用于制造飞机机身的一部分的方法和实施该方法的工具

摘要

本发明涉及一种组装用于制造飞机机身的一部分的至少一个面板(30)和框架(34)的组装方法，所述组装方法包括将所述面板(30)成形在工具(50)的支撑表面(54)上的步骤，其中，所述组装方法包括保持每个框架(34)夹靠在横向平面内设置的至少一个滑动支撑表面(74)，不同框架的滑动支撑表面(74)和所述支撑表面(54)被固定到相同的工具并彼此相对布置，并且放置固定连接件来连接所述面板(30)和所述框架(34)。本发明还涉及用于实施所述组装方法的工具。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造飞机机身的一部分的方法和实施该方 法的工具。

背景技术

对于本申请的剩余部分，纵向轴线对应于从飞机的前端延伸到后 端的轴线。纵向方向是平行于纵向轴线的方向。纵向平面对应于包含 纵向轴线的平面。横向平面对应于垂直于纵向轴线的平面。径向方向 是垂直于纵向轴线的方向。内表面或平面对应于朝向机身的内侧的表 面或平面，外表面或平面对应于朝向机身的外侧的表面或平面。

已知地，飞机的机身包括主要负责承受力并连接外壳(也称作表 皮)的结构，其提供飞机的空气动力学特性。

根据图1A和1B中所示的一种实施例，表皮包括多个并列的面板 10，其通过连接到面板10的内表面的纵梁12来加固。纵梁12设置 在纵向平面内。

该结构包括设置在横向平面内并沿着纵向方向分隔开的框架14。 在纵向平面内，框架14具有Z形横截面，包括设置在横向平面内的 腹板16和连接到腹板16并垂直于腹板16的两个突缘18、18’。

为了形成机身，加固的面板10和框架14使用夹板20来连接。

每个夹板20包括至少两个突缘22.1和22.2，其相互连接来形成 角杆，第一突缘22.1夹靠面板10的内表面，第二突缘22.2夹靠框架 14的腹板16。

如图1A中所示，夹板20’可具有更复杂的形状并可包括连接两个 突缘的托架24。

每个夹板20的第一突缘22.1通过诸如螺栓或铆钉等连接件26 固定到面板10。这些连接件26包括铣头，其容纳在面板10的外表面 上提供的铣削部分中，以防损坏机身的空气动力学特性。

每个夹板20的第二突缘22.2使用诸如螺栓或铆钉等连接件28 固定到腹板16。

根据第一种操作方法，每个面板10被制造并在平坦时使用纵梁 12来加固。该方案可能简化用于制造加固的面板10的方法。因此， 在面板10和纵梁12由复合材料制成时，可能使制造该加固的面板的 方法自动化，特别是通过使用自动铺设机器。

然后，通过纵梁12加固的平坦的面板10成形在第一工具上，以 提供其弯曲的形状。该弯曲的形状根据面板10在机身中的位置而变 化。在该成形步骤后，面板10的外表面沿着参考平面延伸。

根据面板在机身中的位置，该参考平面是可展曲面并且近似半圆 柱形，或者对于靠近飞机的前端或者后端的面板，参考平面是不可展 曲面。

该第一工具包括支撑至少一个支撑表面的支架，该支撑平面被面 板10的内表面夹靠。该支架和支撑表面被设计成刚性的，并在面板 变形时保持它们的形状。

框架14一个接一个地设置在第二工具上。该第二工具可能根据 框架14在机身中的参考位置来布置框架14。

该第二工具包括支撑称作肋板的环形部分的支架，每个肋板用于 每个框架。每个肋板包括由框架的腹板夹靠的支撑表面以将肋板布置 在横向平面中，以及将框架布置并固定在横向平面中的三个定位销。

一旦框架布置好，沿着参考表面被加固和成形的面板10相对于 框架14布置。

在相对于框架14布置面板10之后，夹板20、框架和面板被组装。 对于每个夹板20，夹板的第一突缘22.1用来支撑内表面，夹板的第 二突缘22.2用来支撑框架的腹板16。夹板被布置成沿着每个框架分 布。为了便于该布置，第二工具包括用于每个夹板的限位件，夹板通 过限位件沿着框架布置。在连接件26、28被安装之前，夹板使用销 被支撑在位置上。

为了控制被组装部件之间的接触力，夹紧力在每个1/10连接点被 施加到待组装的部件。待组装的部件之间的间隙必须是对于20daN的 力为大约0.3mm。如果间隙大于0.3mm，则在这些部件之间设置垫片。 该方法包括在载荷下测量所述部件之间的间隙，使其可能控制在组装 过程中产生的内应力。

最后，连接件26、28被安装，一方面将夹板20连接到面板10， 另一方面将夹板20连接到框架14。

该第一种操作方法难以自动化。第一个限制是需要提供设置在机 身内的第一自动安装装置，用以安装将夹板连接到框架的连接件28， 以及设置在机身外的第二自动安装装置，用以将连接件26安装在面 板和夹板之间，由于铣削部分的存在，连接件26必须从机身外安装。 另一个限制是第二工具必须能够固持待组装的部件，也就是说，根据 其参考位置来固持面板、框架和夹板。基于这些限制，该组装通过配 有钻孔单元的操作者来进行。

根据文献EP2404824中描述的第二种操作方法，框架根据它们在 机身中的参考位置一个接一个地布置在工具上。

为此，该工具包括支撑称作肋板的环形部分的支架，每个肋板用 于每个框架。每个肋板包括支撑表面，其夹靠框架的腹板以将其布置 在横向平面内，以及三个定位销，用以将框架布置在横向平面内。

一旦框架布置好，由纵梁加固的平坦的面板10在框架上变形， 其取代第一种操作方法的第一工具。然后，面板和框架使用连接部件 进行组装。根据该文献，所述框架具有特定的中空横截面，并且每个 框架包括夹靠面板的表面，从而可能省却夹板。

尽管理论上第二种操作方法可能使用从机身外安装连接件的自 动装置来将组装自动化，但是出于以下原因并不能令人满意。

第一个缺点是该操作方法不能控制面板和框架在组装过程中产 生的内应力，特别是在面板的参考表面不能展开时。

在框架和面板之间的接触点处，不可能确定框架和面板之间的接 触力，并因此控制在组装过程中产生的应力。

对于在载荷下间隙小于0.3mm的这些区域也是这种情形。

如果在载荷下框架和面板之间的间隙大于0.3mm，需要放置垫 片。这就需要移除面板来放置垫片，然后在垫片已经放置好以后重新 放置面板。然而，在面板的参考表面是不可展曲面情况下，很难以相 同的方式重新放置面板。

另一个缺点是当这些待组装的部件的接触表面被涂覆有密封粘 胶时，密封粘胶阻止这些部件相互滑动来调节它们的相对位置。

最后，另一个缺点是这些框架必须是刚性的，以在面板成形时防 止变形。因此，具有Z形横截面的框架不能使用，因为该横截面不能 提供足够的抗扭和抗弯惯性。为了加固这些框架，可能增加用来将每 个框架布置在其肋板上的定位销的数目。然而，在该情形下，对于中 空横截面框架，不能控制在组装过程中产生的内应力。

发明内容

因此，本发明的目的是消除现有技术的缺点。

为此，本发明涉及一种组装用来制造飞机机身的一部分的至少一 个面板和框架的组装方法，所述组装方法包括将所述面板成形在工具 的支撑表面上的步骤，所述组装方法的特征在于其包括保持每个框架 夹靠在横向平面内设置的至少一个滑动支撑表面，不同框架的所述滑 动支撑表面和所述支撑表面被固定到相同的工具并彼此相对布置，并 且放置固定连接件来连接所述面板和所述框架。

该方法可通过使用自动安装连接件的装置将现有技术的第二种 操作方法中的组装自动化，所述装置设置在机身外。

与现有技术的第二种操作方法相比，另一个优点是支撑表面的存 在可能不将框架用作工具，使其可能使用具有Z形横截面的框架。

另一个优点是框架承受滑动支撑表面可能控制在组装过程中产 生的内应力。

有利地，所述方法包括在已经成形所述面板之后将每个框架相对 于其滑动支撑表面布置。与第二实施例不同，相对于面板一个接一个 地布置框架比同时相对于所有框架布置面板更为简便。

优选地，通过沿其曲率线(Lc)固定框架同时允许沿径向方向的 平移运动来放置每个框架。根据该操作方法，每个框架相对于距离所 述框架的末端等距离设置的定位装置来布置，然后框架的末端被展开 来接触所述面板。

根据另一个特征，所述方法包括使用至少一个支柱来保持每个框 架，使其夹靠所述滑动支撑表面，所述支柱包括与所述框架接触的反 支架(counter-support)，其允许所述框架沿着所述径向方向平移。

根据另一个特征，所述方法包括使用条带来保持所述面板夹靠所 述支撑表面。

本发明还涉及一种用于实施所述组装方法的工具。所述工具的特 征在于其包括用于成形所述面板的支撑表面，所述支撑表面具有在横 向平面内的至少一个曲率半径，以及用于每个框架的至少一个滑动支 撑表面，其设置在所述横向平面内，不同框架的滑动支撑表面和所述 支撑表面被固定到所述工具并彼此相对布置。

有利地，对于每个框架，所述工具包括具有刚性结构的肋板，所 述肋板在具有外周支撑表面的横向平面内延伸，并且在其一个表面 上，至少一个滑动支撑表面平行于横向表面。

优选地，每个肋板包括至少一个定位装置，通过所述定位装置可 沿着曲率线固定框架，同时允许沿径向方向的平移运动。根据一个实 施例，每个肋板包括距离每个框架的末端等距离设置的单个定位装 置。

根据本发明的一个特征，每个肋板包括至少一个支柱，其保持每 个框架夹靠所述滑动支撑表面，所述支柱包括反支架，其允许所述框 架沿所述径向方向平移。根据一个实施例，所述反支架为滚轴的形式， 其被安装成能够在布置于横向平面内并垂直于所述径向方向的枢轴 上枢转。

根据本发明的一个特征，所述工具包括用于保持所述面板夹靠所 述支撑表面的条带。根据一个实施例，所述工具包括具有上横杆和下 横杆的支架，每个支撑表面包括从所述上横杆延伸到下横杆的材料 条，所述条带朝着所述支撑表面设置。

附图说明

其它的特征和优点将通过下面本发明的仅通过示例的描述而变 得明显，该描述结合附图，其中：

图1A示出了飞机机身的一部分的透视图；

图1B示出了沿图1A中平面P的截面；

图2A示出了安装有夹板的框架的侧视图；

图2B示出了沿图2A中的线BB的截面；

图3示出了在面板移位之前的本发明的工具的透视图；

图4示出了图3中的工具在面板和框架移位之后的透视图；

图5示出了沿图3中所示的工具的一部分的纵向平面的截面；

图6示出了根据本发明的一个实施例的用于定位框架的装置的前 视图。

具体实施方式

图2A、2B和图3-5示出了标记为30的飞机机身的一部分的面板。

在描述中，一旦组装好，面板30在机身的一半截面以上延伸并 且是在横向平面内具有曲率半径的半圆柱体。当然，本发明并不限于 这种形式。因此，面板30的形状可以不是可展曲面，具有双曲率半 径。

面板30包括内表面30I和外表面30E，并通过连接到内表面30I 的纵梁32来加固。面板30由上边缘30H、下边缘30B和侧边缘31、 31’来限定。通过示例，每个侧边缘设置在横向平面内。上边缘30H 对应于机身的上母线的一部分。下边缘30B对应于机身的下母线的一 部分。

根据一个实施例，面板30和纵梁32由复合材料制成。其它材料 也是可设想的。

为了获得机身的一部分，加固的面板30被连接到设置在平行的 平面(对应于横向平面PT)内并沿方向(对应于纵向方向DL)分隔 开的框架34。因此，框架34抵靠面板30的内表面30I。

根据一个实施例，如图2A和2B中所示，每个框架34包括沿着 近似对应于半圆的曲率线Lc延伸的轮廓。该轮廓具有Z形横截面。 因此，每个框架包括腹板36，各末端具有基本垂直于腹板36的突缘 38、38’。

根据一个变形，框架34是金属的。然而，它们还可以由复合材 料制成。

框架34和面板30通过夹板40连接。根据图2B中所示的实施例， 每个夹板40包括至少两个突缘42.1和42.2，其相互连接形成角杆， 第一突缘42.1称作底板，其夹靠面板30的内表面30I，第二突缘42.2 夹靠框架34的腹板36。

每个夹板40的底板42.1使用螺栓或铆钉(图4中所示)等连接 件44被固定到面板30。这些连接件44包括铣头，其容纳在面板30 的外表面30E上设置的铣削部分内，以免损害其空气动力学特性。

每个夹板40的第二突缘42.2使用例如螺栓或铆钉等连接件46 被固定到腹板36。

根据一个变形，这些夹板是金属的，然而，其它材料也是可以设 想的。

由于面板30、框架34和夹板40与现有技术的第一种操作方法中 的那些相同，所以不再进一步描述。

如图3中所示，在组装前，面板30被制造并在平坦时通过纵梁 32加固。该方案可能简化用于制造加固的面板30的方法。因此，当 面板30和纵梁32由复合材料制成时，可能将制造所述面板的方法自 动化，特别是通过使用自动铺设机。

如图2A和2B中所示，框架34具有符合在横向平面内的参考曲 率线Lc的轮廓，所述曲率线Lc取决于框架在机身中的位置。在组装 面板之前，夹板40通过固定连接件46被连接到框架34。根据一个实 施例，每个框架沿着其参考曲率线Lc弯曲，并且夹板40通过用于安 装连接件46的自动装置连接。

本发明并不限于上面描述的关于面板30和框架的实施例。因此， 面板30可通过除了纵梁以外的其它元件来加固。而且，根据另一个 变形，框架34被直接连接到面板30，而没有通过中间的夹板。在这 种情形下，框架为一体的。

在说明书的剩余部分中，框架应被理解为直接连接到面板的一体 的框架或者由装有夹板的框架所形成的组件。

无论哪种变形，框架34包括底板42.1，其夹靠面板30的内表面 30I并通过连接件44被连接到面板30。

有利地，在组装面板之前，底板42.1包括至少一个定位孔48， 其用于放置销，用以在安装固定连接件44时相对于面板30固定每个 底板42.1。优选地，每个底板42.1包括至少两个定位孔48(如图2B 中所示)。

一旦面板30和框架34组装好后，面板30的外表面30E必须根 据参考表面布置在形状公差内。相似地，每个框架必须根据参考位置 布置在尺寸公差内。

为了组装面板30和一体的框架34，使用包括支架52的工具50， 支架支撑多个支撑表面54和肋板56，一个肋板用于每个一体的框架 34。这些支撑表面54与框架不同，并被布置在面板30的内表面30I 的侧面上。而且，支撑表面54和肋板被布置在面板30的相同侧上。

在组装过程中，面板的内表面30I夹靠连接到支架52的支撑表面 54，支撑表面是足够刚性的，以允许面板从平坦形状变成弯曲形状。 为此，支撑表面54的形状被配置成当面板30支承这些表面时，面板 具有与机身的相应部分匹配的弯曲形状。因此，支撑表面54具有在 横向平面内的至少一个曲率半径。

因此，当面板30的内表面30I夹靠支撑表面54时，面板30的某 些点相对于其参考位置布置在公差范围内。

根据一个实施例，每个支撑表面54包括材料条58，其具有设置 在横向平面内的侧边缘60、60’。为了显示数量级，侧边缘60、60’ 之间分隔距离3到15cm。

根据一个实施例，支架52包括框架，其具有通过上横杆64H和 下横杆64B连接的支柱62、62’。对于给定的面板30，上横杆64H根 据与面板的上边缘30H相同的轮廓延伸，下横杆64B根据与面板的 下边缘30B相同的轮廓延伸。

每个材料条58从上横杆64H延伸到下横杆64B，并且其曲率取 决于由材料条58所占据的横向平面内的面板30的曲率。

工具50还包括用于保持面板30夹靠支撑表面54的保持装置。 根据一个实施例，这些保持装置包括条带66，其被拉紧在支架52的 上横杆64H和下横杆64B之间。工具包括与支撑表面54相同数目的 条带66。优选地，条带66朝着支撑表面54(在相同的横向平面内) 布置，使得面板30布置在条带和支撑表面之间。

有利地，工具50包括相对于工具50来定位面板30的定位装置。 优选地，该定位装置包括至少一个定位销67和至少一个点支承67’。

根据一个实施例，定位销67被固定到工具并包括圆柱形的钉， 钉的轴线垂直于所述支撑表面。另外，面板30包括孔隙68，孔隙68 的直径基本等于钉的直径。因此，定位销67可能相对于工具50在平 移上固定面板30。定位销仅仅允许一个自由度：绕定位销旋转的自由 度。该自由度通过点支承67’来消除。

根据一个实施例，点支承67’被固定到工具并包括圆柱形的钉， 钉的轴线垂直于所述支撑表面。另外，面板30包括长圆孔70，钉位 于其中，长圆孔的宽度基本等于钉的直径。

定位装置的其它变形也是可以设想的。

优选地，面板包括定位孔72(如图3中所示)，其被布置成与框 架的底板的定位孔48对齐。这些定位孔72的直径大于底板的定位孔 48的直径。

根据本发明的一个特征，每个肋板56包括至少一个滑动支撑表 面74。这些滑动支撑表面74全部布置在面板30的相同侧，在凹侧上。

根据一个实施例，每个肋板56包括单个滑动支撑表面74，其大 致在180°的圆弧上延伸。作为一个变形，每个肋板56包括多个单独 的、共面的滑动支撑表面。

对于每个肋板，滑动支撑表面在横向平面内延伸。

支撑表面54和滑动支撑表面74被固定到相同的工具，并相对于 彼此布置，使得在安装后，框架相对于面板30正确地布置。

根据一个实施例，每个肋板56包括至少一个滑动支撑表面74和 至少一个支撑表面54。

每个肋板56包括连接到支架的刚性结构，其在横向平面内延伸， 具有外围的支撑表面54，并且在其一侧上，至少一个滑动支撑表面 74平行于横向表面。

在组装过程中，框架34被夹靠滑动支撑表面74。在框架具有Z 形横截面时，框架的腹板36夹靠滑动支撑表面74。

根据一个实施例，滑动支撑表面74包括涂层，或者由聚缩醛等 有利于滑动的材料制成。

工具50还包括用于每个肋板56的至少一个支柱76，框架通过该 支柱能够保持夹靠滑动支撑表面74。有利地，每个肋板包括沿着曲率 线Lc分布的多个支柱76。

根据一个实施例，每个支柱76包括反支架78，其能够在活动位 置和自由位置之间移动，在活动位置上，反支架78接触框架34并保 持框架夹靠滑动支撑表面74，在自由位置上，反支架78移动离开框 架，使得框架能够被安装和移除。优选地，支架76包括挂板80和杠 杆82，挂板80相对于工具50固定，杠杆82相对于挂板80枢转并支 撑反支架78。

每个支柱76包括锁定和解锁系统，用以将反支架78保持在活动 位置。

优选地，反支架78允许框架沿着径向滑动。

根据一个实施例，反支架包括涂层或者由例如聚缩醛等有利于滑 动的材料制成。

根据图5中所示的另一个实施例，反支架78为滚轴的形式，其 被安装成在枢轴84上枢转，枢轴84设置在横向平面内并垂直于径向 方向86。该配置允许框架在径向方向86上平移，同时保持夹靠滑动 支撑表面74。

在给定点的径向方向对应于在给定点垂直于曲率线的切线的方 向。

有利地，工具50包括用于每个肋板50的至少一个定位装置88， 用以定位框架34。优选地，每个定位装置88沿着曲率线Lc固定框 架，但是允许框架沿径向方向86平移，以允许在径向方向上调节框 架的位置。

根据图6中所示的实施例，每个定位装置88包括固定到工具的 定位销90，框架34包括长圆孔92，定位销90位于长圆孔92中。长 圆孔92的宽度基本等于定位销的直径，长圆孔的长度大于定位销的 直径，以允许框架径向移动。

优选地，每个肋板包括单个定位装置88，其距离框架的末端等距 离布置。

现在将描述组装方法：

首先，面板30被放置在工具50上。为此，面板30被弯曲来夹 靠支撑表面54。面板30通过定位销67和点支承67’相对于工具50 布置。条带66被放置到位，以保持面板30夹靠支撑表面54。通过这 种方式支撑面板使得面板在受到垂直于其表面的力时非常刚性。

然后，框架一个接一个地放置就位。每一个首先使用定位装置88 布置，然后夹靠滑动支撑表面74并通过支柱76来保持。

然后，在每个底板上，框架36通过穿过定位孔48、72的销连接 到面板30。为了控制在组装过程中产生的内应力，销在表皮和底板上 施加20daN的夹紧力。根据本发明，假定所述框架被保持夹靠所述 滑动支撑表面并能够径向滑动，施加到框架的夹紧力不产生扭曲。

底板和面板30之间的间隙被测量，以确定是否需要垫片。如果 测得的间隙小于给定值0.3mm，则考虑通过固定连接件产生的应力来 补偿间隙。相反地，如果间隙大于给定值，则在待组装的部件之间放 置垫片来减小间隙。

然后，钻铣用于放置固定连接件的所有的孔。

一旦这些加工步骤完毕，移除这些框架，以便清洁底板的表面并 向这些表面涂覆介入粘胶。

然后，从距离所述框架的末端等距离布置的定位装置88开始再 安装每个框架，然后展开每个末端。这些框架通过支柱76保持在位 置上。

一旦框架被支撑，固定连接件被放置就位。

至于钻孔或者铣孔，固定连接件能够通过从面板的外表面操作的 自动机器来放置。

在固定连接件已经放置后，条带66被移除并且支柱76被就位于 自由位置，以便从工具50移除面板或框架组件。

本发明的方法能够以自动化方式组装至少一个面板和框架，其中 在第一状态下，夹板被连接到框架，然后在第二状态下，面板被连接 到安装有夹板的框架。

另外，该方法能够控制在组装过程中产生的内应力。

另一个优点是相对于面板一个接一个地放置框架比相对于所有 框架放置面板更容易。