[發明專利]用于飛機和航天器的結構元件及制造這種結構元件的方法

有效

• 申請號: 201110253600.5
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102372085A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 卡里姆·格雷澤;伊克萬·蘇阿迪;瑪麗安娜·賴耶凱克
• 申請（專利權）人: 空中客車作業有限公司
• 主分類號: B64C3/20
• 分類號: B64C3/20;B64C1/06;B64C11/20;F03D11/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 周艷玲;羅正云

技術領域

本發明涉及一種結構元件，特別是用于飛機和航天器的結構元件，還涉及制造這種結構元件的方法、包括這種結構元件的飛機和航天器，以及包括這種結構元件的轉子葉片。

背景技術

例如飛機和航天器的結構元件與氣流之間的相互作用已知是氣動彈性力學，并且結構元件在氣流中的行為已知為結構元件的氣動彈性行為(aeroelastic?behaviour)。結構元件的氣動彈性行為，特別是結構元件的振形(mode?shape)尤其由結構元件的剛度所確定。術語“振形”可以被理解為假定例如處于振動負荷下的結構元件的形狀。結構元件不僅承受結構動力效應，而且還承受由于氣流而引起的彈性形變。彈性形變是結構元件的結構動力特性以及氣動彈性特性的結果，并能夠導致例如結構元件的不期望的振動。并且，這可導致所產生的噪聲增加、損失結構元件的部分功能，比如在控制表面的擺動的情況下，或者甚至能導致結構元件斷裂和解體。

本申請人在操作上熟悉影響結構元件的氣動彈性特性的各種過程。附加質量通常被附接到受影響的結構元件上，其結果是例如能影響結構元件的自然振動頻率。盡管該過程對于結構元件的振動行為(vibration?behavior)產生好的結果，但缺點是在飛機和航天器操作過程中必須去除不需要的質量，即所謂的無作用質量(dead?mass)或非支撐質量(unsupporting?mass)。這尤其會導致由于過重而增加燃料消耗的缺陷。

可替換的，可以通過調節受影響結構的形狀來調節剛度，或者在纖維復合材料構造方法的情況下，通過恰當地改變纖維取向和層結構來調節剛度。然而，已經發現此過程的缺點在于必須改變結構元件的形狀，該形狀關于輕質構造、強度和空氣動力行為而被優化。改變纖維方向取向和/或層結構也意味著不期望地改變了可達到的機械性能并增加了調節相應部件形狀的成本。

此外，可以改變所使用的材料。例如，具有不同剛度和/或強度特性的材料可被結合到結構元件中。然而，這大大增加了生產成本和支出。

還可以使用無源或有源阻尼元件。然而，使用阻尼元件意味著增加了結構元件的部件數量。這產生的缺點是額外的重量，并且不利地增加了結構元件的復雜度。

DE?698?05?302?T2描述了例如一種用于飛機和航天器的結構元件，其剛度可被有效地改變。為此，通過集成在該結構元件內的壓電元件來改變結構元件的有效橫截面及其剛度。布置在結構元件的凹槽內的該壓電元件由非延展狀態被移動到延展狀態，該壓電元件在延展狀態下僅抵靠該凹槽的兩個相對的壁，因此將力從一個壁傳遞到另一個上。該措施改變了結構元件的剛度，因此有效的影響了其氣動彈性特性。然而，這種解決問題的方法需要使用附加部件，這除了增加重量之外，也會不利地增加結構元件的復雜度和失效概率。

發明內容

因此本發明的一個目標是提供一種改進的結構元件，特別是用于飛機和航天器的結構元件，其能夠克服上述缺陷。

該目標由具有權利要求1的特征的結構元件和/或具有權利要求12特征的方法而實現。

因此，提供了一種特別是用于飛機和航天器的結構元件，其包括一個芯部，該芯部的剛度至少部分改變，以優化所述結構元件的氣動彈性特性。

另外，提供了一種制造特別是用于飛機和航天器的結構元件的方法，其具有如下步驟：提供包含芯部的結構元件；確定該結構元件的氣動彈性行為(aeroelastic?behaviour)；以及，至少部分改變該結構元件的芯部剛度，由此優化該結構元件的氣動彈性行為。

本發明所基于的構想是至少部分改變結構元件的芯部的剛度。因此，能夠獲得例如在芯部內的具有增加或者減少的剛度的區域，從而獲得結構元件的各向異性。通過部分改變芯部的剛度，能夠影響結構元件的氣動彈性特性。

因此，與已經描述過的解決問題的方法相比，本方法不需要使用附加重量或者對結構元件的形狀、纖維取向和/或纖維層結構進行改變和/或使用阻尼元件形式的附加部件。

本發明的有利構造和改進方案在從屬權利要求以及與附圖結合的說明書中具體描述。

根據所述結構元件的一優選改進方案，所述結構元件具有夾層結構，該夾層結構具有至少部分圍繞所述芯部的覆蓋層，特別是由碳素纖維形成的覆蓋層。該覆蓋層使得獲得所需的結構元件的高剛度和機械特性成為可能。其還有利地允許將負荷引入結構元件。

根據結構元件的另一優選改進方案，所述芯部具有用于改變部分剛度的集成加強件。因此，能夠通過集成加強件精確地調整芯部的剛度并使其適應需求。