层压的i-叶片形桁条的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及具有附接的桁条的航空器蒙皮面板。更具体地，本公开内容涉及复合航空器蒙皮面板的层压的1-叶片形桁条。
【背景技术】
[0002]航空器通常包括机身，机身可以被看作是基础骨架，蒙皮面板附接至所述基础骨架以形成符合空气动力学的光滑外表面。机翼也包括覆盖有蒙皮面板的基础结构。一般，蒙皮面板又轻又薄，从而最小化航空器的重量并增加其收费载重和航程。由于蒙皮面板薄，因此它们通常是柔性的，经常设有加强材料以防止在飞行过程中发生不希望的移动、弯曲和振动。
[0003]航空器蒙皮面板经常设有桁条以提供期望的加强作用。这些桁条有时也被称为“框架”、“加强件”或者“凸缘”，实质上是直立的肋条，所述肋条固定地附接至面板的底面(也被称为复合面板的“内模线”或ML)，大致垂直于面板的平面。桁条实际上采用具有十分低的弯曲硬度的平板，大幅增加了弯曲硬度。肋条具有大大增加面板的横截面深度的作用，因而给予大幅增加的硬度。这些桁条可以具有各种横截面形状，这些形状包括S形、I形、箱或U形、直条形或叶片形等。桁条提供的新增硬度量取决于桁条的大小、形状、厚度和相邻桁条的间距。
[0004]具有桁条的航空器蒙皮面板既用在金属蒙皮(例如铝)的航空器中，也用在复合构造的航空器中。在铝航空器的情况下，给蒙皮面板设置桁条大致包括:用铆钉、粘接剂或者一些其他紧固方法将具有金属结构形状的凸缘附接至航空器蒙皮面板的一个侧面。例如，桁条的结构形状可以为轧制断面或挤压断面。
[0005]然而，在复合航空器的情况下，给蒙皮面板设置桁条更复杂，这是因为面板是弯曲的碳纤维复合材料，并且复合材料的细长结构形状通常不是使用与用于金属的结构形状的工艺相同的工艺生成。相反，复合材料的结构形状通常如下生成:通过在提供期望形状的模型中将几个不同复合材料层一起热固化；或者复合材料的结构形状通常由共压实的热塑层生成。这些工艺可能涉及许多零件，可能劳动强度有些密集。因此，制造具有叶片形以外的共固化桁条的复合蒙皮面板十分费时并且十分复杂，这增加了航空器的成本。
[0006]本公开内容旨在解决一个或多个上述问题。
【发明内容】
[0007]已经意识到，理想的是，具有一种包括整体桁条的航空器复合蒙皮面板，该整体桁条具有低零件总数。
[0008]还已经意识到，理想的是，具有一种包括整体桁条的航空器复合蒙皮面板，该整体桁条具有高弯曲强度，而不具有I形断面桁条的成本和复杂度。
[0009]根据本公开内容的一个实施方式，本公开内容提供一种用于具有内表面的复合面板的叶片形桁条。所述叶片形桁条包括近侧部分，所述近侧部分包括腹板部，所述腹板部附接至所述面板的内表面并且从所述内表面大致垂直地延伸；以及自由的远端。所述腹板部具有厚度和高度，并且包括多个连续复合层片。所述远端具有与所述连续层片穿插并共固化的多个局部层片，所述远端限定球部，所述球部的厚度大于所述腹板部的厚度且小于所述腹板部的高度的约三分之一。
[0010]根据本公开内容的另一个实施方式，本公开内容提供一种航空器的复合蒙皮面板。所述复合蒙皮面板包括:由复合材料制成的面板；至少一个叶片形桁条，所述叶片形桁条与所述蒙皮面板大致垂直地延伸，包括多个复合层片。所述叶片形桁条具有:中间腹板部，所述腹板部包括复合材料层片并且具有腹板部高度和腹板部厚度；以及在所述腹板部的远端的球部，所述球部包括复合材料层片，所述球部的厚度大于所述腹板部厚度且小于所述腹板部高度的约三分之一。
[0011]根据本公开内容的又一个实施方式，本公开内容提供一种用于制造航空器的复合蒙皮面板的方法。所述方法包括在桁条铺叠体中提供多个连续复合层片，所述桁条铺叠体限定桁条的近侧凸缘部、中间腹板部以及自由的远端。所述方法还包括在终止于所述远端的区域中在所述连续复合层片中的至少一些之间穿插多个局部复合层片，从而在所述远端形成球部，所述球部的厚度大于所述腹板部的厚度。所述方法还包括将所述连续复合层和所述局部复合层一起固化，以生成具有近侧凸缘和远侧球部的一体桁条。
[0012]从下面结合附图进行的详细描述中会明了本公开内容的其他特征和优点。
【附图说明】
[0013]图1是具有根据本公开内容的多个1-叶片形桁条的复合蒙皮面板的一个实施方式的立体图。
[0014]图2是航空器机翼结构的部分切掉的立体图，示出了具有桁条的机翼蒙皮面板的位置和构造。
[0015]图3是具有I断面形状的桁条的现有技术机翼蒙皮面板的立体图。
[0016]图4是具有叶片形状的桁条的现有技术机翼蒙皮面板的立体图。
[0017]图5是根据本公开内容的复合1-叶片形桁条的横截面图，示出了球部中穿插的层片。
[0018]图6是碳纤维垫板的立体图，所述垫板可以用于制造根据本公开内容的复合1-叶片形桁条。
[0019]图7是示出了垫板的取向的横截面图，所述垫板定位在根据本公开内容的复合1-叶片形桁条的碳纤维层周围。
[0020]图8是层压的1-叶片形桁条在固化前的立体图。
[0021]图9是根据本公开内容的已固化的1-叶片形桁条和蒙皮段的一个实施方式在固化之后修边之前的立体图。
[0022]图10为根据本公开内容的复合1-叶片形桁条在修边之后的横截面图。
[0023]虽然本公开内容可能有多种改进和替代的形式，但是【具体实施方式】已通过举例的方式在附图中示出并且将在文中详细描述。然而，应理解，本公开内容不旨在限于所公开的具体形式。相反，目的是覆盖落入如附带的权利要求书限定的本发明的实质和范围内的所有改进、等同物以及替代物。
【具体实施方式】
[0024]虽然复合结构可能在许多方面都比金属结构更高效，但是给复合航空器蒙皮面板设置桁条与给金属航空器蒙皮设置桁条相比包括更多的步骤，这是因为复合材料制造涉及不同工艺和特性。该工艺可能涉及许多零件并且可能劳动强度有些密集，因而十分费时并且十分复杂，这增加了结构(诸如航空器)的成本。
[0025]有利地，已开发了一种具有桁条的复合蒙皮面板及其制造方法，其提供大幅加强的复合面板(所述复合面板可能比相当的金属材料面板更轻、更高效、更便宜)，同时减少与其他制造带桁条的复合蒙皮面板的方法所关联的复杂度和劳动强度。图1中提供了复合航空器蒙皮面板100的一个实施方式的局部立体图，该蒙皮面板具有根据本公开内容的多个整体1-叶片形桁条102。蒙皮面板100是弯曲的，包括内表面104以及外表面106，并且包括用于将所述面板附接至航空器结构的附接点107。1-叶片形桁条102为大致直条形，以从内表面104延伸的大致平行阵列的形式对齐。1-叶片形桁条102每个都包括直立的腹板部108，其与蒙皮面板100的内表面104大致垂直地直立，在每个桁条102的远侧自由端112具有加厚的球部110。虽然蒙皮面板100是弯曲的，但是应理解，本公开内容也可应用于非弯曲面板所用的桁条。
[0026]本领域技术人员应理解，直立的桁条102 —体附接至相对薄的蒙皮面板100，具有增大所述面板围绕其质量中心轴线(图5中的105)的转动惯量的作用，设置加厚的球部110相对于没有球部的相当的桁条尤其增加了桁条横截面的转动惯量。增加的转动惯量增加了组合起来的面板和桁条组件围绕横截面的质量中心轴线(图5中的105)的弯曲强度。这允许生产具有弯曲刚度的复合面板，所述弯曲刚度原本可能会涉及提供更高的叶片形桁条。更短的桁条有助于为航空器结构中的系统和收费载重留出更多空间。在本文给出的详细描述中，术语“刚度”和“弯曲刚度”可互换地用来根据上下文指代桁条的弯曲强度或具有桁条的面板的弯曲强度。同样，本公开内容可互换地提及增加面板和/或桁条的“刚度”或“弯曲刚度”或“转动惯量”。如本文所用的，术语“稳定性”通常是指抗屈曲强度，更具体地是指结构件的抗横向变形性，所述横向变形由与变形方向垂直的压缩载荷引起。
[0027]具有桁条的蒙皮面板在航空器制造领域是众所周知的。图2示出了航空器的机翼结构200的分解立体图。机翼结构包括从机翼200的根部208延伸到翼梢210的前翼梁202、中翼梁204以及后翼梁206。这些翼梁202、204、206从机翼200的根部向翼梢渐缩，沿