用于将组件附接至飞行器机身的附接装置、飞行器及用于构造附接装置的方法

摘要

提出了一种用于将组件附接至飞行器机身(3)的附接装置(1)，以及包括这种附接装置的飞行器。所述附接装置(1)包括：长型的纵梁(5)，其能够连接至所述飞行器机身；以及配件(11)，其能够连接至所述组件。纵梁包括沿其纵向延伸方向依次形成的多个凹部(9)。配件包括至少一个接合元件(13)，所述接合元件适于以形状配合锁定方式接合在所述纵梁(5)的凹部(9)中。纵梁和/或配件可由CFC构成。配件还可由多种其它塑料或金属构成。在提供稳定的且位置可变的附接的同时实现了减重。此外，提出了用于构造附接装置用纵梁的方法，在该方法中，通过设置与凹部相邻的增强纤维，在凹部周围局部增强了碳稀松布。

说明书

相关申请的引用

本申请要求2007年4月24日提交的德国专利申请No.102007019 305.1-22以及2007年4月24日提交的美国临时申请No.60/926047的优 先权，这两个申请的公开内容通过援引并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种用于将组件附接至飞行器机身的灵活的附接装置、包 括这种附接装置的飞行器、以及用于制造这种附接装置用纵梁的方法。

背景技术

在飞行器中，必须将例如内饰组件、衣帽架或乘客座椅等机舱组件、 或者例如卫生间单元等整体机舱单元附接至飞行器的结构机身。飞行器机 身通常由纵梁和框架元件构成。在这种设计中，纵梁基本上沿飞行器机身 的纵向方向延伸，而框架元件交叉延伸过纵梁。通常，纵梁和框架元件由 例如铝等金属制成，而且占飞行器总重量的显著份额。此外，通常，机舱 组件通常通过铆钉连接或螺钉连接附接至框架元件和/或纵梁。为此，在框 架元件/纵梁的对应位置处局部钻孔，并随后通过铆钉或螺钉将配件附接在 孔中。

特别是在经历会出现相当大的加速力(高达9g(重力加速度))的紧 急着陆的情况下，附接至框架元件和纵梁的组件能在机身结构上沿纵向方 向施加非常大的力。为了能够可靠地承受这种标记为“x负载”的力，机 舱组件在x方向上，即，飞行器的纵向方向上的附接必须满足特别严格的 要求。

因而需要一种尤其是能够至少部分地避免常规的附接装置的上述缺点 的用于将组件附接至飞行器机身的附接装置。特别是，需要一种能够以位 置可变方式附接具有不同尺寸和不同重量的机舱组件的结构稳定且质轻 的附接装置。

此外，需要一种包括相应的附接装置的飞行器以及一种用于构造这种 附接装置的方法。

发明内容

这种需要可由独立权利要求的主题来满足。本发明的有利的进一步发 展在从属权利要求中陈述。

根据本发明第一方面，提供了一种用于将组件附接至飞行器机身的附 接装置，其中，所述附接装置包括：长型的纵梁，其能够连接至所述飞行 器机身；以及配件，其能够连接至所述组件。在这种装置中，所述纵梁包 括沿所述纵梁的纵向延伸方向依次形成的多个凹部。所述配件包括至少一 个接合元件，所述接合元件适于以形状配合锁定方式接合在所述纵梁的凹 部中。

本发明的特征、特性、优点以及替代性实施方式表述如下。

在本文件中，术语“附接装置”可指包括至少两个部件的装置，其中， 在本文件中标记为“纵梁”的第一部件适于连接至飞行器机身或适于形成 飞行器机身的一部分，而在本文件中标记为“配件”的另一部件设计用于 连接至待固定于飞行器机身内的组件，例如内饰部件、储物部件、座椅或 整个机舱件，或者设计用于形成这种机舱件的一部分。纵梁和配件从而设 计成使得它们可以牢固地相互连接，因而能够至少沿一个方向，优选为飞 行器机身的x方向将力从配件传递至纵梁。为此，配件包括至少一个接合 元件，该接合元件的形式适配成使其能够以形状配合锁定方式与依次设置 在纵梁中的多个凹部中的一个凹部相接合。

在最简单的情况下，纵梁可仅仅是与一块金属板相似的长型的扁平组 件，其相反的端部能够例如铆接至、螺钉连接至、焊接至或以某种其它方 式附接至飞行器机身的框架元件，所述框架元件交叉延伸过纵梁。纵梁包 括优选呈通孔形式的凹部。通过设置凹部，一方面能够显著减小纵梁的重 量，另一方面，该凹部用于容纳配件上的一个或数个接合元件。

由于在纵梁的纵向延伸方向上依次设置有数个凹部，所以能够将配件 设置成以可变方式接合不同的凹部，使得配件能够附接在纵梁上的各种位 置处。

此外，凹部可在制造纵梁时就已经形成，因而当在随后阶段将组件安 装在飞行器机身中时，不再需要在纵梁中设置(铆)孔。因此纵梁还能够 由诸如例如纤维增强塑料之类的材料构成，其中，随后的局部钻孔将导致 显著的结构弱化。

根据一实施方式，所述纵梁中的凹部设置成在相邻凹部之间等距离隔 开间距s。一方面，以相同间距、依次设置凹部能够简化纵梁的生产。

另一方面，在进一步的实施方式中，所述配件能够包括至少两个接合 元件，其中，相邻的接合元件设置成彼此间隔开间距s。如果纵梁中的凹 部也形成为以间距s等距离隔开，则在偏置间距s的每种情况下能够根据 需要将这种配件设置在纵梁上，其中，在每种情况下，两个接合元件能够 接合纵梁中的相邻凹部。通过这种方式能够获得将力从配件传递至纵梁的 较好方式，而且同时，能够实现配件在纵梁上以根据间距s的节距可变定 位。

根据进一步的实施方式，所述配件进一步包括连接件，所述连接件设 置成与连接所述配件的所述接合元件的连线隔开使得从所述连接件到所 述连线的法线与两个接合元件之间的所述连线相交。换言之，在组装状态 下，所述接合元件可位于所述纵梁上的直线上，其中，所述连接件与所述 纵梁横向地隔开且位于所述接合元件之间(竖直投影在所述纵梁上)。在 这种装置中，所述连接件可以例如是所述配件中或所述配件上的简单的孔 或柱螺栓，所述组件能够附接至所述孔或柱螺栓。因为所述附接元件位于 所述接合元件的位置之间，所以所述部件也能够固定在这种中间位置。此 外，通过使用数个不同的能够在各种位置设置所述连接件的配件，可进一 步改善与待附接组件的定位相关的灵活性。

根据进一步的实施方式，所述纵梁中的凹部是圆形的。所述凹部的这 种圆形设计能够使得所述配件的接合元件与所述纵梁中的凹部之间进行 良好的力传递而不存在任何局部集中的力的峰值。此外，圆形凹部易于制 造。

根据进一步的实施方式，所述凹部的横截面积为至少0.5cm²(平方厘 米)，优选为至少1cm²，且更优选为至少2cm²。在圆形凹部的情况下， 凹部的直径应当为至少1cm，优选为至少2cm。凹部的大横截面积使得 接合元件与凹部之间能够进行改善的力传递，因而减小了凹部的表面遭受 磨损的风险，即，由于接合元件所施加的横向力所引起的凹部逐渐加宽的 风险。

根据进一步的实施方式，所述纵梁设计为T型纵梁，其中，所述凹部 设置在所述T型纵梁的腹板中。T型纵梁提供了良好的机械稳定性且常用 在飞行器工程中。在T型纵梁的上翼部上可例如固定飞行器机身的内饰板。 在T型纵梁的从上翼部中部凸出的腹板上，凹部可形成为一排孔，优选沿 着中性纤维，即，当飞行器在使用中时施加在纵梁上的拉力和压力基本相 互抵消的位置。T型纵梁可以是由CFC(氯氟碳化合物)层合板制成的成 形部件。

根据进一步的实施方式，所述配件设计为注射模制部件。通过注射模 制技术，可制造这样的结构：其中，配件或纵梁的与力流相匹配的高易损 凸棱变为可能，这在铣削部件的情况下将是过于成本密集的。此外，能够 实现如大约0.5mm(毫米)薄的壁，这能引起减重的另外的可能。使用注 射模制技术，配件由高技术热塑性塑料构成，例如具有30％的玻璃纤维含 量的PEI(聚醚酰亚胺)，以及PEEK(聚醚醚酮)。作为替代，还可制造 作为碳纤维增强的热固性塑料(Duroplast)模制部件的配件。

根据进一步的实施方式，所述配件由玻璃纤维增强塑料构成。这种塑 料不仅是经济的，而且还提供了足够的强度以传递小到中等的力。

根据进一步的实施方式，所述配件包括热成形碳纤维增强塑料部件。 尽管这种塑料比较昂贵，但它们提供了优良的强度，这似乎使其还能够适 于传递非常大的力。

根据进一步的实施方式，所述配件是铣削部件或碳纤维增强的热固性 塑料模制部件。以此方式获得了极好的强度，这种强度能承受甚至最大的 力，例如在诸如盥洗室元件或厨房元件这样的整体机舱元件的附接中所经 历的力。

本发明的另一方面提供了具有上述附接装置的飞行器。在该飞行器中， 纵梁能形成承载式机身结构的一部分。

使用根据本发明的附接装置或者所述附接装置的特定实施方式，可在 飞行器中获得以下结果。在减少重量和成本的同时能够实现用于x配件的 灵活连接概念以承受纵梁上的x负载。在该装置中，纵梁中的凹部应当选 择为足够大以实现另外的减重可能。所述配件应当具有匹配的适贴配合。 依据预期的负载，可将不同的配件附接至纵梁，所述配件优选使用纵梁中 的两个到八个凹部用于附接。由于通过接合元件，配件以形状配合锁定方 式与纵梁的凹部接合，所以能够获得良好的永久稳定的力传递。不需要利 用摩擦的任何力传递，这种力传递可能因磨损而随着时间的过去变得低 效。此外，因为可通过提供形状配合锁定接合的接合元件来传递力，所以 在与纵梁的连接中表面压力低，不存在会引起高应力集中情况的压挤纵梁 的可能性。使用注射模制配件和CFC配件进一步提供了如下优点：即， 不存在接触腐蚀的风险。

所述配件还可使用所谓的卡扣式接合元件来形成，所述接合元件能够 以可拆装方式卡合在纵梁中的凹部内。这能提供配件在纵梁上的位置的快 速互换选择或可变性。由于纵梁中的多个凹部，用于部件安装的各种附接 点能够确定而且还能够在以后改变。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于制造附接装置用纵梁的方法， 所述方法包括以下步骤：提供碳稀松布；在所述碳稀松布中形成凹部；浸 渍所述碳稀松布；设置与凹部相邻的增强纤维；以及对所述碳稀松布与所 述增强纤维一起进行压制。

在上述方法中，例如，由交织的碳纤维构成的一个或数个垫子可用作 为碳稀松布。可通过模切方式在垫子中形成凹部。可用在稍后的加工步骤 中能够硬化的树脂来浸渍碳稀松布。为了以机械方式在凹部区域内增强碳 稀松布并且为了避免随后在承受负载时从凹部中拉出，可将增强纤维设置 成使得它们与凹部相邻。例如，相对于碳稀松布的纤维倾斜地，即，成角 度地延伸的增强纤维可设置在由彼此基本成直角延伸的纤维构成的碳稀 松布上。倾斜延伸的这些增强纤维可设置成卷绕或缠绕在所述凹部周围， 由此增强凹部的边缘。最后，可对碳稀松布与增强纤维一起进行压制，并 且在此工序中，树脂能够同时被硬化。模具以及对应的压模可用于压制， 而且所述模具和压模都优选为能够被加热和加压。

可根据需要来组合参考本发明的各个实施方式描述的上述特性。特别 是，在附接装置的上下文中所描述的特征可与根据本发明的构造方法的特 征或飞行器的特征相组合。

本发明的上述及进一步的方面、特征以及优点在以下参考附图的特定 实施方式的描述中阐述。

附图说明

图1示出了根据本发明第一实施方式的附接装置的立体图；

图2示出了图1所示附接装置的俯视图；

图3示出了根据本发明另一实施方式的包括卡扣机构的附接装置的剖 视图；

图4示出了根据本发明另一实施方式的包括螺钉连接的附接装置的侧 视图；

图5示出了用于根据本发明另一实施方式的附接装置的配件的多种示 例性实施方式；

图6示出了设计用于中等负载的、根据本发明另一实施方式的附接装 置的立体图；

图7示出了图6所示附接装置的替代性实施方式的两个侧视图；

图8示出了用于图6所示附接装置的配件的替代性示例实施方式；

图9是设计用于非常大负载的、根据本发明另一实施方式的附接装置 的立体图；

图10是图9所示附接装置的侧视图；

图11是图9所示附接装置的俯视图；

图12是设计用于吸收非常大负载的、根据本发明另一实施方式的附接 装置的俯视图；

图13用于说明用于根据本发明另一实施方式的附接装置的制造方法。

在各情况下，附图仅为示意图。图中相同或相似的参考符号表示相同 或相似的元件。

具体实施方式

图1示出了附接装置1，所述附接装置1连接包括纵梁5和框架元件7 的飞行器机身3的部件。纵梁5沿飞行器机身3的纵向方向延伸并设计为 T型纵梁。纵梁包括依次设置的数个圆形凹部9，凹部9大体设置在T型 纵梁的腹板的中部且因此大体位于纵梁的力中性纤维中。

配件11附接在纵梁5上。配件11包括两个接合元件13，所述接合元 件13是圆形的并以形状配合锁定方式与也是圆形的凹部9接合。

如图2所示，配件11基本呈三角形，其中，在该三角形的远离纵梁隔 开的“角”上，设置连接件15。在所示实施方式中，连接件15是简单的 圆孔，组件(未示出)能够附接在该圆孔上。接合元件13的直径略小于纵 梁中的凹部9的直径，使得在组装状态下，所述接合元件13能够以形状配 合锁定方式与凹部接合。

在纵梁中，凹部9设置成以间距s等距离间隔。由于配件11的接合元 件之间的间距也对应于间距s，所以配件可沿纵梁5附接至任意期望的相 邻凹部，这又使得能够固定至配件11的组件可进行可变定位。

图1和图2所示的附接装置设置用以承受较小的力，例如由所附接的 内饰组件、绝缘材料、减压板以及线性采光罩所施加的力。在这些应用中， 沿x方向施加的力通常小于200daN(十牛顿)，而沿y方向的力通常小于 60daN。

纵梁5还能包括整合有凹部9的金属。但是，为了减重，且为了协调 CFC机身中的材料使用，优选使用制造成CFC层叠构造的塑料纵梁。可 由例如具有30％的玻璃纤维含量(短纤维)的PEI(聚醚酰亚胺)等的注 射模制塑料制造两孔配件。还可使用较高等级的注射模制热塑性塑料，例 如包括具有40％含量的短纤维或长纤维的碳纤维的PEEK(聚醚醚酮)。

图3示出了用于沿xy方向附接组件的卡扣式配件。配件11的接合元 件13设计成两个部件，其中，接合元件13的上部件21包括孔23。接合 元件13的下部件25包括柱螺栓27，该柱螺栓27能够穿过上部件21的孔 23，而且，能够折叠的锁定元件29附接至所述柱螺栓27的端部。在各情 况下，上部件21和下部件25具有突部31、33，所述突部在配件的安装状 态下从上方和从下方抵靠纵梁5。

图4示出了另一配件11，该配件11在一定程度上也适用于吸收沿z 方向作用的且优选为小于60daN的力。使用螺钉35和垫圈37将配件11 附接至T型纵梁5的凹部。

图5示出了多种配件，在所述配件中，连接件15相对于接合元件13 定位在各种位置处。在图5I所示示例中，穿过连接件15至连线v的法线 n在(左侧)接合元件13的中心与两个接合元件13之间的连线v相交。 在图5II所示示例中，法线n在两个接合元件13之间的中部与连线v相交。 在图5III所示示例中，将图5I所示配件表示于旋转180°的位置。

所示两个配件使待附接组件能够以对应于纵梁5中的两个凹部9之间 的一半距离的节距定位。在实际应用中，可以例如设置直径为一英寸的圆 形凹部，但是所述凹部相对彼此偏置两英寸。通过提供两种不同的配件， 待附接组件的定位能够达到一英寸的精度。

图6示出了设计用于吸收中等力的附接装置的实施方式，诸如可由例 如设置在乘客座椅上方的衣帽架或供给通道(PSU通道)所引起的力。在 这种装置中，配件11包括五个接合元件13，所述接合元件13以形状配合 锁定方式与T形纵梁5中对应的凹部9接合。该配件例如可由热塑性注射 模制材料制成。例如，可使用具有例如40％的长碳纤维含量的PEEK(聚 醚醚酮)、精铸铝、碳纤维增强的模制塑料部件、或者它们的组合。该附 接装置设计用于高达500daN的沿x方向的力以及高达150daN的沿y方 向的力。

图7示出了具有与图3和图4所示相似的螺钉连接或卡扣连接的图6 所示附接装置的替代性实施方式。

图8示出了用于图6所示附接装置的配件11的替代性变体，通过所述 配件11，与图5所示系统的安装相似，可以逐英寸地安装组件。

图9至图12示出了附接装置的替代性实施方式，所述实施方式设计用 于吸收非常大的负载，比如在例如储物间、厨房、员工休息间或盥洗室的 附接中可能遇到的力。在这种情况下，配件包括七个或八个接合元件13， 所述接合元件13与纵梁中的相应凹部9以形状配合锁定方式接合。

如图9至图11所示，为了提供额外的稳定性，配件11还能够抵靠框 架元件7且能够通过螺钉或铆钉41附接至所述框架元件7。为了在待附接 组件与配件11之间传递力，可使用附接在连接件15中的连接杆43。

如图12所示，还可在不受框架元件7支撑的情况下将配件11保持在 数个相邻的凹部9中以便提供接合，并且以此方式能够将非常大的力传递 至纵梁上。

为了允许待附接组件的逐英寸地安装或者更细微的可调定位，可在配 件11中设置附加的安装部件51，该附加的安装部件51附接在多个依次设 置的孔49中。

参考图13说明用于制造附接装置用纵梁的构造方法。为了减重，纵梁 优选由纤维增强塑料制成。在这种塑料的情况下，由于凹部的任意模切都 会导致此区域内材料的显著弱化，所以应当有目标地增强凹部周围的区 域。

图13(a)示出了碳稀松布61。碳稀松布61包括数个碳纤维垫子63、 65，其中，每个垫子包括相对彼此以垂直方式交织的纤维，且其中，可设 置相对于彼此偏置45°的彼此层置的碳纤维垫子63、65。

在碳纤维稀松布61中，可通过模切形成凹部9。凹部9周围的边缘67 由相邻的增强纤维69增强。这些增强纤维69卷绕或缠绕在凹部9的周围， 由此产生环绕凹部9的另外的增强材料层。

在以树脂对碳稀松布61以及可能已设置在碳稀松布61上的任意增强 纤维69进行预浸渍之后，将它们置于具有压模71和匹配模具73的压机中， 在该压机中，碳稀松布61和增强纤维69在压力下并通过受热而被压制并 硬化。

最后，应当指出，用语“包括”、“具有”等并不排除存在另外的元件。 用语“一种”或“一个”并不排除多个对象。权利要求中的参考符号仅为 易于阅读而设置，并非试图以任何方式限制权利要求的保护范围。

参考符号列表

1附接装置

3飞行器机身

5纵梁

7框架元件

9凹部

11配件

13接合元件

15连接件

21配件的上部件

23孔

25配件的下部件

27柱螺栓

29锁定元件

31、33突部

35螺钉

37垫圈

41螺钉

43连接杆

49孔

51安装部件

61碳稀松布

63、65碳纤维垫子

67增强纤维

71压模

73模具