将结构元件附接至复合部件的接头以及包括该接头的飞机制造技术

一种将结构元件（10）附接至复合部件（20）的接头，该接头包括金属附件（40），此接头在其一侧上承受火源，所述一侧为火侧，该接头包括保持装置（50），该保持装置位于接头的与火侧相反的一侧，即冷侧，保持装置（50）包括与金属附件（40）接触的第一表面（51），以及与复合部件（20）接触的第二表面（52），该第二表面（52）的面积比第一表面（51）的面积大，保持装置（50）由高导热系数的材料制成。本发明专利技术还涉及一种包括这种接头的飞机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在飞机中使用的装置，特别是涉及将飞机中的结构元件(structural element)和复合部件(composite part)附接的接头(joint,连接件),使得这些接头承受结构载荷并且具有耐火性。
技术介绍
目前，由于现在的飞机设计中的重量限制的原因，在飞机结构中越来越频繁地使用复合材料。在飞机结构的一些部件中，将金属元件与用复合材料制成的元件相连接。在一些情况中，这些接头承受来自飞机的高结构载荷。在这些接头上出现火灾的情况中，复合元件的强度大幅减小，因为已经发现在承受高温的复合材料结构中，对力(特别是对垂直力)的强度是非常关键的。因此，在所述情况中，复合材料元件中的高强度减小会引起金属元件从复合材料元件(其与金属元件连接)的分离，这将引起飞机结构的潜在故障。在这些接头位于飞机发动机舱中的情况中，此问题是特别相关的。在现有技术中，已知在结构飞机元件上使用护罩或涂层，以防止其起火。通常，这些结构元件包括由低导热系数的材料制成的热敷层或涂层，以降低将保护的元件或部件的温度。然而，这些已知的解决方案存在这样的问题:在飞机的总重量上增加重量。除此之夕卜，这些解决方案很昂贵，并需要较强的可维修性修订，这同样是很昂贵的。特别是在所连接的飞机元件是金属的且由复合材料制成，并且元件需要耐火，并且承受高载荷(特别是高垂直载荷)的情况中，使用提供由绝缘材料制成的涂层的已知解决方案并不适用，因为其存在高成本和高重量的问题。本专利技术旨在解决上述缺点，提供一种可适用于下述情况的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种在飞机中使用的装置，特别是一种将飞机中的结构元件和复合部件附接的接头，此接头包括金属附件并承受结构载荷。根据本专利技术的接头包括保持装置(retaining device,挡板装置，固定装置),其确保所述接头的耐火性。根据本专利技术，接头在其一侧上承受火源，叫做火侧，使得保持装置位于接头的与火侧相反的一侧处，叫做冷侧，特别是在飞机的外侧中，承受外部气流。本专利技术的保持装置包括与金属附件接触的第一表面，此第一表面接收来自金属附件的载荷，作为对金属附件所承受的载荷的反作用载荷，该保持装置还包括第二表面，该第二表面与飞机中的复合部件接触，特别是与复合部件的与火源相反的一侧接触。根据本专利技术，保持装置的第二表面的面积比保持装置的第一表面的面积大。通过上述结构，本专利技术的接头中的保持装置用来将在其第一表面中接收的载荷传递至其第二表面，该第二表面与复合部件的与和火源相反的一侧接触，由此，是与和火源接触的具有更高温度的一侧相比具有更低温度的复合部件的一侧。因此，本专利技术的接头中的保持装置将载荷传递至具有更低温度的复合部件的一侧，该侧与具有更高温度的一侧相比具有更高的强度。除此之外，因为第二表面的面积比与金属附件接触的第一表面的面积大，作用于复合部件上的压力减小。这样，改进了金属附件和复合部件之间的接头性能，因为复合材料中的接头具有在高温下以及垂直于复合表面的力(即，压力)下工作的关键性能。附图说明本专利技术的以上目的和许多相关优点将变得更容易理解，因为当结合附图时参考以下详细描述其变得更好理解，附图中:图1示出了根据已知的现有技术的接头的剖视图，该接头承受将金属元件和复合材料元件附接的结构载荷。图2示出了现有技术的图1的接头在承受火时的剖视图，还示出了在该结构和接头中的热量分布。图3示出了根据本专利技术的接头中的主要部件的剖视图，该接头将飞机中的结构元件附接至复合部件，具有耐火性。具体实施例方式在飞机结构的一些部件中，如图1所示，需要将结构元件10 (典型地是金属的)与由复合材料制成的元件或部件20连接。在一些情况中，这些结构元件10承受来自飞机的高结构载荷30。通常，通过金属附件40 (典型地是铆钉或螺栓)将结构元件10与复合部件20连接。在火灾的情况中，复合部件20的强度大幅减小，因为已经发现在承受高温的复合材料结构中，对力(特别是对垂直力)的强度是非常关键的，如图1和图2中所示现有技术中的情况一样。行业中的一般习惯是，通过使用热敷层或涂层(包括低导热系数的绝缘材料以降低所保护的部件上的温度)来保护承受火的结构元件10。如上所述，当存在通过金属附件40而连接至复合部件20的结构元件10时,如图1所示，在暴露于火的复合航空结构(特别是碳纤维增强聚合物(CFRP)航空结构)中发现问题。结构元件10所承受的载荷30将力31、32和33、34引导至金属附件40中。这使得复合部件20必须经受垂直于复合外壳(skin，蒙皮)的力(对31和33的反作用力)。更特别地，应特别关注对复合部件20上的力33的反作用，这将拉动复合外壳(拉脱载荷)。如果起火，那么金属附件40将把火温传递至复合部件20周围的复合外壳。如图2所示，在金属附件40承受来自暴露于火的高温的情况中，复合部件20的区域400中的温度可能变得接近或高于玻璃化转变温度(Tg)。在此情况中，金属附件40周围的复合部件20的区域400中的局部外壳的强度减小，并且可能无法经受对复合部件20上的力33的反作用。这会产生区域400与复合部件20中的复合外壳的分离，从而导致航空结构的潜在故障。因此，本专利技术的目的是，提供一种承受结构载荷的接头，该接头将结构元件10 (典型地是金属的)附接至复合部件20，该接头包括金属附件40，并在其一侧(火侧)上承受火源。根据本专利技术，该接头包括保持装置50，对这些接头提供耐火保护(见图3)。根据本专利技术，该接头在其一侧(火侧)上承受火源，使得保持装置50位于飞机的与火源相反的一侧中，冷侧(见图3)，特别是在飞机的外侧中，承受外部气流60的作用。保持装置50包括与金属附件40接触的第一表面51，此第一表面51接收来自金属附件40的载荷，作为对金属附件40所承受的载荷的反作用载荷，该保持装置还包括第二表面52，该第二表面与飞机中的复合部件20接触，特别是与复合部件20的与火源相反的一侧接触。根据本专利技术，保持装置50的第二表面52的面积比保持装置50的第一表面51的面积大。通过上述结构，保持装置50用来将在其第一表面51中接收的载荷传递至其第二表面52，该第二表面与复合部件20的与火源相反的一侧接触，由此，是与和火源接触的具有更高温度的一侧相比具有更低温度的复合部件20的一侧。因此，保持装置50将载荷传递至复合部件20的具有更低温度的一侧，与包围金属附件40的复合部件20的区域400相比具有更高的强度。除此之外，由于第二表面52的面积比与金属附件40接触的第一表面51的面积大，所以作用于复合部件20上的压力减小。这样，改进了金属附件40和复合部件20之间的接头性能，因为复合材料的接头具有在高温下以及垂直于复合表面的力(即，压力)下工作的关键性能。本专利技术的接头中的保持装置50通过以下方式解决上述问题:a)将复合部件20上的拉脱载荷(pull-out load)重新分配至复合外壳的未损坏的表面:本领域中已知的解决方案仅依赖于与金属附件40的头部接触的区域上的复合外壳的强度；然而，高温会损坏复合部件20的此周围区域，或者此周围区域具有减小的(降低的)强度。所提出的本专利技术将此拉脱载荷传递至处于更好的机械条件中的复合外壳的更大表面。已经发现，这在复合部件20的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将结构元件（10）附接至复合部件（20）的接头，所述接头包括金属附件（40），所述接头在其一侧上承受火源，所述一侧为火侧，其特征在于，所述接头包括保持装置（50），所述保持装置位于所述接头的与所述火侧相反的一侧，即冷侧，所述保持装置（50）包括与所述金属附件（40）接触的第一表面（51），以及与所述复合部件（20）接触的第二表面（52），所述第二表面（52）的面积比所述第一表面（51）的面积大，所述保持装置（50）由高导热系数的材料制成。

【技术特征摘要】
2012.01.24 EP 12382023.51.一种将结构元件(10)附接至复合部件(20)的接头，所述接头包括金属附件(40)，所述接头在其一侧上承受火源，所述一侧为火侧，其特征在于，所述接头包括保持装置(50)，所述保持装置位于所述接头的与所述火侧相反的一侧，即冷侧，所述保持装置(50)包括与所述金属附件(40)接触的第一表面(51)，以及与所述复合部件(20)接触的第二表面(52)，所述第二表面(52)的面积比所述第一表面(51)的面积大，所述保持装置(50)由高导热系数的材料制成。2.根据权利要求1所述的接头，其中，所述第二表面(52)的面积是所述第一表面(51)的面积的至少三倍大。3.根据权利要求1至2中任一项所述的接头，其中，所述保持装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：费尔南多·坎波卡巴莱罗，吕本·阿拉戈内塞斯曼索，
申请(专利权)人：EADS飞机设计有限公司，
类型：发明
国别省市：