用于在结构上支撑飞机机翼的系统和方法技术方案

设置用于在结构上支撑飞机机翼的系统和方法。该系统包括飞机机翼的一部段，该部段包括蒙皮。蒙皮包围机翼的内部容积并且包括碳纤维增强聚合物(CFRP)的层，该层具有排列为承载施加到机翼的剪应力的纤维定向。飞机机翼的该部段还包括板材桁条，该板材桁条在机翼内横向定向、在内部容积内与蒙皮接触、附接至蒙皮、并且包括具有排列为承载机翼处的弯曲的纤维定向的CFRP的层。此外，该部段包括定位在机翼的上部上的板材桁条与机翼的下部上的板材桁条之间的翼梁，其中，翼梁与板材桁条对准。

Systems and methods used to support aircraft wings in structure

【技术实现步骤摘要】
用于在结构上支撑飞机机翼的系统和方法
本公开内容涉及飞机领域，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、起飞和着陆期间承受各种力。这些结构部件还被设计成满足大量要求(例如，鸟击、雷击、气动力负载、地面负载、燃油压力等)，并且在符合成本和制造的限制因素的同时满足这些要求仍然是个复杂过程。存在多种技术和设计用于建造飞机机翼。具体地，对利用复合部件的机翼的设计已变得流行，这是因为这些设计减轻了重量并且增加了强度。然而，复合的飞机机翼仍然是模拟复杂并且测试昂贵的。为了满足全部前述要求，工程师更喜欢设计基本上遵从现有的金属机翼部件设计的复合部件。然而，这样做不能充分发挥复合材料的优势。例如，金属设计利用大量的固定部件。在复合设计中，部件可以集成为单个、更便宜更轻的设计，诸如，统一化/整体式设计。关于这些以及其他考虑提供了本文中所作出的本公开内容。
技术实现思路
本文中描述的实例提供了这样的设计，其中横向延伸的复合板材桁条(plankedstringers)抵靠飞机机翼的蒙皮平放。因此板材桁条和蒙皮在飞行期间可共享(例如，以互补方式)施加到机翼的载荷(例如，剪应力、弯曲应力等)。此外，翼梁可在板材桁条下方延伸，将机翼的上部上的板材桁条连接至机翼的下部上的板材桁条，以便承载将另外造成板材桁条的弯曲的力。一个实施方式包括飞机机翼的一部段，该部段包括蒙皮。蒙皮包围机翼的内部容积并且包括碳纤维增强聚合物(CFRP)的层，该层具有排列为承载施加到机翼的剪应力的纤维定向。飞机机翼的该部段还包括板材桁条，该板材桁条在机翼内横向定向、在内部容积内与蒙皮接触、附接至蒙皮、并且包括具有排列为承载机翼处的弯曲的纤维定向的CFRP的层。此外，该部段包括定位在机翼的上部上的板材桁条与机翼的下部上的板材桁条之间的翼梁，其中，翼梁与板材桁条对准。另一实施方式是一系统。该系统包括限定飞机机翼的一部段的表面的复合蒙皮。该系统还包括上复合板材桁条，该上复合板材桁条与蒙皮接触、与复合蒙皮形成一体并且在机翼内横向定向。此外，该系统包括翼梁，该翼梁固定地附接至上复合板材桁条，在上复合板材桁条的一部分下方竖直延伸，并且固定地附接至位于翼梁下方的下复合板材桁条。另一实施方式是一方法。该方法包括铺设限定飞机机翼的一部分的复合蒙皮，铺设在机翼内横向定向并且与蒙皮接触的复合板材桁条。该方法还包括将板材桁条附接至在板材桁条下方竖直延伸的翼梁。如下可描述其他示例性实施方式(例如，关于上述实施方式的方法和计算机可读介质)。已经论述的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者也可以与其他实施方式结合来实现，其更多细节可参考以下描述和附图来看出。附图说明现在仅通过举例的方式，并且参考附图来描述本公开内容的一些实施方式。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示图。图2是示例性实施方式中的飞机的机翼翼盒的一部分的示图。图3是示例性实施方式中的机翼翼盒的一部段的截面图。图4-图5是示出了示例性实施方式中的翼梁附接至机翼的两个板材桁条的放大图。图6是示例性实施方式中的机翼翼盒的邻近翼尖的一部段的另一截面图。图7-图8是示出了示例性实施方式中的板材桁条的几何形状的示图。图9是示出了示例性实施方式中的用于制作机翼的结构部件的方法的流程图。图10是示例性实施方式中的飞机的机翼翼盒的外侧部段的框图。图11是示例性实施方式中的飞机生产和保养方法的流程图。图12是示例性实施方式中的飞机的框图。具体实施方式附图和以下描述示出了本公开内容的具体示例性实施方式。因此将理解，尽管本文中没有明确描述或示出，但本领域技术人员将能够设计体现本公开内容和包括在本公开内容的范围内的原理的各种配置。此外，本文中描述的任何实例旨在帮助理解本公开内容的原理，并且旨在被解释为不局限于这种具体陈述的实例和条件。因此，本公开内容不限于以下描述的具体实施方式或实例，而是由权利要求和他们的等同物来限定。图1-图6示出了示例性飞机的结构，其可使用在飞机机翼处承载弯曲载荷的增强的复合板材桁条。如本文中使用的，板材桁条包括位于飞机的蒙皮下面的支撑结构的“平坦”部件，该平坦部件沿着机翼轴线朝向飞机的翼尖延伸。本文中讨论的板材桁条基本上抵靠飞机的蒙皮平放(flat，变平)，并且可与蒙皮共同固化。图1是示例性实施方式中的飞机100的示图。飞机100包括机头110、机翼翼盒的外侧部段120、机身130和尾翼140。图1还示出了飞机100的向下方向(Z)。图2是示例性实施方式中的机翼翼盒270的一部分的示图。机翼翼盒270包括机翼位于机翼的前缘与后缘之间的结构部分。机翼翼盒270用于传送弯矩，提供扭转刚度，并且/或者为飞机100传送燃料。具体地，图2是由图1的视图箭头2表示的顶视图。根据图2，外侧部段120物理地附接至中间部段210，该中间部段将外侧部段120耦接至机翼翼盒270的另一外侧部段120(未示出)。在这个实施方式中，外侧部段120包括蒙皮260。蒙皮260可包括诸如碳纤维增强聚合物(CFRP)的多层固化复合材料，具有例如介于大约0.15与0.6英寸(例如，大约30-100层)之间的总厚度。在一个实施方式中，蒙皮260的大部分层具有沿着外侧部段120承载弯曲载荷同时还将扭转刚度提供至机翼翼盒270的纤维定向(例如，+/-45°的纤维定向)。蒙皮260包围外侧部段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横向定位在外侧部段120内(即，板材桁条240朝向翼尖122沿着外侧部段120横向延伸/继续)。随着外侧部段120朝向翼尖122向外延伸，沿着外侧部段120从前至后布置的板材桁条240的数量可在数量方面减少。板材桁条240例如可在支撑件250处终止。板材桁条240可包括与用于蒙皮260的上述那些相似的多层复合部件。然而，板材桁条240比蒙皮260厚(例如，由于每个板材桁条240中的层数更多而导致的厚度的英寸)，并且每个板材桁条240的大部分层可具有沿着外侧部段120承载弯曲且有助于使蒙皮260变硬以防止弯曲的纤维定向(例如，0°的纤维定向)。图2进一步示出了前梁220(例如，用于外侧部段120的前缘)和后梁230(例如，用于外侧部段120的后缘)。图3是进一步示出板材桁条240的示例性实施方式中的外侧部段120的截面图。图3是由图2的视图箭头3表示。在这个实施方式中，截面图示出了定位在外侧部段120内的区域4。图4是图3的区域4的放大图，其中，蒙皮260包围外侧部段120的内部容积424。图4示出了翼梁410，该翼梁各自与一对板材桁条240竖直对准并且布置在该一对板材桁条之间。翼梁410沿着板材桁条240的长度延伸(即，基本上在x方向上)，并且固定地附接至板材桁条240，以确保板材桁条240在承载弯曲载荷时不经历弯曲。翼梁410在图4中示出为将外侧部段120的上部126上的板材桁条240和外侧部段120的下部128上的板材桁条240结合的“C形翼梁”。然而，在另一实施方式中，翼梁410可具有任何期望的截面形状(例如，“I”形状、“L”形状、“Z”形状等)。图4进一步示出了板材桁条240基本上抵靠蒙皮260平放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在结构上支撑飞机机翼的系统，包括飞机(100)的机翼的一部段，所述部段包括：蒙皮(260)，包围所述机翼的内部容积并且包括碳纤维增强聚合物的层，所述蒙皮的碳纤维增强聚合物的层具有排列为承载施加到所述机翼的剪应力的纤维定向；板材桁条(240)，在所述机翼内横向定向、在所述内部容积内与所述蒙皮接触、附接至所述蒙皮、并且包括碳纤维增强聚合物的层，所述板材桁条的碳纤维增强聚合物的层具有排列为承载所述机翼处的弯曲的纤维定向；以及翼梁(410)，定位在所述机翼的上部上的板材桁条与所述机翼的下部上的板材桁条之间，其中，所述翼梁与所述板材桁条对准。

【技术特征摘要】
2016.08.16 US 15/238,2231.一种用于在结构上支撑飞机机翼的系统，包括飞机(100)的机翼的一部段，所述部段包括：蒙皮(260)，包围所述机翼的内部容积并且包括碳纤维增强聚合物的层，所述蒙皮的碳纤维增强聚合物的层具有排列为承载施加到所述机翼的剪应力的纤维定向；板材桁条(240)，在所述机翼内横向定向、在所述内部容积内与所述蒙皮接触、附接至所述蒙皮、并且包括碳纤维增强聚合物的层，所述板材桁条的碳纤维增强聚合物的层具有排列为承载所述机翼处的弯曲的纤维定向；以及翼梁(410)，定位在所述机翼的上部上的板材桁条与所述机翼的下部上的板材桁条之间，其中，所述翼梁与所述板材桁条对准。2.根据权利要求1所述的用于在结构上支撑飞机机翼的系统，其中：所述板材桁条(240)的每层是平面的，并且所述板材桁条的每层与所述蒙皮(260)的层平行。3.根据权利要求1所述的用于在结构上支撑飞机机翼的系统，其中：每个所述板材桁条(240)的与从前至后延伸的竖直平面对应的横截面是四边形，并且每个所述板材桁条的所述横截面具有最大数量不超过四十五度的从前至后的斜度。4.根据权利要求1所述的用于在结构上支撑飞机机翼的系统，其中：每个所述板材桁条(240)的与从前至后延伸的竖直平面对应的横截面不包括悬突部。5.根据权利要求1所述的用于在结构上支撑飞机机翼的系统，其中：每个板材桁条(240)的厚度从后至前以至少两份的向前延伸与一份的厚度减少的比例逐渐减小，并且从前至后以至少两份的向后延伸与一份的厚度减少的比例逐渐减小。6.根据权利要求1所述的用于在结构上支撑飞机机翼的系统，其中：随着所述板材桁条(240)朝向所述机翼的翼尖(122)延伸，每个板材桁条的厚度以至少十份的横向延伸与一份的厚度减少的比例逐渐减小，并且随着所述翼梁(410)朝向所述机翼的所述翼尖延伸，每个翼梁厚度的增加对应于所述板材桁条逐渐减小的量。7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于...

【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