加强机身部件以及用于制造加强机身部件的方法和装置制造方法及图纸

本公开涉及由纤维增强复合材料制成的加强机身部件以及用于制造加强机身部件的方法和装置，所述加强机身部件(10)特别用于在飞机中使用，所述加强机身部件(10)包括蒙皮元件(12)和多个长形加强元件(18)，该多个长形加强元件(18)形成包括多个节点(20)的加强元件构型并被附接到所述蒙皮元件(12)的内表面(16)，其中所述节点(20)中的至少一些由至少两个加强元件(18)成锐角或钝角相交限定，并且其中所述长形加强元件(18)中的至少一些被成形以限定由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的内腔(22)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加强机身部件，特别是加强飞机机身部件。此外，本专利技术涉及用于制造加强机身部件的方法和装置。
技术介绍
在飞机构造中，正在越来越多地尝试将整体或局部由纤维增强复合材料(例如，碳纤维增强塑料(CFRP))制成的部件用作承载部件。例如，DE102007062111A1描述一种由碳纤维增强塑料制成的横向构件结构，其用于支撑将客舱与布置在客舱下方的货舱分离的飞机地板系统的各面板。例如，从DE102004001078A1或CN100418850还已知，为飞机机身各段提供由纤维增强复合材料制成的蒙皮和增强元件(例如，框架、桁条等)。在由纤维增强复合材料制造飞机结构部件时，在第一步骤中，可由增强纤维或纤维预浸坯构造多层层压制件。纤维预浸坯可包括由增强纤维制成的织造物或非织造物，增强纤维被提供有由可固化合成材料(例如，环氧树脂材料)构成的表面层。层压制件构造可手动或以自动方式进行。然后，在可固化材料可被注入到层压制件构造中之前，增强纤维或纤维预浸坯可变成旨在形成飞机蒙皮的平面部分的期望形状或变成旨在形成框架或桁条的增强部分的期望形状。最终，注入的可固化材料和/或施加到纤维表面的可固化材料在例如热压罐周期中在压力和/或升高的温度下固化，从而产生具有由固化合成材料形成的基体以及嵌入该基体中的增强纤维的复合材料。EP2674290A1和US2013/337207A1涉及一种用于用纤维增强塑料材料制造飞机的机身筒和外壳部件的方法。机身筒或外壳部件包括互相交叉于节点的多个整体式加强肋以及附接到加强肋的蒙皮。用于制造机身筒或外壳部件的模制工具具有用于制造整体式加强肋的多个通道型凹部。至少一个凹部被设计为具有在两侧附接到底面的两个侧壁的槽的形式。用于形成蒙皮的整体连接脚的槽边缘区至少在一些部分被附接到至少一个侧壁。EP2662202A2和US2013/302544A1公开一种用于制造纤维复合部件的增强部分的方法，其中具有弹性套筒的支撑芯被临时布置在旨在形成增强部分的纤维性材料的内表面上。可固化材料可存在与纤维性材料中或可注入到纤维性材料中。当在减小的压力下对可固化材料进行固化时，使得支撑芯的套筒抵靠纤维性材料的内表面以在其上施加压力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种特别适合于在飞机中使用的重量优化的加强机身部件。此外，本专利技术的目的在于提供用于有效地制造这种加强机身部件的方法和装置。上述目的通过下面限定的加强机身部件、下面限定的方法以及下面限定的装置来实现。一种特别适合于在飞机中使用的加强机身部件由纤维增强复合材料制成。不同的纤维增强复合材料可被用于制造所述加强机身部件。例如碳纤维以及其它增强纤维可被用作增强纤维。所述增强纤维可被嵌入可固化热固性材料的基体中，所述可固化热固性材料例如为树脂材料，特别地为环氧树脂。替代地，例如聚醚醚酮(PEEK)的热塑性材料可用于形成所述纤维增强复合材料的基体。所述加强机身部件可设计为限定飞机机身的一部分。所述部件可仅沿所述飞机机身的圆周的一部分延伸或可沿所述飞机机身的整个圆周延伸。所述加强机身部件包括蒙皮元件。所述蒙皮元件可被设计为平面元件(planarelement)的形式，但是优选地被提供有适应于所述机身部件旨在形成的机身部分(特别是飞机机身部分)的曲率的弯曲形状。优选地，所述蒙皮元件被设计为整体式元件的形式。如果需要，诸如增强层等的另外的功能层可被整合到所述蒙皮元件中。所述蒙皮元件可包括外表面，如果所述机身部件被设计为飞机机身部件的形式，所述外表面可适于形成飞机的外蒙皮的一部分。此外，所述蒙皮元件可包括内表面，如果所述机身部件被设计为飞机机身部件的形式，所述内表面可适于面向所述飞机机身的内部。所述加强机身部件进一步包括多个长形加强元件，该多个长形加强元件形成包括多个节点的加强元件构型(stiffeningelementpattern)并被附接到所述蒙皮元件的内表面。所述蒙皮元件和所述加强元件优选由相同的纤维增强复合材料制成。然而，还可想到对于所述蒙皮元件和所述加强元件使用不同的纤维增强复合材料。所述节点中的至少一些由至少两个加强元件成锐角或钝角相交限定。因此，所述机身部件例如不同于现有技术的飞机机身部件，在现有技术中，在长形加强元件相对于彼此在节点处的布置中，肋(围绕机身的圆周延伸)和桁条(平行于机身的纵向轴线延伸)总是彼此成直角相交。通过偏离于现有技术中的加强元件的布置，机身部件的重量和承载能力可按照需要适应于特定要求。此外，在机身部件中，不再需要肋和桁条的不同设计并且不再需要将肋整合到预先制造的蒙皮/桁条结构中。加强元件相对彼此的布置在不同的节点处可相同或可随节点不同而变化，即，例如，在一些节点处，加强元件可以以特定的第一锐角相交，而在另外的节点处，加强元件可以以特定的第二锐角或以钝角相交。此外，一些节点或全部节点可由仅两个加强元件相交限定，或者一些节点或全部节点可由两个以上加强元件相交限定，例如由三个或更多个加强元件相交限定。所述机身部件的长形加强元件中的至少一些被成形以限定由所述加强元件的内表面定界并由所述蒙皮元件覆盖的内腔。与配备有整体式加强元件的机身部件相比，所述加强机身部件的特征于是在于低重量。例如，所述加强元件可被设计为Ω加强件(omegastiffener)的形式，由于其尺寸和形状，其允许用于制造所述加强元件的复合材料内的增强纤维的有利分布。在所述加强元件构型的节点处，Ω加强件可限定所谓的“星状Ω帽”，即具有由所述加强元件的内腔在所述加强元件构型的节点处相交所限定的连续内部中空空间的星形构型。然而，还可想到，为所述机身部件提供具有除了Ω形横截面形状之外的其它横截面形状，例如，更圆的横截面形状等。由所述机身部件的长形加强元件限定的所述加强元件构型优选为不规则构型，其中各个加强元件之间的距离和/或节点之间的距离变化。此外，在所述加强元件构型内，节点在数量方面的设计以及在所述节点处彼此相交的加强元件的角布置可变化。在所述机身部件的特别优选的实施例中，所述加强元件构型中的所述加强元件的分布根据对于所述加强机身部件的不同区域规定的承载要求调节。例如，与所述机身部件的面对较低承载要求的区域相比，所述机身部件的面对较高承载要求的区域可被提供有更多的加强元件。所述多个长形加强元件中的至少一些例如在长度、横截面形状和横截面面积中的至少一个上可彼此不同。替代地或另外地，所述多个长形加强元件中的至少一些沿其纵向轴线可被提供有变化的横截面形状和变化的横截面面积中的至少一个。而且，还可想到，所述多个长形加强元件中的至少一些沿其纵向轴线可以恒定或变化的曲率被弯曲。所述加强元件可被弯曲以平行于弯曲的蒙皮元件延伸。然而，替代地或另外地，所述加强元件还可相对于由(弯曲的)蒙皮元件限定的平面弯曲。提供有变化的加强元件的机身部件可在重量和承载能力两方面被优化，因为与所述机身部件的面对较低承载要求的区域相比，所述机身部件的面对较高承载要求的区域可容易地被提供有更强且形状合适的但更重的加强元件。在所述加强机身部件的一个实施例中，所述多个长形加强元件中的至少一些包括布置在由所述加强元件的内表面定界并由所述蒙皮元件覆盖的所述内腔中的泡沫芯。...

【技术保护点】
一种由纤维增强复合材料制成的加强机身部件(10)，所述加强机身部件(10)特别用于在飞机中使用，包括：蒙皮元件(12)；多个长形加强元件(18)，该多个长形加强元件(18)形成包括多个节点(20)的加强元件构型并被附接到所述蒙皮元件(12)的内表面(16)，其中所述节点(20)中的至少一些由至少两个加强元件(18)成锐角或钝角相交限定，并且其中所述长形加强元件(18)中的至少一些被成形以限定由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的内腔(22)。

【技术特征摘要】
2015.06.24 EP 15173538.81.一种由纤维增强复合材料制成的加强机身部件(10)，所述加强机身部件(10)特别用于在飞机中使用，包括：蒙皮元件(12)；多个长形加强元件(18)，该多个长形加强元件(18)形成包括多个节点(20)的加强元件构型并被附接到所述蒙皮元件(12)的内表面(16)，其中所述节点(20)中的至少一些由至少两个加强元件(18)成锐角或钝角相交限定，并且其中所述长形加强元件(18)中的至少一些被成形以限定由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的内腔(22)。2.根据权利要求1所述的加强机身部件，其中所述加强元件构型为不规则构型，所述加强元件构型中的所述加强元件(18)的分布根据对于所述加强机身部件(10)的不同区域规定的承载要求调节。3.根据权利要求1所述的加强机身部件，其中所述多个长形加强元件(18)中的至少一些在长度、横截面形状和横截面面积中的至少一个上彼此不同，和/或其中所述多个长形加强元件(18)中的至少一些沿其纵向轴线被提供有变化的横截面形状和变化的横截面面积中的至少一个和/或以恒定或变化的曲率弯曲。4.根据权利要求1所述的加强机身部件，其中所述多个长形加强元件(18)中的至少一些包括布置在由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的所述内腔(22)中的泡沫芯(26)。5.根据权利要求1所述的加强机身部件，其中所述多个长形加强元件(18)中的至少一些通过大致平行于所述蒙皮元件(12)延伸并附接到所述蒙皮元件(12)的内蒙皮元件(12)彼此连接，和/或其中电线和流体管线中的至少一种被布置在由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的所述内腔(22)中，和/或其中至少一个开口(32)被提供在所述加强元件(18)中的至少一个中，所述至少一个开口(32)提供通往所述加强元件(18)的内腔(22)的通路。6.一种制造由纤维增强复合材料制成的加强机身部件(10)的方法，所述加强机身部件(10)特别用于在飞机中使用，所述方法包括：提供蒙皮元件(12)；将形成包括多个节点(20)的加强元件构型的多个长形加强元件(18)附接到所述蒙皮元件(12)的内表面(16)，其中所述节点(20)中的至少一些由至少两个加强元件(18)成锐角或钝角相交限定，并且其中所述长形加强元件(18)中的至少一些
\t被成形以限定由所述加强元件(18)的内表面(24)定界并由所述蒙皮元件(12)覆盖的内腔(22)。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个长形加强元件(18)中的特别通过大致平行于所述蒙皮元件(12)延伸的内蒙皮元件(12)彼此连接的至少一些在用于固化包含在所述蒙皮元件(12)和所述多个长形加强元件(18)中的至少一个中的热固性塑料材料的固化步骤中被附接到所述蒙皮元件(12)，和/或其中所述多个长形加强元件(18)中的至少一些和所述蒙皮元件(12)被单独制造并通过粘结和/或借助机械紧固件彼此附接...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·约恩，
申请(专利权)人：空中客车作业有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE