CN117401147A - 用于飞行器的机身区段和飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于飞行器的机身区段和飞行器。在一个方面中，描述了一种用于飞行器的机身区段，该机身区段包括：压力隔板，该压力隔板包括圆顶形结构和至少一个联接结构，该至少一个联接结构从圆顶形结构的边缘延伸；以及至少一个周向结构，该至少一个周向结构布置在机身区段的蒙皮上，其中，圆顶形结构经由联接结构的远侧部分固定至周向结构，其中，所述远侧部分联接至周向结构的脚部分，联接结构从周向结构的脚部分倾斜地延伸，使得机身区段的蒙皮与联接结构之间的距离从脚部分到圆顶形结构的边缘增大。

Description

用于飞行器的机身区段和飞行器

技术领域

本发明属于飞行器零件领域，并且特别地，本发明涉及“后部压力隔板”(“RPB”)的构型和布置。

具体地，本发明包括在飞行器的开发程序中，其中，加压空间(比如机舱)通过扩大机身大小而得以扩展。与这类解决方案不同，本发明提供了对后部压力隔板的结构修改，以便在不扩大飞行器机身大小的情况下获得这种加压空间，同时使将压力隔板附接至飞行器的周向结构元件所需的辅助元件(比如装配件和桁梁)最小化。

背景技术

通常，在商用航空运输业中，由飞行器机身限定的内部容积被分为加压区域或空间以及非加压区域或空间，其中，通过安装附接至机身的周向框架的后部压力隔板来限定这两个区域的分隔，该后部压力隔板通常由大致圆形的平坦或略微弯曲的复合材料零件组成。

在一方面，加压空间被设计成在适合乘客的舒适度和栖身的条件下运输乘客，而非加压空间(比如飞行器的后部)旨在容纳所有类型的飞行器***，比如APU(辅助动力单元)或THSA(可调水平安定面致动器)。

鉴于以上所述，插置在所述加压区域与非加压区域之间的后部压力隔板应在承受变化压力差的所有飞行阶段期间确保正确的气密性，压力差可能最高达到约1300hPa。

为了更好地将此结构元件集成到整个机身制造中，飞行器机身通常由不同的零件制造而成的，这些零件在后续阶段组装在一起形成两个主要的机身区段：前部机身和非加压的后部机身，该前部机身是旨在在高海拔被加压的空间。这两个分开的区段通过轨道机身接头(也称为“对接条带接头”或仅称为“条带接头”)连接。

常规的解决方案的后部压力隔板被布置在轨道机身接头连接处，即布置在前部机身中，特别是附接至前部机身的最后面的框架。

由于后部压力隔板的安全性要求高并且对结构设计的影响巨大，所以在任何飞行器设计过程的早期阶段着手处理后部压力隔板，从而使得将来对该后部压力隔板计划和实施任何结构改变都极为困难。

相应地，任何增大加压机舱以便获得附加机舱空间的尝试都只不过是通过扩大前部机身来进行，即就机身一体化而言不修改压力隔板的初始设计。

如今，已经开发出的当前解决方案修改后部压力隔板的一体化设计，以允许在不修改飞行器的总长度的情况下增大加压的机舱空间。

这些解决方案涉及将压力隔板移动至针对其所连接的框架而言的更靠后的位置(delayed position)，通过采用允许对隔板进行固定的若干机械连接元件来提供连接稳定性和阻力，同时允许将载荷传输至所述框架。

特别地，当前的装置由许多零件(比如抗剪腹板、T形装配件、“V”形弦或“Y”形弦)构成，这些零件用于将RPB通过铆钉连接附接至蒙皮、对接条带接头和最靠近的框架。

发明内容

本发明提供了用于飞行器的机身区段、以及飞行器。在从属权利要求中，限定了本发明的优选实施例。

在第一发明方面，本发明提供了一种用于飞行器的机身区段，该机身区段包括：

压力隔板，该压力隔板包括圆顶形结构和至少一个联接结构，该至少一个联接结构从圆顶形结构的边缘延伸；以及

至少一个周向结构，该至少一个周向结构布置在机身区段的蒙皮上，

其中，圆顶形结构经由联接结构的远侧部分固定至周向结构，

其中，所述远侧部分联接至周向结构的脚部分，联接结构从周向结构的脚部分倾斜地延伸，使得机身区段的蒙皮与联接结构之间的距离从脚部分到圆顶形结构的边缘增大。

在整个文件中，当涉及“周向结构”(比如框架或条带接头)时，应理解为这样一种结构：该结构的轮廓或边缘大致与周向结构所安装在其中的机身的截面的周缘相对应。由于大多数商用飞行器具有大致圆形的机身，因此其设置有大致圆形的结构。

应注意，周向结构(框架和条带接头)连同纵向结构(比如纵梁和梁)共同形成用于飞行器的机身区段的主结构，从而为其所连结的外蒙皮提供气动形状。

周向框架的部分可以是金属(比如铝或钛)，或者由复合材料(比如碳纤维增强塑料“CFRP”)制成。

“圆顶形结构”是将由用于飞行器的机身区段限定的内部容积分成加压区域(即，承载乘客的机舱)和非加压区域(其中安装有比如APU等飞行器***)的主要结构。

特别地，在使用中，圆顶形结构的凹表面朝向加压区域定向，而凸表面朝向非加压区域定向。通过这种方式，加压空气在整个凹表面上均匀地施加压力。

更特别地，根据容器应力分布，压力隔板经受来自加压空气的静压力(即，与压力隔板表面正交的径向应力)，并且以切向应力的形式重新分布静压力。于是，这些切向应力从压力隔板传递至该压力隔板经由联接结构所附接的周向结构。应力分布越均匀(例如，通过准圆形框架)，载荷传递可能越好。

相应地，压力隔板的固有几何结构(即，圆顶形结构)和联接结构提供了不会损害组件的结构完整性的合适的载荷分布。

特别地，根据本发明，至少一个联接结构从圆顶形结构的边缘朝向周向结构的脚部分倾斜地延伸，所述联接结构通过其远侧部分连接至该脚部分。

应理解，周向结构的“脚部分”是周向结构的直接紧固至飞行器的机身区段的蒙皮的一部分(或者至少是该结构的最靠近蒙皮的部分)。

对于术语“倾斜”，应理解，联接结构从圆顶形结构的边缘相对于机身区段的蒙皮成角度地延伸，以便逐渐接近(即，与所述蒙皮的距离逐渐减小)，直至与联接结构藉由其远侧部分所连接的脚部分的接触点。

凭借藉由至少一个联接结构将圆顶形结构附接至周向结构的详细构型，所述联接结构主要在拉力下工作，经受牵引力。相比之下，现有技术的沿着其纵向长度藉由铆钉接头附接至蒙皮的抗剪腹板将由圆顶形结构引起的载荷作为剪切应力进行分布。

本发明提供了以下解决方案：凭借联接结构使压力隔板相对于否则该压力隔板可能通过直接的机械接触所连接的周向结构移位。

另外，所述移位距离被获得为附加的加压区域，而不会扩大前部机身。

然而，与其中通过藉由铆钉连接附接至压力隔板、机身的蒙皮以及周向结构的许多零件(比如抗剪腹板、L形装配件或T形装配件)建立压力隔板与周向结构之间的连接的现有技术的解决方案不同，本发明提供了仅使用至少一个联接结构就使压力隔板的常规位置移位的连接，即消除了具有所述多个零件和铆钉的需要，这些零件和铆钉大幅地增加了成本，另外还增加了此区段的重量和组装时间。

相应地，相对于已知的解决方案，本发明的主要有利效果是减少所使用的零件和铆钉的数量，并且因此降少重量、时间以及与制造和维护相关的成本。

在实施例中，至少一个联接结构是圆顶形结构的内置延伸部。

这种“内置”延伸部应理解为与圆顶形结构(例如，通过增材制造)集成地制造的压力隔板的一部分。

换言之，“内置”延伸部应被视为从圆顶形结构的边缘向外突出从而提供结构连续性的附加长度。几何学上，在截面中，这种“内置”延伸部从圆顶形结构的边缘切向地延伸。

优选地，内置延伸部通过该内置延伸部所从其突出的边缘限定与圆顶形结构的其余部分的几何连续性。即，内置延伸部在截面中不会以突变的方式偏离圆顶曲率，而是保持与圆顶形结构相同的曲率。

就这种结构连续性而言，在一个实施例中，压力隔板的厚度是恒定的并且与内置延伸部的厚度重合。

在一个实施例中，内置延伸部的几何形状为大致梯形，其宽度在与圆顶形结构的边缘交界的几何交汇处较大，并且其宽度从所述边缘到连接至周向结构的远侧部分逐渐减小。

在实施例中，至少一个联接结构是通过近侧部分而联接至圆顶形结构的边缘的板形装配件。

这种“板形”装配件应理解为其中在两个方向上的尺寸超过在其他方向上的尺寸的结构。在这个意义上，宽度应理解为对占用了圆顶形结构的边缘的一部分的侧向端部之间的距离进行限定的尺寸；长度应理解为圆顶形结构的所述边缘与联接结构的远侧部分之间的距离的尺寸；并且最终，厚度应理解为面向压力隔板的凹侧面的表面与面向压力隔板的凸侧面的表面之间的距离。在这个意义上，厚度将是板形装配件的最小尺寸。

类似于内置延伸部，板形装配件应被视为从圆顶形结构的边缘向外突出以便将所述圆顶形结构联接至飞行器的机身区段的附加长度。几何学上，在截面中，这种板形装配件从圆顶形结构的边缘切向地延伸。

优选地，板形装配件延伸部通过该板形装配件所从其突出的边缘提供了与圆顶形结构的其余部分的结构连续性。即，通过在板形装配件与圆顶形结构之间经由板形装配件的近侧部分进行的连接界面，板形装配件在截面中不会以突变的方式偏离圆顶曲率，而是保持与圆顶形结构相同的曲率。

就这种结构连续性而言，在一个实施例中，压力隔板的厚度是恒定的并且与板形装配件的厚度重合。

在实施例中，板形装配件的几何形状为大致梯形，其宽度在近侧部分与圆顶形结构的边缘之间的连接界面处较大，并且其宽度从所述边缘到连接至周向结构的远侧部分逐渐减小。在其他实施例中，板形装配件的几何形状为大致矩形，其宽度从近侧部分到远侧部分大致恒定。在其他实施例中，板形装配件具有变化的宽度。

在实施例中，联接结构呈弯曲的板的形式。

在实施例中，板形装配件藉由铆钉接头紧固至圆顶形结构的边缘。

在实施例中，联接结构藉由铆钉接头联接至周向结构。

在实施例中，周向结构的脚部分是板形的，并且联接结构的远侧部分包括大致平坦的部分，该大致平坦的部分沿着其表面接触板形脚部分的相应表面。

在实施例中，周向结构是机身区段的框架。

在实施例中，周向结构是条带接头，该条带接头被配置用于将机身区段的蒙皮与另一个机身区段的蒙皮紧固在一起。

在实施例中，联接结构包括加强件。

在实施例中，加强件是增强壁，该增强壁沿着从圆顶形结构的边缘到联接结构的远侧部分的方向布置。

结构部件通常用作加强件，以增加相邻的载荷承载结构的刚度和强度。

在其中联接结构呈弯曲的板的形式、主要经受拉伸应力或压缩应力的实施例中，增强结构(比如壁)提供了针对所有方向上的屈曲载荷和弯曲载荷的出色的加强特性、抵抗潜在的扭转力矩并且提供了良好的强度重量比。

在实施例中，增强壁至少沿着其一部分施加在联接结构的凹表面或凹侧面(即面向机身区段的加压区域的侧面)上，并且与此表面垂直地突出。

在实施例中，增强壁至少沿着其一部分施加在联接结构的凸表面或凸侧面(即与机身区段的加压区域相反的侧面)上，并且与此表面垂直地突出。

在实施例中，加强件布置在联接结构的对称平面中。

在实施例中，联接结构包括两个增强壁，这两个增强壁布置在联接结构的相反表面上，其中，一个壁相对于联接结构所从其突出的表面的高度沿着从圆顶形结构的边缘到联接结构的远侧部分的方向逐渐降低，并且其中，另一个壁相对于联接结构所从其突出的表面的高度沿着从联接结构的远侧部分到圆顶形结构的边缘的方向逐渐降低。

在更特定的实施例中，这两个相反的增强壁在联接结构的对称平面中从联接结构的每个相应表面垂直地突出。以此方式，两个增强壁均在联接结构的长度的至少一部分上提供结构连续性。

在实施例中，机身区段包括多个联接结构，该多个联接结构从圆顶形结构的边缘延伸，其中，圆顶形结构经由每个联接结构的远侧部分固定至周向结构，其中，每个远侧部分联接至周向结构的脚部分，每个联接结构从对应的远侧部分相对于周向结构的脚部分倾斜地延伸，使得机身区段的蒙皮与联接结构之间的距离从脚部分到圆顶形结构的边缘增大。

在实施例中，该多个联接结构径向对称地布置在圆顶形结构的边缘上。

如前所述，根据容器应力分布，压力隔板经受来自加压空气的静压力(即与压力隔板表面正交的径向应力)，并且以切向应力的形式重新分布静压力，这些切向应力从压力隔板传递至该压力隔板经由联接结构所附接的周向结构。

有利地，改善了从压力隔板朝向周向结构的载荷传递。

在第二发明方面，本发明提供了一种飞行器，该飞行器包括：

根据第一发明方面的任何实施例的机身区段；以及

第二机身区段，该第二机身区段被配置成是加压的。

本说明书(包括权利要求、说明书和附图)中描述的所有特征和/或所描述的方法的所有步骤可以以任何组合进行组合，除了这些互斥的特征和/或步骤的组合。

附图说明

参考附图，鉴于本发明的详细描述，将清楚地理解本发明的这些和其他特性和优点，这些特性和优点从本发明的仅作为示例给出并且并不受其所限的优选实施例中变得显而易见。

图1此图示出了根据现有技术的、飞行器的周向结构与压力隔板之间的集成的示意性表示的等距视图。

图2此图示出了图1中所见的架构的示意性侧视图。

图3此图示出了根据本发明的实施例的、飞行器的周向结构与压力隔板之间的集成的示意性表示的等距视图。

图4此图示出了图3中所见的示意性架构的侧视图。

图5此图示出了本发明的包括根据本发明的实施例的机身区段的飞行器的实施例。

具体实施方式

图1和图2示出了根据现有技术的、飞行器的机身区段与压力隔板10之间的集成的表示的互补的示意图。

特别地，图1示出了所述表示的等距视图，而图2示出了图1中所示的架构的侧视图。

如图所示，压力隔板10固定至支撑结构20，该支撑结构包括：脚部分21，该脚部分附接至机身的蒙皮60；腹板22；以及附接至该腹板22的周向角形装配件23，该周向角形装配件被成形为“V形”弦。

特别地，压力隔板10包括延伸部件11，这些延伸部件从压力隔板10的圆顶形结构的边缘突出，这些延伸部件11至少沿着其表面的一部分联接到周向角形装配件23的相应表面上。

压力隔板10还固定至周向结构，并且更特别地，通过将延伸部件11和框架50相桥接的纵向结构30而固定至机身的框架50。

更特别地，延伸部件11还至少沿着其表面的一部分联接到纵向结构30的头部32上，其中，所述头部32与两个凸缘33相集成，这两个凸缘与该头部垂直地突出并且限定与纵向结构30的腹板31的厚度相对应的狭槽。

另外，在图2中，描绘了“对接条带”接头40，其中，板将机身的前部区段和机身的后部区段的对接蒙皮重叠并紧固在一起。

最终，可以看到，腹板31随着其远离延伸部件11而成锥形，并且该腹板优选地通过铆钉接头联接至：在支撑结构20的脚部分21与对接条带接头40之间的机身蒙皮60；以及框架50。

图3和图4示出了根据本发明的实施例的、压力隔板100与用于飞行器的机身区段100的周向结构120之间的集成的示意性表示的互补的示意图。

特别地，图3示出了所述示意性表示的等距视图，而图4示出了图3中所示的架构的示意性侧视图。

本发明所提出的机身区段100的设计(特别是根据图3和图4中所示的实施例)提供了对所述机身区段100的结构修改，与现有技术的先前解决方案(比如图1和图2中所示的解决方案)相比，允许在不扩大飞行器机身的总大小的情况下扩展飞行器的机舱以便获得加压空间，所有这些同时简化压力隔板110集成。

就此而言，减少了辅助结构元件(比如装配件和桁梁)以及用于将压力隔板110附接至飞行器的周向结构120的大量铆钉(比如图1和图2中所示的铆钉)，这除了简化附接的结构构型之外，还可以降低机身区段100的重量和资源成本。

特别地，图1和图2中所示的用于飞行器200的机身区段100包括压力隔板110，该压力隔板包括圆顶形结构111以及从圆顶形结构111的边缘113延伸的至少一个联接结构112。另外，所示的机身区段100包括至少一个周向结构120，该至少一个周向结构布置在机身区段100的蒙皮210上，所述联接结构112联接至该周向结构。

在图3和图4中，出于展示的目的，为了提供压力隔板110与机身区段100中的周向结构120之间的联接所涉及的主要元件的示例，仅示出了所述联接的一部分或区段。应理解，机身区段100包括从压力隔板的圆顶形结构111的边缘113突出的多个联接结构112。

因此，在整个图3和图4的描述中，可以参考复数个的联接结构112，所述联接结构112的构型和特征组被视为与图3和图4中所示的联接结构的构型和特征组相同。

此外，虽然在图3和图4的示例中未示出，但应理解，从圆顶形结构111的边缘113延伸的多个联接结构112径向对称地布置在圆顶形结构111的边缘113上。

如前所述，根据容器应力分布，压力隔板110经受来自加压空气的静压力(即与压力隔板110表面正交的径向应力)，并且使静压力以切向应力的形式重新分布，这些切向应力从压力隔板110传递至该压力隔板经由联接结构112所附接的周向结构120。

对于从圆顶形结构111的边缘113突出的联接结构112与机身区段100的周向结构112之间本身的附接而言，圆顶形结构111经由每个联接结构112的远侧部分114固定至周向结构120。所述远侧部分114联接至周向结构120的脚部分121的相应区段。

虽然在不同的实施例中，至少一些联接结构112可以是圆顶形结构111的内置延伸部，但是在图3和图4所展示的实施例中，可以看到，联接结构112是通过相应的近侧部分115而联接至圆顶形结构111的边缘113的板形装配件。更特别地，可以看到，所述板形装配件112藉由铆钉接头紧固至圆顶形结构111的边缘113。就此而言，所述板形装配件112还藉由铆钉接头紧固至周向结构120的脚部分121。

用于飞行器的机身区段100的周向结构120的示例可以是被配置用于将两个相继的机身区段的蒙皮紧固在一起的框架或条带接头。

在图3和图4中所示的特定实施例中，板形装配件联接至条带接头120，该条带接头进而包括板形脚部分121，并且可以看到，联接结构112的远侧部分114包括大致平坦的部分，该大致平坦的部分沿着其表面接触所述板形脚部分121的相应表面。

另外，可以看到，联接结构112(即，板形装配件)从条带接头120的脚部分121倾斜地延伸，使得条带接头120所附接的机身区段100的蒙皮210与联接结构112之间的距离从所述远侧部分114到圆顶形结构111的边缘113增大。

最终，图3和图4中所示的实施例的板形装配件112包括加强件116。更特别地，板形装配件112包括两个增强壁116，这两个增强壁布置在板形装配件112的相反表面上、在圆顶形结构111的边缘与板形装配件112的远侧部分113之间、在该板形装配件的对称平面中。

可以看到，布置在联接结构112的凸表面上的增强壁116相对于该增强壁所从其突出的表面的高度沿着从圆顶形结构111的边缘到联接结构112的远侧部分114的方向逐渐降低。

在另一方面，布置在联接结构112的凹表面上的增强壁116相对于该增强壁所从其突出的表面的高度沿着从联接结构112的远侧部分114到圆顶形结构111的边缘的方向逐渐降低。

结构部件通常用作加强件，以增加相邻的载荷承载结构的刚度和强度。

对于主要经受拉伸应力或压缩应力的几何形状，比如联接结构112的呈略微弯曲的板的形式的几何形状，所示的呈增强壁116的形式的加强件116提供了针对所有方向上的屈曲载荷和弯曲载荷的出色的加强特性、抵抗潜在的扭转力矩并且提供了良好的强度重量比。

图5示出了包括根据本发明的实施例的机身区段100的飞行器200的实施例。

Claims (15)

1.-一种用于飞行器(200)的机身区段(100)，所述机身区段包括：

压力隔板(110)，所述压力隔板包括圆顶形结构(111)和至少一个联接结构(112)，所述至少一个联接结构从所述圆顶形结构(111)的边缘(113)延伸；以及

至少一个周向结构(120)，所述至少一个周向结构布置在所述机身区段(100)的蒙皮(210)上，

其中，所述圆顶形结构(111)经由所述联接结构(112)的远侧部分(114)固定至所述周向结构(120)，

其中，所述远侧部分(114)联接至所述周向结构(120)的脚部分(121)，所述联接结构(112)从所述周向结构(120)的脚部分(121)倾斜地延伸，使得所述机身区段(100)的蒙皮(210)与所述联接结构(112)之间的距离从所述脚部分(121)到所述圆顶形结构(111)的边缘(113)增大。

2.-根据权利要求1所述的机身区段(100)，其中，至少一个联接结构(112)是所述圆顶形结构(111)的内置延伸部。

3.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段(100)，其中，至少一个联接结构(112)是通过近侧部分(115)而联接至所述圆顶形结构(111)的边缘(113)的板形装配件。

4.-根据权利要求3所述的机身区段(100)，其中，所述板形装配件(112)藉由铆钉接头紧固至所述圆顶形结构(111)的边缘(113)。

5.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述联接结构(112)藉由铆钉接头联接至所述周向结构(120)。

6.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述周向结构(120)的脚部分(121)是板形的，并且其中，所述联接结构(112)的远侧部分(114)包括大致平坦的部分，所述大致平坦的部分沿着其表面接触所述板形脚部分(121)的相应表面。

7.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段，其中，所述周向结构(120)是所述机身区段(100)的框架。

8.-根据权利要求1至6中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述周向结构(120)是条带接头，所述条带接头被配置用于将所述机身区段(100)的蒙皮(210)与另一个机身区段的蒙皮紧固在一起。

9.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述联接结构(112)包括加强件(116)。

10.-根据权利要求9所述的机身区段(100)，其中，所述加强件(116)是增强壁，所述增强壁从所述圆顶形结构(111)的边缘到所述联接结构(112)的远侧部分(113)布置。

11.-根据权利要求9或10中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述加强件(116)布置在所述联接结构(112)的对称平面中。

12.-根据权利要求10或11中任一项所述的机身区段(100)，其中，所述联接结构(112)包括两个增强壁(116)，所述两个增强壁布置在所述联接结构的相反表面上，其中，

一个增强壁(116)相对于所述联接结构(112)所从其突出的表面的高度沿着从所述圆顶形结构(111)的边缘到所述联接结构(112)的远侧部分(113)的方向逐渐降低，

并且其中，

相反的增强壁(116)相对于所述联接结构(112)所从其突出的表面的高度沿着从所述联接结构(112)的远侧部分(113)到所述圆顶形结构(111)的边缘的方向逐渐降低。

13.-根据前述权利要求中任一项所述的机身区段(100)，进一步包括多个联接结构(112)，所述多个联接结构从所述圆顶形结构(111)的边缘(113)延伸，其中，所述圆顶形结构(111)经由每个联接结构(112)的远侧部分(114)固定至所述周向结构(120)，其中，每个远侧部分(114)联接至所述周向结构(120)的脚部分(121)，每个联接结构(120)从对应的远侧部分(114)相对于所述周向结构(120)的脚部分(121)倾斜地延伸，使得所述机身区段(100)的蒙皮(210)与所述联接结构(112)之间的距离从所述远侧部分(114)到所述圆顶形结构(111)的边缘(113)增大。

14.-根据权利要求13所述的机身区段(100)，其中，所述多个联接结构(112)径向对称地布置在所述圆顶形结构(111)的边缘(113)上。

15.-一种飞行器(200)，包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的机身区段(100)；以及

第二机身区段，所述第二机身区段被配置成是加压的。