[发明专利]允许承受构件的自稳定加强肋

说明书

技术领域

本发明涉及同时允许结构的稳定加固和在该结构上承受构件的加强肋。本发明还涉及包括至少一个这样的加强肋的飞行器结构。 

本发明应用在结构力学领域，尤其应用在航空领域用于飞行器的结构构件的机械性能。 

背景技术

在飞行器中，存在大量的结构构件，所述结构构件需要使用附加部件以提高这些结构构件的机械性能。这些附加部件尤其可以是加强肋。这些加强肋是固定在飞行器的结构构件上的成型部件，例如用于转移纵向负荷或用于稳定这些构件(用于防止这些构件在切向力或压缩力的作用下鼓包或弯曲)。 

例如，加强肋可以作为骨架或者桁条用在飞行器的机身中以加固外壳和某些特定的区域，如舱门框。加强肋也可以用在飞行器的机翼中，用在翼展(翼梁)方向或翼弦(翼肋)方向上。 

加强肋可以在应力较大的位置使结构在竖直方向或纵向方向上局部加固。 

加强肋可以具有不同形状的截面。加强肋的截面取决于多个参数，如待加固的结构构件的形状或者待加固的结构构件应执行的主要功能。已知的加强肋通常具有Z形截面、T形截面、J形截面或Ω形截面。图1、2和3示出各种已知截面的示例。 

更确切地，图1示出具有Z形截面的加强肋的示例。这样的Z形加强肋2包括三个部分：基座21、腹板22以及顶23。基座21与待加固的构件1接触并且贴合待加固的构件1的形状。具有两个“平坦”表面的腹板22可以在需要时用于承受其它构件。顶23用于稳定加强肋，即防止加强肋的截面在其平面中弯曲。 

图2A示出具有T形截面的加强肋的示例。该T形加强肋3包括两个 部分：基座31和腹板32。基座31与待加固的构件接触并且贴合待加固的构件的形状。具有两个“平坦”表面的腹板32可以在需要时用于承受其它构件。使用复合材料，如图2B所示，例如可由RTM(树脂传递模塑)技术通过共注塑两个背靠背定位的L形预型件来获得这样的加强肋。 

在这两个加强肋的示例中，正如具有J形截面的加强肋，加强肋包括形成支承表面的腹板。支承表面是与待加固的构件垂直或几乎垂直并且可以接纳匹配构件使得该构件与支承表面持久接触的平坦表面。因此，这样的支承表面可以保证承受其它结构构件或非结构构件。换句话说，这些类型的具有J形、T形或Z形截面的加强肋每个都包括上面可以添加附加构件的平坦表面。 

然而，当结构经受某些力时这些加强肋的形状可能具有缺点。实际上，当加强肋受到压缩负荷时，其倾向于弯曲，即加强肋倾向于自某个压力水平开始弯曲。为了避免加强肋的弯曲，必须增添在加强肋横向上设置的附加部件，如稳定夹，其作用是避免它们的负荷倾斜。 

为了解决这些稳定性问题，出现了具有Ω形截面的加强肋。图3示出这样的Ω形加强肋的示例。在图3的示例中，该加强肋4具有Ω形。加强肋4包括顶45以及在顶45的中面两侧对称的两个腹板43和44和两个基座41和42。正是加强肋的形状、特别是与待加固的构件相配所获得的截面是封闭的(即与空心梁相似的截面)这一事实，为所述加强肋提供稳定性。换句话说，无需增添任何附加部件，加强肋通过自身稳定。加强肋是自稳定的。因此，容易理解即使这样的加强肋受到压缩负荷，加强肋既不向一侧倾斜也不向另一侧倾斜。 

然而，这样的Ω形加强肋不包含任何适合承受其它构件的简单的支承表面。实际上，除了两个基座，这样的加强肋不具有任何真正适合承受其它构件的表面，这是由于顶和腹板的取向(都不垂直于待加固的构件的表面)以及由于与在封闭截面中的固定安装有关的问题(可控制性、特殊的固定等等)。 

因此，根据待加固的结构构件和根据要保证的功能，可选择使用具有支承表面的加强肋，如具有Z形截面、T形截面或J形截面的加强肋，或者选择自稳定的加强肋，如具有Ω形截面的加强肋。 

然而，航空领域中的当前趋势是总有更多要被承受的构件，既有设备构件又有系统构件。特别是在飞行器的机身上，骨架或地板结构是飞行器 的存在大量要被承受的构件的区域，既有结构构件又有系统构件，如电缆。因此允许在加强肋上承受构件同时通过功能集成最大程度地简化结构部件是重要的。 

发明内容

本发明的目的正是克服上述技术的缺陷。为此，本发明提出一种加强肋，该加强肋具有同时允许其自稳定和保证承受构件的截面。这样的加强肋满足自身的机械性能需要，且提供允许承受构件的平坦腹板。为此，本发明的加强肋包括具有与Ω形状在稳定性方面相似的形状的下部和具有允许承受构件的支承表面的上部。