用于集成翼盒的结构部件的系统和方法技术方案

提供了一种用于集成翼盒的结构部件的系统和方法。一个实例是一种系统，该系统包括外侧板材桁条，该外侧板材桁条位于翼盒的外侧区段内并与外侧区段处的复合材料蒙皮共同固化。外侧区段的每个外侧板材桁条包括碳纤维增强聚合物(CFRP)的平面层，该平面层与外侧区段处的复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着外侧区段处的复合材料蒙皮延伸不同的距离。该系统还包括中央板材桁条，该中央板材桁条位于中间区段内并与中央区段处的复合材料蒙皮共同固化。中央区段的每个中央板材桁条包括CFRP的平面层，该平面层与中央区段处的复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着中央区段处的蒙皮延伸不同的距离。

A system and method for integrated structure parts of the box

【技术实现步骤摘要】
用于集成翼盒的结构部件的系统和方法
本公开涉及飞机的领域，并且具体地，涉及飞机机翼的结构部件。
技术介绍
飞机机翼的结构部件在飞行、起飞以及着陆期间承受各种力。这些结构部件还设计成满足大量要求(例如，鸟撞、雷击、空气载荷、地面载荷、燃料压力等)，并且在遵守成本的同时满足这些要求并且制造限制仍是复杂的工序。存在用于构建飞机机翼的各种各样的技术和设计。具体地，利用复合部件的用于机翼的设计已变得流行起来，因为这些设计减轻重量并且增加强度。然而，复合材料飞机机翼模仿起来仍是复杂的并且测试昂贵。为了满足所有上述要求，工程师更喜欢设计基本上遵循用于金属机翼部件的现有设计的复合材料部件。然而，这样做没有充分利用复合材料。例如，金属设计使用大量被紧固的部件。在复合材料设计中，部件可集成到单个更便宜更轻的设计(诸如，组合/整体设计)中。针对这些和其它考虑提出了本文中所呈现的公开内容。
技术实现思路
本文中描述的实例提供了将飞机翼盒(wingbox)的许多复合材料部件集成为统一的复合材料部件(例如，翼盒的上面板，包括外侧区段和中央区段)的设计。具体地，在结构上支撑翼盒的外侧区段的板状桁条(“板材桁条”)布置为使得它们的层沿着蒙皮朝向翼盒的中央区段延伸变化的距离。这确保了外侧区段中的板材桁条以确保足够的强度的方式集成到蒙皮中。同时，在结构上支撑中央区段的板材桁条布置为使得它们的层朝向翼盒的外侧区段延伸变化的距离。用于外侧区段的蒙皮层与用于中央区段的蒙皮层交替地重叠，以靠近飞机的机身交会侧形成蒙皮的“垫高部(padup)”部分。这增强了交会靠近的蒙皮的强度。一个实例是一种系统，该系统包括外侧板材桁条，该外侧板材桁条侧向地定向在翼盒的外侧区段内并与外侧区段处的复合材料蒙皮共同固化。每个外侧板材桁条包括碳纤维增强聚合物(CFRP)的平面层，该平面层与复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着外侧区段处的复合材料蒙皮朝向翼盒的中央区段延伸不同的距离。该系统还包括中央板材桁条，该中央板材桁条侧向地定向在中央区段内并与中央区段处的复合材料蒙皮共同固化。中央区段的每个中央板材桁条包括CFRP的平面层，该平面层与蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着中央区段处的复合材料蒙皮朝向外侧区段延伸不同的距离。另一实例是一种方法。该方法包括层叠外侧板材桁条，该外侧板材桁条侧向地定向在翼盒的外侧区段内，每个外侧板材桁条包括碳纤维增强聚合物(CFRP)的平面层，该平面层与外侧区段处的复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于机翼的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着外侧区段处的复合材料蒙皮朝向机翼的中央区段延伸不同的距离。该方法还包括层叠中央板材桁条，该中央板材桁条侧向地定向在机翼的中央区段内，每个中央板材桁条包括CFRP的平面层，该平面层与中央区段处的复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于机翼的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着中央区段处的复合材料蒙皮朝向机翼的外侧区段延伸不同的距离。此外，该方法包括将外侧板材桁条与外侧区段处的复合材料蒙皮共同固化并且将中央板材桁条与中央区段处的复合材料蒙皮共同固化。下面可描述其他示例性实例(例如，与以上实例有关的方法和计算机可读介质)。已论述的特征、功能及优点可在各种实例中独立地实现或者可结合在其它实例中，参照以下说明和附图可看出其更多细节。附图说明现仅通过实例并且参考附图来描述本公开的一些实例。在所有附图上，相同的参考标号表示相同的元件或相同类型的元件。图1是示例性实施方式中的飞机的图示。图2是示例性实施方式中的飞机的翼盒的一部分的图示。图3是示例性实施方式中的板材桁条的俯视图。图4是板材桁条的截面的图示，包括示例性实施方式中的用于板材桁条的各层复合材料。图5是示出了利用示例性实施方式中的重叠法连接至板材桁条的中央区段的板材桁条的外侧区段的图示。图6是示出了利用示例性实施方式中的重叠法在板材桁条之间进行连接的截面的图示。图7是示出了示例性实施方式中的翼盒的俯视图的图示。图8是示出了示例性实施方式中的板材桁条的外侧区段与蒙皮的交会的截面的图示。图9是示出了示例性实施方式中的翼盒的另一俯视图的图示。图10是示出了示例性实施方式中的外侧区段处的板材桁条与蒙皮的交会的截面的图示。图11是示出了示例性实施方式中的蒙皮的区段之间的垫高部的第一部分的图示。图12是示出了示例性实施方式中的蒙皮的区段之间的加厚垫高部的第二部分的图示。图13是示出了示例性实施方式中的蒙皮的区段之间的加厚垫高部的第三部分的图示。图14是示出了示例性实施方式中的蒙皮的区段之间的加厚垫高部的截面的图示。图15是示出了示例性实施方式中的层叠飞机的部件的方法的流程图。图16是示例性实施方式中的飞机的框图。图17是示例性实施方式中的飞机制造和保养方法的流程图。图18是示例性实施方式中的飞机的框图。具体实施方式附图及以下说明示出了本公开的具体示例性实施方式。因此将理解的是，但本领域技术人员将能够构思体现了本公开和包括本公开的范围内的原理但本文中没有明确描述或示出的各种配置。此外，在本文中描述的任何实例旨在帮助理解本公开的原理，并且应被解释为不限于这种具体陈述的实例和条件。因此，本公开不限于以下描述的具体实施方式或实例，而是由权利要求及他们的等同物来限定。图1是飞机100的立体图。如图1中所示，飞机100包括机头110、外侧区段120(还被称为“外部机翼区段”)、机身130、以及尾部140。图2是示例性实施方式中的外侧区段120的图示。具体地，图2是由图1的观看箭头2指示的俯视图。根据图2，外侧区段120物理地连接至中央区段210，中央区段210将外侧区段120耦接至另一外侧区段120以形成翼盒500。在该实例中，翼盒500包括蒙皮260。蒙皮260可包括多层固化复合材料，诸如，碳纤维增强聚合物(CFRP)，具有例如在大约0.15英寸至0.6英寸之间(例如，在大约30层-100层之间)的总厚度。在一个实例中，蒙皮260的大部分层具有承受沿着外部机翼区段120的剪切应力的纤维取向(例如，+/-45°的纤维取向)。蒙皮260围绕外侧区段120，并且限定其中布置有板材桁条240的内部容积。板材桁条240侧向地定向在外侧区段120内(即，当板材桁条沿着外侧区段120朝向翼梢122连续时，板材桁条240侧向地/纵向地延伸)。当外侧区段120向外朝向翼梢122延伸时，沿着外侧区段120从前到后布置的多个板材桁条240在数量上可减少。板材桁条240可例如终止在支撑件250处。板材桁条240包括与蒙皮260共同固化的多层复合材料部件(例如，与用于蒙皮260的上述那些相似)。然而，板材桁条240比蒙皮260厚(例如，由于每个板材桁条240的更大的层数而具有一英寸的厚度)，并且每个板材桁条240的大部分层具有承受沿着外侧区段120的弯曲的纤维取向(例如，0°的纤维取向)。图2进一步示出了前梁220和后梁230。可利用附加部件(例如，翼梁等)，以将板材桁条240在结构上支撑在外侧区段120内并防止翘曲。通过在先前的附图中示出的将板材桁条240放置在外侧区段120内，接下来提供了图3-图4，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于集成翼盒的结构部件的系统，包括：外侧板材桁条(240)，所述外侧板材桁条侧向地定向在翼盒(500)的外侧区段(120)内并与所述外侧区段处的复合材料蒙皮(260)共同固化，每个外侧板材桁条包括碳纤维增强聚合物的平面层，所述平面层与所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于所述翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮朝向所述翼盒的中央区段(210)延伸不同的距离，以及中央板材桁条(214)，所述中央板材桁条侧向地定向在所述中央区段内并与所述中央区段处的复合材料蒙皮共同固化，所述中央区段的每个中央板材桁条包括碳纤维增强聚合物的平面层，所述平面层与所述中央区段处的所述复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于所述翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着所述中央区段处的所述复合材料蒙皮朝向所述外侧区段延伸不同的距离。

【技术特征摘要】
2016.08.16 US 15/238,2501.一种用于集成翼盒的结构部件的系统，包括：外侧板材桁条(240)，所述外侧板材桁条侧向地定向在翼盒(500)的外侧区段(120)内并与所述外侧区段处的复合材料蒙皮(260)共同固化，每个外侧板材桁条包括碳纤维增强聚合物的平面层，所述平面层与所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于所述翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮朝向所述翼盒的中央区段(210)延伸不同的距离，以及中央板材桁条(214)，所述中央板材桁条侧向地定向在所述中央区段内并与所述中央区段处的复合材料蒙皮共同固化，所述中央区段的每个中央板材桁条包括碳纤维增强聚合物的平面层，所述平面层与所述中央区段处的所述复合材料蒙皮平行，具有对齐的纤维取向以承受施加于所述翼盒的拉伸和压缩，并且每个平面层沿着所述中央区段处的所述复合材料蒙皮朝向所述外侧区段延伸不同的距离。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：所述外侧区段(120)处的所述复合材料蒙皮(260)，包括具有对齐的纤维取向以承受施加于所述翼盒(500)的剪切应力的碳纤维增强聚合物层，其中靠近所述外侧区段与所述中央区段(210)之间的机身交会侧，所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮的层与所述中央区段处的所述复合材料蒙皮的层交替地重叠，导致靠近所述机身交会侧的复合材料蒙皮的加厚垫高部，当力从机翼轴线传递到机身轴线时，所述加厚垫高部重新定向载荷方向的变化。3.根据权利要求2所述的系统，其中：所述外侧区段(120)处的所述复合材料蒙皮(260)的每层与所述中央区段(210)处的所述复合材料蒙皮的一层重叠不同的量，导致随着距所述机身交会侧的距离改变而递增地改变重叠量。4.根据权利要求2所述的系统，其中：所述复合材料蒙皮(260)的所述加厚垫高部由靠近所述机身交会侧的复合材料蒙皮的层数的增加导致，在所述加厚垫高部处蒙皮厚度增加规格的百分之二十到百分之二百之间；并且靠近所述机身交会侧的所述复合材料蒙皮的所述加厚垫高部包括具有遵循飞机的机翼轴线的纤维取向的层、以及具有遵循所述飞机的机身轴线的纤维取向的层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中：当所述外侧板材桁条朝向所述外侧区段(120)与所述中央区段(210)之间的机身交会侧延伸时，所述外侧板材桁条(240)中的每个的厚度逐渐减小百分之四十到百分之一百之间；并且所述外侧板材桁条和所述外侧区段处的所述复合材料蒙皮(260)的组合以2000:1到10:1之间的斜坡率逐渐减小。6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述外侧板材桁条(240)和所述外侧区段(120)处的所述复合材料蒙皮(260)的组合以100:1的斜坡率逐渐减小。7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中：所述外侧区段(120)处的所述复合材料蒙皮(260)将所述外侧板材桁条(240)机械地耦接至所述中央板材桁条(214)。8.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中：每个外侧板材桁条(240)为不同的长度；并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克斯·U·基什毛尔顿，克莱顿·L·芒克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US