有凹部。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述複合部件 的至少一個所述側壁具有相對於所述基部以銳角傾斜的邊緣。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述複合部件 的所述基部與端壁中均形成有一個或多個用於接收緊固元件的孔。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述加強元件 中形成有一個或多個用於接收緊固元件的孔。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述加強元件 由與所述複合部件不同的材料形成。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述加強元件 由非複合材料形成。
10. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述加強元 件由金屬形成。
11. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述複合部 件由兩層以上的複合材料形成。
12. 根據上述權利要求中任一項所述的裝配件，其中，所述複合部 件中的至少一個所述角部被倒圓，並通過所述加強元件的倒圓邊緣接合。
13. —種製造根據上述任一權利要求所述的裝配件的方法，該方法 包括將所述加強元件裝配到所述複合部件，使得所述加強元件與所述復 合部件的所述端壁、所述複合部件的所述第一角部以及所述複合部件的 所述第二角部接合。
14. 根據權利要求13所述的方法，該方法還包括成型與所述加強元 件接觸的所述複合部件。
15. —種接頭，該接頭包括-第一部件； 第二部件；以及根據上述任一權利要求所述的一個或多個裝配件，各裝配件的基部 均結合至所述第一部件，其端壁均結合至所述第二部件。
16. 根據權利要求15所述的接頭，其中，所述第一部件為航空器的 中央翼盒的部件，所述第二部件為航空器的側翼盒的部件。
17. —種航空器，該航空器包括根據權利要求15或16所述的接頭。
全文摘要
一種用於結合第一部件與第二部件的裝配件(1)，該裝配件包括複合部件和加強元件。所述複合部件由複合材料形成並包括基部(2)；端壁(3)，該端壁與所述基部(2)在第一角部處相接；以及側壁(4)，該側壁與所述端壁(3)在第二角部處相接，並且與所述基部(2)在第三角部處相接。該加強元件成形為使其能夠裝配到所述複合部件並與所述複合部件的端壁(3)、所述複合部件的第一角部以及所述複合部件的第二角部接合。
文檔編號B64C1/26GK101522520SQ200780037270
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月18日 優先權日2006年10月3日
發明者克裡斯託夫·佩恩, 裡斯託·卡利寧 申請人:空中巴士英國有限公司