[发明专利]用于航行器的优化的抗扭箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种航行器的抗扭箱，特别是涉及一种升力面的抗扭箱。

背景技术

航行器升力面的结构通常包括抗扭箱。例如，航行器尾翼（水平或垂直）通常由前缘、抗扭箱和具有控制面（襟翼、升降舵、方向舵等）的后缘构造。

抗扭箱是主要结构，负责支撑所涉及的所有负载（空气动力学、燃料、动态等），并且包括若干个结构元件。

如今具有有机基体和连续纤维的复合材料，尤其是碳纤维增强塑料（CFRP），在种类繁多的结构元件中广泛应用于航空业。具体而言，构成航行器尾翼及其它升力表面的抗扭箱的全部元件可以使用碳纤维复合材料制造。

复合抗扭箱的设计需要结合不同属性的两方面：结构设计方面和制造方面。

传统的做法是限定形成它的结构元件（蒙皮、翼梁、桁条、翼肋）的抗扭箱的设计、这些元件的分开制造以及这些元件随后在装配工厂中的结合遵循与在仅使用金属材料时在航空业中使用的那些方案类似的方案。

可以采用预浸（prepreg）技术完成上述制造。在第一步骤中，制备用于每一个元件的复合预浸层（prepreg plies）的平的组坯（flat lay-up）。然后，通过传统的热成形过程获得具有所需要形状的元件的叠层预制件，在某些情况下，由于高曲率，使用加压成形过程代替。在得到所需要的形状以后，取决于所需的公差和整体制造成本，叠层预制件在阳模或阴模中被固化。在包括分开固化的子组件（诸如该元件的翼肋和垂直加强筋）的某些元件的情形下，需要第二固化周期用于共同结合所述子组件。最后，在全部固化周期以后，修整元件的轮廓得到最终几何形状，并且然后通过超声波系统检查元件，以确保其质量。使用所述方法制造的抗扭箱成本是高的，因为所述步骤对于每个结构元件将单独地进行。此外，由于长的长度和需要将全部结构元件安装和装配在一起的任务的高复杂性，与抗扭箱的装配有关的成本也很高。这种方法随后用于制造多翼肋抗扭箱，例如，在图1a和1b中所示的水平尾翼（HTP）。

HTP由前缘11、抗扭箱13和具有控制面（襟翼，升降舵，方向舵等）的后缘15构成。抗扭箱13的结构元件为通过纵向桁条硬化的上蒙皮21和下蒙皮23、前翼梁18、后翼梁20和横翼肋16，所述横翼肋16连接到前翼梁18、后翼梁20以及上蒙皮21和下蒙皮23以便保持抗扭箱的形状和加强链接到航行器中的HTP结构布置和用于处理的HTP控制表面的致动器的负载引入区域。

替代的方法是以结合一起的方式制造抗扭箱的全部或部分，用于获得包括抗扭箱的结构元件的全部或部分的单体套件（ensemble）。在这方面，用于抗扭箱的一个实施例在WO2008/132251中进行了描述。

由于目前不能够提供用以考虑所有涉及的变量以及尤其是那些与其制造有关的变量获得用复合材料制成的航行器尾翼的扭力箱的最佳设计的分析工具航行器，因此航空业不断要求改善已知的抗扭箱的效率和/或成本的新的抗扭箱提议和新的制造方法。

本发明针关注这种需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于航行器升力面的复合材料的抗扭箱，允许相对于已知的抗扭箱降低重量和成本。

本发明的另一个目的是提供一种所述抗扭箱的制造方法。

在一个方面中，这些和其他目的通过抗扭箱来实现，所述抗扭箱包括上蒙皮、下蒙皮、前翼梁、后翼梁、一个或多个中间翼梁和多个横翼肋，所述多个横翼肋设置在后翼梁和与其相邻的中间翼梁之间和/或前翼梁和相邻的中间翼梁之间。所述翼肋结合在多翼梁抗扭箱中是本发明的关键特征。

上和下蒙皮可以包括在由没有翼肋的翼梁界定的全部单元中的加强桁条。

在尾翼的抗扭箱的情形下，放置在后翼梁和相邻的中间翼梁之间的横翼肋被布置为接受和分布由航行器尾翼的控制配置装置产生的负载，以提高抗扭箱的抗扭刚性和避免抗扭箱的巨大变形。同样地，在前翼梁和相邻中间翼梁之间布置的横翼肋的目的是提高抗扭箱的抗扭刚性和避免抗扭箱的大的变形。

抗扭箱的这种多翼梁和多翼肋配置结合了多翼梁构造的结构制造优点和多翼肋配置的结构优点。

在另一个方面，上述目的通过制造所述抗扭箱的方法来实现，所述方法包括以下步骤：a）分开地制造包括抗扭箱的除了受所述横翼肋影响的后翼梁和/或前翼梁以外的全部结构元件的单体套件以及后翼梁和/或前翼梁；b）将受所述横翼肋影响的所述后翼梁和/或前翼梁与单体套件结合。因此抗扭箱的大部分以结合一起的方式制造，减少了组件和紧固件的数量量，并且因此减少了抗扭箱的重量和成本。