[發明專利]彎曲的復合框架及其制造方法

有效

• 申請號: 201110092546.0
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN102241275A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: D·J·克爾;K·E·約翰遜;D·A·麥克卡威爾
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B64C1/06
• 分類號: B64C1/06;B64F5/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本公開一般涉及復合結構，例如機身部件，并且更具體地涉及具有一體剪切帶的飛行器機身的彎曲一體復合框架段，并且涉及其制造方法。

背景技術

具有高強度和重量輕的高度輪廓化/波形化(contoured)、多腿結構可用于多種應用中，例如航空運載工具。在航空應用中使用的各種框架和相似的結構可具有沿結構的長度高度彎曲或者波形化的腿。例如，飛行器機身的鉤形框架段可由兩個分離件構成，即通過緊固件結合在一起的C形通道和L形構件。L形通道作用為剪切帶，飛行器的外蒙皮被緊固其上。

以上描述的兩件式框架需要組裝、單獨的工具體和單獨的檢驗流程。此外，層壓層板鋪設是通過使用移動的笛卡爾坐標參考來實現的，這使得裁剪框架的層壓層板以滿足各種性能要求(包括強度、剛度和重量方面)的任務變得復雜。再有，兩件式框架在制造上還相對昂貴，因為需要對其組裝的手工勞動以及包括多個緊固件的額外的材料要求。

相應地，存在對飛行器機身應用的降低重量、材料和勞動力并且滿足飛行器應用的必要規格的結構框架的需要。也存在對適合于在大產量生產環境中制造的高性能結構框架的需要。

發明內容

公開的實施例提供了適于飛行器應用的有重量效率并且可靠的彎曲復合框架，它還能夠控制偏轉并且保持在飛行器機身的鉤方向上的機身剛度。公開的復合框架具有單件式結構，其具有一體的剪切帶，飛行器外蒙皮附接該剪切帶。框架包括具有單向加強纖維的層壓復合層板，其中層板/纖維的取向參考限定框架弧曲的極坐標系統。層板在極坐標系統內的取向允許在至少某些層板內的纖維被定位為在沿框架弧曲的幾乎所有點處與框架的弧曲基本相切。保持零度層板與框架的弧曲相切允許選擇在框架的腹板、內翼弦和外翼弦中的層壓取向百分比，其可以增加在框架截面內的鉤方向上的框架模量，從而優化結構效率并且降低重量。單件式框架具有允許將剪切帶整合到框架中的優化的截面形狀。

根據一個公開的實施例，彎曲復合飛行器框架包括多層板復合層壓件。至少某些層壓層板包括在沿框架弧曲的基本所有點處基本相切的單向加強纖維。層壓件是包括腹板、內翼弦和外翼弦的單件式整體結構。內翼弦與腹板一體地形成并且從腹板的一端向外橫向延伸。外翼弦適于被緊固至飛行器外蒙皮并且同樣與腹板一體地形成。外翼弦從腹板的另一端在與內翼弦的延伸方向相反的方向上向外橫向延伸。每個層板具有在限定框架弧曲的極坐標參考系統內對齊的纖維取向。

根據另一實施例，提供了彎曲的單件式飛行器機身框架。框架包括具有第一端和第二端的腹板、腹板的第一端上的內翼弦和腹板第二端上的外翼弦。腹板、內翼弦和外翼弦由纖維加強樹脂的層壓層板整體地形成并且具有Z和J形狀中的一種的截面形狀。腹板、內翼弦和外翼弦中的至少一個包括具有單向加強纖維的層板，單向加強纖維與框架的弧曲基本相切。

根據另一實施例，提供了具有一體剪切帶的彎曲復合機身框架，其包括具有由腹板、內翼弦和外翼弦限定的橫截面的單件式多層板層壓件，其中外翼弦適于被緊固到機身的蒙皮。內翼弦和外翼弦分別被定位在腹板的相反端并且從腹板朝相反的方向向外延伸。層壓件具有基本Z和J形狀中的一種的橫截面形狀。

按照另一實施例，提供了制造飛行器機身中的彎曲單件式復合框架的方法。該方法包括組裝纖維加強樹脂層的鋪層并且將鋪層形成為具有腹板、內翼弦和外翼弦的形狀。鋪層使用限定框架弧曲的極坐標系統來組裝。在至少某些層板中的單向加強纖維是與框架的弧曲基本相切取向的。將單向加強纖維取向為與框架的弧曲基本相切是使用計算機控制的自動纖維鋪放機器來實施的。將鋪層成形為Z形狀截面包括在工具上彎曲鋪層的邊緣。

根據另一實施例，提供了制造彎曲復合機身框架的方法。該方法包括組裝均具有單向加強纖維的復合層板的鋪層，并且在彎曲工具上將鋪層形成為具有腹板、在腹板的相反端上分別相反延伸的翼弦的截面形狀。組裝鋪層包括設置至少某些層板從而使得其加強纖維在沿框架的弧曲的幾乎所有點處基本相切。

7.彎曲的單件式飛行器機身框架，包括：

具有第一端和第二端的腹板；

在腹板的第一端的內翼弦；和

在腹板的第二端的外翼弦，

其中腹板、內翼弦和外翼弦由纖維加強樹脂的層壓層板整體形成并且大體具有Z和J形狀之一的截面形狀。

8.根據權利要求7所述的框架，其中外翼弦適于被緊固至機身外蒙皮。

9.根據權利要求7所述的框架，其中至少某些層板基本連續地穿過腹板、內翼弦和外翼弦。