本發(fā)明涉及由復(fù)合材料制成的翼梁，特別是在航空航天工業(yè)中使用的具有雙y形橫截面的翼梁。根據(jù)本發(fā)明的翼梁可以用作用于飛行器機(jī)身、用于飛行器的抗扭盒的翼梁。

背景技術(shù)：

1、ep3095691a1涉及一種多翼梁抗扭盒結(jié)構(gòu)，該多翼梁抗扭盒結(jié)構(gòu)包括：多個(gè)由復(fù)合材料制成的翼梁，這些翼梁布置成形成多單元結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)或更多個(gè)單元在抗扭盒中一個(gè)接一個(gè)地沿翼展方向延伸；以及由復(fù)合材料制成的上蒙皮蓋和下蒙皮蓋，上蒙皮蓋和下蒙皮蓋分別接合至多單元結(jié)構(gòu)的上表面和下表面。

2、在多翼梁抗扭盒結(jié)構(gòu)中使用的現(xiàn)有的“雙t形”截面翼梁和“歐米伽(omega)形”截面翼梁具有有限的慣性動(dòng)量，并且可能經(jīng)受屈曲和后屈曲以及抗扭行為。此外，其他制造要求、比如節(jié)省重量和節(jié)省成本有利于改進(jìn)現(xiàn)有的翼梁和抗扭盒。

3、本發(fā)明滿(mǎn)足了這些需求，并且解決了目前在抗扭盒中使用的現(xiàn)有翼梁的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及一種可被視為“雙桁條”的翼梁，并且該翼梁包括長(zhǎng)形的芯部或腹板，該芯部或腹板允許翼梁連接或接合飛行器的抗扭盒、例如機(jī)翼的抗扭盒的兩個(gè)面板。所提出的翼梁也可以在豎向尾翼“vtp”、水平尾翼“htp”等中使用。與用于相同抗扭盒的常規(guī)翼梁相比，所提出的復(fù)合材料翼梁在抗扭盒中可以間隔得更遠(yuǎn)。因此，本發(fā)明允許用本發(fā)明所提出的復(fù)合材料翼梁代替現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)常規(guī)翼梁。此外，當(dāng)用根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料翼梁代替常規(guī)翼梁以獲得相同的機(jī)械特性時(shí)，可以減少抗扭盒中使用的翼梁的數(shù)目。

2、因此，本發(fā)明提出了一種復(fù)合材料翼梁(具有熱固性或熱塑性樹(shù)脂的碳纖維或玻璃纖維)，該復(fù)合材料翼梁包括上凸緣和下凸緣，并且該復(fù)合材料翼梁可以通過(guò)將翼梁的上凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第一(復(fù)合)面板并將翼梁的下凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第二(復(fù)合)面板而在例如機(jī)翼的抗扭盒中使用，其中，第二面板與第一面板相對(duì)。所提出的翼梁包括具有雙y形形狀的結(jié)構(gòu)橫截面。該形狀在本說(shuō)明書(shū)中被指定為雙y形形狀，并且可以對(duì)應(yīng)于翼梁的結(jié)構(gòu)橫截面的全部或一部分。

3、此外，與目前由cfrp(碳纖維增強(qiáng)聚合物)制成的翼梁相比，復(fù)合材料的使用提供了優(yōu)異的機(jī)械和重量特性以及檢查和可修復(fù)性。

4、所提出的翼梁在本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)為雙y形橫截面翼梁。根據(jù)本發(fā)明的雙y形橫截面翼梁至少包括：由提供雙y形形狀橫截面的腹板連接的兩個(gè)橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)。此外，雙y形橫截面翼梁包括能夠連接至飛行器的抗扭盒的面板的上凸緣和下凸緣。由復(fù)合材料制成的雙y形或雙y形部段橫截面翼梁具有各種益處，比如更好的結(jié)構(gòu)效率、由于角度大(例如大于90度，例如在100度至165度之間)在制造時(shí)褶皺更少、無(wú)腐蝕以及更好的無(wú)損檢測(cè)(ndt)過(guò)程。

5、雙y形橫截面翼梁的橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其抗扭載荷性能。此外，垂直于凸緣的細(xì)長(zhǎng)的部分——稱(chēng)為腹板——增加了翼梁的慣性動(dòng)量和結(jié)構(gòu)剛度。腹板或翼梁腹板可以包括用以允許維護(hù)和修理活動(dòng)的檢修孔或其他類(lèi)型的孔，例如允許飛行器系統(tǒng)通過(guò)的孔。

6、此外，雙y形橫截面翼梁可以具有各種橫截面形狀，并且可以包括豎向翅片和具有十字形橫截面的中間蓋，其中，中間蓋包括上部部段和下部部段，每個(gè)部段具有t形橫截面，每個(gè)部段包括對(duì)稱(chēng)的層壓件。為此目使用復(fù)合材料增強(qiáng)了翼梁的實(shí)際性能，以及檢查和可修復(fù)性。中間蓋的優(yōu)點(diǎn)是易于制造雙y形橫截面翼梁。在中間點(diǎn)連接雙y形橫截面翼梁的兩個(gè)分開(kāi)的半部有利于制造。因此，t形形狀的兩個(gè)半部被連接以形成上部部段和下部部段，上部部段和下部部段一旦彼此接合，就形成中間蓋。這兩個(gè)部分可以通過(guò)各種技術(shù)接合，但是t形形狀的上部部段和下部部段允許例如鉚接，或者用于膠合、共結(jié)合或共固化的更大的接觸表面。

7、根據(jù)本發(fā)明所提出的雙y形橫截面翼梁提供了對(duì)常規(guī)翼梁的優(yōu)化，并且可以用于連接飛行器的抗扭盒的兩個(gè)(復(fù)合)面板。

8、有利地，所提出的雙y形橫截面翼梁允許：

9、-更好的抗扭和應(yīng)變結(jié)構(gòu)效率。

10、-由于角度大當(dāng)制造翼梁時(shí)褶皺更少。

11、-沒(méi)有腐蝕。更好的無(wú)損檢測(cè)過(guò)程。目前在l形或t形翼梁中，由于它們具有90°的曲率角和小的曲率比，它們的機(jī)械缺陷不能通過(guò)無(wú)損檢測(cè)過(guò)程很好地觀察到。相反，根據(jù)本發(fā)明，在獲得雙y形的制造過(guò)程中使用大于90°的曲率角的情況下，這個(gè)問(wèn)題得到解決。

12、-重量更輕。

13、-一次性組裝：使用共固化縮短組裝周期。

14、根據(jù)本發(fā)明的雙y形橫截面翼梁提供了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的“雙t形”部段和“歐米伽形”部段翼梁的優(yōu)化。有利地，所提出的雙y形橫截面翼梁增加了慣性動(dòng)量，增強(qiáng)了屈曲和后屈曲性能以及抗扭性能，并且提供了最有效的橫截面形狀。此外，y形部段優(yōu)化了翼梁的布置，這歸因于腳部的有效表面更寬，這意味著節(jié)省重量，特別是因?yàn)橛捎诋?dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的翼梁代替現(xiàn)有技術(shù)中存在的翼梁時(shí)，獲得相同機(jī)械性能所需的翼梁數(shù)目可以更少，節(jié)省成本和更高的roi。

15、因此，在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于飛行器的由復(fù)合材料制成的雙y形橫截面翼梁，該雙y形橫截面翼梁包括：翼梁腹板，該翼梁腹板具有i形橫截面；上部部分和下部部分，該上部部分和下部部分由翼梁腹板連接。下部部分包括：下凸緣，下凸緣構(gòu)造成能夠連接至飛行器的抗扭盒的第一面板；第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)，該第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)包括分別接合至下凸緣的第一下頂點(diǎn)和第二下頂點(diǎn)以及連接至翼梁腹板的第一端部的上頂點(diǎn)。上部部分包括：上凸緣，上凸緣構(gòu)造成能夠連接至飛行器的抗扭盒的與第一面板1010相對(duì)的第二面板；第二橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)，該第二橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)包括分別接合至上凸緣的第一上頂點(diǎn)和第二上頂點(diǎn)以及連接至翼梁腹板的第二端部的下頂點(diǎn)。第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)、第二橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)和翼梁腹板形成雙y形橫截面。

16、在一個(gè)示例中，下凸緣和上凸緣建立在優(yōu)選垂直于翼梁腹板的方向上。當(dāng)翼梁結(jié)合到飛行器的抗扭盒中時(shí)，下凸緣和上凸緣的方向可以不完全垂直，其中，抗扭盒包括第一面板和與第一面板相對(duì)的第二面板，其中，第一面板和第二面板以彎曲的方式建立。

17、在一個(gè)示例中，翼梁腹板還包括具有十字形橫截面的中間蓋，其中，中間蓋包括上部部段和下部部段，每個(gè)部段具有t形形狀橫截面，每個(gè)部段包括對(duì)稱(chēng)的層壓件并且彼此連接。

18、石墨纖維增強(qiáng)聚合物(cfrp)由若干層組成。每一層都是碳纖維的“布”、“帶”或“條”(像一塊布)。在這種“織物”中，纖維可以是無(wú)序的、編織的或主要沿一個(gè)方向定向。一般來(lái)說(shuō)，使用具有主取向的那些纖維，因?yàn)樵谠撝鞣较蛏?，我們知道它?duì)顯著載荷具有阻力。然后，當(dāng)這些層被堆疊時(shí)，每個(gè)層可以根據(jù)需要被定向，以根據(jù)其層中的每個(gè)層的取向來(lái)適應(yīng)最終件的載荷阻力。

19、復(fù)合層壓件必須定向成實(shí)現(xiàn)最佳可能的性能，避免屈曲并防止制造后翹曲(層壓件必須對(duì)稱(chēng)和平衡)。層壓件性能的改善與纖維角度的定向有關(guān)。也就是說(shuō)，如果載荷在根據(jù)雙y形翼梁參考軸線的0°方向上作用，則更大百分比的層壓件將以相對(duì)于雙y形翼梁參考軸線的0°放置，因?yàn)檫@是層壓件將具有最佳機(jī)械性能的位置。總百分比被分成0°層壓件、90°層壓件和+/-45°層壓件。因此，由于y形翼梁的不同部分以不同的方式工作(下凸緣、翼梁腹板和中間蓋)，每個(gè)部分都必須在其期望取得最佳機(jī)械響應(yīng)的取向上具有更大量的層壓件。對(duì)稱(chēng)和平衡的復(fù)合層壓件的示例可以是：+45°、-45°、0°、90°、0°、0°、90°、0°、-45°、+45°，也寫(xiě)作(+45、-45、0、90、0)s)。

20、在一個(gè)示例中，中間蓋包括上部部段和下部部段，每個(gè)部段具有t形橫截面，每個(gè)部段包括對(duì)稱(chēng)的層壓件，該層壓件包括：

21、-第一層，該第一層包括包裹下凸緣或上凸緣和翼梁腹板的復(fù)合層壓件，其中，來(lái)自第一層的全部復(fù)合層壓件的70％以載荷角度+/-45°定向，其中，載荷角度是載荷相對(duì)于雙y形翼梁參考軸線的角度；

22、-第二層，該第二層包括可以建立在第一層的頂部上的復(fù)合層壓件，其中，來(lái)自第一層的全部復(fù)合層壓件的70％以載荷角度0°定向；以及

23、-第三層，該第三層包括可以建立在第二層的頂部上的復(fù)合層壓件，其中，來(lái)自第三層的全部復(fù)合層壓件的70％以載荷角度+/-45°定向。

24、在一個(gè)示例中，下凸緣和上凸緣包括在平行于翼梁腹板的方向上建立的豎向翅片。

25、復(fù)合材料可以包括具有熱固性或熱塑性樹(shù)脂的碳纖維或具有熱固性或熱塑性樹(shù)脂的玻璃纖維。

26、在一些示例中，翼梁腹板還包括檢修孔。

27、本發(fā)明的另一方面涉及一種根據(jù)本發(fā)明的第一方面的雙y形橫截面翼梁在飛行器的抗扭盒中的應(yīng)用，應(yīng)用方式為：將雙y形橫截面翼梁的下凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第一復(fù)合面板；并且將雙y形橫截面翼梁的上凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第二復(fù)合面板。

28、在一個(gè)示例中，將雙y形橫截面翼梁的下凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第一復(fù)合面板包括共固化或共結(jié)合，并且將雙y形橫截面翼梁的上凸緣接合至飛行器的抗扭盒的第二復(fù)合面板包括共固化或共結(jié)合。

29、共結(jié)合是一種接合形式，其中例如，復(fù)合面板被預(yù)先固化而凸緣未固化，并且然后復(fù)合面板和凸緣使用粘合劑接合在一起，或者復(fù)合面板未固化而凸緣被預(yù)先固化，并且然后復(fù)合面板和凸緣使用粘合劑接合在一起。

30、共固化意味著所有件，例如上凸緣、下凸緣以及第一復(fù)合面板和第二復(fù)合面板同時(shí)固化，從而在它們之間不需要粘合劑地形成結(jié)合部。

31、本發(fā)明的第三方面涉及一種抗扭盒，該抗扭盒包括多個(gè)雙y形橫截面翼梁，這些翼梁通過(guò)下凸緣連接至飛行器的抗扭盒的第一面板，并通過(guò)上凸緣連接至飛行器的抗扭盒的第二面板。與現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)翼梁相比，所提出的雙y形橫截面翼梁可以在抗扭盒中間隔得更遠(yuǎn)。因此，本發(fā)明允許限制本發(fā)明的翼梁的數(shù)目，從而提供更輕的抗扭盒。

32、在一些示例中，抗扭盒是機(jī)翼的抗扭盒、豎向尾翼抗扭盒或水平尾翼抗扭盒。

33、根據(jù)本發(fā)明的第四方面涉及一種用于制造包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的雙y形橫截面翼梁的抗扭盒的方法。該方法包括將復(fù)合材料放置到第一模具上，第一模具包括在100度至165度之間的模制曲率α，其中，α是形成在位于第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)與下凸緣之間或者位于第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)與上凸緣之間的接合部中的工作角度，其中，第一模具至少與翼梁和下凸緣以及上凸緣的形狀相關(guān)聯(lián)。該方法還包括：將第二模具抵靠復(fù)合材料放置，第二模具與第一橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)和第二橫截面敞開(kāi)的三角形結(jié)構(gòu)的形狀相關(guān)聯(lián)；將復(fù)合材料至少放置到第二模具上；用第三模具封閉第一模具和第二模具，以獲得包括抗扭盒預(yù)成型件的封閉模具，其中，第三模具至少與飛行器的抗扭盒的第一面板的形狀和抗扭盒的第二面板的形狀相關(guān)聯(lián)；并且用高壓釜循環(huán)固化抗扭盒預(yù)成型件。

34、在一個(gè)示例中，該方法還包括切割抗扭盒預(yù)成型件，以獲得抗扭盒。

35、在一個(gè)示例中，用高壓釜循環(huán)固化抗扭盒預(yù)成型件包括在180攝氏度或更低溫度下固化抗扭盒預(yù)成型件。

36、在一個(gè)示例中，用高壓釜循環(huán)固化抗扭盒預(yù)成型件包括在最終固化之前的部分固化。

37、在一個(gè)示例中，該方法還包括將行道放置在第一模具與第二模具之間。

38、在一個(gè)示例中，該方法還包括利用3d打印來(lái)獲得第一模具、第二模具和第三模具。

39、在一個(gè)示例中，該方法還包括使用具有熱固性或熱塑性樹(shù)脂的碳纖維或具有熱固性或熱塑性樹(shù)脂的玻璃纖維作為復(fù)合材料。

40、在一個(gè)示例中，α等于135°。