專利名稱：飛機(jī)窗框的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛機(jī)機(jī)窗。具體地，本發(fā)明涉及一種安裝在飛機(jī)外殼上的窗框和一種制造該窗框的方法。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)現(xiàn)今所制造及運(yùn)行的飛機(jī)中，使用的是鋁制窗框，其包括通過(guò)鍛造、整形和深拉所制成的部件。該窗框被安排成總共三個(gè)區(qū)域外凸緣、內(nèi)凸緣和垂直設(shè)置在上述兩凸緣之間的垂直凸緣。窗框通常通過(guò)外凸緣用兩行鉚釘連接在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上或者飛機(jī)外殼上。窗元件擱置在內(nèi)凸緣上，通常包括兩片窗玻璃和設(shè)置在玻璃之間的密封件，通過(guò)一連接窗框的保持件或限位件而固定在其位置上。
除了固定窗元件外，這種窗框也具有吸收加大應(yīng)變的功能，應(yīng)變通常發(fā)生于安裝在載荷傳遞外殼上的窗戶上相對(duì)較大切口的邊緣處。從而一方面窗框的外凸緣用于加強(qiáng)該切口，而另一方面，通過(guò)外凸緣，窗框和外殼通過(guò)鉚釘相互連接到一起。由于制造這種已知的鋁窗框通常通過(guò)鍛造，因此無(wú)法得到有利于鉚釘力分布的窗框輪廓截面分布，因?yàn)闉榱四軌蜻M(jìn)行簡(jiǎn)單鉚接，凸緣的傾斜度最大可能會(huì)達(dá)到約兩度的角度。
內(nèi)凸緣用于容納窗元件，借此在這里簡(jiǎn)化了窗安裝的傾斜度。同時(shí)，由存在于客艙的內(nèi)部壓力所產(chǎn)生的載荷通過(guò)該內(nèi)凸緣傳遞到飛機(jī)外殼上。
垂直凸緣通常專門用作窗框上的加強(qiáng)肋，以在最小的可能重量下最小化外殼上的張力。在該垂直凸緣上，還附連有有眼螺栓，窗元件的限位件或者保持件通過(guò)該螺栓保持在其位置上。同時(shí)，在安裝窗元件時(shí)，垂直凸緣還構(gòu)成引導(dǎo)件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種窗，與現(xiàn)今針對(duì)這種應(yīng)用而使用的窗框相比其可以顯著減輕重量。同時(shí)，制造這種窗框的成本也期望盡可能降低。另外，也需要提供制造這種窗框的簡(jiǎn)便且最節(jié)約成本的方法。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)典型實(shí)施例，提供了一種安裝在飛機(jī)外殼上的窗框，包括外凸緣、內(nèi)凸緣和垂直設(shè)置在上述兩凸緣之間的垂直凸緣。通過(guò)外凸緣連接在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上。在內(nèi)凸緣上附連有所要保持的窗元件，其通過(guò)垂直凸緣保持。另外，本發(fā)明涉及制造這種窗框的方法。
根據(jù)一方面內(nèi)容，窗框可以包括一種纖維增強(qiáng)熱塑性材料。
根據(jù)另一方面內(nèi)容，提供了一種方法，其中將由網(wǎng)制成的半成品部件插入到模具中，在壓力和溫度下注入樹脂，然后以這種方式制成的部件在模具中硬化。
因?yàn)楸景l(fā)明嘗試?yán)糜删哂蟹胖贸蛇m于承載的網(wǎng)的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)制成的窗框，也就是說(shuō)，其中纖維沿著載荷方向，從而與現(xiàn)今使用的鋁窗框相比，可以減輕大約50％的重量?；诟鶕?jù)本發(fā)明的其優(yōu)化了的層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的窗框與由準(zhǔn)各向同性層材料的半成品部件制成的纖維窗框相比還能再減輕大約20％的重量。除了能大大減輕重量的效果之外，這種部件的成本與鋁鍛構(gòu)件制成的窗框相比并未升高。
同時(shí)，可以使得根據(jù)本發(fā)明的纖維窗框的制造公差為平均每5mm壁厚大約僅為0.2mm，相當(dāng)于約4％的制造公差。相反地，對(duì)于鋁鍛窗框，根據(jù)加工方法的不同，對(duì)于同樣壁厚會(huì)達(dá)到大約1.5mm的公差，相當(dāng)于大約30％的制造公差。因此，通過(guò)本發(fā)明，不僅僅可以在各窗框之間實(shí)質(zhì)上減輕重量波動(dòng)，而且同時(shí)大大簡(jiǎn)化了窗框在飛機(jī)上的安裝以及窗元件在窗框上的安裝。最后，本發(fā)明窗框的其它優(yōu)點(diǎn)包括增強(qiáng)了安全性以及大大改善了絕熱性。


下面，將參考附圖中所示實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。附圖中圖1示出了窗框的透視圖；圖2示出了根據(jù)圖1窗框的安裝位置的詳細(xì)剖面圖；圖3示出了處于打開狀態(tài)的制造圖1窗框的模具的一部分；圖4示出了處于閉合狀態(tài)的圖3模具；圖5和6示出了圖1窗框的主要方向視圖，其中圖6是圖5中VI區(qū)域的詳細(xì)視圖；圖7示出了圖1窗框的承載結(jié)構(gòu)方向的原理圖；圖8示出了預(yù)制件結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及圖9至12示出了圖1窗框不同區(qū)域的纖維方向(fiber progression)。
具體實(shí)施例方式
圖1所示窗框1由纖維結(jié)構(gòu)制成，與已知的鋁鍛窗框類似，也具有外凸緣2、內(nèi)凸緣3以及設(shè)置在兩內(nèi)外凸緣之間的垂直凸緣4。然而與傳統(tǒng)的鋁窗框相反，在這種情況下外凸緣2具有均勻一致的周緣。另外，與相應(yīng)的鋁鍛構(gòu)件相反，此外凸緣2在不同徑向區(qū)域具有變化的厚度。這使得在鉚接區(qū)域和外殼切口區(qū)域具有大大改善的材料利用效率。圖2用剖面圖進(jìn)行了更清楚地表示，其中示出了該窗框1在飛機(jī)外殼5上的安裝位置。在該圖中也很重要的是窗框連接外殼5的鉚釘位置6，以及兩個(gè)窗玻璃7和8，其和密封件9一起構(gòu)成了窗元件。
窗框1通過(guò)所謂的“樹脂轉(zhuǎn)移模塑法”或者RTM技術(shù)進(jìn)行制造。在此方面，首先由纖維制造模塑部件10，即所謂的預(yù)制件。其接下來(lái)放置在一個(gè)由兩部分構(gòu)成的模具11中，如圖3和4所示。在下模具12和上模具13中，設(shè)置有在此實(shí)施例中形成為兩部分的上型芯14和下型芯15。預(yù)制件10插在兩型芯14和15之間，模具11閉合，在壓力和溫度下，將樹脂注入該模具中。然后完整的部件1在模具11中硬化。預(yù)制件10可以被制成一個(gè)完整部件，或者通過(guò)所謂的子預(yù)制技術(shù)，由各子結(jié)構(gòu)部件或者子預(yù)制件組合而形成完整的窗框1。
在每種情況下，預(yù)制件10都包括具有加強(qiáng)網(wǎng)的各層，加強(qiáng)網(wǎng)可以布置在不同的層中。在各網(wǎng)層中各纖維的方向?qū)τ诒疚乃龃翱?重量減輕來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵因素。非窗框周向方向的纖維方向無(wú)法達(dá)到本文所述裝置所能實(shí)現(xiàn)的減輕重量的效果。圖5和6示出了主方向0°、45°、90°的主要層方向。因此0°方向表示窗框1的周向方向，90°方向沿著徑向方向，而45°方向穿過(guò)從垂直凸緣4到外凸緣2的過(guò)渡區(qū)域。
圖7至12詳細(xì)示出了纖維方向。首先圖7示出了窗框1的適于承載層結(jié)構(gòu)的方向原理視圖，圖8示出了纖維束層結(jié)構(gòu)的剖面圖。在該圖中，附圖標(biāo)記20表示內(nèi)凸緣的0°繞芯，附圖標(biāo)記21表示在外部區(qū)域的±60°層以及從外凸緣2延伸到內(nèi)凸緣3的±60°層，附圖標(biāo)記22表示在垂直凸緣4區(qū)域的帶有0°和90°層的纖維束。這些層方向在外凸緣2、內(nèi)凸緣3和垂直凸緣4的交界面上測(cè)量。接下來(lái)將參考附圖9至12介紹在這些區(qū)域以外的層結(jié)構(gòu)，在圖9至12中，圖左部示出的窗框1被放大了其一部分。從這些附圖中可以看出，提供下述因素用于彎曲放置的網(wǎng)狀半成品垂直凸緣4-所有纖維保持測(cè)量方向；內(nèi)凸緣3和外凸緣2-0°纖維保持為測(cè)量方向(圖9)；-±45°纖維保持測(cè)量方向，但被彎曲(圖10)；-±60°纖維保持測(cè)量方向，但被彎曲(圖11)；
最后，圖12示出了徑向方向的90°纖維?？傊峁┝艘环N準(zhǔn)各向同性的徑向直結(jié)構(gòu)，其中纖維總是沿載荷方向而且是直的。
用這種方式制造的窗框1與普通的鋁窗框相比在相同的制造成本下大約能減輕50％的重量。其公差基本低于相應(yīng)鋁部件的公差。同時(shí)，該窗框與普通的鋁窗框相比能提供更高的安全性和更好的絕熱性。
應(yīng)注意措辭“包含”不排除其它元件或步驟，“一”不排除多。同樣不同實(shí)施例中介紹的元件可以進(jìn)行組合。
還應(yīng)注意權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋成對(duì)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.安裝在帶有飛機(jī)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)外殼上的窗框，該窗框包括外凸緣；內(nèi)凸緣；垂直凸緣；窗元件；其中，垂直凸緣設(shè)置成基本垂直于外凸緣和內(nèi)凸緣且位于外凸緣和內(nèi)凸緣之間；外凸緣適于形成與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的連接；窗元件抵靠著內(nèi)凸緣并由垂直凸緣支撐；該窗框由纖維網(wǎng)半成品部件加強(qiáng)的樹脂構(gòu)成；纖維網(wǎng)半成品部件包括纖維束；并且纖維束的方向沿著機(jī)械載荷的方向。
2.制造如權(quán)利要求1所述的窗框的方法，包括以下步驟將由不同方向放置的網(wǎng)(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中，其中纖維網(wǎng)半成品部件包括纖維束，并且纖維束的方向沿著機(jī)械載荷的方向；注入樹脂，同時(shí)對(duì)模具中的半成品部件施加壓力和溫度；以及然后在向模具注塑之后硬化半成品部件以形成窗框(1)。
權(quán)利要求
1.安裝在帶有飛機(jī)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)外殼上的窗框，該窗框包括外凸緣；內(nèi)凸緣；垂直凸緣；窗元件；其中，垂直凸緣設(shè)置成基本垂直于外凸緣和內(nèi)凸緣且位于外凸緣和內(nèi)凸緣之間；外凸緣適于形成與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的連接；窗元件抵靠著內(nèi)凸緣并由垂直凸緣支撐；該窗框由纖維網(wǎng)半成品部件加強(qiáng)的樹脂構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的窗框，其中纖維網(wǎng)半成品部件包含纖維束；并且纖維束的方向沿著機(jī)械載荷的方向。
3.制造如權(quán)利要求1或2所述的窗框的方法，包括以下步驟將由不同方向放置的網(wǎng)(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中；注入樹脂，同時(shí)對(duì)模具中的半成品部件施加壓力和溫度；以及然后在向模具注塑之后硬化半成品部件以形成窗框(1)。
全文摘要
一種安裝在飛機(jī)外殼(5)上的窗框(1)，包括至少一個(gè)外凸緣(2)、內(nèi)凸緣(3)和垂直設(shè)置在這些凸緣之間的垂直凸緣(4)，由此通過(guò)外凸緣(2)與飛機(jī)結(jié)構(gòu)(5)相連，并且在內(nèi)凸緣(3)上附連有所要保持的窗元件，窗元件通過(guò)垂直凸緣(4)保持。窗框(1)包含由纖維網(wǎng)半成品部件加強(qiáng)的樹脂，由此在外凸緣、內(nèi)凸緣和垂直凸緣的三個(gè)區(qū)域的網(wǎng)層方向都分別沿著機(jī)械載荷的方向。為了制造，將由增強(qiáng)網(wǎng)(20、21、22)制成的半成品部件(10)插入到模具(11)中，在壓力和溫度下注入樹脂，然后以這種方式制成的組件在模具中硬化。
文檔編號(hào)B64C1/14GK1956883SQ200580016783
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者延斯·博爾德 申請(qǐng)人:空中客車德國(guó)有限公司