CN101365579A - 制造复合材料飞行器机身的方法 - Google Patents

Abstract

制造复合材料飞行器机身的方法。本发明涉及制造飞行器机身的方法，机身包括被复合材料外壳(10)包裹的内骨架(1)，其中内骨架(1)至少部分构成制造复合材料外壳的模型(4)和/或所述模型的支撑。本发明还涉及根据该方法形成的飞行器机身。

Description

制造复合材料飞行器机身的方法

技术领域

本发明涉及一种制造外壳由复合材料形成的飞行器机身的方法。本发明的方法可以在机身内结构的周围形成复合材料的外壳，因此便于所述内结构的安装。本发明还涉及用该制造方法得到的飞行器机身。

本发明在航空领域得到应用，特别是在飞行器机身制造领域。

背景技术

飞行器的机身是飞行器的主体。机翼、垂直尾翼、起落架、喷气发动机和许多其它零件都固定在机身上。因此机身的制造构成飞行器建造中一个重要阶段。

飞行器的机身一般是金属形成的空心体。该空心体由安装并固定在内结构周围的金属板构成，该内结构一般是金属的，叫做飞行器的内骨架。金属板通过固定件组装在一起，并且在组装完成后形成飞行器的外壳。这种金属机身在现在非常普遍。但是，它们的缺点是沉重，因为机身全部是金属的。另外，它们还具有在金属板之间具有构成加厚部位的连接部的缺点。这些加厚之处增加了重量，并且在飞行器飞行时导致阻力，从空气动力学的观点看这是有害的。

为了减轻机身的重量，航空制造业力求用一些复合材料零件代替某些金属零件。这些复合材料特别用于形成飞行器机身的一个或多个部分，例如飞行器的机腹整流罩。机身的这些部分一般是用预先涂树脂的干纤维形成的板。这些板是这样制造的：准备预先涂有热固性树脂的干纤维布和/或织物，并把这些布和/或织物放在模型中，然后整体加热。树脂在热的作用下聚合，使加固的纤维可以保持模型的形状。冷却后将模型取下。该制造方法主要可以制造板，即具有开放外形的零件，因为必须能够在成型和冷却后取下模型。该方法很难制造空心体，特别是旋转形状的空心体，例如锥形空心体。

为了可以用复合材料制造具有旋转形状的机身的一部分，有一种制造飞行器的一段机身外壳的方法。通过用预先涂树脂的纤维布包围在具有所需形状的模型周围形成这段外壳。模型可以是空心柱体。对这样包有预涂纤维布的模型加热，以便使树脂聚合。冷却后，得到的层状材料形成飞行器的外壳。或者通过滑动，或者通过现场拆卸从而使模型收缩，来使该外壳与模型脱离。在外壳已经形成后，使内骨架一个零件一个零件地或者通过在复合支座上就位的基本零件组的形式进入到外壳内。飞行器的内骨架是框架和其它结构零件如加强肋和地板的组合。因此通过使骨架的每个框架和结构零件进入到外壳内然后从所述外壳内固定每个零件来安装内骨架。当内骨架零件体积太大时，将它们切割成几个部分，并一部分一部分地进入到外壳中，然后通过铆钉在它们之间进行固定。

由于要与模型脱离的外壳的面积很大，该方法很难实施。外壳可能另外包括加厚类型的零件，这更增加了脱模的难度。另外，该方法实施的时间比较长，因为需要使所有组成内骨架的零件按基本组或一个零件一个零件甚至使零件一部分一部分地进入和固定到外壳内。

发明内容

本发明的目的就是弥补上述技术的缺点。为此，本发明提出一种制造飞行器机身的方法，机身的外壳由复合材料制成，并且它的内骨架至少部分构成制造外壳的模型以及/或者所述模型的支撑。该方法提出安装内骨架，然后在内骨架的周围制造外壳。

更确切地说，本发明涉及一种制造飞行器机身的方法，机身包括复合材料外壳包围的内骨架，其特征在于，内骨架至少部分构成制造复合材料外壳的模型。

该方法具有制造外壳后不需要进行任何内骨架安装的优点。该方法另外还具有可以形成无论形状如何的机身而没有接缝的优点。

该方法可以包括以下操作：

—将多个框架和结构零件组装在一起，以形成机身的内骨架；

—在骨架的框架之间安装工具壳体，以得到实心结构(这些工具壳体可以延伸到两个以上的框架)；

—在实心结构周围放置一层复合材料；

—焙烧覆盖有复合材料层的实心结构；

—取出工具壳体，以得到被外壳覆盖的内骨架。

本发明的方法还可包括以下特征中的一个或几个：

—以浸树脂的纤维带的形式施加复合材料层。

—内骨架的框架是预制的。

—预制框架安装为一个整体。

—工具壳体固定在位于其它所述壳体两侧的框架上。

—工具壳体是柱形部分。

—框架安装在能够支撑内骨架的支座上。

—所述支座能够带动内骨架在施加复合材料的装置前转动。

—在与内骨架脱离后从骨架内取出工具壳体。

—在机身的门和/或舷窗的位置在外壳中切割开口。

—工具壳体覆盖有有利于它们脱模的材料。

—工具壳体由一种防粘材料形成。

—工具壳体由一种热膨胀性与外壳的热膨胀性基本无差别的材料形成。

本发明还涉及用上述方法得到的飞行器机身。

该机身的特征还在于外壳可以贴在形成内骨架的框架上。

附图说明

图1表示根据本发明的方法形成的飞行器内骨架。

图2表示根据本发明的方法从图1的内骨架形成的飞行器的实心结构(即带有工具壳体)。

图3表示内骨架和工具壳体的局部剖面图。

图4示意表示在实心结构覆盖预涂纤维带时，根据本发明的方法形成的飞行器机身的一部分。

具体实施方式

本发明的方法提出形成飞行器机身或一段飞行器机身，其中飞行器的内骨架构成制造复合材料外壳的模型和/或所述模型的支撑的至少一部分。在下面的所有描述中，整体考虑飞行器机身的制造，这是指可以实施该方法形成一段飞行器机身。当只形成一段飞行器机身时，该段可以与其它复合材料或金属制成的段组装并固定。

本发明的方法在于从一般为金属的框架和其它结构零件出发制造机身的内骨架。这些框架和零件互相组装，然后互相固定，以形成内骨架。这些不同零件的组装是围绕位于支座上的芯轴进行的。该芯轴的作用是支撑内骨架，并且在制造外壳时可以带动所述骨架转动。下面将更详细地描述其旋转驱动作用。

图1中示意性表示根据本发明的方法安装和组装机身内骨架的步骤。图1表示组装在支撑芯轴的轴线XX周围的内骨架1。由于图的简化，芯轴没有表示在图中。图中只示出了轴线XX，芯轴在该轴线周围。轴线XX固定在形成支撑内骨架的支座的支撑物两侧，由于简化，图中也没有表示出该支座。该轴线XX也可处于垂直位置，在这种情况下，只是在它的下端是固定的。该内骨架1包括框架2、加强筋、受力构件、地板和其它结构板。例如该内骨架包括预先组装的子组件3，它们的切口用于接纳门4、舷窗5或者还有驾驶舱的设置。

如图1所示，安装和组装内骨架的不同零件时，飞行器机身的整体形状是可以感觉到的。为了便于安装并组装内骨架，用于形成内骨架的不同零件特别是框架可以编号，并标在平面图上。

为了便于构造内骨架，结构零件和其它框架可以是预制件。框架可以整体安装，这简化了内骨架不同零件的安装。例如框架可以在360°上形成。

组装内骨架时，本发明的方法包括在内骨架的框架之间安装工具壳体的操作。实际上，框架和其它结构零件是互相隔开的。在图1的例子中，框架2a和2b被一空间7分开。本发明的方法提出用形成内骨架外罩的工具壳体充填这些空间。内骨架外罩的一个例子示于图2。图2表示在所述骨架的框架2和结构零件之间安装工具壳体8后的内骨架1。

工具壳体8是具有与内骨架的外部弯曲相同弯曲的零件。换句话说，工具壳体8构成能够安装在骨架的两个框架或两个框架组之间的表面部分。工具壳体的尺寸可以基本等于两个框架之间的空间。在这种情况下，每个工具壳体安装并固定在两个框架之间。工具壳体的尺寸也可大于两个框架之间的空间。在这种情况下，每个工具壳体可以安装在两组框架之间。在图2的例子中，工具壳体8a的形状为半柱形。则该外壳8a安装在第一框架2a与第两框架2b之间。因此该外壳8a分布在框架2a到2b上。因此工具壳体可以安装在框架间空间中，即在两个框架之间的空间中，或者在包括一个以上框架间空间的空间中。在下面的描述中，假设每个工具壳体都安装在两个框架之间。

工具壳体可以形成柱形部分。它们也可具有使它们可以与内骨架的外形吻合的其它形状。当工具壳体安装在内骨架的整个表面时，得到的结构叫做实心结构14。因此该实心结构14是空间被工具壳体填满的内骨架。该实心结构可以包括一些与飞行器的具体布置如门或驾驶舱的玻璃窗对应的开口。

图3表示实心结构的局部剖面图。因此图3以剖面图表示内骨架1的两个框架2a、2b，工具壳体8安装在这两个框架之间。该工具壳体8通过可拆卸固定件9a和9b固定在每个框架2a和2b上。该可拆卸固定件可以是螺栓或任何其它可以在制造外壳10后取下的固定部件。工具壳体8也可通过框架2a、2b就位，但是固定在内骨架1的另一部分上。

在图3的例子中，框架2a、2b的形状基本为C形。工具壳体8具有适合***框架2b的C形背部与框架2a的U形底部之间的形状。

工具壳体8可以由多个部分形成，以利于将其***到框架2a与2b之间。在这种情况下叫做组装，然后拆卸工具壳体。

图3的例子中表示覆盖框架2a和2b以及工具壳体8的外壳10。因此图3对应于制造外壳之后和取下工具壳体之前的实心结构。现在将描述制造外壳和取下工具壳体的操作。

构成实心结构14时，本发明的方法提出在所述实心结构的周围形成外壳。因此实心结构14构成制造外壳的模型。换句话说，内骨架构成制造外壳的模型的一部分。制造外壳的模型的另一部分由工具壳体形成，该另一部分在制造所述外壳之后取下。

为了形成外壳，将预先涂树脂的纤维带置于实心结构的周围。使这些预涂纤维带逐一置于实心结构的整个轮廓上。

图4表示安装在纤维放置机的支座11上的一段机身的例子。如前面所解释的，已经在形成纤维放置机的支座11的两个支撑11a、11b上的轴线XX的周围构成内骨架。因此一旦实心结构形成，该结构就安装在轴线XX的周围。支座11的支撑带有可以带动轴线XX转动的马达。因此轴线XX带动实心结构转动。

活动就位头12保证预涂纤维带在实心结构上就位。因此实心结构被一个带子一个带子地覆盖一层预涂纤维13。当实心结构完全被预涂纤维覆盖时，使所述结构进入到炉子中，使其在炉中焙烧。树脂在热的作用下聚合，使带子13产生与实心结构的形状吻合的层状材料，因此构成外壳10。

需要指出的是，工具壳体由一种热膨胀与纤维带的热膨胀没有明显不同的材料形成。例如它们可以由一种复合材料形成。因此实心结构的焙烧不会导致任何工具壳体与内骨架之间的不同热膨胀的问题。另外，内骨架也不会产生热膨胀的问题，因为它由复合材料形成。因此实心结构的焙烧只对预涂纤维带有作用。

纤维带聚合时形成外壳。因此本发明的方法提出取出工具壳体。

在本发明的一种优选实施例中，工具壳体被覆盖一种有利于它们脱模的材料，即防止树脂附着的材料。在一种变型中，工具壳体由一种防粘材料形成。因此，外壳一旦制造完成，就粘贴在内骨架上，特别是粘贴在内骨架的框架上，而不粘贴在工具壳体上。因此工具壳体可以很容易地脱离，然后从内骨架上取出，同时使内骨架保留在外壳内的位置。

取出工具壳体时，可以在外壳上形成一些切口，以便得到用于舷窗、门和其它设备的开口。

因此可以理解，该方法可以大大节省时间，因为内骨架在外壳就位前形成。因此它的形成没有空间约束。另外，该方法只需放置和取出工具壳体，工具壳体可以分别由几部分构成，以便更容易取出。

另外，用本发明的方法得到的机身具有能够整体形成的优点，不需要板之间的接缝，这样可以节省时间、减轻重量，并明显改进飞行器的空气动力学特性。

Claims (16)

1.制造包括内骨架(1)的飞行器机身的方法，内骨架(1)至少部分构成制造复合材料外壳的模型(4)，该内骨架被复合材料外壳(10)包围，该方法的特征在于包括以下操作：

—组装多个框架(2)和结构零件，以形成机身内骨架(1)；

—在骨架的至少两个框架之间的空间安装工具壳体(8)，并且通过可拆卸固定件把每个工具壳体固定在所述两个框架上，以得到实心结构(14)；

—将复合材料层(13)放在实心结构(14)周围；

—焙烧覆盖有所述复合材料层的所述实心结构；以及

—取出工具壳体(8)，以得到覆盖有外壳(10)的内骨架(1)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料层以浸有树脂的纤维的形式放置。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，内骨架(1)的框架(2)是预制的。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，整体安装预制框架。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，工具壳体(8)固定在位于所述工具壳体两侧的框架(2)上。

6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，工具壳体是柱形部分。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，工具壳体由有利于它们***到框架之间的多个部分形成。

8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，框架安装在能够支撑内骨架的支座上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，支座能够带动内骨架在放置复合材料的装置前转动。

10.如权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，工具壳体(8)在与内骨架脱离后从骨架内取出。

11.如权利要求1-10之任一项所述的方法，其特征在于，在机身门和/或舷窗的位置在外壳中切割开口。

12.如权利要求1-11之任一项所述的方法，其特征在于，工具壳体由防粘材料形成。

13.如权利要求1-11之任一项所述的方法，其特征在于，工具壳体由一种覆盖有利于脱模的材料的材料形成。

14.如权利要求1-13之任一项所述的方法，其特征在于，工具壳体由一种热膨胀与外壳的热膨胀没有明显不同的材料形成。

15.包括覆盖有外壳(10)的内骨架(1)的飞行器机身，其特征在于，该机身通过如上述权利要求之任一项所述的方法得到。

16.如权利要求15所述的机身，其特征在于，外壳(10)贴在形成内骨架的框架上。

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