专利名称：用于支撑飞机的机身隔间结构中的部件的杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于支撑飞机的机身隔间结构(fuselage cell structure)中的 部件的杆，所述机身隔间结构特别是由纤维增强复合材料制造，所述杆特别地用于支撑位 于至少一个环形框架(annular former)上的至少一个基底桁架(floor frame)和/或所 述机身隔间结构中的至少一个另外的部件。
背景技术：
至少一个基底桁架通常被归并到客机的机身隔间结构中，且主要通过依次布置且 横切于飞行方向延伸的大量横向横梁(transverse crossbar)以及沿机身隔间结构的纵向 方向固定到所述横向横梁上的座椅导轨轮廓部分(seat rail profiled part)形成。具 有货舱基底的货舱(hold) —般设置在基底桁架下面，所述货舱基底从机身隔间的所谓“舱 底”延伸一较短距离。基底桁架和横向横梁例如在机身隔间结构中的环形框架上由合适的 支撑杆支撑。特别地出于减轻重量的原因，现代飞机日趋使用复合材料特别是使用碳纤维增强 热固化合成树脂制造。现今，在一些情况下，飞机的机身隔间结构的所有基本部件，特别是 蒙皮段和外蒙皮、环形框架、横向横梁和包括所有连接托架的纵梁，已使用CFRP材料制造。
如果使用合适的材料复合物，则特别地由于腐蚀效应仅轻微地影响该结构，作为 使用这种复合材料的结果，重量的减轻还降低了维护成本。然而，缺点在于已知CFRP部件的修理成本的增加。在由落石冲击(impact of stones)等引起的机械损坏的情况下，实际上不可能进行打开维修。另外，难以检测到CFRP 部件中的裂缝和/或分层，这是因为这些缺陷经常始于材料内部，且在早期阶段仅可困难 地在表面上被检测到。由于与金属材料相比电导率减小得相当多，因此CFRP机身隔间结构也可不再用 作共用的回路导体(common return conductor)或者用作整个飞机电力的主体，因而将提 供另外的电回路。进一步的缺点在于，现代CFRP材料由于其极高水平的机械刚性而仅可略微弹性 变形，从而在意外情况下出现的虽然持续时间短但非常强烈的机械峰值负载(‘碰撞负 载’(crash loads))不能被充分减小。在这种临界情况下，一旦达到机械极限负载，则已知 的CFRP材料往往愈加可能完全裂开或破裂。在一些情况下，该碰撞负载甚至可由于CFRP 材料的弹簧作用而增大。已知实施例的支撑杆和翼支架一般由挤压轮廓形成，该挤压轮廓利用金属材料特 别是利用高强度铝合金制造。特别是，该类型的支撑杆支撑飞机的机身隔间结构中的环形 框架上的基底桁架。在很多情况下，这些支撑杆被配置为长度可调节从而使其能够补偿任 何公差，而且一般在任一端都包括金属配件，利用该金属配件可以以铰接方式机械地结合 待连接的部分，例如环形框架和横向横梁。支撑杆因使用有利的金属材料来制造而呈现有 利的碰撞性质，这是因为所述杆因其固有的塑性变形而能够吸收在涉及飞机的意外情况下产生的相对大量的机械能，并因而使该情况不会伤害乘客。然而，与CFRP机身隔间的传统 部件相比，由挤压铝合金制成的这种支撑杆相对较重。一种用于提高飞机(特别是直升机)的碰撞性质的装置由EP 1 120 340 A2已知。 立方体箱体被设置在基底下面，且填充以开孔泡沫材料，该泡沫材料至少部分地用燃料浸 渍。在意外情况下，例如在非常不平稳着陆或碰撞的情况下，箱体受到压缩，燃料被迫流过 泡沫材料。更大量的冲击能量由于与泡沫材料的由冲击引起的变形相结合的粘性流动而被 吸收。然而，该变型的缺点在于重量，这是因为包括用于吸收冲击能量的另外的吸收元件， 但该另外的吸收元件在正常操作期间不吸收机身隔间内的任何应力。 由于已知实施例的用于增强机身隔间结构的支撑杆的上述缺点，因此这些杆仅适 用于使用CFRP材料制造的机身隔间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种支撑杆，其显著轻于已知实施例，但由于塑性变 形而能够相当大地减小在飞机意外情况下出现的高峰值碰撞负载和意外负载。该目的通过具有权利要求1的特征部分的特征的杆实现。由于该杆至少部分地由金属泡沫形成，特别是用于吸收碰撞负载，因此根据本发 明的杆显著地轻于传统的支撑杆，在飞机意外情况下吸收高机械峰值负载的能力与由实心 的挤压金属材料制成的支撑杆相比也得到提高。用于制造根据本发明的杆所需要的泡沫使用已知方法制造。在该杆的有利的配置结构中，所述金属泡沫由金属合金形成。除了通过将空腔归并到所述金属泡沫的金属基质中获得的希望的重量减轻以外， 用于所使用的所述金属泡沫的铝合金的使用由于轻质的铝合金材料而可以实现另外的重 量减轻。而且，就加工而言，铝合金材料由于其相对较低的约700°C的熔点而非常易于被泡 沫化，因此能实现有成本效益的制造。根据进一步有利的配置结构，所提供的杆完全由所述金属泡沫形成。因而就加工而言，实现了所述杆的特别简单且有成本效益的构造。而且，端部金属 配件可被更容易地固定到实心金属泡沫圆柱体。根据进一步的改进方案，所述杆的外表面为闭孔式或开孔式。具体而言，所述闭孔式变型的优点在于，湿气和/或污垢颗粒不能渗入所述杆中， 使得特别是对于铝合金而言，腐蚀效应可被消除，而在敞开式细孔或开孔式的实施例中，上 述效应不能被完全防止，但对于已渗入的任何外界材料的排干能力被提供在所述杆的靠近 表面的区域中。根据进一步的有利配置结构，所述杆包括至少部分地由所述金属泡沫形成的芯， 该芯至少部分地由至少一个支撑壳体和/或由至少一个外部套筒覆盖，且特别地被同轴地 围绕。由于该配置结构，可以使在飞行操作期间出现的正常应力基本上由所述支撑壳体 吸收且另外地由所述外部套筒吸收，而在碰撞情况下出现的高机械峰值负载通过所述金属 泡沫芯的塑性变形几乎被完全消除。此外，通过所述支撑壳体，在碰撞情况下所述金属泡沫 芯的不受控屈曲被防止，从而动能通过包含在所述金属泡沫中的空腔的压缩几乎被完全吸收，且能量沿所述杆的纵向方向几乎被完全吸收。另外，通过所述外部套筒，湿气和/或外 界颗粒向所述金属泡沫芯的渗入被防止，从而可能有损于机械强度和/或动能吸收能力的 不希望的腐蚀效应被消除。所述杆的进一步有利的配置结构在另外的权利要求中被描述。
在附图中图1为飞机的机身隔间结构的构造的示意性剖视图；图2为杆的第一变型的中心部分的剖视图；以及图3为通过杆的第二变型的剖视图。
具体实施例方式图1为通过飞机的机身隔间结构的剖视图。飞机的机身隔间结构1包括大量环形框架，其中一个环形框架由附图标记2表示。 机身隔间结构1由外蒙皮3或外蒙皮段完全覆盖。机身隔间结构1进一步包括基底桁架4， 基底桁架4将机身隔间结构1分隔为客舱5和布置在该客舱下面的通常较小的货舱6。基 底桁架4被构造有大量横梁7，横梁7各自被布置在横切于飞机的纵向方向的平面中，彼此 近似均勻地且依次地分隔开。在横梁7上，座椅导轨8垂直于图面(即平行于飞机的纵向 轴线)并平行于大量另外的座椅导轨延伸，所述另外的座椅导轨一方面增强基底桁架4，另 一方面固定成组的乘客座椅。基板9被布置在座椅导轨轮廓部分之间并形成易装卸的基底 区域10。机身隔间结构1还包括货舱桁架11，货舱桁架11类似于基底桁架4，由大量横梁 12形成。所谓的‘底舱’ 13，即机身隔间结构1内的最下面的区域，设置在货舱桁架11下 面。由大量基板形成的货舱基部14位于货舱桁架11的横梁上。一方面，横梁7、12各自在任一端的区域中被连接到环形框架2。另外，基底桁架4 的横梁7经由布置在任一端的根据本发明的两个杆15、16被支撑在环形框架2上，同时货 舱桁架11特别地通过(也根据本发明配置的)两个外部杆17、18被支撑在环形框架2上。 因而，基底桁架4和货舱桁架11的所有另外的横梁通过所述杆被支撑在所述环形框架上。 根据本发明配置的所有杆具有金属配件(未提供附图标记)，以提供到横梁和环形框架的 连接，该连接至少在一侧为大致铰接的。金属配件仅仅通过图1的图示中的黑色半圆来表
7J\ ο图2示出根据本发明的杆的第一变型的一(中心)部分的高示意性剖视图。杆19 完全由金属泡沫20形成并为近似圆柱形。圆柱形杆19的外表面21在第一区域22具有光 滑表面，即，金属泡沫20的细孔或微型空腔在该区域闭合并形成连续平面。相比之下，外表 面21的第二区域23具有粗糙表面，该粗糙表面在该区域中、至少在外部区域上通过金属泡 沫20的敞开式细孔获得。因而，外表面21在第一区域22中为闭合式细孔，而第二区域23 为敞开式细孔。杆19将大体上具有完全闭合式细孔或完全敞开式细孔的外表面。金属泡沫20通过利用现有技术已知的方法将铝合金泡沫化形成。可替代地，中空 铝球在第一制造步骤形成并在第二方法步骤中例如通过烧结被烘烤以形成一体式金属泡沫。图3示出杆的可替代实施例的一(中心)部分地示意性剖视图，该杆由金属泡沫 形成，用于在涉及飞机的意外情况下吸收上升的机械碰撞负载。杆25的优选圆柱形的芯24完全由金属泡沫26形成。芯24被中空圆柱形支撑壳 体27同轴地围绕，支撑壳体27相应地被中空圆柱形外部套筒28同心地围绕。金属泡沫26 完全由泡沫化铝合金组成，而支撑壳体由塑性泡沫形成，特别是由刚性泡沫或芯结构(例 如低材料厚度的铺开式蜂窝芯)形成。也可使用能够排干的折叠的蜂窝芯代替具有大量邻 接的闭合式六边形蜂窝孔的蜂窝芯。外部套筒28优选由纤维增强热固性塑性材料形成，特 别是由碳纤维增强环氧树脂或玻璃纤维增强聚酯树脂形成。可替代地，外部套筒28也可由 铝合金组成。特别地，通过支撑壳体27确保芯24的限定的空间位置，从而例如在碰撞的情况下 防止芯24的不受控制的侧向屈曲，且所产生的最大量的减速度动能转变为沿芯24的纵向 轴线的塑性变形。一方面，外部套筒28保护支撑壳体27和由金属泡沫26制成的芯24免 受伤害，即特别是腐蚀性大气的影响，另一方面也可经由杆25传递至少一些在飞机的正常 操作期间出现的应力。与已知实施例的支撑杆和翼支架相比，根据本发明配置的杆对于碰撞情况下的能 量吸收呈现极好的能力，同时明显地重量较轻。附图标记列表1机身隔间结构2环形框架3外蒙皮4基底桁架5 客舱6 货舱7横梁(基底桁架)8座椅导轨9 基板10 基底11货舱桁架12横梁(货舱桁架)13 底舱14货舱基底
权利要求
1.一种用于支撑飞机的机身隔间结构(1)中的部件的杆(15-18，19，25)，所述机身 隔间结构特别是由纤维增强复合材料制造，所述杆特别地用于支撑位于至少一个环形框架 (2)上的至少一个基底桁架(4)和/或所述机身隔间结构(1)中的至少一个另外的部件，其 特征在于，所述杆(15-18，19，25)至少部分地由金属泡沫(20，26)形成，特别地用于吸收碰撞负载。
2.根据权利要求1所述的杆(19)，其特征在于，所述金属泡沫QO二6)由铝合金形成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的杆(19)，其特征在于，所述杆(19)基本上完全 由所述金属泡沫(20，26)形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的杆(19)，其特征在于，所述杆(19)的外表面 (21)为闭孔式或开孔式。
5.根据权利要求1所述的杆(25)，其特征在于，所述杆包括至少部分地由所述金属泡 沫06)形成的芯(M)，所述芯至少部分地由至少一个支撑壳体(XT)和/或由至少一个外 部套筒08)覆盖，且特别地被同轴地围绕。
6.根据权利要求5所述的杆(25)，其特征在于，所述支撑壳体(XT)由塑性材料形成， 特别地由塑性泡沫和/或芯结构，特别是蜂窝结构形成。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的杆(25)，其特征在于，所述外部套筒08)由纤 维增强塑性材料形成，特别是由玻璃纤维增强塑性材料或碳纤维增强塑性材料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的杆(15-18，19，25)，其特征在于，所述杆(15-18,19,25)的两端各自被提供有金属配件，特别是孔眼，用于连接到所述机身隔间结构 ⑴。
全文摘要
本发明涉及一种用于支撑飞机的机身结构(1)中的部件的杆(15-18，19，25)，所述机身结构特别是由纤维增强塑性材料制造，所述杆特别是用于支撑位于至少一个环形框架(2)上的至少一个基底桁架(4)和/或所述机身结构(1)的至少一个另外的部件。根据本发明，所述杆(15-18，19，25)至少部分地由金属泡沫(20，26)形成，特别地用于吸收碰撞负载。尽管其具有低重量，所述金属泡沫(20，26)可将在意外情况下产生的高机械负载转换为在金属泡沫(20，26)内的微型腔的塑性变形。所述杆(19)的第一形式的实施例几乎完全由金属泡沫(26)构成，第二形式的实施例仅包括由具有相对小直径的金属泡沫(26)构成的芯(24)，然后该芯被支撑壳体(27)和外部套筒(28)同轴地围绕。
文档编号B64C1/06GK102131698SQ200980132705
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月27日 优先权日2008年9月12日
发明者蒂姆·比勒斯巴赫 申请人:空中客车作业有限公司