[发明专利]确定性机翼装配

说明书

本申请涉及由David Strand、Clayton Munk和Paul Nelson于1996年3月22日申请的名称为“确定性机翼装配”的第60/013,986号美国临时申请。

技术领域

本发明涉及一种用于在严格公差下廉价地制造飞机主要组件的方法和装置，特别涉及一种以前所未有过的高精度组装机翼蒙皮、翼梁、翼肋和其它元件的方法和装置，以生产出与原始工程构形高度一致的机翼，同时明显地减少加工费用。

背景技术

用于将元件和组件装配成特定轮廓的机翼的传统制造技术，依靠固定的“结构加固点”(“hardpoint”)加工技术，它采用地面装配夹具和型板将具体结构部件定位并临时地紧固在一起，以使各部件相互正确定位。该传统的加工原理通常需要用于制造每一组件的主装配工具，和用于将组件最后组装成完整机翼的两个大型机翼的主装配工具(左和右)。

组装工具旨在精确地反映产品的原始工程设计，但是在产品的原始设计和工具的最终制造之间有许多步骤，所以通常作为最后加工的工具会生产出不合格的机翼或者机翼元件，即超出了原始机翼或者机翼元件设计的尺寸公差，需花费更长的时间并采用费钱的手工劳动来修正工具带来的误差。更严重的是，由于在工厂中频繁使用，最初在公差范围内制造的工具会超出公差。另外，工厂中由温度变化引起的尺寸变化，也会使在工具上加工的部件的最终尺寸产生变化，特别是在当工具材料与机翼材料的热膨胀系数有很大差别时，如一般情况工具由钢制成而机翼元件由铝或钛制成时，情况更是如此。由于飞机结构尺寸常控制在0.005英寸范围内，所以温度产生的尺寸变化可能是很明显的。

在工具上对部件进行手工钻孔会使孔不够圆，或者当钻具作用在部件上有与部件不太垂直的角度时，以及当钻具以非精确线性运动插入部件中时，孔不能垂直于部件表面。当部件紧固在非圆形孔中时，部件会偏离其预定位置，并且非圆孔或者与相配元件上的孔轴向斜交的孔，会使不均匀孔与紧固件产生干涉，这就减小了与部件表面垂直钻的圆孔的强度和疲劳寿命。机翼组件上的公差会导致比原始设计尺寸明显增长，特别是在部件的一端位于工具上时，迫使所有的部件尺寸的变化都面向一个方向，而不是将部件中心定位在真实的预定位置上时更是如此。

机翼元件经常通过高度压配紧固件和/或装入到冷作处理的孔中的紧固件来紧固在一起。这种高度压配的紧固件、如铆钉和锁定螺栓，以及冷作的紧固件孔，均在孔周围的金属中产生应力模型，这就提高了组装连接的疲劳寿命，但是这种长应力模型线会使组件尺寸增长，主要是在纵向上伸长，并使伸长部件在长度方向变形或呈“香蕉”状。试图努力限制组件不产生这种变形通常是无结果的，所以至今许多成功的技术是试图预测变形的程度，并将组件变形的程度考虑到部件的原始设计中，以在设计中考虑称之为构型的因素。但是，这种预测仅是近似的，因为在实际安装紧固件和对孔进行冷加工时自然会发生多种变化情况，所以最终组件的构型常有不可预定性的程度。在各组件紧固成最终组件之前，已有很长时间寻求有关使各组件变形的影响消除的问题，这在机翼制造中以及在飞机的其它部件制造中都具有很高的价值。

制造机翼的主装配工具并使之保持在公差内是很昂贵的，还需要花费很长的设计和制造等研制时间。对现有型号飞机机翼的重新设计来说，即使在空气动力学方面有新的进展，制造机翼主工具的高额费用和较长的研制时间也是极大的阻碍，这是因为新的设计需要重新制造所有的机翼主工具，和一些或者全部的机翼元件的加工工具。

有些航空顾客有由现有飞机型号不具备的特殊需求，能为这些顾客迅速地设计和制造特定机翼的能力，可以使飞行器构架制造商具有许多竞争优势。至今为止，这种能力并不存在，因为专用的机翼主装配工具和这种工具所需要的工厂场地空间使得“设计机翼”的成本相当高。但是，如果用于制造一定型号飞机上标准机翼的同一工具，也能够快速和方便地转而制造适于有特殊需要的顾客所需的定制机翼，再转回至标准型号或者其它定制机翼的设计，就可以向顾客提供适于特殊需要的带优化机翼的飞机。新机翼增加的费用仅仅是设计费和可能要对顶梁进行某些适当加工的费用，以及对机翼设计来说是统一的其它低廉工具的费用。