[发明专利]具有波纹形加强件的翼型结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种翼型结构以及制造翼型结构的方法。

背景技术

翼型结构是一种诸如飞机机翼或涡轮叶片的主体，其被设计成在相对于周围的工作介质运动时提供期望的反作用力。一些诸如飞机机翼以及风力涡轮机叶片的翼型结构产生垂直于周围气流的升力。诸如赛车翼之类的其他翼型结构产生向下的力。翼型结构的其他例子包括螺旋桨叶片、直升机转子叶片、帆船中插板以及飞机的垂直尾平面和水平尾平面以及控制表面。

飞机机翼以及很多其他的翼型结构通常包括由加强的内框架支撑的薄的外蒙皮，并且被称为半单体构造。机翼的上下蒙皮或罩支撑动态气压分布。这些气动力被传递到加强框架，该加强框架通常包括纵向的加强梁和桁条以及横向的肋。梁包括位于上梁帽或凸缘以及下梁帽或凸缘之间的梁腹板。肋抵抗动态气压载荷，以维持翼型的截面形状，并且还分布例如来自起落架的集中载荷。桁条附接到蒙皮和肋，以将蒙皮分成盖板。蒙皮和梁腹板共同起作用，以抵抗剪切载荷和扭转载荷；并且蒙皮、梁帽和桁条共同起作用以抵抗轴向载荷和弯曲载荷。

这种典型的飞机机翼结构在可制造性以及维护方面提供了优势，但由于主结构梁和肋元件不是总能沿着最大载荷而具有缺点，从而导致结构效率不高。对于通常用于在接近音速下运转的商业客机的掠翼来说，尤其如此。掠翼上的扭矩导致大致垂直于主梁从机翼的前缘延伸到尾缘的肋的次优载荷。随着近来从金属飞机机翼设计向复合材料或塑料结构的转变，这些新材料的一些益处当前还未被接着的传统机翼设计开发。

发明内容

本发明的第一方面是一种翼型结构，该翼型结构包括至少两个梁以及布置在所述梁之间的至少一个纵向波纹形加强件，所述至少两个梁在前后方向间隔开以便在所述梁之间限定承载燃料的容积部，每个加强件在纵向方向都是波纹形的，以在所述加强件的前侧上形成一系列前向脊并在所述加强件的后侧上形成一系列后向脊，其中，每个加强件都通过其前向脊直接附接到其中一个梁或直接附接到一个相邻加强件的所述后向脊，并且其中每个加强件都通过其后向脊直接附接到其中一个梁或直接附接到一个相邻加强件的所述前向脊。

结构中的载荷总是沿着点之间的直线。如上所述并且通常用在飞机机翼以及很多其他翼型结构中的上述传统的梁/肋“盒”设计不具有位于扭矩载荷线上或接近扭矩载荷线的加强件，前述扭矩载荷线通常相对于主梁成大约45度到60度。具有传统的梁/肋设计的翼型结构的扭矩载荷因此主要由罩支撑。本发明的优势在于，每个波纹形加强件的位于其相邻的脊之间的部分可以更严格地沿着这些扭矩载荷线，从而产生更有效的结构设计。每个波纹形加强件都能够支撑空气动力载荷以维持翼型的截面形状，因此可以部分地或完全地取代传统设计的肋。每个波纹形加强件还都能够支撑轴向载荷或弯曲载荷，因此可以减小传统设计的桁条的尺寸，或完全省略传统设计的桁条。

优选地，每个加强件都基本上在结构的整个长度上延伸，以减少结构的制造零件的数量，增大结构的刚性，并减轻结构的重量。

优选地，波纹的间距沿着每个加强件的长度变化。间距可以取决于将由结构承载的局部载荷。

并不需要加强件的所有波纹都延伸到梁，除非结构完整性要求这么做。在一些情况中，只要加强件的一些波纹与梁接合就足够了。

大多数翼型结构包括在前后方向间隔开的至少两个梁。在使用两个主梁设计的情况下，梁通常在前后方向间隔开，接近前缘和尾缘，并且肋在梁之间延伸。在前缘和尾缘处的主梁之间包括其他梁的设计也是已知的。

在优选实施方式中，翼型结构包括两个在前后方向间隔开的梁以及布置在所述梁之间的两个纵向波纹形加强件。前加强件通过其前向脊直接附接到前梁，并且后加强件通过其后向脊直接附接到后梁。前加强件和后加强件优选地布置成使得前加强件的后向脊和后加强件的前向脊沿着结构的纵向中心线接合。以这种方式，加强件沿着纵向中心线形成梁状件。波纹形加强件可通过其脊沿着中心线互相附接。

波纹形加强件可形成为当在平面图中观察时(在已连接到直立的梁腹板时)具有近似各种不同波形的各种波纹形形状。例如，波纹可近似为三角形、锯齿形、正弦曲线形、正方形或矩形的波形。优选地，每个波纹形加强件当在平面图中观察时都具有近似梯形波形的形状。在本发明的优选实施方式中，在翼型结构中设置了背靠背的前加强件和后加强件的情况下，梯形的波纹形加强件在结构内形成一系列近似六边形的图案。这些图案的尺寸和形状可根据局部载荷水平/方向而沿着翼型结构的长度变化。