具有格狀結構腹板的飛機機身的高載荷框架的制作方法與工藝

本發明涉及一種飛機機身的高載荷框架，并且更具體地，涉及接收垂直尾翼的載荷的框架。

背景技術：
載荷框架是飛機機身內的結構元件，其特征在于如下事實：載荷框架支撐和傳輸來自諸如垂直尾翼、水平尾翼和機翼的其他結構部件的特定的局部載荷。此外，它們當然要符合飛機機身成形和剛性標準要求。傳統上，載荷框架由具有不同部分的金屬材料制成，最常見的是I和J部分，I和J部分通過加工過程設置有穩定框架的腹板的神經網狀物。盡管由于節省重量傾向于使用復合材料到飛機的大部分部件，這種材料相對于非金屬材料限定在諸如載荷框架的某些部件中，由于其復雜性，實現能夠在重量和成本兩者上與目前金屬設計競爭的復合材料設計是非常困難的。使用復合材料制造具有與金屬設計類似形狀的載荷框架是可能的，但是，除了它設計的復雜性所導致的成本之外，它還具有其它的缺點：使用這些設計難以得到用于支承所需載荷的優化層板，這意味著在重量上沒有競爭力。在載荷框架的情況下，由于其將支撐的高的和不同的載荷，與機械加工金屬框架競爭是非常困難的，因為，由于其相當復雜的設計，大截面變化和層中需要各種織物定向的區域，替代的復合材料框架經常導致各種制造問題。在這方面中的一些方案是已知的，諸如在專利申請WO2008/092970、US2009/0026315、WO2009/030731和EP2343237中公開的那些，但是航空工業繼續要求可以與金屬框架成功地競爭的復合材料的載荷框架。本發明針對這種需求考慮。

技術實現要素：
在本發明的目的是提供一種用于飛機機身的載荷框架，可以完全由復合材料或其他材料制成，而且可以與傳統的金屬框架在成本和重量上有競爭力。這個和其它目的的實現如下：接收外部載荷的飛機機身部分的框架包括特別地配置成經受這些外部載荷的第一扇區和沿著機身的其余周邊的第二扇區，其中第一扇區包括如下結構元件：a)底部件，連接到機身外殼；b)頭部件；c)腹板，包括用于接收所述外部載荷的一個或多個安裝件和通過其端部連接到所述底部件和所述頭部件的多個X形件；d)兩個連接件，將所述底部件和所述頭部件的端部連接到框架的第二扇區。因此，這些結構元件具有如下特征：一方面允許使元件的每一個具有用于它們各自功能的合適材料，并且另一方面允許不同的制造過程集成等級，包括完全集成制造過程。在本發明的一個實施例中，框架的第一扇區的腹板可以進一步包括連接到底部件和頭部件的徑向支柱。用于框架的腹板的兩個結構元件因此可用。X形件可以由在中心處相互連接的兩個相同的桿制成或由一體件制成，特別是具有雙T形橫截面的一體件。在本發明的一個實施例中，全部結構元件由復合材料制成。不同類型復合材料和制造工藝/技術可以用于不同結構元件，允許在重量和成本中優化。在本發明的一個實施例中，X形件和(如果存在的話)附加的支柱通過化學粘合劑連接到底部件和頭部件。因此，在本實施例中，各種部件分開地制造并且使用諸如共同粘結或共同注射技術連接。在本發明的一個實施例中，其中框架的第一扇區的結構元件是分開地制造并且然后化學地粘合，頭部件由兩個C形的子件形成，兩個C形的子件的腹板連接到所述X形件，并且底部件具有π形狀，所述X形件連接到底部件的腹板。框架的底部件可以進一步包括底部件腹板的橫向加強件。在的發明的一個實施例中，X形件和(如果存在的話)附加的支柱通過機械接頭連接到底部件和頭部件。因此，在這個實施例中，各個部件是分開地制成并且例如通過諸如鉚釘或螺栓的一個或多個緊固件連接，為此目的，這種X形件和(如果存在的話)附加的支柱優選地在每個端部處配置有凸耳以便于連接。在本發明的一個實施例中，框架的第一扇區的結構元件分開地制造，并且然后機械地連接，X形件由剛性腹板連接到T形底部件的腹板和C形頭部件的腹板。在本發明的一個實施例中，框架的第一扇區的結構元件分開地制造，并且然后機械地連接，底部件是T形的，頭部件是L形，并且X形件以兩組布置在底部件和頭部件的腹板的兩側處。本發明的框架目的優選地是定位在飛機的后部機身的接收來自垂直尾翼的載荷的框架。根據結合附圖說明其目的的實施例的以下詳細描述，本發明的其它特征和優點將變得清楚。附圖說明圖1a是飛機的后部分的透視圖，其中承受由垂直尾翼和水平尾翼引起的載荷的載荷框架位于飛機的后部分中；圖1b是所述后部分中的機身的透視圖，顯示在本領域中已知的金屬載荷框架；和圖1c是前述載荷框架中的一個的上部分的前視圖。圖2a是示出在飛機機身中的根據本發明的實施例的載荷框架的第一扇區的示意性的透視圖，和圖2b是所述扇區的放大前視圖。圖3是使用高的集成水平制造的載荷框架的第一扇區的另一個實施例的前視圖。圖4a和4b是包括在載荷框架的第一扇區中的安裝件的第一實施例的前部和橫截面視圖。圖5是包括在載荷框架的第一扇區中的安裝件的第二實施例的前視圖。圖6a、6b、6c、6d、6e是載荷框架的第一扇區的不同配置的示意性剖視圖。圖7a和7b是使用在載荷框架的第一扇區中的X形件的兩個實施例的前視圖和圖7c是沿著圖7a和7b的平面A-A的剖視圖。圖8a、8b、8c是示出載荷框架的第一扇區的腹板部件和底部件之間的接頭的三個實施例的示意性的前視圖。具體實施方式本發明的載荷框架的目的是位于接收大的外部局部載荷的機身的區域中的框架，大的外部局部載荷來自諸如定位在飛機機身的后部2處的金屬框架1的飛機結構的其他部件(參見圖1c、1B和1C)，來自垂直尾翼3和水平尾翼4的載荷應支撐在該區域中。在航空工業中是公知的，這些金屬框架1包括具有載荷接收區域9的第一扇區6和具有在兩個方向上用神經網絡加強的區域7、8的腹板。為了與金屬框架完全地競爭，接收外部局部載荷的載荷框架的扇區(在框架的其余部分中，在載荷框架和成形框架之間沒有實質性的差異)由一組由復合材料制成的部件構造，以一方面便利層壓板的優化，并且另一方面允許重量優化。這些部件的每一個必須滿足方便它們在重量和成本中的單獨優化的不同的結構要求。在這方面應該指出的是，在框架的這個扇區內，這樣的要求沿著其周邊各不相同，在原則上，涉及截面中的變化和層壓板的厚度變化，如果它們單獨處理這些部分的每一個而不是以整體水平，其可以以更優化的方式考慮。圖2a和2b示出根據本發明的橫向于由桁條14加強的機身外殼13布置的接收外部局部載荷的載荷框架的扇區11(未顯示常規的框架的其余部分)。在所述扇區11中，載荷框架包括：-連接到機身外殼13的底部件21，留出用于桁條14的空間，與框架的其余部分向兼容，以便于橫截面的變化，從而涉及節省成本和重量優化。-腹板部件25，包括在載荷引入區域中的安裝件27、多個X形件31和可選的徑向支柱32。X形件31由兩個交叉元件形成，兩個交叉元件具有其中一個在壓縮中工作另一個在張緊中工作的效果。-頭部件23，用于穩定框架的腹板和便于接收在安裝件27中的載荷的傳播。-兩個連接件39、39’，在底部件和頭部件21、23的端部和框架的其余部分之間，有利于相應載荷傳遞。在上述部件中的框架的扇區11的分開允許根據將由它們的每一個支撐的載荷對它們的相應的層壓板進行優化。以這種方式，在不同部件之間共享載荷框架的需求，在不同部件中框架被構造成允許實現更簡單的制造并且因此降低成本。在上述結構的情況下，設想框架的扇區11的各種制造可能性，從上述部件的每一個的單獨制造和通過機械接頭的它們的組裝，到使用例如共同固化和/或注入過程的、使用更高集成水平的制造。在這方面，應當理解，如在本發明中所用的術語“部件”是指包括在復合材料的技術中術語“預成型件”所給出的含義：需要單獨層疊處理以使其符合具體特性的物品，并且其目的是要在其所屬的產品的制造過程中與其他元件集成。在圖3中示出的本發明的實施例中，示出了(理想化的)包括用高集成水平制造的前述相同物品的框架的扇區11。圖4a和圖4b示出平坦的一體化安裝件27的結構，平坦的一體化安裝件27接收施加到配件28的外部載荷，配件28通過垂直尾翼連接到安裝件，對應于圖2a中示出的實施例，由一組主要定向在+45度處的預成型件形成，其中集成兩對配件28，并且圖5示出通過X形件31連接的兩個安裝件27、27’(每個具有兩對配件28、28’以接收外部載荷)的結構，其對應于圖3中示出的實施例。圖6c和6d顯示了具有不同配置的本發明的兩個實施例，底部件21、頭部件23和X形件31定向成朝向在它們之間的化學結合(即通過諸如共同固化、共同結合或共同注射的技術實現的結合)。底部件21具有π形狀，并且頭部件23由兩個C形的子件形成。X形件31的端部分別地連接到底部件21的兩個腹板22、22’和頭部件23的兩個腹板24、24’。在圖6d的情況，底部件21包括橫向加強件25、25’。圖6a、6b和6e示出了具有不同配置的本發明的三個實施例，底部件21、頭部件23和X形件31定向成朝向由諸如鉚釘的緊固件制成的、在它們之間的機械接頭。在圖6a和6b的情況下，底部件21具有T形，加強腹板和頭部件23具有C形。X形件31的端部分別地連接到底部件21的腹板41(在圖6a的情況下通過連接元件51，和在圖6b的情況下通過多個連接元件55)和連接到頭部件23的腹板43(在圖6a的情況下通過連接元件51，和在圖6b的情況下通過各種連接元件55)。在圖6e的情況下，底部件21具有T形，并且頭部件23具有L形。設置在兩個平行組中的X形件31的端部分別地通過連接元件51、53分別地連接到底部件21的腹板41和連接到頭部件23的腹板43。前述所有配置允許上述部件沿著框架的扇區11的周邊的尺寸和厚度變化，從而使其在重量和成本上優化。X形件31可以由兩個獨立桿33、33’形成，如在圖7a中所示，在兩個獨立桿的中央部分通過鉚釘或螺栓連接，或者通過如在圖7b中示出的集成的結構連接。在優選的實施例中，X形件31的臂的橫截面具有雙T形，X形件31的臂的橫截面必須定尺寸以滿足取決于載荷要求的慣量和剛度的相應最小值。所述X形件31的端部和所述支柱32可以配置有凸耳35，以方便X形件31和支柱連接到頭部件23，如在圖8a、8b、8c所示，并且底部件21也類似。雖然本發明的優選地聚焦到完全由復合材料制成的框架，但是也包括其中上述零件由金屬材料制成的框架。雖然已經結合各種實施例描述本發明，根據說明書可以理解，在本發明的范圍內，可以進行元件、變型或改進的各種組合。