[发明专利]用非平行的纵梁强化的抗扭箱外壳

说明书

技术领域

本发明涉及一种用非平行的具有变横截面的纵梁强化的抗扭箱(torsion box)外壳，并更特别地，涉及一种由复合材料制成的飞行器的水平或垂直安定面(tail plane)的抗扭箱外壳。

背景技术

飞行器浮升面的主结构由前缘、抗扭箱、后缘、根部接头和尖端构成。抗扭箱由多个结构元件组成：在一侧上的被纵梁强化的上和下外壳，和位于另一侧上的翼梁和肋。通常，形成抗扭箱的结构元件被单独地制造并且借助于复杂的工具连接起来以实现必要的公差，这些公差是由空气动力学、组装和结构要求规定的。

当前，尤其是在航空工业中，具有有机基体和连续纤维的复合材料，尤其是CFRP(碳纤维强化塑料)，被广泛地应用在各种结构元件中。例如，构成抗扭箱的之前列举的所有元件(肋，纵梁，翼梁和外壳)都可以使用CFRP制成。

构成抗扭箱的外壳被能够同时提高外壳的强度和抗弯(buckling)性能的翼展方向上的纵向纵梁强化，所述纵梁具有不同的横截面，诸如“T”、“I”、“J”或欧米伽形状的横截面。

纵梁沿外壳具有多种类型的分布，但最广泛地用于抗扭箱外壳的是这样的分布：纵梁平行于后翼梁并且介于它们之间。这一构造允许纵梁沿最大载荷方向定向，同时在具有最大结构任务的区域中增加它们的数目。

这种具有平行纵梁的构造，以及两个翼梁彼此不平行的事实，意味着最靠近后翼梁的纵梁沿着整个外壳跨度延伸，而最靠近前翼梁的纵梁则具有较小的长度，因为它们被前翼梁的存在所中断。

纵梁的终止，由于其与前翼梁相交或由于其他原因，是必须要避免的关键结构特征，这有两个主要原因。首先，由于被纵梁支撑的载荷必须被传递到产生力和动量的外壳，这将导致外壳与纵梁之间的物理连接点的断裂，结果，将危及浮升面的结构整体性。其次，由于在外壳的一个区域中没有纵梁，因此所述区域必须具有更大的厚度，以承受额外的负载和稳定所述区域，这意味着重量方面的不利。

本发明关注于解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞行器稳定面的抗扭箱，其具有在重量方面被优化的强化外壳。

本发明的另一目的是提供一种飞行器稳定面的抗扭箱，其具有被数目减少的纵梁强化的外壳。

这些和其他目的是通过一种飞行器稳定面的抗扭箱得以满足的，所述抗扭箱包括前翼梁、后翼梁、肋以及上和下强化外壳，其中，至少一个所述外壳被多个纵梁强化，所述纵梁全部沿整个外壳跨度延伸并且具有朝向外壳外边缘递减的横截面。

在本发明的实施例中，所有纵梁具有沿所述外壳跨度的轨迹，其中，外壳弦长与各弦向距离之间的比例保持基本恒定，所述弦向距离是每个纵梁的轨迹与前和后翼梁之间的距离。因此，纵梁在外壳上的分布是“锥形”分布(与现有技术的“平行”分布不同)，这与朝向外壳外边缘递减的横截面一起，允许减少所需的纵梁的数目，从而有助于重量优化。

在本发明的实施例中，所述纵梁的数目被定义为具有预定最小横截面、能够被设置在外壳外边缘中的纵梁的数目。因此，纵梁的数目取决于基于强化要求的所选择的纵梁几何形状及其最小横截面，从而允许作出不同的选择，如果在考虑了设计和/或制造约束条件的情况下这是便利的话。

在本发明的优选实施例中，所述纵梁是欧米伽形状的纵梁，这是因为欧米伽形纵梁具有良好的强化特性。然而，T形纵梁、I形纵梁或J形纵梁也是适合本发明的纵梁。

在本发明的优选实施例中，所述稳定面是水平安定面或垂直安定面。

在本发明的优选实施例中，所述外壳和所述纵梁由复合材料，尤其是CFRP制成。

通过下文中结合附图对示例了本发明目的的实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚明了。

附图说明

图1示出除了上外壳之外的抗扭箱的典型的结构构造，其中，所述上外壳已被移除，以提高内部的可视性。

图2示出典型的抗扭箱的外壳的一部分，其中多个纵梁靠近前翼梁终止。

图3示出了根据本发明的、用“锥形”分布的可变横截面纵梁强化的抗扭箱外壳的平面示意图。

图4示出了出了根据本发明的、用“锥形”分布的可变横截面欧米伽形的纵梁强化的抗扭箱外壳的等距视图。

图5a和5b分别示出了内和外抗扭箱边缘内的根据本发明的纵梁的欧米伽形横截面。

图6示出了用平行的欧米伽形纵梁强化的抗扭箱外壳，其中突出显示了无纵梁支撑的外壳区域。

具体实施方式

在下面的本发明的详细描述中，我们将主要涉及由CFRP制成的飞行器水平安定面的抗扭箱。