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在飞机中用于连接中央翼盒和隔舱的接头

文献发布时间:2023-06-19 16:11:11



技术领域

本发明总体上涉及飞机领域,具体地涉及飞机各部分之间的连接。

背景技术

飞机可以包括位于机翼之间并连接到机翼的中央翼盒。由于飞行时来自机翼的空气动力,并且由于机翼本身的重量和飞机在地面上时机翼内所含的燃料,中央翼盒承受诸如拉伸、压缩、剪切和扭转等应力。此外,中央翼盒将力从机翼传递到机身。

飞机可以以模块化的方式制造。飞机的不同部分可以分别制造,然后汇集在一起组装。例如,机翼组件可以与机身分开制造。在装配过程中,一个基本完整的机身被下放到一个完整的机翼上,然后将它们连接在一起。这可以实现高生产率并节省工厂空间和组装成本。这种模块化的方法要求将中央翼盒充分地连接到机身的安全连接。

发明内容

一个方面涉及飞机的用于连接中央翼盒和隔舱(bulkhead,隔舱板,隔舱壁)的接头,该隔舱包括腹板和甲板。该接头包括弯曲角构件,该弯曲角构件包括成形为邻接抵靠并连接到中央翼盒和隔舱中的一个的第一部分、成形为邻接抵靠并连接到隔舱的甲板的第一侧的第二部分以及位于第一部分和第二部分之间的中间圆形拐角部。第一支撑构件在第一销处附接到中央翼盒。第二支撑构件在第二销处附接到隔舱的腹板。第一支撑构件和第二支撑构件中的一个支撑弯曲角构件的第二部分。第一支撑构件定位在隔舱的甲板的第一侧上,第二支撑构件定位在甲板的背对的第二侧上。

在另一方面,第一支撑构件支撑弯曲角构件的第二部分,并且第一销与弯曲角构件的中间圆形拐角部的半径中心重合。

在另一方面,第二支撑构件支撑弯曲角构件的第二部分,并且第二销定位在与圆形拐角部的半径中心重合的点处,圆形拐角部位于隔舱的腹板和甲板的交汇处。

在另一方面,支撑配件附接到中央翼盒,其中,第一支撑构件通过第一销安装到支撑配件上;并且加强件安装在隔舱的腹板上,其中,第二支撑构件通过第二销安装到加强件上。

在另一方面,第一支撑构件和第二支撑构件包括具有相对的U形夹的支托,并且支撑配件和加强件位于U形夹之间。

在另一方面,弯曲角构件由纤维增强复合材料和金属材料中的一种构成。

在另一方面,拐角部配件从弯曲角构件横向偏移,并且该拐角部配件包括以一角度定向的第一部分和第二部分,以装配在中央翼盒和隔舱的交汇处,其中,拐角部配件包括与弯曲角构件不同的结构,并且比弯曲角构件柔性小。

在另一方面,弯曲角构件是第一弯曲角构件,并且该第一弯曲角构件邻接抵靠并连接到中央翼盒,并且还包括第二弯曲角构件,该第二弯曲角构件邻接抵靠并连接到甲板与隔舱的腹板。

在另一方面,第一支撑构件和第二支撑构件成对地定向,每个对中的第一支撑构件和第二支撑构件在水平甲板的背对两侧上重叠。

一个方面涉及飞机,包括:机身;机翼组件,包括位于机身中的中央翼盒和从机身的相对两侧向外延伸的机翼;隔舱,位于机身内并包括腹板和甲板;以及接头,将中央翼盒连接到隔舱。接头包括:弯曲角构件,包括连接到中央翼盒和隔舱中的一个的第一部分、在隔舱的甲板上延伸的第二部分以及位于第一部分和第二部分之间的中间拐角部;第一支撑构件,在甲板的第一侧上在机身的宽度上隔开;以及第二支撑构件,在甲板的背对的第二侧上在机身的宽度上隔开,并且第一支撑构件和第二支撑构件中的一个接触抵靠弯曲角构件的第二部分。

在另一方面,第一支撑构件支撑第二部分,并且第一支撑构件通过位于拐角部的半径中心处的销附接到中央翼盒。

在另一方面,第二支撑构件支撑第二部分并通过位于拐角部的半径中心处的销附接到腹板。

在另一方面,第一支撑构件和第二支撑构件沿机身宽度成对地定向,其中,每个对的第一支撑构件和第二支撑构件在甲板的背对两侧上重叠。

在另一方面,弯曲角构件是附接到中央翼盒的第一弯曲角构件,并且还包括第二弯曲角构件,该第二弯曲角构件具有附接到腹板上的第一部分、在甲板上定位的第二部分、中间圆形拐角部。

在另一方面,弯曲角构件沿着机身的中央部分定位,并且还包括从弯曲角构件横向偏移并在弯曲角构件的相对两侧上的成角度的拐角部配件,成角度的拐角部配件具有成角度的形状以接触抵靠中央翼盒和隔舱的甲板,并且包括与弯曲角构件不同的结构,并且比弯曲角构件柔性小。

在另一方面,弯曲角构件是连接到中央翼盒的第一弯曲角构件,并且还包括一个或多个附加弯曲角构件,附加弯曲角构件包括连接到中央翼盒的第一部分、从中央翼盒向外延伸并在隔舱的甲板上延伸的第二部分、中间拐角部。

一个方面涉及将飞机的中央翼盒和隔舱连接的方法。该方法包括:将弯曲角构件的中间圆形拐角部定位在中央翼盒与隔舱的交汇处;将弯曲角构件的第一部分连接到中央翼盒;将弯曲角构件的第二部分连接到隔舱;将第一支撑构件连接到中央翼盒并接触弯曲角构件的第二部分的第一侧;以及将第二支撑构件连接到隔舱,并使第一支撑构件和第二支撑构件在隔舱的相背对的两侧上重叠。

在另一方面,该方法包括用位于圆形拐角部的半径中心处的第一销将第一支撑构件连接到中央翼盒。

在另一方面,弯曲角构件是第一弯曲角构件,并且还包括:将第二弯曲角构件的第一部分连接到隔舱的第一部分;将第二弯曲角构件的第二部分连接到隔舱的第二部分;在隔舱的第一部分和第二部分的交汇处定位第二弯曲角构件的圆形拐角部,该圆形拐角部位于第一部分和第二部分之间;以及通过与该圆形拐角部的半径中心重合的销将第二支撑构件连接到隔舱。

在另一方面,该方法包括在弯曲角构件的第一横向侧上将第一拐角部配件附接到中央翼盒上,并且在弯曲角构件的第二横向侧上将第二拐角部配件附接到中央翼盒上,其中,第一拐角部配件和第二拐角部配件邻接抵靠弯曲角构件。

已经讨论的特征、功能和优点可以在各个方面独立地实现,或者可以在其他方面组合,其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看出。

附图说明

图1是飞机的透视图。

图2是飞机机身的示意性侧视图。

图3是在飞机机身内在接头处附接到隔舱的中央翼盒的局部透视图。

图4A是连接中央翼盒和隔舱的接头的局部透视图。

图4B是连接中央翼盒和隔舱的接头的侧视图。

图5是前弯曲角构件的示意性侧视图。

图6是连接中央翼盒和隔舱的接头的局部透视图。

图7A是前弯曲角构件的示意性侧视图。

图7B是后弯曲角构件的透视图。

图8是连接中央翼盒和隔舱的接头的局部透视图。

图9是支撑构件和加强件或支撑配件的连接示意图。

图10是将飞机的中央翼盒与隔舱连接的方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示,飞机100包括具有机头109和机尾108的机身101。机翼组件102包括位于相对机翼103之间并支撑相对机翼的中央翼盒20。发动机105连接到机翼103以在飞行期间为飞机提供动力。中央翼盒20定位在机身101中,并操作性地将机翼组件102与机身101接合。

图2示出机身101的示意性侧图,其中,为了清楚起见移除了机翼103。机身101包括具有在机尾108和机头109之间延伸的长度L的细长形状。在如图2所示的一个实例中,机身101被分成上部110和下部111。上部110包括具有底板104的机舱区域106。上部110包括用于运送乘客的各种部件,例如但不限于座椅、头顶储藏室、洗手间和各种其他设施。

下部111位于上部110的底板104之下。下部111包括用于在机身101的右侧或左侧保持货物的前载货甲板112。中央翼盒20位于前载货甲板112的后面。中央翼盒20在位于前载货甲板112后面的接头40处连接到隔舱30。主起落架轮舱113紧接在中央翼盒20的后面。包括后货舱或甲板的下后货舱114位于主起落架轮舱113的后面。

当飞机100以单独的组件制造时,飞机设计成使隔舱30偏离中央翼盒20以便于组装过程。当基本完整的机身101下放到完全完整的机翼组件102上时,这种偏移定位便于机翼到机身的快速接合。这支持比其他设计更高的生产速度。在所示的实施例中,飞机100是商用飞机,该飞机的上部110配置为用于乘客和机组人员,并且下部111配置为用于货物存储和飞机设备。连接中央翼盒20和隔舱30的接头40也适用于各种其他飞机,包括但不限于各种商用和非商用飞机。这些飞机100可以包括用于存储货物和/或乘客的相同或不同的配置。

图3示出中央翼盒20的前部。为了清楚起见,移除机身101的外蒙皮。中央翼盒20包括延伸穿过机身101的宽度W的横梁,横梁包括前梁21。翼上梁23在宽度W上间隔开,并且基本上垂直于前梁21定向。中央翼盒20还包括上蒙皮和下蒙皮(未示出)。纵梁(未图示)可以连接到蒙皮上,以提供额外的机械支撑。

隔舱30定位在机身101的宽度W上。在如图3所示的一个实例中,隔舱30位于机身101的底部115处。其他实例可包括相对于机身101的底部115具有不同高度的隔舱30。中央翼盒20也可以包括各种尺寸并且定位在机身101内的各种位置。在一个实例中,中央翼盒20和隔舱30都包含在机身101的下部111内。如图3所示的实例,隔舱30具有有限的高度,隔舱30的顶部116位于中央翼盒20的顶部之下。这使隔舱30的顶部116沿着前梁21定向。

隔舱30包括具有与机身101的大致圆形截面形状一致的弯曲形状的板条32。水平甲板31形成在宽度W上延伸并附接到板条32的相对两侧的弦板。隔舱30还包括竖直壁,竖直壁包括在水平甲板31和下板条32之间延伸的腹板33。在一个实例中,板条32在机身101内基本上竖直地定向。水平加强件34附接到板条32并为板条提供附加强度。

如图4A、图4B和图5所示,前弯曲角构件85位于隔舱30处。前弯曲角构件85包括第一部分86、第二部分87和中间圆形拐角部38。拐角部38包括具有半径R1的圆形形状。在如图5所示的一个实例中,前弯曲角构件85与隔舱30分开,并且该前弯曲角构件包括基本平坦以定位在水平甲板31之上的第一部分86,基本平坦以定位在腹板33之上的第二部分87并包括圆形拐角部38。前弯曲角构件85可以是单个零件,或者由一体地连接在一起的两个或多个零件形成。在其他实例中,第一部分86和第二部分87中的一个或两个由隔舱30的部分形成,这些部分包括但不限于由水平甲板31形成的第一部分和由腹板33形成的第二部分。

前弯曲角构件85的拐角部38包括从中心点C延伸的半径R1。圆形拐角部38将第一部分86和第二部分87以约85°和约95°之间范围的角度β定位。在一个实例中,角度β为90°。

隔舱30还包括附接到腹板33并为其提供支撑的竖直加强件36。加强件36以各种方式附接到腹板33,包括但不限于机械紧固件、粘合剂及其组合。竖直加强件36可以由各种材料构成,包括但不限于铝和钛。

支撑构件60附接到隔舱30并对水平甲板31提供支撑。每个支撑构件60在销62处附接到竖直加强件36。销62与圆形拐角部38的半径R1的中心点C重合。支撑构件60还包括接触边缘61,其接触抵靠并支撑水平甲板31的下侧。在一个实例中,接触边缘61是平坦的。在其他实例中,接触边缘61包括不同形状。

在如图9所示的一个实例中,支撑构件60形成为具有一对间隔开的U形夹77、78的支托79,U形夹的尺寸设置为接收竖直加强件36的端部。销延伸穿过每个U形夹77、78并穿过竖直加强件36。在另一实例中,支撑构件60包括与竖直加强件36的一侧邻接抵靠并连接到竖直加强件的一侧的单个部分。如图6所示,竖直加强件36和支撑构件60在隔舱30的宽度上延伸。在如图6所示的一个实例中,间隔在隔舱30的宽度上相等。

第二弯曲角构件50附接于前梁21并从该前梁向外延伸。图7A和图7B示意性地示出了包括第一部分51、第二部分52和中间圆形拐角部53的弯曲角构件50。第一部分51和第二部分52基本上是平的且圆形拐角部53具有半径R2。第一部分51和第二部分52以可以在大约85°-95°之间的范围内的角度α定向。弯曲角构件50包括在相对两端54、55之间测量的长度L1。在如图3所示的一个实例中,长度L1的尺寸设置为在机身101的下部的宽度W上延伸。在如图4B所示的一个实例中,后弯曲角构件50与中央翼盒20分离。后弯曲角构件50包括定位成抵靠中央翼盒20的第一部分51、定位在水平甲板31上的第二部分52以及定位在中央翼盒20的前梁21和水平甲板31的交汇处的圆形拐角部53。前弯曲角构件85可以是单个零件,或者由一体地连接在一起的两个或多个零件形成。在其他实例中,第一部分51和第二部分52中的一个或两个由这些部件形成,包括但不限于由前梁21形成的第一部分51和由水平甲板31形成的第二部分52。

在一个实例中,弯曲角构件50包括由单个零件构成的第一部分和第二部分以及拐角部53。在其他实例中,弯曲角构件50由连接在一起的两个或多个不同零件构成。

在一个实例中,弯曲角构件50、85中的一个或两个由纤维增强复合材料或金属材料(例如碳纤维增强聚合物(CFRP)材料)构成。纤维增强复合材料附加地或可替换地可描述为或称为纤维增强聚合物或塑料。如本文所用,纤维增强复合材料应理解为至少包括环氧或其他聚合物或与纤维一起的结合材料,例如(但不限于)碳纤维、硼纤维、对位芳纶(例如凯夫拉尔

与金属材料相比,用于弯曲角构件50、85中的一个或两个的碳纤维材料提供了较低的腐蚀和疲劳断裂。在一个实例中,飞机设计包括机身101,其宽度足以在上部110中容纳大机舱区域106。在一个实例中,机舱区域106具有容纳双通道和每排中含三组座位的宽度。较宽的机身横截面导致机翼103相对于机身101的相对侧向位移明显较高,由于引入到弯曲角构件的高应变水平,这对包括金属弯曲角构件50的设计提出了挑战。碳纤维材料还能够暴露于可积聚在飞机100的该区域中并导致其他材料腐蚀的湿气中。此外,碳纤维能够更好地处理在飞机100的操作期间产生的显著循环载荷。碳纤维不易产生疲劳断裂。此外,接头40的位置使得在飞机100组装后难以接近,因此受关注的是将这些问题最小化的设计考虑。

图8示出了安装在接头40处的弯曲角构件50。对于每个弯曲角构件50,第一部分51抵靠前梁21定位并附接到该前梁上。第二部分52位于隔舱30的水平甲板31上并与该水平甲板重叠。第一部分51和第二部分52通过一个或多个机械紧固件和粘合剂附接。在一个实例中,第二部分52与前弯曲角构件85的第一部分87重叠。

支撑配件56在前梁21和弯曲角构件50的第一部分51上方延伸,并用粘合剂和/或机械紧固件固定到它们上。在一个实例中,支撑配件56为T形并具有接触抵靠前梁21和第一部分51的顶部构件且具有向外延伸的撑杆。支撑构件70附接到支撑配件56。

支撑构件70定位并附接在弯曲角构件50的第二部分52上。支撑构件70包括接触第二部分52以及水平甲板31或第一部分87的接触边缘71。该附接可以由一个或多个机械紧固件和粘合剂形成。支撑构件70具有向外延伸超过第二部分52并延伸到水平甲板31上的长度。在如图9所示的一个实例中,支撑构件70包括具有U形夹77、78的支托79,U形夹77、78间隔开并接收支撑配件56。如图7A所示,销72与弯曲角构件50的圆形拐角部53的半径R2的中心C重合。

销72在拐角部53处的位置使弯曲角构件50的弯曲最小化。这将半径R2中的层间应力和叠层弯曲应力降低到碳纤维结构可接受的水平。

加强件80附接到水平甲板31和/或弯曲角构件85的第一部分87。加强件80基本上垂直于支撑构件70定向。加强件80提供支撑以防止水平甲板31的屈曲。一个或多个附加加强件80附接到水平甲板31的下侧(参见图4B)。

如图4A和图4B所示,支撑构件60、70在弯曲角构件50、85的长度上成对地定向。每一对包括在隔舱30的水平甲板31的第一侧上的支撑构件70和在水平甲板31的背对的第二侧上的支撑构件60。这些对可以在弯曲角构件50、85上以各种间隔隔开。支撑构件60、70的长度还使它们彼此重叠。也就是说,每个支撑构件60、70的远端部分在隔舱30的水平甲板31的相背对的两侧上重叠。这为隔舱30提供了额外的支撑。

由弯曲角构件50和支撑构件60、70形成的接头40被构造成提供密封中央翼盒20和前载货甲板112之间的压力差的压力密封。在一个实例中,中央翼盒20与起落架轮舱113连通并经历第一压力水平,而前载货甲板112具有不同的第二压力水平。在一个实例中,前载货甲板112在飞行期间被加压。接头40还构造成提供剪切连续载荷路径以容纳中央翼盒20相对于隔舱30和/或机身101的运动。此外,接头40允许机翼组件102相对于机身101弯曲。接头40的柔性性质使得其比其他刚性结构轻,这种刚性结构将抵抗运动并将增加飞机100的重量。

在一个实例中,弯曲角构件50是在宽度上延伸的单个零件。在其他实例中,弯曲角构件50由两个或多个分开的零件构成,每个零件在宽度的有限部分上延伸。当组合在一起时,分开的零件延伸穿过整个宽度以形成接头40。

在一个实例中,接头40包括后弯曲角构件50和前弯曲角构件85。在另一实例中,接头仅包括单个弯曲角构件(即,或者仅包括后弯曲角构件50,或者仅包括前弯曲角构件85)。

如图3所示,弯曲角构件50位于机身101的中央部分。在一个实例中,弯曲角构件50沿宽度W居中。拐角部配件90位于弯曲角构件50的横向侧上。拐角部配件90为弯曲角构件50提供进一步的支撑。拐角部配件90在中央翼盒20和水平甲板31之间提供实质性的剪切连接。

如图8所示,拐角部配件90为包括与前梁21接触抵靠的第一部分91和与隔舱30的板条32接触抵靠的第二部分92的成角度的形状。拐角部93位于第一部分91和第二部分92之间,并且位于前梁21和板条32的交汇处。拐角部配件90为成角度的形状,其中第一部分91和第二部分92以大约85°-95°范围内的角度定向。拐角部配件90包括与弯曲角构件50不同的结构,并且比弯曲角构件50柔性小。在一个实例中,拐角部配件90由钛或铝构成。拐角部配件90通过机械紧固件和粘合剂中的一个或多个附接到其他结构。

一个或多个支撑构件70连接到前梁21,并定位在拐角部配件90上。支撑构件70通过销72连接到支撑配件56,并且该支撑构件具有在第二部分92和水平甲板31上方延伸并连接到第二部分92和水平甲板31中的每一个的长度。同样,一个或多个支撑构件60通过销62连接到隔舱30的腹板33。支撑构件60在水平甲板31的第二侧上从腹板33向外延伸。在一个实例中,与拐角部配件90对准的支撑构件60、70成对地定向。

在一个实例中,拐角部配件90还靠着隔舱30定位以支撑弯曲角构件85。

图10示出了将中央翼盒20连接到飞机100的隔舱30的方法。该方法包括将弯曲角构件50的中间圆形拐角部53定位在中央翼盒20和隔舱的交汇处(框160)。该方法包括将弯曲角构件50的第一部分51连接到中央翼盒20(框161)和将弯曲角构件50的第二部分52连接到隔舱30(框162)。将第一支撑构件70连接到中央翼盒20(框163)。第一支撑构件70支撑弯曲角构件50的第二部分52的第一侧。将第二支撑构件60连接到隔舱30(框164)。第二支撑构件60支撑第二部分52的背对的第二侧。

上面公开的带有将中央翼盒20连接到低隔舱30的接头40的设计允许机翼与机身的快速接合,其中基本完整的机身101被下放到完全完整的机翼组件102上。这可以实现更高的生产率并节省工厂空间和组装成本。这种设计还将机翼和机身载荷脱离结合,允许它们在前梁21处独立变形。此外,该设计提供了成本和重量的改进,因为它消除了迫使机翼和机身同时移动的结构,这种结构昂贵且可能具有维护问题。

装置10可用于各种飞机100上。飞机100包括但不限于有人飞机、无人飞机、有人航天器、无人航天器、有人旋翼机、无人旋翼机、卫星、火箭、导弹及其组合。

关于量或测量值的术语“基本上”意味着不需要精确地实现所述特征、参数或值。相反,在量级上可能会发生偏差或变化,包括例如公差、测量误差、测量准确度限制和本领域技术人员已知的其他因素,而这些可能并不妨碍该特征性旨在提供的效果。

在不脱离本发明的基本特征的情况下,本发明可以以不同于本文具体阐述的方式的其他方式实施。本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的,并且在所附权利要求的含义和等价范围内的所有变化都旨在包含在其中。

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