[发明专利]飞机翼梁,装配飞机翼梁的方法和翼弦定位工具

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

本发明涉及以严格公差装配翼梁和翼肋的方法和装置，更具体地说，本发明涉及以从未有过的高精度装配翼梁和翼肋的方法和装置，从而制造出与原始工程设计极其一致的机翼部件，并且显著地降低工具成本。

背景技术

用以将飞机的翼梁和翼肋装配成特定形状的传统制造技术，依赖于固定的“结构加固点”(“hard point”)加工技术，它采用地面装配夹具和型板将具体结构零件定位并临时紧固到一起，以使各零件相互间正确定位。这种传统的加工原理通常需要一些用来制造每一组件的主装配工具，还需要两个大型的翼梁装配工具(左右各一个)，在此将组件组装成翼梁。

装配工具旨在精确地反映产品的原始工程设计，然而，采用传统的工具原理，用工具确定出最终组装件的形状，在产品的原始设计和工具最终制造之间有许多的步骤。因而通常的情况是，作为最终制造的工具生产出尺寸不合格的翼梁或机翼元件，对这些翼梁或机翼元件，如不进行大量的、耗时和费钱的手工劳动，以校正工具带来的误差，它们就将超出其原始设计的尺寸公差。更为严重的是，由于经受了在工厂中常会遇到的苛刻的使用条件，最初建立在公差范围内的工具会超出公差范围。另外，工厂中由温度变化而引起的尺寸的变化，也会使在工具上加工的最终产品产生尺寸变化，尤其是当工具和翼梁的热膨胀系数之间存在较大的差异时，例如在通常情况下设备由钢制造而翼梁元件由铝制造时，情况更是如此。由于飞机结构尺寸一般都控制在0.005英寸的范围内，因此温度所引起的尺寸变化可能是很明显的。

对工具上的部件进行手工钻孔会使孔不够圆；或者当钻具相对于部件有一个与部件不够垂直的角度时，钻出来的孔不垂直于部件表面，以及当钻具抖动地进入部件时，钻出来的孔不够直。当部件固定在不圆的孔中时，部件可能偏离其预定的位置；在不圆的孔中，孔与紧固件之间不均匀的压配合将使圆孔的强度和疲劳寿命降低。在翼梁组装时产生的公差，可能会造成较比原始的设计尺寸明显增加，尤其是当部件的一端定位在工具上，迫使部件上的所有尺寸变化都向一个方向发展，而不是将部件的中心定位在真实的预定位置上时更是如此。

通常采用高度压配的紧固件和/或装入到冷加工孔中的紧固件，来使翼梁部件紧固到一起。这和压配的紧固件，例如铆钉和锁定螺栓，以及冷作的紧固件孔都会在孔周围的金属中产生应力模型，这会提高装配连接的疲劳寿命。但是，这种长的应力模型线会造成组装件尺寸的增长，主要是沿着其纵向方向伸长，而且伸长了的部件还会引起变形，即沿其长度呈香蕉状。试图限制组装件防止部件发生这种变形的种种努力一般都没有效果，因而至今为止最成功的技术是试图预测变形发生的程度，并把它考虑在部件的原始设计中，试图使装配件变形后的形状接近于设计中所预计的形状。然而，由于在紧固件的安装和孔的冷加工中自然会发生各种变化，这种预计只是近似的，因而在最终装配件的形状上通常会有某种程度的不可预见性。因此，长久以来一直在寻求一种在把预装件固装到最终的装配件上之前，消除其变形影响的方法。这种方法在翼梁的制造中，以及在飞机的其它部件的制造中，将具有极高的价值。

翼梁的主要工具的制造和将它们维持在公差范围内是非常昂贵的，并且需要很长的设计研制和制造时间。即便是空气动力学已经有了新的发展，制造翼梁装置的巨大成本和长久的研制时间，仍是重新设计现有型号飞机机翼的极大障碍，这是因为新的设计需要重新制造翼梁工具。一种自动钻孔、装入并拧紧紧固件的现有系统，公开在由Banks等人提出的美国专利5,×××,×××号中，其名称为“翼梁的自动装配工具”。它能够精确地制造出翼梁，但也是一个建造和维护都很昂贵的系统。

某些航空顾客有一些无法由现有型号飞机来满足的特殊要求，能够为这些客户快速地设计和制造定制机翼的翼梁的能力，将使得飞机机架制造商们具备极富竞争性的优势。目前，这种能力尚不具备，这是因为机翼和翼梁的专用工具，以及这些工具所需的工厂地面空间，使得“设计机翼”的成本过于昂贵。然而，用来制造某一特定型号的标准翼梁的同一套工具，如果能够快速和容易地转变为用于制造满足客户特殊要求的定制机翼的翼梁，然后还能够转变回到标准型号或转到另一种定型机翼的设计，那么，提供给客户的飞机就可以装有专门优化的机翼，以满足这些客户的特殊要求。新机翼唯一增加的成本可能是设计，或许还有某些最现代化的加工头部和其它的对机翼来说可能是专用的低成本工具。