板、具有该板的用于飞机机翼的构件以及用于制造该板的方法
【专利摘要】本发明涉及一种板，特别是用于飞机机翼中的具有箱形结构的构件的板，包括面形的主体和在主体的一侧从所述主体突出的网格状强化筋条，并且所述主体和所述网格状强化筋条整体式成型。由于板的主体和强化筋条整体式成型，因此不需要额外的连接工艺，从而不会如同现有技术中的蒙皮和加强筋或衍条之间发生的那样出现脱离的现象，并减小装配复杂度。
【专利说明】板、具有该板的用于飞机机翼的构件以及用于制造该板的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种板、一种具有该板的用于飞机机翼的具有箱形结构的构件以及一种用于制造该板的方法。
【背景技术】
[0002]在飞机机翼中存在着各种具有箱形结构的构件，例如主机翼、襟翼、副翼、缝翼、尾翼等。箱形结构一般由蒙皮和用于支撑蒙皮的梁组成。蒙皮一般由面形的金属板或复合材料板构成，并通过紧固件(例如铆钉)或利用粘接的方式与梁连接。
[0003]在飞机操作和维护期间，所述具有箱形结构的构件受到剪切力并由于其尺寸而易于屈曲，从而其稳定性降低。另一方面，在飞机起飞和着陆期间，飞机机翼(尤其是襟翼尾缘)的蒙皮经常遭受例如石子等的撞击，从而可在蒙皮表面留下凹痕。如果凹痕过大或过深，不仅影响飞机在飞行时的力学性能，而且也会影响飞机的美观。
[0004]为了提高具有箱形结构的构件的稳定性和破损耐受性(damage tolerance),可在蒙皮上设置加强筋(stiffener)或祐1条(stringer),所述加强筋或祐1条可利用粘接的方式与蒙皮连接。加强筋或桁条可具有多种形状，如“τ”、“ I ”、“Π”等。加强筋或桁条一般包括腹板和翻边。此外，在加强筋或桁条的腹板上还可以设置有肋条，以进一步加强蒙皮的强度。 [0005]然而，在飞机起飞或维护期间，由于受到例如石子、气流、甚至无意中掉落的工具的撞击，在蒙皮和加强筋或桁条之间产生裂纹，从而可发生脱离现象(例如脱胶(debonding))。而且，这种加强筋或桁条一般仅沿一个方向(即蒙皮的纵向)布置，从而仅能够在一个方向上提高蒙皮的强度，而无法使蒙皮承受复杂的载荷。此外，由于增加了加强筋或桁条，这种方法不仅增加制造成本，而且增加装配复杂性。
[0006]另外，为了提高所述具有箱形结构的构件的强度，在箱形结构内部设置蜂窝填充部或肋条。然而，所述蜂窝填充部或肋条都会增加箱形结构的装配复杂度和制造成本。
[0007]而且，在空间较小的具有箱形结构的构件(例如襟翼尾缘)中，难以增加这种蜂窝填充部或肋条。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，提供一种板，特别是用于飞机机翼中的具有箱形结构的构件的板，其代替所述具有箱形结构的构件的蒙皮，从而不再需要加强筋或桁条，并且其具有高的稳定性和强的破损耐受性。
[0009]为了实现本发明的目的，提供一种板，特别是用于飞机机翼中的具有箱形结构的构件的板，包括面形的主体和在主体的一侧从所述主体突出的网格状强化筋条，并且所述主体和所述网格状强化筋条整体式成型。由于板的主体和网格状强化筋条整体式成型，因此不需要额外的连接工艺，从而不会如同现有技术中的蒙皮和加强筋或桁条之间发生的那样出现脱离的现象，并减小装配复杂度。尤其有利的是，本发明的板应用于空间较小的具有箱形结构的构件(例如襟翼尾缘)中，这是因为不再需要在箱形结构的内部布置在【背景技术】部分中所述的蜂窝填充部或肋条。
[0010]优选地，所述板由复合材料构成。特别有利的是，所述复合材料包括加强纤维和基体，并且所述加强纤维沿所述强化筋条的方向连续布置。由此，该板可以实现特别高的强度。该复合材料可以例如为碳纤维增强塑性材料(Carbon Fiber Reinforcement Plastic,CFRP)，其基体可采用环氧树脂、双马来树脂、热固性树脂、热塑性树脂等。
[0011]优选地，所述网格状强化筋条包括沿第一方向延伸的多个第一强化筋条和沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸的多个第二强化筋条。特别有利的是，所述多个第一强化筋条沿水平方向彼此间隔第一间距地在整个所述主体上延伸，并且所述多个第二强化筋条沿竖直方向彼此间隔第二间距地在整个所述主体上延伸。在此，根据在第一方向上和在第二方向上所承受的载荷，第一间距可以选择成与第二间距等同或不同。根据该方案，强化筋条可至少沿两个方向加强板的强度，从而增加板的稳定性和破损耐受性。
[0012]优选地，所述网格状强化筋条还包括沿与所述第一方向和所述第二方向交叉的第三方向延伸的多个第三强化筋条。特别有利的是，所述多个第一强化筋条沿与水平方向成第一角度的方向彼此间隔第一间距地在整个所述主体上延伸，所述多个第二强化筋条沿与水平方向成第二角度的方向彼此间隔第二间距地在整个所述主体上延伸，并且所述多个第三强化筋条分别经过所述多个第一强化筋条与所述多个第二强化筋条之间的交点延伸在整个所述主体上。根据该方案，强化筋条可至少沿三个方向加强板的强度，从而增加板的稳定性和破损耐受性。
[0013]特别有利的是，所述网格状强化筋条构造为正交网格(orthogrid)或等轴向网格(isogrid)的形状。特别是，当网格状强化筋条采用等轴向网格的形状时，可以在各个方向上均匀地加强板的强度，从而增加板的稳定性和破损耐受性。
[0014]优选地，所述板的带有所述网格状强化筋条的一侧朝向所述箱形结构的内部。
[0015]本发明还提供一种飞机机翼中的具有箱形结构的构件，包括前梁、封闭端和蒙皮，其中，所述蒙皮由上述板构成。优选地，所述构件为主机翼、襟翼、缝翼、副翼、尾翼或其组成部分，例如襟翼尾缘。
[0016]此外，本发明还提供一种制造上述板的方法，其中所述板由复合材料构成，包括步骤:在模具的模腔中利用三维编织技术形成加强纤维的预成型体；将作为基体材料的液态树脂注入到闭合的模腔中；将所述液态树脂固化。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]以下通过附图所示的实施方式更详细地说明本发明的实施例。
[0018]图1示出飞机的襟翼尾缘的示意图；
[0019]图2A和2B分别示出根据本发明的第一实施例的板的透视图和平面图；
[0020]图3A和3B分别示出根据本发明的第二实施例的板的透视图和平面图。
【具体实施方式】
[0021]下文中，以用于飞机机翼中的襟翼尾缘的板作为优选的实施方式描述按照本发明的板。需要说明的是，襟翼尾缘仅仅是示例性的，以下所描述的实施方式不构成对本发明的限制。按本发明的板能应用于在飞机机翼中的具有箱形结构的构件、例如主机翼、襟翼、副翼、缝翼、尾翼或其组成部分、如襟翼尾缘上。
[0022]襟翼包括襟翼主体和尾缘。参照图1，襟翼尾缘包括上蒙皮10、下蒙皮20、前梁30和封闭端40。上蒙皮10和下蒙皮20分别覆盖在前梁30和封闭端40的上方和下方,从而形成一箱形结构。
[0023]图2和图3分别示出用于替代上蒙皮10或下蒙皮20的根据本发明实施例的板。
[0024]参照图2A和2B，根据第一实施例的板100包括面形的主体110和在主体的一侧从主体110优选向箱体结构的内部突出的网格状强化筋条。所述主体110和所述网格状强化筋条整体式成型。在本实施例中,所述主体Iio和所述网格状强化筋条都由复合材料构成。这种复合材料可包括加强纤维和基体，并且所述加强纤维沿强化筋条的方向连续布置。该复合材料可为例如CFRP，其基体可采用环氧树脂、双马来树脂、热固性树脂、热塑性树脂等，并例如利用复合材料液体模塑成型(liquid composite molding, LCM)技术制造。LCM技术是指将液态聚合物注入铺有纤维预成型体的闭合模腔中，或将预先放入模腔中的纤维膜加热熔化，使液态聚合物在流动充模的同时完成对纤维的浸润并固化成型为制品的复合材料制备技术。特别是，首先利用三维编织技术在模具的模腔中形成加强纤维的预成型体，然后将作为基体材料的液态树脂注入闭合的模腔中，最后对液体树脂进行固化，从而制成本发明的板。利用该技术制成的板特别是在厚度方向上的强度得到进一步提高，这是因为板的主体与从板的主体突出的强化筋条能够通过纤维相互连接。
[0025]所述网格状强化筋条可包括沿第一方向延伸的多个第一强化筋条120和沿与第一方向交叉的第二方向延伸的多个第二强化筋条130。在本实施例中，多个第一强化筋条120沿水平方向彼此间隔第一间距地在整个主体110上延伸，并且多个第二强化筋条130沿竖直方向彼此间隔第二间距地在整个主体110上延伸。也就是，网格状强化筋条构造为正交网格的形状。此外，第一间距可以等同或不同于第二间距。
[0026]当飞机机翼中的具有箱形结构的构件采用该实施例的板来代替蒙皮时，一方面，由于板中的网格状强化筋条而增大板的稳定性和破损耐受性，从而不再需要使用加强筋或桁条，当然也不再会出现脱离的现象。另一方面，该板中的网格状强化筋条能够沿至少两个方向增强板的稳定性，从而提闻板承受载荷的能力。
[0027]参照图3A和3B，根据本发明第二实施例的板200包括面形的主体210和在主体的一侧从主体210优选向箱体结构的内部突出的网格状强化筋条。所述主体210和所述网格状强化筋条的材料和连接方式与第一实施例中的所述主体110和所述网格状强化筋条的材料和连接方式相同。根据本发明第二实施例的板200与第一实施例中的板100的不同之处在于网格状强化筋条的布置结构。
[0028]在第二实施方式中，所述网格状强化筋条可包括沿第一方向延伸的多个第一强化筋条220、沿与第一方向交叉的第二方向延伸的多个第二强化筋条230以及沿与第一方向和第二方向交叉的第三方向延伸的多个第三强化筋条240。多个第一强化筋条220可沿与水平方向成第一角度的方向彼此间隔第一间距地在整个主体210上延伸，多个第二强化筋条230可沿与水平方向成第二角度的方向彼此间隔第二间距地在整个主体210上延伸，并且多个第三强化筋条240可分别经过多个第一强化筋条220与多个第二强化筋条230之间的交点延伸在整个主体210上。在本实施例中，多个第一强化筋条220可沿与水平方向成150度的方向彼此间隔第一间距地延伸在整个主体210上，多个第二强化筋条230可沿与水平方向成30度的方向彼此间隔第二间距地延伸在整个主体210上，并且多个第三强化筋条240可分别沿竖直方向延伸在整个主体210上，其中第一间距等于第二间距。也就是，网格状强化筋条构造为等轴向网格的形状。
[0029]在本实施例中，由于网格状强化筋条构造为等轴向网格的形状，因此能够沿各个方向均匀地增强板的稳定性，从而提高板承受载荷的能力。
[0030]另外，关于以上实施例中的间距和角度，其可根据使用该板的构件的实际情况(例如受力方向、构件尺寸等)来选择。
[0031]另外，根据本发明的板中的网格状强化筋条的网格形状并不限于上述列举的形状，而是可以根据实际情况选择为任何合适的形状，例如蜂窝形状。
[0032]根据本发明的板可应用于空间较小的用于飞机机翼的具有箱形结构的构件、例如襟翼尾缘中，这种构件难以安装加强筋或衍条，而且也难以增加蜂窝填充部或肋条的。例如，这种构件可以是主机翼、襟翼、副翼、缝翼、尾翼或其组成部分、如襟翼尾缘。
[0033]尽管通过示例并参照特定实施例对本发明进行了描述，但可以理解，在不背离所附权利要求的范围的情况下可进行修改和/或改进。
[0034]如果在以上描述中引用的整体或元件具有已知等价物，则这种等价物在此也并入本文。
[0035]附图标记列表
[0036]I 襟翼
[0037]2襟翼尾缘
[0038]10上蒙皮
[0039]20下蒙皮
[0040]30 前梁
[0041]40封闭端
[0042]50 肋
[0043]100、200 板
[0044]110、210 主体
[0045]120,220第一强化筋条
[0046]130,230第二强化筋条
[0047]240第三强化筋条
【权利要求】
1.板，特别是用于飞机机翼中的具有箱形结构的构件的板，包括面形的主体和在主体的一侧从所述主体突出的网格状强化筋条，并且所述主体和所述网格状强化筋条整体式成型。
2.按权利要求1所述的板，其特征在于，所述板由复合材料构成。
3.按权利要求2所述的板，其特征在于，所述复合材料包括加强纤维和基体，并且所述加强纤维沿所述强化筋条的方向连续布置。
4.按上述权利要求任一项所述的板，其特征在于，所述网格状强化筋条包括沿第一方向延伸的多个第一强化筋条和沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸的多个第二强化筋条。
5.按权利要求4所述的板，其特征在于，所述多个第一强化筋条沿水平方向彼此间隔第一间距地在整个所述主体上延伸，并且所述多个第二强化筋条沿竖直方向彼此间隔第二间距地在整个所述主体上延伸。
6.按权利要求4所述的板，其特征在于，所述网格状强化筋条还包括沿与所述第一方向和所述第二方向交叉的第三方向延伸的多个第三强化筋条。
7.按权利要求6所述的板，其特征在于，所述多个第一强化筋条沿与水平方向成第一角度的方向彼此间隔第一间距地在整个所述主体上延伸，所述多个第二强化筋条沿与水平方向成第二角度的方向彼此间隔第二间距地在整个所述主体上延伸，并且所述多个第三强化筋条分别经过所述多个 第一强化筋条与所述多个第二强化筋条之间的交点在整个所述主体上延伸。
8.按上述权利要求任一项所述的板，其特征在于，所述网格状强化筋条构造为正交网格或等轴向网格的形状。
9.按上述权利要求任一项所述的板，其特征在于，所述板的带有所述网格状强化筋条的一侧朝向所述箱形结构的内部。
10.飞机机翼中的具有箱形结构的构件，包括前梁、封闭端和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮由按权利要求1至9中任一项所述的板构成。
11.按权利要求10所述的构件，其特征在于，所述机翼是主机翼、襟翼、副翼、缝翼、尾翼或其组成部分，例如襟翼尾缘。
12.用于制造按权利要求1所述的板的方法，所述板由复合材料构成，包括步骤:在模具的模腔中利用三维编织技术形成加强纤维的预成型体；将作为基体材料的液态树脂注入闭合的模腔中；将所述液态树脂固化。
【文档编号】B64C3/26GK104024105SQ201180075904
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2011年11月30日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】刘 东 申请人:空中客车简易股份公司