由在其自身上折叠的板材形成的飞行器机身加劲件

摘要

本发明涉及一种飞行器机身加劲件(4)，该飞行器机身加劲件(4)包括踵状部(14)、底部(16)以及将踵状部(14)与底部(16)连接的腹板(12)，该加劲件包括沿着踵状部、腹板以及底部延伸的弯曲金属板材(18)。另外，为了改进加劲件的机械性能，弯曲金属板材(18)一方面包括沿着踵状部、腹板以及底部延伸的主要部分(20a)，并且另一方面包括至少一个折弯部分(20b)，所述至少一个折弯部分(20b)形成主要部分的位于腹板的至少一部分和/或踵状部的至少一部分和/或底部的至少一部分上的衬层。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器机身的领域，并且特别地涉及飞行器机身的加 劲件的领域。

本发明更特别地、但非排它性地应用于商用飞机的领域。

背景技术

飞机机身通常包括蒙皮，蒙皮的外表面形成飞机的空气动力学 表面。在内表面上，蒙皮通常设置有多个加劲件。这些加劲件可以 是横向加劲件，特别是形成桶形机身的框架(或是整体框架或是例 如通过起落架而隔断的框架)，或这些加劲件可以是纵向加劲件，比 如桁梁或纵梁，或另外其他肋状件。

因而，框架具有与蒙皮的形状相匹配的曲率并且可以由以首尾 相连的方式组装的多个框架长形件形成。框架用于对机身提供增大 的机械强度，增大的机械强度通过固定至蒙皮并且固定至框架的纵 向桁梁来加强，这些桁梁还能够通过首尾相连的长形件的组装来获 得。这种机身例如从文献FR 2 920 743 A1中已知。

本文所讨论的加劲件具有用于固定至机身蒙皮的凸缘，并且还 具有通过腹板连接至凸缘的踵状部。加劲件可以通过不同的技术形 成：比如对板材进行折叠和成形、对厚板进行机械加工或另外通过 对旋压所获得的成型件进行成形。尽管这些解决方案是令人满意的， 但日益增大的认证需求使得需要寻找使这些框架的机械强度加强同 时控制成本的解决方案。

发明内容

因而，本发明的目的在于至少部分地克服与现有技术的实施方 式相关的上述缺陷。

为此，本发明首先涉及飞行器机身加劲件，该飞行器机身加劲 件包括踵状部、凸缘以及将踵状部与凸缘连接的腹板，所述加劲件 包括沿着踵状部的长度、腹板的长度以及凸缘的长度延伸的折叠板 材。根据本发明，所述折叠板材一方面包括沿着踵状部的长度、腹 板的长度以及凸缘的长度延伸的主要部分并且另一方面包括至少一 个折叠部分，所述至少一个折叠部分形成主要部分的位于腹板的至 少一部分和/或踵状部的至少一部分和/或凸缘的至少一部分上的衬 层。

本发明值得注意的是，其通过对板材的简单折叠而提供具有多 个板材厚度的一个或多个区域。这无疑加强了加劲件的在所需位置 处的机械强度，而没有显著地影响生产成本。实际上，所使用的折 叠板材能够保持厚度近似等于先前用于折叠板材的解决方案的厚 度，在先前用于折叠板材的解决方案中，板材自身不在其全部或一 部分上进行折叠。可以由此使用与先前所使用的设备类似的设备， 这有助于实现良好的成本管理。

本发明优选地具有下述附加的特征中的至少一个特征，这些特 征能够以组合的方式采用。

形成衬层的所述折叠部分在踵状部的至少一部分上延伸。

形成衬层的折叠部分的至少一部分以直接接触或间接接触—— 例如通过布置在彼此靠置的两个部之间的插置乳香脂——的方式搁 置于主要部分上。

腹板的至少一部分和/或踵状部的至少一部分和/或凸缘的至少 一部分具有能够沿着加劲件的长度变化的厚度。

通过使主要部分与折叠部分的间距变化和/或通过使彼此交叠 的折叠部分的数量变化来提供厚度的变化。

腹板和/或踵状部和/或凸缘具有能够沿着加劲件的长度变化的 长度。

至少在腹板、踵状部以及凸缘中的元件之一处，折叠板材的所 述主要部分与折叠部分沿着交叠长度而对折：该交叠长度能够沿着 加劲件的长度变化。

主要部分与形成衬层的折叠部分在主要部分与折叠部分之间界 定至少一个腔体，所述至少一个腔体优选地至少部分地填充有加强 元件，例如，挤出成型件、由复合材料制成的部件等。这使得可以 获得加强区域，加强区域的布置的选择根据静束缚、疲劳、损伤容 限、故障的传播等方面的需要来确定。腔体提供所讨论的区域的增 大的截面模数，该区域的强度由于存在加强元件而能够增大，所述 加强元件优选地借助于常规方法比如胶、铆钉、螺栓、焊料等固定 至主要部分和/或固定至形成折叠板材的衬层的部分。

每个加强元件固定至主要部分和/或固定至折叠部分。

形成衬层的所述折叠部分借助于腹板衬层元件而沿着腹板的至 少一部分的长度延伸。

腹板衬层元件在框架的横截面中限定机械加强边缘，在所述加 强边缘与凸缘之间优选地布置有通口并且所述通口在所述凸缘处向 外开放。优选地与腹板正交地凸出的该边缘能够有利地加强框架元 件的机械强度。边缘优选地在截面方面具有可以带有倒圆角的四边 形形状，例如方形或矩形。

在机身框架的情况中，开口用于使机身的桁梁穿过。因而每个 开口具有基部，该基部优选地布置在边缘的附近而不穿过边缘。该 边缘还标志加劲件的工作截面的界限，该工作截面——也被称为标 准截面——与框架的通过踵状部形成的端部延伸的一样远。

所述机械加强边缘限定腔体，该腔体优选地至少部分地填充有 加强元件。

在横截面中，加劲件具有大致C形形状或Z形形状，其中，由 腹板形成的中央分部优选地基本上垂直于由踵状部和凸缘形成的两 个端分部。

加劲件优选地形成机身框架的全部或一部分或形成纵向桁梁的 全部或一部分。

本发明还涉及包括至少一个这种加劲件的飞行器机身。飞行器 机身优选地包括机身蒙皮和固定至蒙皮的纵向桁梁，桁梁穿过设置 在机身框架上的开口。

本发明还涉及包括这种机身的飞行器。

最后，本发明还涉及用于生产这种加劲件的方法，该方法包括 下述步骤：对板材进行折叠使得一方面获得加劲件的大致形状并且 使得另一方面获得在板材的所述主要部分上折叠的部分。

根据以下非限制性的详细说明，本发明的另外的优势和特征将 变得清楚。

附图说明

参照附图来提供本说明，在附图中：

图1示出根据本发明的优选实施方式的飞行器机身的一部分的 立体图；

图2示出在先前的附图中示出的机身框架的横截面视图；以及

图3至图9示出根据其他可设想的实施方式的与先前的附图的 视图类似的视图；

图10是用于执行用于生产图2中示出的框架的方法的一套设备 的示意图；

图11a至图11c示出另一个示例性实施方式，其中，加劲件的 踵状部的厚度沿着所述加劲件的长度改变；

图12a至图12c示出另一个示例性实施方式，其中，加劲件的 踵状部的厚度沿着所述加劲件的长度改变；

图13a至图13c示出另一个示例性实施方式，其中，加劲件的 踵状部的长度沿着所述加劲件的长度改变；

图14a至图14c示出另一个示例性实施方式，其中，在加劲件 的踵状部处，主要部分与折叠部分之间的交叠的范围沿着加劲件的 长度改变；以及

图15示出从具有不规则边缘的板材的上方观察的视图，所述不 规则边缘使得可以获得变化截面的加劲件。

具体实施方式

首先参照图1，在从飞行器内侧观察时，部分地示出根据本发明 的优选实施方式的商用飞机机身。

通常，机身1包括蒙皮2，该蒙皮2的内表面2a以固定的方式 承载机身框架4，机身框架4中的单独一个机身框架4已经在图1 中示出。该框架4沿着飞行器的横向平面——即，与对应于飞机的 纵向方向和轴向方向的方向6正交的平面——在机身的周缘的全部 或一部分上延伸。每个框架可以设置成单件或可以借助于多个框架 元件/长形件形成，其中，所述多个框架元件/长形件各自形成框架的 仅单个角扇区，这些元件接着以首尾相连的方式来组装。框架元件 通常在近似30°至120°的角扇区上延伸。为方便起见，在下文的说 明中，在图1中和以下附图中可见的框架元件将被称为“框架4”。 然而，应当注意的是，形成框架的其他框架元件具有与如下所示的 框架等同或类似的并且对本发明而言独有的设计。

另外，机身1包括作为加劲件的多个纵向桁梁，所述多个纵向 桁梁呈穿过位于框架中的开口的加强件的形式。沿着纵向方向6延 伸的所有桁梁8通过常规方法比如铆钉固定至蒙皮的内表面2a。对 于框架4的径向外端部而言同样如此，框架4的径向外端部沿着框 架的整个长度固定在蒙皮的所述同一内表面2a上。另外，尽管未示 出，但机身包括其他固定元件，比如将桁梁连接至机身框架的稳定 装置。

应当注意的是，将在下文进行说明的框架4的特定设计可以应 用于桁梁并且还应用于机身的任何其他加劲件，比如肋状件。

本发明的特定特征中的一个特定特征因而在于框架4的设计， 现在将参照与该框架的横截面——即，穿过与飞机的纵向方向6平 行的平面的截面——对应的图2来详细说明框架4的设计。

框架4由折叠板材形成，该折叠板材在本文中具有在其自身上 折叠使得框架的每个部分具有两个板材厚度的特定特征。更准确地， 在该优选的实施方式中，除了在需要去除材料——优选地通过机械 加工获得——以便桁梁通过的地方之外，框架4沿着框架4的整个 长度具有恒定截面。变化截面替代性地是可设想的，如将在下文中 进行说明的。

在这些桁梁开口之外的截面中，如图2中示出的，框架包括腹 板12，该腹板12是图2中示出的中央竖直部分，在腹板12的端部 处定位有踵状部14，并且在腹板12的另一端部处定位有凸缘16。 通常，在机身加劲件上，将踵状部与凸缘连接的腹板显然位于加劲 件的中央部处，然而，凸缘用于固定至机身的另一个部分，通常是 固定至机身的蒙皮。凸缘——也被称为基板——通过常规方法比如 铆钉或螺栓来固定。踵状部——就其本身而言——构成加劲件的自 由端，该自由端与由凸缘形成的端部相对。

在示出的实施方式中，截面具有大致“C”形形状，其中，腹板 12基本上垂直于分别形成框架的相对的两端的踵状部14和凸缘16。 虽然如此，对于特定的加劲件4而言，特别是对于位于飞行器的机 头和后部的这些加劲件4而言，可以选择不同于90°的角度。此外， 凸缘和/或踵状部的这种倾斜度可以沿着加劲件的长度变化。然而， 其他的总体截面形状是可能的，例如l形、Ω形等的形状。在不脱 离本发明的范围的情况下，也可设想中空截面。

沿着框架的截面的整个长度，框架的截面的整个长度因而具有 彼此交叠的并且由同一折叠板材形成的两个部分，所述同一折叠板 材由总的附图标记18来标示。更准确地，板材18具有主要部分20a 以及折叠部分20b，该主要部分20a在本文中构成C形的外部，该 折叠部分20b形成主要部分的内部衬层。所述两个部分20a、20b 由同一板材形成，该同一板材通过适当的方法折叠并且因而在C形 的由该部分16形成的分部的自由端处具有两个端部18a、18b，所 述两个端部18a、18b彼此靠置并且基本上在凸缘16处重合。

如果主要部分20a具有形成C形的三个直区段，形成衬层20b 的部分就其本身而言具有更复杂的形状。首先，在踵状部14处，衬 层20b包括踵状部衬层元件24，该踵状部衬层元件24与主要部分 20a相对地、相距该元件一定距离地延伸使得在踵状部衬层元件24 与主要部分20a之间形成由26标示的腔体或空间。踵状部衬层元件 24在C形的自由端与踵状部14的相对端部之间以直区段的形式延 伸。衬层20b接着具有基本上为直角的折弯部28，腹板衬层元件30 从该折弯部延伸。在折弯部2828的附近，该元件30首先包括呈直 区段形式的、布置成与主要部分20a的对应部分相距一定距离的部 分32。

因此，在板材的一方面的衬层元件24、32与另一方面的主要部 分20a的上部之间形成有腔体26，该腔体26至少部分地并且优选 地全部地填充有加强元件38。该元件38呈横卧和倒置的L形的形 式并且由通过挤压成形获得的成型件形成，或也可以借助于由复合 材料制成的元件来获得。在不脱离本发明的范围的情况下，还可设 想用于使用乳香脂型的材料来填充腔体的一种解决方案。当然，该 加强元件38沿着机身蒙皮的内表面具有与板材的不同元件的曲率 大致相同的曲率。应当注意的是，加强元件38可以替代性地是金属 的——与折叠板材18类似——该加强件38优选地借助于有利于其 折叠的铝合金形成。另外，应当注意的是，板材优选地具有0.5mm 与3mm之间的厚度，以及5mm与40mm之间的宽度。就这点而 言，应当注意的是，板材18可以具有能够在其长度的方向——还与 加劲件的长度的方向对应——上和/或其宽度的方向上变化的厚度。 同样地，板材18的厚度可以沿着其长度改变。另外，用于形成同一 机身加劲件的母板材18可以是下述板材的组件：不同材料的板材、 和/或不同厚度的板材、和/或不同宽度和/或长度的板材。在其中优 选地是平面的初始板材通过不同长度的组件获得的这种构型中，例 如通过线性摩擦、通过搅拌摩擦焊或任何其他常规技术来实施以首 尾相连的方式的固定。

腹板衬层元件30接着限定阶状部/下落部40，该阶状部/下落部 40使得可以移动成更靠近主要部分20a直到靠置于主要部分20a上 并且与主要部分20a接触为止。接着，元件30的与主要部分20a 平行并且接触的部分43优选地通过常规固定方法比如铆钉、胶或另 外螺栓或焊料固定至主要部分20a。插置的乳香脂可以应用于部分 43与主要部分20a之间。

在部分43的延续中，仍然在如图2中示出的横截面中元件30 限定机械加强边缘44。该边缘具有与带有倒圆角的四边形——优选 地方形或矩形——近似的形状。腔体46的形状通过形成U形的折 弯来提供。U形的开口通过相对的主要部分20a来封闭，并且，此 处也是一样，可以设置与上述加强元件等同或类似的加强元件45 来填充腔体46。

接着，腹板衬层元件30与新的部分43续接，该新的部分43抵 靠板材的主要部分20a并且靠置板材的主要部分20a，还优选地固 定至主要部分20a。在腹板的下端的附近，衬层元件30再次限定阶 状部40，该阶状部40移动远离主要部分20a并且限定最后部32， 该最后部32以与主要部分20a相距一定距离并且与该主要部分20a 平行的方式行进。在最后部32与主要部分20a之间形成有腔体50， 该腔体50通过与上述加强元件等同或类似的并且在图2中由52标 示的加强元件来填充。与加强元件38相比，由于在腹板衬层元件的 下端处设置有还优选地近似90°的新的折弯部28，因此此处存在的 元件52呈没有弯折的带的形式。该折弯部28允许凸缘衬层元件54 靠置于通过主要部分20a形成的C形的分部上并且与通过主要部分 20a形成的C形的分部接触。同样，固定装置在这些相对的并且彼 此接触的元件之间可以设置在主要部分20a与形成衬层20b的部分 中的一者和/或另一者中，正如可以为腔体26、46、50中的加强元 件38、45、52设置固定装置一样。

回到图1，示出框架4具有穿过框架的开口56，这些开口布置 在加强边缘44与形成框架的径向外边缘的凸缘16之间。每个开口 56还在该端部16引出并且具有位于边缘44下方、紧密地靠近边缘 44的基部。由此，框架的通过边缘44和踵状部14界定的部分构成 框架的工作部。

将板材18折叠以获得板材18的对折的厚度以及沿着框架的整 个长度界定工作截面的边缘44的解决方案构成本发明的特定特征 中的一个特定特征。

图3至图7还示出可设想的实施方式。

在图3中，折叠板材18具有与图2的实施方式中相同的形状， 而折叠板材18限定的不同的腔体26、46、50保持为空的。

在图4中，腹板衬层元件30的中央部不再如图2中的实施方式 中一样具有其间形成边缘44的两个板形部43，而相反地具有单个 直线部43，没有边缘并且通过单个直线部43靠置于主要部分20a 而将两个阶状部40连接。此处，腔体26和腔体50可以填充或可以 不填充。

在图5的实施方式中，对形成衬层20b的部分进行修改使得允 许仅在踵状部14处保留腔体26，其中，该腔体可以填充或可以不 填充。除了该腔体26之外，衬层20b在截面的其余部分上与主要部 分20a接触并且搁置于主要部分20a上。替代性地，衬层20b能够 仅在踵状部14处延伸，通过腹板12与凸缘16构成的部分接着仅由 主要部分20a的单个厚度来限定。

在图6的实施方式中，部分20a和部分20b是类似的并且布置 成彼此相距一定距离使得形成沿着截面的整个长度的连续腔体60。 该腔体60因而具有与两个部分20a和20b的C形状类似的C形状。

在图7中，所示出的实施方式包括图2的实施方式的两个加强 件38和52。然而，衬层20b仅部分地沿着主要部分20a延伸，仅 与两个加强件38、52交叠。在腹板12的中央，形成边缘的加强件 62可以直接固定至主要部分20a，而没有与衬层20b交叠。该加强 件62则替换图2和图3的实施方式中的通过折叠所获得的边缘44。

图8示出与图4的实施方式基本上等同的实施方式，在图8示 出的实施方式中，板材18a、18b的端部不再在凸缘16处接合，而 是接合在折叠部分20b内的另一个位置处，比如腹板的中央部处。

图9进而示出形成衬层20b的折叠部分的数量可以大于两个， 并且每个部分在腹板、凸缘以及踵状部的全部或一部分上延伸。在 示出的实施方式中，踵状部14具有三个板材厚度，腹板12也具有 三个板材厚度，然而凸缘16具有仅两个板材厚度。

图10示意性地示出用于执行用于生产图2中示出的框架的方法 的一套设备70，而一套设备70当然能够用于生产上述一系列实施 方式。该套设备70由板材折叠机构成，该板材折叠机一方面供应有 呈卷72的形式的原料板材18，并且另一方面供应有加强件38、45、 52。机器70使得板材可以获得所需的折弯从而获得图2中示出的截 面，其中，加强件结合在截面的相应腔体中。折弯优选地根据被称 为冷成型的已知技术来制成。

特别地，执行折叠过程使得衬层20b沿着框架的整个长度与该 板材的主要部分交叠。本文中，在将板材18引入设备70之前，板 材18从卷上展开以具有大致平面的形式，并且，更一般地，板材 18具有与其输送的方向正交的直的截面。

另外，例如在根据机身的轮廓成形框架时或在获得这种成形之 后进行折弯。折弯使得可以一方面获得框架的大致形状，本文中是 C形状，并且另一方面在主要部分上获得折叠部分或若干折叠部分。 所述两组折叠操作同时地或连续地、以被认为是最适当的顺序执行。

在任何情况下，在机器70的输出处提供切割件74使得可以根 据所需长度获得框架4。接着提供机械加工操作以获得用于桁梁的 开口。

现在参照图11a至图11c，示出其中框架4不具有沿着框架的恒 定截面形状的实施方式，框架4的一个或更多个部分的厚度是可变 的。图11a至图11c例如与被认为沿着框架连续的、优选地彼此间 隔开的三个截面对应。通过改变主要部分20a与踵状部衬层元件24 的间隔来提供厚度“e”——此处在踵状部14上的厚度——的变化。 加强元件38的厚度还优选地由此调整。

改变厚度“e”的另一种方式在于通过设置许多变化的折叠部分 20b来改变板材厚度的数量。该数量例如在图12a至图12c中从零 个连续变化至两个。对许多更大或更小的板材厚度的改变可以在没 有过渡或具有如图14a至图14c中示出的过渡的情况下进行。在这 些附图中，实际上可以看到折叠板材的主要部分20a与折叠部分20b 沿着下述交叠长度“l”而对折：该交叠长度“l”能够沿着加劲件的 长度变化。此处，该长度“l”在零与踵状部14的总体长度之间变 化。该长度“l”沿着框架的长度的变化可以是渐进的或没有过渡的。 实际上，该长度“l”的变化与主要部分20a的被折叠部分20b交叠 的总体宽度的百分比的变化对应。

最后，应当注意的是，另一个可能性在于改变框架的沿着框架 的长度的至少部分的长度“L”，比如在图13a至图13c中示出的实 施方式中的框架的踵状部14。

图11a至图14c中示出的变化截面——另外能够结合并且能够 延伸至框架的全部或一部分——使得可以根据具体需求而局部地调 整框架的机械性能。截面的这种变化本性通过合适的折弯获得，在 生产同一加劲件时折弯可以改变。不同截面——而各自具有大致恒 定的截面——的长度还能够以首尾相连的方式固定以获得具有沿着 所述加劲件的长度改变的截面的加劲件。

为此，另一个可能性——该可能性可以与先前的可能性结合— —在于在板材进入折叠设备之前提供具有可变厚度的板材，其中， 两个相对的边缘18’例如是非平行的或甚至不需要是直的，如已在 图15中示出的。因此，例如，通过提供原料板材18的变化宽度， 由于扩大部18”，能够获得更多数量的折叠部分。

当然，本领域技术人员可以对刚才仅通过非限制性示例描述的 本发明做出各种修改。