用于承载负荷的箱式结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及用于承载负荷的箱式结构及其制造方法。本发明专利技术提供了一种用于承载负荷的箱式结构，该箱式结构具有上部和下部复合集成夹层面板。这些面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材。该箱式结构进一步具有多个翼梁。每个翼梁具有腹板和腹板附件并且具有在轴向上的翼梁长度。多个翼梁通过位于密集包处的腹板附件连接到面板。面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷。密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。本专利技术提供了一种用于承载负荷的箱式结构，该箱式结构具有上部和下部复合集成夹层面板。这些面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材。该箱式结构进一步具有多个翼梁。每个翼梁具有腹板和腹板附件并且具有在轴向上的翼梁长度。多个翼梁通过位于密集包处的腹板附件连接到面板。面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷。密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。【专利说明】
本专利技术总体涉及，并且特别涉及用于车辆和建筑结构的复合结合箱式结构及其制造方法。
技术介绍
由于其高强度-重量比、耐腐蚀性和其它有利的性能，复合结构(例如，碳纤维增强塑料(CFRP)复合结构)被广泛地用于多种应用，包括用于制造飞机、宇宙飞船、旋翼飞机、汽车、船只和其它交通工具和结构。例如，在飞机构形中，使用大量的复合结构来形成机翼、尾部、机身和其它部件。现有的复合飞机运输机翼和稳定器箱式结构可以利用由机械地连接或结合到内部机翼框架上的外部复合机翼蒙皮面板(即“蒙皮”)组成的整体加强面板结构。内部机翼框架通常可以由增强结构(例如翼梁、翼肋和纵梁)组成以改进蒙皮的强度、刚度、抗弯性和稳定性。这种复合飞机运输机翼和稳定器箱式结构通常被加工成三个独立的部分，这三个独立的部分包括左侧外翼或稳定器、右侧外翼或稳定器和中间部分，并且随后将这些部分组装在一起。该加工过程可能涉及大量的时间和人力来组装大量的零部件，并且这可能导致增加的制造成本。另外，这些部分可以用多个机械紧固件(例如，用于主要接合目的的干涉配合紧固件)接合在一起。这些紧固件可能由坚固且沉重的材料制成以便向这些部分施加足够的强度，从而在飞机运行期间将这些部分保持在一起，并且承受各种气动负荷和压力。然而，多个沉重紧固件的使用可能增加飞机的重量，这进而可能降低飞机的性能并且可能导致增加给定的飞行轨迹所需的燃料。该增加的燃料需求可能进而导致增加的燃料成本。另外，这些紧固件可能需要额外的燃料紧密密封，该额外的燃料紧密密封可能增加加工时间、劳动力和成本，且其进而可能增加整体制造和运行成本。此外，由金属制成的通过外部复合机翼蒙皮面板安装的多个紧固件的使用可能导致增加的机翼遭受雷击的风险。另外，现有的复合飞机运输机翼和稳定器箱式结构通常可以遵循已知的金属翼箱半硬壳式初级负荷分布。如本文所使用的，“半硬壳式”是指一种通过使用物体的外部或外蒙皮和纵梁而不是使用随后被覆以无负荷承载蒙皮的内部框架来支撑结构负荷的构形方案。该方案通常需要将飞机运输机翼和稳定器箱弯曲和扭转分布到蒙皮和纵梁中以提供多个故障安全负荷路径的近似传统的0° /±45° /90° (零度/正或负四十五度/九十度)准各向同性(例如，在几个或更多面内方向上的纤维取向)轴向加强层板叠层取向。然而，这种方案可能损害那些复合组件的效率，并且可能显著增加翼肋和紧固件附件的零件数量，以便保持复合飞机运输机翼和稳定器箱式结构的稳定性。因此，在本领域中存在对提供优于已知结构和方法的优点的改进的复合结合箱式结构及其制造方法的需求。
技术实现思路
本专利技术满足了对改进的复合结合箱式结构及其制造方法的需求。如在下面的详细描述中所讨论，改进的复合结合运输机翼和稳定器箱式结构及其制造方法的实施例可以提供优于现有结构和方法的显著优点。在本公开的实施例中，提供了一种用于承载负荷的箱式结构。该箱式结构包括上部和下部复合集成夹层面板。该集成夹层面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材。该箱式结构进一步包括多个翼梁。每个翼梁包括腹板和腹板附件并且具有在轴向上的翼梁长度。多个翼梁通过位于密集包处的腹板附件连接到集成夹层面板上。面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷，并且密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。在本公开的另一个实施例中，提供了一种具有用于承载负荷的结合箱式结构的飞行器。该飞行器包括具有第一尖端和第二尖端的翼型框架。该飞行器进一步包括附连到翼型框架上的结合箱式结构。该结合箱式结构包括从翼型框架的第一尖端到第二尖端连续的上部和下部复合集成夹层面板。集成夹层面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材。该结合箱式结构进一步包括多个翼梁。每个翼梁包括腹板和腹板附件，并且每个翼梁具有在轴向上的翼梁长度。多个翼梁通过位于密集包处的腹板附件连接到集成夹层面板上。面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷。密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。在本公开的另一实施例中，提供了 一种制造用于飞行器的结合箱式结构的方法。该方法包括形成一对集成夹层面板的步骤。每个集成夹层面板通过将芯部夹在至少两个复合面片材之间而加工复合蒙皮来形成。每个复合面片材通过铺设基本由偏置取向层板组成的面片材复合层板叠层并将该面片材复合层板叠层设计成使得该复合蒙皮能够提供连续的扭转、剪切和压力负荷路径来形成。每个集成夹层面板进一步通过将多个密集包接合到复合蒙皮来形成。每个密集包通过铺设由基本正交的单向复合带层压板组成的密集包复合层板叠层并将该密集包复合层板叠层设计成使得该密集包能够提供连续的弯曲和轴向负荷路径来形成。该方法进一步包括将多个翼梁和稳定肋结合在该对集成夹层面板之间以形成用于飞行器的结合箱式结构的步骤。该结合箱式结构具有整体式构形。此外，本专利技术包括根据以下条款所述的实施例:条款1.一种具有用于承载负荷的结合箱式结构的飞行器，所述飞行器包括:具有第一尖端和第二尖端的翼型框架；以及附连到所述翼型框架上的结合箱式结构，所述结合箱式结构包括:从所述翼型框架的所述第一尖端到所述第二尖端连续的上部和下部复合集成夹层面板，所述集成夹层面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材；以及多个翼梁，每个翼梁包括腹板和腹板附件并且具有在轴向上的翼梁长度，所述多个翼梁通过位于所述密集包处的所述腹板附件连接到所述集成夹层面板上，其中所述面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷，并且其中所述密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。条款2.根据条款I所述的飞行器，其进一步包括结合到并设置在从所述翼型框架的所述第一尖端到所述第二尖端的所述集成夹层面板之间的多个稳定肋。条款3.根据条款I所述的飞行器，其中每个所述面片材具有基本由偏置取向层板组成的面片材复合层板叠层，所述面片材复合层板叠层被设计成使得所述面片材能够主要提供连续的扭转、剪切和压力负荷路径。条款4.根据条款I所述的飞行器，其中每个所述密集包具有密集包复合层板叠层，所述密集包复合层板叠层包括由以零度(0° )或大约零度(0° )取向的单向层板组成的基本正交的单向复合带层压板，所述密集包复合层板叠层被设计成使得所述密集包能够提供所有显著的连续弯曲和轴向负荷路径。条款5.根据条款I所述的飞行器，其中由于所述集成夹层面板和所述翼梁腹板使硬的轴向刚性密集包完全稳定，每个集成夹层面板具有增加的面板刚度比。条款6.—种制造用于飞行器的结合箱式结构的方法，所述方法包括以下步骤:形成一对集成夹层面板，每个面板通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于承载负荷的箱式结构，所述箱式结构包括：上部和下部复合集成夹层面板；所述集成夹层面板具有夹有一个或多个芯部和在轴向上定向的相邻密集包的面片材；以及多个翼梁，每个翼梁包括腹板和腹板附件并且具有在轴向上的翼梁长度，所述多个翼梁通过位于所述密集包处的所述腹板附件连接到所述集成夹层面板；其中所述面片材被配置为主要承载剪切方向的扭转和压力负荷而不承载显著的轴向负荷，并且其中所述密集包被配置为承载在轴向张力和压缩负荷下的所有显著的箱弯曲。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·马科，P·S·努德曼，S·T·布朗，W·G·罗埃斯埃莱尔，T·K·伊索穆拉，W·N·韦斯特雷，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US