專利名稱：制造中心翼盒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造中心翼盒的方法。
背景技術(shù)：
如圖1所示，飛行器的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)子組件，一個(gè)是機(jī)身10，另一個(gè)是機(jī)翼12，兩者通過被稱為中心翼盒的盒形結(jié)構(gòu)14連接。如圖2所示，中心翼盒14 一方面包括兩個(gè)面板，即上面板16和下面板18，另一方面包括最少兩個(gè)翼梁，即前翼梁20和后翼梁22。通過一種已知的方式，這四個(gè)元件分別制成并隨后利用如圖2、3A和3B示出的中間零件24 (例如角材)以及/或者通過圖3B和3C示出的在邊緣法蘭型面板或翼梁處的輕型延長件26彼此連接。在所有情況下，有必要對(duì)每個(gè)翼梁提供至少兩個(gè)連接件，即，至少四個(gè)連接件用于中心翼盒14。對(duì)于金屬零件來說，每個(gè)連接件都需要待組裝的兩個(gè)元件的定位階段、預(yù)組裝階段(例如通過銷連接)、鉆孔/打孔階段、清除碎屑階段以及鉚接數(shù)排用于固定的階段。這些操作費(fèi)時(shí)且對(duì)翼盒的成本有顯著影響。對(duì)于由復(fù)合材料制成的面板和翼梁來說，制造方法包括與金屬元件相同的步驟，但由于薄片剝落的風(fēng)險(xiǎn)，鉆孔階段時(shí)間更長且更加困難。根據(jù)另一個(gè)與復(fù)合材料相關(guān)的問題，待組裝零件之間的間隙應(yīng)小于3/10_以獲得零件之間的接觸，使得它們沒有殘余彎曲應(yīng)力地組裝。這種應(yīng)力需要對(duì)待組裝零件的制造方法的精確控制，尤其是接觸表面的區(qū)域。然而，經(jīng)常需要提供額外的步驟在兩個(gè)待組裝零件之間置入楔形樹脂，以處于接觸公差以內(nèi)。這種操作是費(fèi)時(shí)的，因?yàn)樵跇渲练e后零件必須被暫時(shí)組裝以校準(zhǔn)樹脂的厚度，然后拆卸用以干燥樹脂。最后的組裝在樹脂干燥之后才進(jìn)行。根據(jù)另一點(diǎn)，在待組裝零件的邊緣，通過鉚接來組裝生成了需要額外厚度的大量局部應(yīng)力。對(duì)于復(fù)合材料來說，這些額外的厚度更加明顯，因?yàn)槔w維加強(qiáng)件的定向必須是最優(yōu)的。當(dāng)然，這些額外的厚度增加了有效載荷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出一種由復(fù)合材料制成的翼盒的制造方法來克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，所述方法使減少制造時(shí)間成為可能。根據(jù)另一目的，本發(fā)明涉及限制與中心翼盒的外表面相關(guān)的缺陷。為此，本發(fā)明涉及制造中心翼盒的方法，所述中心翼盒具有上面板、下面板、前翼梁和后翼梁，所述翼梁的上邊緣大致平行于Y軸，并通過所述上面板連接，所述翼梁的下邊緣大致平行于Y軸，并通過所述下面板連接，其中，所述方法包括由復(fù)合材料一體制造至少一個(gè)面板和至少一個(gè)翼梁。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過如下僅通過實(shí)例給出的描述變得清楚，附圖中圖1示出了飛行器的中心剖面的透視圖；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的中心翼盒的透視圖；圖3A至3C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于組裝的不同實(shí)施方式的簡(jiǎn)圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的一部分中心翼盒外部的透視圖；圖5示出了根據(jù)圖4的部分中心翼盒的內(nèi)部的透視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的中心翼盒的前視圖；圖7示出了根據(jù)圖6的中心翼盒中面板和翼梁的連接區(qū)域的詳細(xì)透視圖；圖8示出了本發(fā)明的中心翼盒的另一種實(shí)施方式的透視圖；圖9示出了用于根據(jù)圖8所示實(shí)施方式的中心翼盒的加強(qiáng)筋的透視圖；圖10是圖9中加強(qiáng)筋的截面圖；圖11示出了用于根據(jù)圖8所示實(shí)施方式的中心翼盒的斜角加強(qiáng)筋的截面圖；圖12示出了確保纖維加強(qiáng)件在芯模上的布置以獲得根據(jù)本發(fā)明的中心翼盒的裝置的透視圖；圖13示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的中心翼盒的芯模的截面圖；圖14示出了在芯模上定位防漏套的裝置的側(cè)面圖；圖15示出了在壓制纖維加強(qiáng)件之前中心翼盒的面板和翼梁的連接區(qū)域的截面圖；圖16示出了在壓制之后圖15的拐角的截面圖；圖17示出了在壓制纖維加強(qiáng)件之前中心翼盒的面板和翼梁的連接區(qū)域內(nèi)纖維加強(qiáng)件的布置的截面圖；圖18示出了在壓制纖維加強(qiáng)件之后中心翼盒的面板和翼梁的連接區(qū)域內(nèi)纖維加強(qiáng)件的布置的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，縱軸(也被稱為X軸)被認(rèn)為是對(duì)應(yīng)從飛行器的前翼尖延伸至機(jī)身末端的軸線。橫向平面對(duì)應(yīng)垂直于縱軸的平面，包括Y軸(當(dāng)飛行器在地面上時(shí)為水平)和Z軸(當(dāng)飛行器在地面上時(shí)為豎直)。如圖8所示，中心翼盒30包括上面板32、下面板34、前翼梁36和后翼梁38。翼梁36和38基本上是平面的并且大致布置在橫向平面內(nèi)。這些翼梁被間隔開且它們的大致平行于Y軸的上邊緣由上面板32連接，而它們的大致平行于Y軸的下邊緣由下面板34連接。面板32和34通常不是平面的而是稍微凸出的。翼盒的軸線對(duì)應(yīng)Y軸。翼梁或面板的內(nèi)表面對(duì)應(yīng)所述面板或所述翼梁朝向另一面板或翼梁的表面，外表面是與內(nèi)表面相對(duì)的表面。面板和翼梁不以相同的方式受載。因而，面板32和34承受沿Y軸的壓縮力和張力以及在XZ平面內(nèi)的撓曲力。
為了吸收這些載荷，面板32、34在其內(nèi)表面區(qū)域內(nèi)包括平行于Y軸的加強(qiáng)筋40。翼梁承受沿Y軸的壓縮力和張力以及在XZ平面內(nèi)一方向上的剪切力。有利地，在翼梁36、38的內(nèi)表面區(qū)域內(nèi)包括平行于Y軸的加強(qiáng)筋42。根據(jù)本發(fā)明，中心翼盒30包括由復(fù)合材料一體制成的至少一個(gè)面板和至少一個(gè)翼梁。根據(jù)圖4和圖5示出的實(shí)施方式，中心翼盒30包括兩個(gè)子組件，每個(gè)都具有由復(fù)合材料一體制成的面板和翼梁，所述兩個(gè)子組件通過兩個(gè)接口彼此連接。因此，第一子組件的翼梁通過一個(gè)接口連接至第二子組件的面板，而第二子組件的翼梁通過一個(gè)接口連接至第一子組件的面板。根據(jù)情況而定，接口可以為單獨(dú)元件的形式，例如角材，或者可采用并入翼梁或面板中的元件形式，例如邊緣法蘭。根據(jù)一種操作模式，所述兩個(gè)子組件由置入模具的干燥的預(yù)成型件來獲得，液態(tài)樹脂被注入模具中并整體至少部分聚合。根據(jù)第一種實(shí)施方式，兩個(gè)子組件彼此獨(dú)立地完全聚合，然后如同現(xiàn)有技術(shù)一樣用相同的接口組裝。根據(jù)另一種實(shí)施方式，兩個(gè)子組件部分聚合，然后在完全聚合前的半成品狀態(tài)下組裝。這種組件能夠在帶有補(bǔ)充的纖維加強(qiáng)件的芯模上加工，如后面將要詳細(xì)描述的。因此，根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)翼梁都包括至多一個(gè)接口?？紤]到待組裝零件數(shù)量的減少，這一方案可減少組裝時(shí)間。根據(jù)該實(shí)施方式，加強(qiáng)筋42能夠設(shè)置在翼梁的外表面上。根據(jù)圖6和8所示的優(yōu)選實(shí)施方式，中心翼盒30被一體制成。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于消除了所有的接口，因而進(jìn)一步減少了組裝時(shí)間，因?yàn)橐砹翰话ㄈ魏谓涌?。根?jù)另一方面，這種方案還具有優(yōu)點(diǎn)通過不包括用于在邊緣法蘭情況下確保兩個(gè)元件之間連接的任何重疊區(qū)域(如圖7所示)，或者不提供用于在固定裝置例如鉚釘情況下需要吸收局部應(yīng)力的任何額外厚度區(qū)域，減少了有效載荷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)，通過在芯模46上圍繞Y軸(對(duì)應(yīng)翼盒的軸線)卷繞至少一個(gè)纖維加強(qiáng)件44來獲得中心翼盒30。所述卷繞來自于芯模46和用于沉積所述纖維加強(qiáng)件44的裝置之間圍繞Y軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)情況而定，芯模能夠圍繞Y軸樞轉(zhuǎn)并且/或者沉積裝置能夠圍繞Y軸樞轉(zhuǎn)?！袄w維加強(qiáng)件”被理解為是指至少一個(gè)纖維、一個(gè)纖維組件或者一個(gè)或數(shù)個(gè)纖維迷你板(厚度小于15mm)。舉例來說，在芯模上的沉積操作過程中，數(shù)個(gè)(例如多達(dá)32個(gè))纖維加強(qiáng)件同時(shí)沉積。由于這些纖維加強(qiáng)件彼此獨(dú)立，可將它們沉積在具有雙曲率半徑的表面上?！熬砝@”被理解為是指纖維加強(qiáng)件44沿相割于Y軸的平面內(nèi)的一方向延伸過至少一個(gè)翼梁和一個(gè)面板。中心翼盒的制造可來自于纖維板的沉積和/或纖維加強(qiáng)件沿Y軸的沉積以及纖維加強(qiáng)件44圍繞Y軸的卷繞。根據(jù)情況而定，板和纖維加強(qiáng)件可被干燥或預(yù)浸潰。為了確保力被吸收，對(duì)于面板而言，纖維加強(qiáng)件多半平行于Y軸定向。對(duì)于翼梁來說，它們?cè)谀撤N程度上平行于Y軸定向并且在某種程度上按+/-45°定向，以承受剪切應(yīng)力。沿與Y軸相割的平面內(nèi)的一方向提供纖維加強(qiáng)件確保了面板和翼梁的內(nèi)聚力。在面板區(qū)域內(nèi)沿Y軸方向的某些層片在翼梁區(qū)域可由具有其它方向的層片中斷和替換。然而，具有在與Y軸相割的平面內(nèi)方向的加強(qiáng)件主要是連續(xù)的，以確保中心翼盒的阻力和內(nèi)聚力。對(duì)于纖維元件的制造和沉積，可使用機(jī)器來尤其沿Y軸沉積條帶，并且/或者使用機(jī)器47 (圖12中可見)來沉積纖維，尤其是在相割于Y軸的平面內(nèi)的方向上圍繞芯模例如以90。和+/-45°卷繞纖維。作為一種實(shí)施方式，可使用機(jī)器來尤其在Y方向上沉積重型纖維，并且可使用機(jī)器來沉積輕型纖維，尤其是在相割于Y軸的平面內(nèi)的方向上圍繞芯模例如以90°和+/-45°卷繞纖維。芯模46的形狀用于構(gòu)造中心翼盒的內(nèi)表面。根據(jù)圖9至11示出的實(shí)施方式，加強(qiáng)筋40和42由具有U形截面的板型48制成，具有兩個(gè)臂和能夠平貼面板或翼梁的內(nèi)表面放置的底部。所述板型以這樣的方式彼此連接，使得兩個(gè)相鄰板型的兩個(gè)連接的臂形成加強(qiáng)筋?？拷姘搴鸵砹旱倪B接區(qū)域的加強(qiáng)筋能夠由板型50獲得，如圖11所示，其包括通過L形底部54連接的兩個(gè)臂52。被稱為釘頭的元件可被放置在兩個(gè)板型48，50連接時(shí)出現(xiàn)的間隙處。圖10和11示出了在每一側(cè)具有半釘頭55的加強(qiáng)筋。當(dāng)中心翼盒包括平行于Y軸的加強(qiáng)筋40和42時(shí)，芯模46有利地包括數(shù)個(gè)零件、主芯模56和下面被稱為可移除芯模58的可移除零件，如圖13所示。可移除芯模通過任何適當(dāng)?shù)难b置(例如固定鍵60)固定在主芯模上。根據(jù)一種操作模式，如果加強(qiáng)筋和面板或翼梁之間(例如通過焊接或膠合)的連接是受控的，那么板型能夠由具有熱塑性基體的復(fù)合材料獲得。根據(jù)另一種操作模式，板型48、50可由預(yù)浸潰纖維材料制得并覆蓋可移除的芯模58。有利地，板型48、50部分聚合，以限制所述板型48、50的后續(xù)的尺寸變化。然后，其上設(shè)置有板型48、50的可移除的芯模58連接到主芯模56。最后，形成面板和加強(qiáng)筋的纖維加強(qiáng)件覆蓋并直接卷繞在加強(qiáng)筋48、50上。在纖維元件沉積之后，組件由排水系統(tǒng)和也被稱為囊狀物62的防漏套覆蓋。有利地，主芯模56是防漏的且長度大于中心翼盒的長度，主芯模在中心翼盒的每一側(cè)上延伸，以在每側(cè)上提供與囊狀物62接觸的表面。這種布置使其可能減少泄露以及因此在聚合后帶有缺陷材料的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)第一種實(shí)施方式，板型、翼梁和面板由預(yù)浸潰的纖維元件制成。根據(jù)另一種實(shí)施方式，它們由干燥的纖維元件制成。在這種情況下，樹脂被注入或引入由防漏的主芯模56和囊狀物62限定的空間內(nèi)。囊狀物62能夠借助于沉積頭64連接，如圖14所示，這樣能夠?qū)⒛覡钗?2卷繞到包括主芯模、可移除芯模、加強(qiáng)筋、面板和翼梁的組件上。
最后，該組件經(jīng)受一個(gè)聚合周期用以確保中心翼盒的固化。這種操作模式能夠獲得中心翼盒的內(nèi)表面上的非常良好的幾何結(jié)構(gòu)，該幾何結(jié)構(gòu)便于操作連接在所述內(nèi)表面區(qū)域內(nèi)的各元件例如連接桿等的組裝。根據(jù)一種實(shí)施方式，芯模56和58是金屬的或者由類似的材料制成，從而在聚合后芯模56和58的熱收縮有助于脫模。在外表面區(qū)域內(nèi)提供有可能的額外厚度，使得芯模是平滑的且有助于脫模。有利地，在形成中心翼盒的元件和囊狀物62之間設(shè)置有平滑板，以確保高效的壓制。根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，至少一個(gè)平滑板包括至少兩個(gè)由活接接頭連接的零件，以允許所述兩個(gè)零件之間沿平行于Y軸的旋轉(zhuǎn)軸線的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種配置可在連接面板和翼梁的曲率半徑區(qū)域內(nèi)施加恒定壓力。這種活接接頭可以是鉸鏈或者可由活接接頭區(qū)域內(nèi)的平滑板材料的柔性來形成。在連接面板和翼梁的至少一個(gè)曲率半徑區(qū)域內(nèi)，芯模46包括在至少一個(gè)曲率半徑區(qū)域內(nèi)擴(kuò)張的裝置66，從而在構(gòu)成中心翼盒的纖維加強(qiáng)件的壓制過程中增加所述芯模的周長。圖15示出了在壓制纖維加強(qiáng)件之前面板和翼梁的連接區(qū)域內(nèi)的纖維加強(qiáng)件的一部分預(yù)成型件。圖16示出了壓制后的同一部分，芯模46在曲率半徑區(qū)域內(nèi)被擴(kuò)張。這種布置可限制壓制期間可能影響曲率半徑區(qū)域內(nèi)翼盒機(jī)械特性的波動(dòng)的出現(xiàn)。根據(jù)一種實(shí)施方式，芯模的擴(kuò)張裝置66可呈現(xiàn)為置于芯模和纖維加強(qiáng)件之間的可充氣的囊狀物形式。然而，可設(shè)想其他方案來獲得曲率半徑區(qū)域內(nèi)芯模的擴(kuò)張。根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，相對(duì)于Y軸以90°設(shè)置的纖維加強(qiáng)件44在面板和翼梁的連接區(qū)域附近被切斷。在纖維加強(qiáng)件不能擴(kuò)張的范圍內(nèi)，這種布置可避免對(duì)芯模的膨脹或擴(kuò)張的阻礙。有利地，在所述纖維加強(qiáng)件的定位期間，設(shè)置在切口 70的每一側(cè)上的纖維加強(qiáng)件部分68、6V是疊加的，如圖17所示。疊加長度被調(diào)整為使得在壓制、芯模的擴(kuò)張以及曲率半徑的變形之后，所述部分68、68'再次以容許的間隔端對(duì)端地定位，如圖18所示。在曲率半徑區(qū)域內(nèi)，一個(gè)層片上的疊加與另一個(gè)層片上的疊加是偏移的，從而分配切口 70以避免中心翼盒結(jié)構(gòu)中的局部衰減，如圖17和18所示。
權(quán)利要求
1.一種中心翼盒的制造方法，所述中心翼盒包括上面板(32)、下面板(34)、前翼梁 (36)和后翼梁(38)，大致平行于Y軸的所述翼梁(36，38)的上邊緣通過所述上面板(32) 連接，大致平行于Y軸的所述翼梁(36，38)的下邊緣通過所述下面板(34)連接，其特征在于，所述方法包括由復(fù)合材料一體制造至少一個(gè)面板和至少一個(gè)翼梁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，兩個(gè)面板和兩個(gè)翼梁一體地制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，通過圍繞Y軸在芯模 (46)上卷繞至少一個(gè)纖維加強(qiáng)件(44)來制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，所述中心翼盒在內(nèi)表面區(qū)域內(nèi)具有平行于Y軸的加強(qiáng)筋，所述方法包括在被稱為可移除芯模的芯模(58)上沉積纖維加強(qiáng)件，以獲得用于每個(gè)可移除芯模的U形板型，通過將兩個(gè)相鄰U形板型的兩個(gè)臂形成加強(qiáng)筋的方式連接所述U形板型，來將所述可移除芯模(58)結(jié)合至主芯模(56)上，然后圍繞Y軸卷繞至少一個(gè)纖維加強(qiáng)件(44)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，所述芯模(46)或主芯模(56)是防漏的，并且在中心翼盒的每一側(cè)延伸以在每一側(cè)上提供與防漏空間(62)接觸的表面，所述防漏空間(62)可與所述芯模或主芯模形成密封空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，所述方法包括在形成中心翼盒的纖維元件和囊狀物￠2)之間放置至少一個(gè)平滑板，所述平滑板包括至少兩個(gè)通過活接接頭連接的零件，以允許所述兩個(gè)零件之間沿平行于Y軸的旋轉(zhuǎn)軸線的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，所述芯模(46)包括在至少一個(gè)曲率半徑區(qū)域內(nèi)擴(kuò)張的裝置(66)，從而在構(gòu)成中心翼盒的所述纖維加強(qiáng)件的壓制過程中增加所述芯模的周長。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，相對(duì)于Y軸以 90°設(shè)置的所述纖維加強(qiáng)件(44)在面板和翼梁的連接區(qū)域附近被切斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，在所述纖維加強(qiáng)件的定位期間，設(shè)置在切口(70)的每一側(cè)上的纖維加強(qiáng)件部分出8、68')是疊加的，疊加長度被調(diào)整為使得在壓制之后，所述部分出8、68')再次端對(duì)端地定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的中心翼盒的制造方法，其特征在于，在曲率半徑區(qū)域內(nèi)，一個(gè)層片上的疊加與另一個(gè)層片上的疊加是偏移的，從而分配所述切口(70)。
全文摘要
本發(fā)明涉及中心翼盒的制造方法，所述中心翼盒包括上面板(32)、下面板(34)、前翼梁(36)和后翼梁(38)，大致平行于Y軸的所述翼梁(36，38)的上邊緣通過所述上面板(32)連接，大致平行于Y軸的所述翼梁(36，38)的下邊緣通過所述下面板(34)連接，其中所述方法包括由復(fù)合材料一體制造至少一個(gè)面板和至少一個(gè)翼梁。
文檔編號(hào)B64F5/00GK103003146SQ201180034517
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者菲利普·布洛, 熱羅姆·科爾芒格羅, 德尼·蘇拉, 朱利安·吉耶莫, 托馬·勒埃泰, 多米尼克·吉塔爾 申請(qǐng)人:空中客車運(yùn)營簡(jiǎn)化股份公司