用于接合壳结构的周向拼接件 |
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| 申请号 | CN201310519891.7 | 申请日 | 2013-10-29 | 公开(公告)号 | CN103786868B | 公开(公告)日 | 2017-09-12 |
| 申请人 | 波音公司; | 发明人 | P·狄普; B·德普克; | ||||
| 摘要 | 公开的壳结构拼接件和方法可以包括具有第一边缘的第一板，具有第二边缘的第二板，所述第二边缘被 定位 为与第一边缘沿边对齐以形成拼接件接头，桥接拼接件接头并且被附连到第一板和第二板的带板，所述带板具有第一渐缩区域和第二渐缩区域，具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，所述渐缩部分被附连到所述带板的所述第一渐缩区域，和具有渐缩部分和平坦部分的第二配件，所述渐缩部分被附连到所述带板的第二渐缩区域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种壳结构拼接件，所述拼接件包括： |
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| 说明书全文 | 用于接合壳结构的周向拼接件技术领域背景技术[0003] 一个飞行器可以包括两个或者多个机身（也就是，壳）部分，在拼接件接头处被周向地接合并且被固定在一起以使得机身部分互相连接并且形成完整的机身结构。为了精确地安装整合接头，机身部分被对齐并且连接孔被钻穿过连接的拼接件板以及下面的壳结构。例如，相邻的机身部分可以由拼接件接合，拼接件由位于机身内部并且在相邻机身部分桁条之间桥接的框架或者舱壁构成。多个配件延伸穿过框架并且促进机身部分的连续性。作为另一个示例，相邻的机身部分可以由拼接件板接合为整体并且多个拼接件配件被附连在一对相邻的机身部分之间以接合相邻的机身部分的接触面。通常拼接件板是平的并且形成平的拼接件弦（chord），其延伸穿过拼接件接头。取决于拼接件接头的类型，装配可能需要多个被置于框架或者舱壁的接孔（mouse hole），通过接孔延伸拼接件配件。 [0004] 典型地，拼接件配件可以由金属材料组成，比如钛。由于钛是相对昂贵的材料，与钛拼接件配件关联的材料和制造费用可以增加与飞行器制造关联的费用。另外地，机身部分可以由延伸通过框架以联接框架至机身部分的多个紧固件和延伸通过拼接件配件以联接配件至机身部分的多个紧固件拼接在一起。为了安装紧固件，多个连接孔必需被钻穿过拼接件以接收紧固件。这种装配流程的缺点在于钻孔穿过包括钛拼接件配件的异种材料叠层花费大量时间，由此增加了装配机身部分的时间以及与此装配相关联的劳动。而且，钻孔通过由钛或者其他金属材料制成的拼接件配件通常需要所述部分分离并且去除毛边，由此进一步增加与机身的装配相关联的时间和费用。这种装配流程的另一个缺点在于可能需要垫片对齐机身部分并且沿着接头接合面配合拼接件配件，由此增加更多的时间和费用。 [0005] 相应的，本领域技术人员继续探索并且发展在接合壳结构领域的工作，特别是在飞行器装配领域的工作。 发明内容[0006] 在一个实施例中，公开的壳结构拼接件可以包括具有第一边缘的第一板，附连到第一板并且延伸越过第一边缘的带板，所述带板具有第一渐缩区域，和具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，所述渐缩部分被附连到带板的第一渐缩区域。框架被选择地联接到带板。 [0007] 在另一个实施例中，公开的壳结构拼接件可以包括具有第一边缘的第一板，具有第二边缘的第二板，所述第二边缘被置于沿边缘与第一边缘沿边对齐以形成拼接件接头，桥接拼接件接头并且附连到第一板和第二板的带板，所述带板具有第一渐缩区域和第二渐缩区域，具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，所述渐缩部分附连于带板的第一渐缩区域，具有渐缩部分和平坦部分的第二配件，所述渐缩部分附连于带板的第二渐缩区域。 [0008] 在另一个实施例中，公开的用于接合相邻的壳结构的板的拼接件可以包括具有第一侧、第二侧的带板、大体平坦的中间区域，从邻接中间区域向下延伸到邻接第一侧的第一渐缩区域，从邻接中间区域向下延伸到邻接第二侧的第二渐缩区域，具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，所述渐缩部分附连于带板的第一渐缩区域，和具有渐缩部分和平坦部分的第二配件，所述渐缩部分附连于带板的第二渐缩区域。Z部分或者C部分框架可以附连于拼接件带板的中间平坦部分。 [0009] 在另一个实施例中，公开的是接合壳结构的方法，所述方法可以包括以下步骤：（1）提供壳结构的具有第一边缘的第一板，（2）提供具有第一渐缩区域和第二渐缩区域的带板，（3）放置所述带板与第一边缘相邻以便第一渐缩区域与第一板相邻并且第二渐缩区域从第一边缘向外延伸，（4）将所述带板附连到第一板，（5）提供具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，（5）放置第一配件以便渐缩部分与带板的第一渐缩区域相邻并且平坦部分与第一板相邻，（6）将所述第一配件附连到所述带板，和（8）附连所述第一配件到第一板。 [0010] 仍然在另一个实施例中，公开的是一种接合壳结构的方法，所述方法可以包括以下步骤：（1）提供具有壳结构的第一边缘的第一板，（2）提供具有第一渐缩区域和第二渐缩区域的带板，（3）放置所述带板与第一边缘相邻以便所述第一渐缩区域与第一板相邻并且第二渐缩区域从第一边缘向外延伸，（4）将带板附连到第一板，（5）提供具有渐缩部分和平坦部分的第一配件，（6）放置第一配件以便渐缩区域与带板的第一渐缩区域相邻并且平坦部分与所述第一板相邻，（7）附连第一配件到带板，（8）附连第一配件到第一板，（9）提供壳结构的具有第二边缘的第二板，（10）放置第二板与第一板相邻以便第一和第二边缘沿边缘对齐形成拼接件接头并且第二渐缩部分与第二板相邻并且带板使得拼接件接头接合，（11）附连带板到第二板，（12）提供具有渐缩部分和平坦部分的第二配件，（13）放置第二配件以便渐缩部分与带板的第二渐缩部分相邻并且平坦部分与第二板相邻，（14）附连第二配件到带板，和（15）附连第二配件到第二板。 附图说明[0012] 图1是根据本公开装配的飞行器的立体图； [0013] 图2是图1的飞行器的多个机身部分的分解立体图； [0014] 图3是图1的飞行器中相邻的机身部分之间的拼接件接头的局部立体图； [0015] 图4是图3的拼接件接头的单个拼接件的局部立体图； [0016] 图5是图4的拼接件的局部分解侧视立体图； [0017] 图6是图4的拼接件的局部分解俯视立体图； [0018] 图7是图4的拼接件的俯视图； [0019] 图8是图4的拼接件的侧视图； [0020] 图9是拼接件的局部分解立体图；和 [0021] 图10是公开的拼接件的拼接件板的横截面图。 具体实施方式[0022] 下面的具体实施方式参照附图，其示出本公开的具体的实施例。其他的具有不同结构和操作的实施例不偏离本公开的内容。相同的附图标记可以指的是在不同的附图中相同的元件或者部件。 [0023] 参照图1和图2，飞行器100可以包括具有多个机身部分104（被独立地标示为机身部分104a-e）的机身102。机身部分104可以由多个相应的拼接件接头106（被独立地标示为拼接件接头106a-e）接合到一起。 [0024] 每个机身部分104可以包括复合材料蒙皮108，其绕机身102的纵向轴线A延伸三百六十度（360°）。整个本公开中，词语“机身部分”被使用为了方便提到任何绕轴线延伸三百六十度（360°）的壳结构。本领域技术人员能够理解机身部分104不局限于大体圆柱形结构，还可以包括具有圆形、椭圆的、卵形的、蛋形的、直线的、渐缩的或者其他截面形状。另外，本领域技术人员能够理解机身部分104可以是单件部分，其中蒙皮108是绕轴线连续延伸三百六十度（360°）的单件蒙皮或者可以由连接为整体以形成整个的三百六十度（360°）机身部分104的两段或者更多的蒙皮段形成。 [0025] 机身102可以进一步包括乘客机舱，其配置为容纳多个乘客座位。每个机身部分104也可以包括多个窗户切口（未示出），以向坐在乘客机舱内的乘客提供飞行器100外的风景。机身102还可以包括乘客门、货仓门、天线等。 [0026] 参照图3，整体标记为10的拼接件可以在一对相邻位置的机身部分104之间结构地接合，限定之间的拼接件接头106。这个视图是从机身102内部向外看拼接件接头106的一部分。拼接件10通常可以位于机身部分104的相反端。拼接件10可以被置于机身部分104的内部以与机身部分104成为整体并且向合成的机身102提供强度和稳定性。尽管只有一部分周向延伸的拼接件10在图3中被说明，不过拼接件10可以绕整个机身部分104内部周向延伸或者可以只绕其一区段或多区段延伸。 [0027] 每个机身部分104可以包括板110（分别定义为第一板110a和第二板110b）。第一机身部分104a可以包括第一板110a并且第二机身部分104b可以包括被放置于沿边与第一板110a对齐的第二板110b。在一个实施例中，板110可以至少在结构和功能上通常与已知的飞行器机身部分的板部分相似。例如，板110可以包括附连到蒙皮108上的多个加强板或桁条 114。蒙皮108可以被附连到并且覆盖所述多个桁条114以形成机身部分104的外表面。 [0028] 参照图4-8，每个桁条114可以包括从蒙皮108突出的凸起部分116和直接附连到蒙皮108的多个凸缘部分118。在示出的实施例中，桁条114可以具有大致“U”形截面。然而，本领域技术人员可以理解，桁条114可以具有其他的截面形状，其包括“L”形、“C”形、倒“T”形、“I”形等。在其他的实施例中，板110可以包括其他的特征，比如配合到桁条114的凸缘部分118的支撑元件或者偏出部分。 [0029] 桁条114可以被置于蒙皮108上以便一个桁条114的凸缘部分118与相邻桁条114的对应凸缘部分118对齐。通过以这种方式对齐凸缘部分118，凸缘部分118可以形成多个至少近似连续的支撑面，其在桁条114的凸起部分116之间延伸。在另一个实施例中，如所示，桁条114可以与蒙皮108间隔以便桁条114的凸缘部分118与相邻桁条114的对应凸缘部分118周向偏移（或者其他方式间隔）。 [0030] 下面参照图4-8，其说明拼接件接头106的一部分以更加清晰地说明公开的拼接件10。拼接件10可以包括带板12，其至少部分绕着机身部分104的拼接件接头106周向延伸。带板12可以具有沿机身102纵向限定的宽度，其足够桥接并且覆在两个相邻机身部分104的部分上。 [0031] 带板12可以包括底面14以接触相邻的板110的蒙皮108。底面14可以是曲面的并且底面的曲率可以与机身102（图2）的曲率相符合。平的底面14也是考虑的。 [0032] 带板12的对置侧面16（在图4和图5中分别被标示为第一侧面16a和第二侧面16b）可以从拼接件接头106延伸离开并且可以被附连到蒙皮108的边缘120（在图4和图5中分别被标示为第一边缘120a和第二边缘120b）。拼接件带板12的顶面18可以包括大体平的中间区域20和对置向下的渐缩区域22（在图4-6中分别被标示为第一渐缩区域22a和第二渐缩区域22b），其从邻接（也就是在或者靠近）中间区域20延伸到邻接侧面16。如所示，在一个实施例中，拼接件带板12可以具有等腰梯形截面形状；然而，本领域技术人员可以理解，带板12可以具有其他的一般梯形形状或者其他的多边形形状。 [0033] 在此将更加详细地描述，在一个实施例中，带板12可以由复合材料组成，比如碳纤维增强聚合物（CFRP）、复合纤维增强聚合物、石墨-环氧树脂或者类似的材料，以便提供连接相邻的机身部分104所需要的强度和稳定性，同时相对于更加常规的使用金属拼接件部分的拼接件减少材料消耗、重量以及钻孔和装配时间。在其他的实施例中，带板12可以包括其他的材料，其包括金属材料，比如铝、钛、钢等。 [0034] 带板12可以被附连到邻接第一板110a的蒙皮108的第一边缘120a和邻接第二板110b的蒙皮108的第二边缘120b以将板110拼接件到一起。带板12可以在拼接件接头106周围连续地延伸或者至少近似连续地延伸。可替代地，带板12可以在拼接件接头106周围被分段；例如，拼接件接头可以包括带板12的多个段。带板12可以被附连到各个蒙皮108的内侧以保持在机身102外部光滑的、空气动力学的表面。带板12可以由多个穿过带板12和蒙皮 108的紧固件被附连到蒙皮108。可替代地，带板12可以被粘结到蒙皮108或者被粘结并且固定到蒙皮108。 [0035] 带板12可以至少近似与蒙皮108一样厚，但是比桁条114的相邻凸缘部分118厚。在一个实施例总，如所示，桁条114不充分地延伸到蒙皮108的边缘120，并且带板12的侧面16可以延伸接近桁条114的末端。在其他的实施例中，桁条114可以延伸到并且在蒙皮108的边缘120结束。如果需要避免相邻表面之间的梯级，垫片或者填充物（未示出）可以被置于与带板12相邻的凸缘部分118上。填充物可以包括复合材料、金属材料或者类似的材料。在其他的实施例中，带板12、蒙皮108和凸缘部分118可以具有其他的相对厚度以便填充物可以不被需要。 [0036] 拼接件10也可以包括多个拼接件配件24（分别被标示为第一配件24a和第二配件24b），其被置于带板12上并且其在纵向延伸离开拼接件接头106。每个配件24可以包括第一端26、第二端28和纵向侧面30。配件24的底部32可以包括邻接第一端延伸的向上的渐缩部分34和邻接渐缩部分34延伸到邻接第二端28的大体平坦部分36。配件24可以由复合材料组成，比如碳纤维增强塑料或者其他相似的材料，比如与组成带板12相同的复合材料。可替代地，配件24可以由金属或者金属合金组成。 [0037] 在示出的实施例中，配件24的向上的渐缩部分34可以包括相对于带板12的向下的渐缩区域22的角度对应的互补的（也就是相反的）向上的角度，以便底面32的渐缩部分34可以与带板顶面18的渐缩区域22形成平齐的接触。渐缩部分34可以具有沿机身102纵向确定的宽度，其足够延伸穿过或者覆在带板12的渐缩区域22上。配件24的平坦部分36可以延伸越过带板12的侧面16以便覆在板110的蒙皮108上。配件24可以被附连在带板12的两个渐缩区域22上以便一对配件24从拼接件接头106纵向延伸越过带板12的对置侧面16以便覆在相邻的机身部分104上。 [0038] 如在示出的实施例中所示，每个配件24可以包括第一纵向元件38和第二纵向元件40，其延伸越过带板12的侧面16。通常地纵向元件38、40可以限定配件24的平坦部分36。纵向延伸的元件38、40可以被配置为覆盖并且接收各个板110的至少一部分桁条114。 [0039] 例如，在一个实施例中，每个配件24可以是大致的“U”形以便每个纵向元件38、40可以互相间隔并且覆盖各自的桁条114。这个实施例的配件24可以包括延伸穿过带板12的渐缩区域22的宽度的渐缩部分34和从渐缩部分34向外延伸越过带板12的侧面16的纵向元件38、40。然而，配件24的渐缩部分34可以具有相对于带板12的渐缩区域22的其他宽度，并且因此配件12的渐缩部分22可以不需要延伸穿过带板12的渐缩区域22的整个宽度。可替代地，在其他的实施例中，配件24的渐缩部分34可以延伸越过带板12的渐缩区域22。 [0040] 在其他的实施例中，配件24的平坦部分36可以包括延伸越过带板12的侧面16的单个的纵向元件。在这个实施例中，平坦部分36可以是合适尺寸的，也就是纵向侧面30之间的距离，以便配合在相邻的桁条114的凸起部分116之间。 [0041] 拼接件10可以包括多个配件24，其覆盖带板12的周向间隔的不同部分。多个配件24可以在周向互相间隔以便带板12的一部分可以不被配件24覆盖并且可以在邻近的也就是相邻的配件24之间被暴露或者可见。因此，带板12可以被可见地被检查以确保带板12保持合适地固定到机身部分104的蒙皮108上。可替代地，多个配件24可以在周向互相紧靠以便整个带板12被配件24覆盖。 [0042] 在示出的实施例中，每个配件24可以具有凹槽或者“U”形截面，其包括由渐缩部分34和平坦部分36组成的底面32和对置的直立边缘42（分别被标示为第一直立边缘42a和第二直立边缘42b）。第一直立边缘42a被置于朝向第一纵向侧面30a并且第二直立边缘42b被置于朝向第二纵向侧面30b。在其他的实施例中，配件24可以具有其他的截面形状，其包括“C”形、“L”形、倒“π”形和平坦形状。 [0043] 直立的边缘42可以增加配件24的刚度并且可以被置于邻接桁条114的凸起部分116，其取决于配件24的平坦部分36的尺寸和桁条114的间隔距离。直立的边缘42可以增加拼接件接头106，特别地在压载荷下的稳定性。 [0044] 如果分段的带板12被使用，那么配件24也可以被用作相邻带板部分的拼接件板。公开的拼接件接头106的优点在于桁条114的端是开的，其使得冷凝物或者其他源头导致的湿气能离开桁条114以充分的排水。 [0045] 公开的拼接件10的另一个优点在于在整个拼接件接头106上对置的桁条114的凸起部分116不被拼接在一起，由于凸起部分116不必严格对齐，使得配件相对容易安装。另外地，移动或者调整配件24沿着带板12的两个侧面16的位置的能力允许如果与对置的桁条不严格对齐，纵向元件38、40接收桁条114的凸起部分116。 [0046] 拼接件10可以选择地包括框架44，其围绕相邻的机身部分104之间拼接件接头的106的至少一部分周向延伸。框架44可以大体上被置于覆盖纵向对置配件24之间的带板12的中间区域20。在示出的实施例中，框架44可以具有大体上“Z”形状，其被配置为具有朝上的下凸缘46以被固定到带板12。如图3所说明，下凸缘46可以被分为多个脚，其可以被固定到带板12。框架44也可以包括朝下的上凸缘48以被固定到机身102的内部机舱臂的外部。上凸缘48可以被以与下凸缘所描述的相似的方式被分为脚。虽然Z-形框架44被示出，本领域技术人员将理解任何合适的框架可以被使用，比如C-形状框架、I-形状框架、J-形状框架等。 [0047] 框架44也可以由复合材料组成，比如CFRP或者相似的材料，比如与组成带板12或者配件24相同的复合材料。可替代地，框架44可以由金属或者其他的材料组成，比如铝或者钛。 [0048] 尽管公开的拼接件10被示出为由多个分离部分（例如，带板12、配件24、框架44）建立，在其他的实施例中，两个或者更多的这样的部分可以被整合到一个部分，其执行所述两个或者更多部件的功能或者具有所述两个或者更多部件的特征。 [0049] 下面参照图9，公开的拼接件10的优点是：在拼接件接头106中预期的省略对金属部件（比如钛金属部件）的需求，和在机身102装配期间，显著的降低（如果不完全省略）垫片或者不相符片的需求。公开的拼接件10的另一个优点是：通过在相邻的两个机身部分104b和相应的多个纵向对置拼接件配件24b整合之前，安装（即固定）拼接件带板12和多个拼接件配件24a的一部分到第一机身部分104a，显著的降低机身102组装预测的制造流程时间。选择地，框架44也可以在在第二机身部分104b整合之前被安装。 [0050] 如图4、图6和图8最清晰地说明，带板12的渐缩区域22和配件24的渐缩部分34之间的接触面允许配件24被固定到带板12和板110而不需要垫片，其允许相邻的机身部分104和配件24之间的位置限度。例如，在配件24的安装期间，每个配件24可以相对于带板12被纵向向前或者向后移动，也就是向机头和机尾方向，以便顾及到桁条114的凸缘部分118的变化厚度和结束位置，从而提供无垫片的拼接件接头106。带板12和配件24对置的渐缩表面也可以使得拼接件接头106的形心移动最小，其可以降低沿着拼接件接头106的面外载荷。额外地，所述渐缩接触面也可以降低在紧固件的载荷传递并且更加均匀地在拼接件元件也就是带板12、配件24和邻接机身部分104之间传递载荷力。 [0051] 参照图10，拼接件带板12可以通过复合层的下降以在内部获得渐缩区域22形成而不需要后期成形加工。拼接件配件24也可以通过复合材料层的下降以在内部获得渐缩区域34形成而不需要后期成形加工。带板12和配件24可以包括由多个纤维层和固化树脂也就是复合材料层52包围的内部渐缩结构50，以形成复合结构。例如，带板12可以包括外部的连续纤维区和内部的渐缩纤维区。多个层可以被层叠以形成下面的连续纤维区。另一个多个层可以被层叠在下面的连续纤维区的周边以形成渐缩纤维区或者渐缩结构50。可替代地，渐缩结构50可以由可替代的材料组成。另一个多个层可以在渐缩纤维区上面被层叠以形成上面的连续纤维区。层52可以是预浸渍的复合层。拼接件接头24可以通过与形成底面32的渐缩部分34相似的过程被形成。 [0052] 使用复合材料代替金属的一个优点在于带板12、配件24和下面的板110（例如，蒙皮108和桁条114）可以具有至少大体上相似的热膨胀系数。因此，飞行器100运行期间经历的温度波动不会引起拼接件10和下面的板110之间不同的热膨胀，其不会导致拼接件接头106显著的热应力。使用复合材料的另一个优点是省去了不同材料隔离的需要。 [0053] 本领域技术人员能够理解，除了复合材料和金属材料，仍然在其他的实施例中，板110、带板12和配件24以及其组合可以包括其他的材料，其包括混合材料比如纤维/金属层合物，其包括玻璃纤维/铝层合物和钛增强石墨层合物（Ti/Gr）。 [0054] 拼接件10可以包括多个紧固件，其使得拼接件10的部件互相接合并且接合至机身部分104。紧固件可以被安装的不同紧固件模式可以被使用并且没有被示出，以便连接拼接件10到机身部分102。紧固件可以延伸通过带板12；框架，比如围绕下凸缘46；和配件24，比如渐缩部分34和平坦部分36的纵向延伸的元件38、40以便互相连接部件并且联接到机身部分104。 [0055] 为了安装多个紧固件，多个孔必须在拼接件10的不同的部件被形成以便分别接收紧固件，比如通过钻孔。由于一些孔，并且在一些实施例中是大多数孔，可以穿过部件被形成，例如带板12、配件24和选择的框架44，其由复合材料比如CFRP组成，这些孔可以相比于穿过钛或者其他金属部件的孔的形成更加迅速地并且更加有效地被形成。额外地，由于拼接件10的部件不需要被分离和去除毛刺，穿过拼接件10的复合材料部件被形成的孔可以相比于穿过金属或者钛部件形成的孔更加有效并且成本有效。 [0056] 由于复合部件相比于金属部件可能对疲劳载荷不以相同方式那么敏感，公开的拼接件10的另一个优点在于部件可以由钛紧固件固定，与 或者其他的钢紧固件相反。因此，复合部件通常不需要使用 或者其他的钢紧固件的金属部件所需要的高水平的夹紧力。 [0058] 根据本公开的一个方面，提供了用于接合壳结构的相邻的板的拼接件，其包括：带板，该带板包括第一侧面、第二侧面、大体上平的中间区域、邻接所述中间区域向下延伸至邻接所述第一侧面的第一渐缩区域、和邻接所述中间区域向下延伸至邻接所述第二侧面的第二渐缩区域；第一配件，其包括渐缩部分和平坦部分，所述渐缩部分附连到所述带板的所述第一渐缩区域；和第二配件，其包括渐缩部分和平坦部分，所述渐缩部分附连到所述带板的所述第二渐缩区域。有利的，拼接件包括复合材料。有利的，带板进一步包括由碳纤维增强塑料包围的渐缩内部结构。 |
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