專利名稱：使用多功能頂端的機(jī)身及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及機(jī)身結(jié)構(gòu)，尤其是由復(fù)合材料構(gòu)成的機(jī)身結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及具有多功能頂端的機(jī)身。
背景技術(shù)：
由于基于聚合物的復(fù)合物的強(qiáng)度-重量比極其良好，因此可以選擇基于聚合物的復(fù)合材料用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)。飛機(jī)機(jī)身的當(dāng)前設(shè)計(jì)可以使用許多復(fù)合組件，包括夾心板、構(gòu)架和加勁肋等(這里僅列出一些)。在制造過程期間，這些復(fù)合組件的裝配是極其耗時(shí)且耗費(fèi)勞動(dòng)力的，因此，在可能的情況下希望集成這些組件，以便減少裝配時(shí)間和/或減少勞動(dòng)力以及減少飛機(jī)重量。通過簡化機(jī)載飛機(jī)子系統(tǒng)也可以減少裝配時(shí)間/勞動(dòng)力以及飛機(jī)重量，該子系統(tǒng)例如是環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)、電線和通信系統(tǒng)。減少復(fù)合結(jié)構(gòu)組件數(shù)量和簡化機(jī)載子系統(tǒng)的問題是非常復(fù)雜的，因?yàn)檩^大的商用飛機(jī)機(jī)身和軍用飛機(jī)機(jī)身被成段制造且在生產(chǎn)過程期間這些機(jī)身段必須被連結(jié)在一起。因此，需要一種具有數(shù)量減少的組件的復(fù)合飛機(jī)機(jī)身，其需要裝配同時(shí)集成至少部分飛機(jī)子系統(tǒng)，以便減少成本且減少飛機(jī)重量。還需要一種制造復(fù)合飛機(jī)機(jī)身的方法，其允許在機(jī)身部段裝配期間集成子系統(tǒng)，且同時(shí)提高生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的實(shí)施例提供了具有多功能頂端的復(fù)合機(jī)身結(jié)構(gòu)，其集成了一個(gè)或更多個(gè)飛機(jī)子系統(tǒng)，因而減少了需要裝配的組件數(shù)量。該多功能頂端提供了顯示改進(jìn)的強(qiáng)度和對物體撞擊(例如敲打)的抗沖擊性的成套設(shè)計(jì)。將飛機(jī)子系統(tǒng)集成為多功能頂端可以引起在制造效率和結(jié)構(gòu)效率、能量輸送和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)完好狀況以及濕氣侵入監(jiān)控方面的改善。該多功能機(jī)身頂端提供了屏蔽路徑用于通過飛機(jī)的RF(無線電頻率)傳輸。這些屏蔽路徑可以用于提供RF能量給結(jié)構(gòu)完好狀況監(jiān)控傳感器和/或用于數(shù)據(jù)通信。這些路徑是通過集成到頂端內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)波導(dǎo)空腔來形成的，該頂端提供免受周圍環(huán)境影響的屏蔽，這可以減少通信鏈路中的干擾。通過集成波導(dǎo)空腔的無線通信可以導(dǎo)致更高的數(shù)據(jù)傳輸率、更遠(yuǎn)的范圍、更大的容量和更低的運(yùn)行功率。使用該多功能頂端作為波導(dǎo)空腔可以允許成套飛機(jī)結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程區(qū)域的無損評(píng)價(jià)(NDE)，因而可能避免為了執(zhí)行NDE或結(jié)構(gòu)完好狀況監(jiān)控而拆卸飛機(jī)零件的需要。根據(jù)一個(gè)公開的實(shí)施例，機(jī)身結(jié)構(gòu)包含具有內(nèi)表面的機(jī)身主體和用于加強(qiáng)主體的構(gòu)架。構(gòu)架包括至少一個(gè)連接內(nèi)表面的框架構(gòu)件，并且該框架構(gòu)件內(nèi)具有為實(shí)用設(shè)施通過主體安排路線的管道。實(shí)用設(shè)施可以包括環(huán)境控制系統(tǒng)、電線、無線通信系統(tǒng)、無線電力輸送系統(tǒng)和濕度監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)。管道形成電磁能量波導(dǎo)空腔，以允許電磁信號(hào)通過框架構(gòu)件的無線數(shù)據(jù)傳輸。機(jī)身主體包括具有頂端的上部、在頂端下方的機(jī)艙以及下部。構(gòu)架包括多個(gè)連接機(jī)身主體的上部并橫向延伸跨過頂端的弓形框架構(gòu)件。至少某些框架構(gòu)件包括在其內(nèi)從頂端向下朝著機(jī)艙延伸的整體式空腔。機(jī)身結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包含空氣供應(yīng)管道，其縱向貫穿頂端區(qū)域內(nèi)的主體并聯(lián)接于框架構(gòu)件腔。空氣供應(yīng)管道可以集成到每個(gè)弓形框架構(gòu)件中并構(gòu)成構(gòu)架的一部分。根據(jù)另一個(gè)公開的實(shí)施例，機(jī)身結(jié)構(gòu)包含包括限定機(jī)艙內(nèi)表面的主體，和在機(jī)艙周圍用于加強(qiáng)主體的多個(gè)周向延伸的復(fù)合框架構(gòu)件。每個(gè)框架構(gòu)件都連接機(jī)身主體的內(nèi)表面，并包括其內(nèi)的實(shí)用設(shè)施服務(wù)分配管道以用于將實(shí)用設(shè)施服務(wù)分配給機(jī)艙。主體可以包含復(fù)合板，其包括具有頂端的上部以及與上部連結(jié)在一起的下部。每個(gè)框架構(gòu)件都被連結(jié)到主體的上部內(nèi)的所述板并橫跨頂端。機(jī)身結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包含實(shí)用設(shè)施供應(yīng)管道，其縱向穿過主體并聯(lián)接于框架構(gòu)件中的分配管道。實(shí)用設(shè)施供應(yīng)管道可以與框架構(gòu)件集成，并被放置在頂端和機(jī)艙之間。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，機(jī)身結(jié)構(gòu)包含具有頂端的主體和縱向貫穿主體的構(gòu)架，后者用于加強(qiáng)頂端區(qū)域內(nèi)的主體。構(gòu)架包括其內(nèi)的用于為實(shí)用設(shè)施通過主體安排路線的至少
一個(gè)管道。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，提供了制造飛機(jī)機(jī)身的方法。該方法包括將復(fù)合結(jié)構(gòu)鋪在工具之上，并將復(fù)合結(jié)構(gòu)分離成第一機(jī)身蒙皮和第二機(jī)身蒙皮。該方法進(jìn)一步包括分別利用第一蒙皮和第二蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分。1. 一種機(jī)身結(jié)構(gòu)，包含包括內(nèi)表面的機(jī)身主體；和用于加強(qiáng)所述主體的結(jié)構(gòu)構(gòu)架，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括至少一個(gè)框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件連接到所述內(nèi)表面并且其內(nèi)具有用于為實(shí)用設(shè)施通過所述主體安排路線的管道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述實(shí)用設(shè)施包括至少以下之一環(huán)境控制系統(tǒng)，電線，無線通信系統(tǒng)，無線電力輸送系統(tǒng)，和濕度監(jiān)控系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述管道形成電磁能量波導(dǎo)空腔，和所述實(shí)用設(shè)施包括通過所述波導(dǎo)空腔傳輸電磁信號(hào)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述機(jī)身主體包括具有頂端的上部、在所述頂端下方的機(jī)艙以及下部，以及所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括連接所述機(jī)身主體上部的內(nèi)表面并橫向延伸跨過所述頂端的多個(gè)弓形框架構(gòu)件，其中至少某些所述框架構(gòu)件包括其內(nèi)的從所述頂端向下朝著所述機(jī)艙延伸的整體式空腔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含空氣供應(yīng)管道，其縱向延伸穿過所述頂端的區(qū)域內(nèi)的所述主體并聯(lián)接于所述框架構(gòu)件空腔。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述空氣供應(yīng)管道被集成到每個(gè)弓形框架構(gòu)件中并構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架的一部分。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述主體和所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架是由復(fù)合材料構(gòu)成的。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括連接到所述機(jī)身主體并橫向延伸跨過所述頂端的多個(gè)弓形框架構(gòu)件，其中每個(gè)弓形框架構(gòu)件都填充有結(jié)構(gòu)泡沫材料并包括由泡沫材料包圍和支撐的導(dǎo)管。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述機(jī)身主體包括具有側(cè)面的上部和由復(fù)合板構(gòu)成的頂端，所述板包括夾在內(nèi)面板和外面板之間的核心，其中所述核心在所述頂端區(qū)域內(nèi)具有增加的硬度。10. —種機(jī)身結(jié)構(gòu)，包含限定機(jī)艙的主體；和圍繞所述機(jī)艙用于加強(qiáng)所述主體的多個(gè)周向延伸的復(fù)合框架構(gòu)件，每個(gè)框架構(gòu)件均連接到所述主體并且其內(nèi)具有實(shí)用設(shè)施分配管道以用于將實(shí)用設(shè)施服務(wù)分配給所述機(jī)艙。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述主體由復(fù)合板構(gòu)成，所述主體包括具有頂端的上部以及連結(jié)到所述上部的下部，其中每個(gè)框架構(gòu)件均連接所述主體的上部內(nèi)的板并橫跨所述頂端。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含實(shí)用設(shè)施供應(yīng)管道，其縱向貫穿所述主體并且與所述框架構(gòu)件中的分配管道聯(lián)接。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述實(shí)用設(shè)施供應(yīng)管道構(gòu)成主干框架，并與所述框架構(gòu)件集成。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述實(shí)用設(shè)施供應(yīng)管道放置在所述頂端和所述機(jī)艙之間。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述實(shí)用設(shè)施以下之一環(huán)境控制，無線通信，和電氣控制。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)框架構(gòu)件都由結(jié)構(gòu)泡沫材料填充，和所述管道延伸穿過所述結(jié)構(gòu)泡沫材料。17. —種機(jī)身結(jié)構(gòu)，包含具有頂端的主體；和縱向貫穿所述主體以用于加強(qiáng)所述頂端的區(qū)域內(nèi)的所述主體的框架，所述框架包括其內(nèi)的用于為實(shí)用設(shè)施通過所述主體安排路線的至少一個(gè)管道。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)身，進(jìn)一步包含多個(gè)縱向間隔的弓形框架構(gòu)件，其連接到所述主體以用于加強(qiáng)所述主體，至少某些弓形框架構(gòu)件包括其內(nèi)的與縱向延伸框架中的管道聯(lián)接的管道。CN 102530234 A
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)身，其中每個(gè)弓形框架構(gòu)件和縱向延伸框架構(gòu)件均是由復(fù)合材料構(gòu)成的，和弓形框架構(gòu)件和縱向延伸框架構(gòu)件與彼此集成。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)身，其中所述實(shí)用設(shè)施包括至少以下之一環(huán)境控制系統(tǒng)，電線，無線通信系統(tǒng)，無線電力輸送系統(tǒng)，和濕度監(jiān)控系統(tǒng)。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)身，其中所述主體和所述縱向延伸框架均是由基于聚合物的復(fù)合材料構(gòu)成的。22. —種制造飛機(jī)機(jī)身的方法，包含將復(fù)合結(jié)構(gòu)鋪在工具之上；將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)分成第一外部機(jī)身蒙皮和第二外部機(jī)身蒙皮；和分別利用所述第一外蒙皮和第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中分別利用所述第一外蒙皮和第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分包括將所述第一外蒙皮和第二外蒙皮分別放置在第一外模線工具和第二外模線工具上，將核心放置在所述第一外蒙皮和第二外蒙皮之上，和將復(fù)合內(nèi)蒙皮鋪在每個(gè)模具之上。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中分別利用所述第一外蒙皮和第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分包括將弓形復(fù)合框架構(gòu)件鋪在每個(gè)內(nèi)蒙皮之上，將縱向延伸框架鋪在與所述弓形框架構(gòu)件集成的每個(gè)內(nèi)蒙皮上，和固化(curing)每個(gè)機(jī)身部分。25. —種飛機(jī)機(jī)身，包含由復(fù)合夾心板構(gòu)成的外部主體，所述復(fù)合夾心板包括夾在內(nèi)蒙皮和外蒙皮之間的核心，所述主體包括具有頂端的上部和沿著縱向延伸接合處連結(jié)到所述上部的下部，其中所述核心在所述頂端的區(qū)域內(nèi)具有強(qiáng)度增加的一個(gè)部段；多個(gè)縱向間隔的復(fù)合弓形框架構(gòu)件，其連結(jié)到所述主體的上部中的所述板的內(nèi)蒙皮以用于加強(qiáng)所述頂端的區(qū)域內(nèi)的主體，至少某些弓形框架構(gòu)件包括其內(nèi)的管道以用于從所述頂端的區(qū)域向下分配空氣；和與所述弓形框架構(gòu)件集成并連接到所述頂端的區(qū)域內(nèi)的所述內(nèi)蒙皮的縱向延伸復(fù)合主干框架，所述主干框架包括與所述弓形框架構(gòu)件中的管道聯(lián)接的內(nèi)部管道。26. —種制造飛機(jī)機(jī)身的方法，包含將復(fù)合結(jié)構(gòu)鋪在雙心軸之上；將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)切割成第一外部機(jī)身蒙皮和第二外部機(jī)身蒙皮；將所述第一外蒙皮和第二外蒙皮分別放置在所述第一外模線工具和第二外模線I · --1- 將核心放置在所述第一外蒙皮和第二外蒙皮中的每個(gè)之上；將復(fù)合內(nèi)蒙皮鋪在每個(gè)核心之上；將弓形復(fù)合框架構(gòu)件鋪在每個(gè)內(nèi)蒙皮之上；將縱向延伸復(fù)合構(gòu)架鋪在與所述弓形框架構(gòu)件集成的每個(gè)內(nèi)蒙皮之上，從而形成兩個(gè)上部機(jī)身部分；固化每個(gè)上部機(jī)身部分；和分別將兩個(gè)下部機(jī)身部分連結(jié)到所述上部機(jī)身部分，從而形成兩個(gè)機(jī)身部段。


圖1示出了具有多功能頂端的飛機(jī)機(jī)身部段的透視圖。圖2示出了與圖1中相似的但是已經(jīng)移除外部主體板從而顯示構(gòu)架的圖。圖3示出了圖1中所示機(jī)身部段的上部的透視圖。圖4示出了沿著圖3中的線4-4截取的截面圖。圖5示出了與圖3中相似的但是示出了主體板構(gòu)造的可替代形式的圖。圖6示出了圖5中指明為“6”的區(qū)域。圖7示出了與圖3中相似的但示出所述主體板構(gòu)造的進(jìn)一步實(shí)施例。圖8示出了圖7中指明為“8”的區(qū)域。圖9示出了與圖3中相似的但示出了所述主體板構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖10示出了圖9中指明為“10”的區(qū)域。圖11示出了具有由內(nèi)部加勁肋加固的頂端的上部主體部分的透視圖。圖12示出了圖11中指明為“12”的區(qū)域。圖13示出了使用多功能頂端的機(jī)身部段上部的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖14示出了沿著圖13中的線14-14截取的透視截面圖。圖15示出了可替代形式的多功能頂端的端視圖。圖16示出了使用另一種形式的多功能頂端的機(jī)身部段的上部的透視圖。圖17示出了圖16中所示多功能頂端的透視圖，零件截面剖開從而觀察供應(yīng)管道和分配管道之間的連接。圖18示出了用于使用多功能頂端的機(jī)身結(jié)構(gòu)的無線傳輸系統(tǒng)的功能方框圖。圖19示出了組件的透視圖，其示出了生產(chǎn)機(jī)身結(jié)構(gòu)的方法步驟。圖20示出了圖19中所示制造方法的流程圖。圖21是飛機(jī)制造和服役方法的流程圖。圖22是飛機(jī)的方框圖。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1和圖2，筒形機(jī)身部段30包含上部機(jī)身部分32和下部機(jī)身部分34， 上部機(jī)身部分和下部機(jī)身部分分別沿著縱向延伸接合處36連接在一起，縱向延伸接合處 36通過成套基底42集成兩個(gè)部分32、34。在飛機(jī)(未示出)制造期間，可以將兩個(gè)或多個(gè)筒形機(jī)身部段30首尾相連地連結(jié)在一起，從而形成完整的機(jī)身(未示出)。上部機(jī)身部分32包括側(cè)面38和頂端40。下面將更詳細(xì)地討論，機(jī)身部分32和機(jī)身部分34中的每一個(gè)均可以由連結(jié)在一起的復(fù)合夾心板(未示出)組成，從而形成外部主體25，外部主體25包括限定主體25內(nèi)表面的內(nèi)蒙皮56以及外蒙皮64。在其他實(shí)施例中，主體25可以由單層蒙皮56組成，而不是由復(fù)合夾心板組成。盡管所示機(jī)身部段30具有大體圓形橫截面形狀，不過各種其他橫截面形狀和形狀的組合也是可以的，包括但不限于橢圓形和其他形狀。由一個(gè)或多個(gè)框架(未示出)或形成機(jī)身部段30的零件的其他支撐物支撐基底 42。在所示的實(shí)施例中，機(jī)身部段30包括在接合處36的水平延伸跨過機(jī)身部段30的單層基底42，然而也可以是多層基底42。通過結(jié)構(gòu)構(gòu)架46加固機(jī)身部段30的上部32，結(jié)構(gòu)構(gòu)架46包含多個(gè)縱向間隔的弓形結(jié)構(gòu)框架構(gòu)件48，這些弓形結(jié)構(gòu)框架構(gòu)件均連結(jié)到內(nèi)蒙皮 56限定的主體25的內(nèi)表面。框架構(gòu)件48圍繞上部機(jī)身部分32的基本整個(gè)周界周向地延伸，但是在側(cè)面38區(qū)域內(nèi)可以具有在橫截面上逐漸變小的末端50。取決于具體的應(yīng)用和飛機(jī)的幾何形狀，結(jié)構(gòu)構(gòu)架46可以包括在開口(例如機(jī)身部段30中的艙門54)周圍的額外的弓形框架構(gòu)件48a。取決于應(yīng)用的結(jié)構(gòu)負(fù)荷，弓形框架構(gòu)件48的橫截面大小、總高度和長度以及彼此之間的間距可以變化。盡管在圖1中和圖2中未示出，但是結(jié)構(gòu)構(gòu)架46可以包括在頂端40區(qū)域內(nèi)縱向延伸的主干框架構(gòu)件，其在結(jié)構(gòu)上將框架構(gòu)件48連接在一起并為機(jī)身部段30提供在飛機(jī)縱向上的剛度。上面所描述類型的合適機(jī)身部段30的額外細(xì)節(jié)可以在2010年6月15日授權(quán)的美國專利7，735，779中找到， 其整個(gè)內(nèi)容以參考方式包括進(jìn)本發(fā)明。圖3和圖4示出了具有外部主體25的上部機(jī)身部分32的一個(gè)實(shí)施例，外部主體 25是由實(shí)心的基于聚合物的層壓板35構(gòu)成，例如但不限于，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。側(cè)面38 和頂端40均是由復(fù)合弓形框架構(gòu)件48加固。每個(gè)框架構(gòu)件48可以具有適于應(yīng)用的橫截面。在所示的示例中，每個(gè)框架構(gòu)件48在橫截面上是帽子形狀的，并包括通過共同固化、粘結(jié)和/或緊固件(未示出)固定到內(nèi)蒙皮56的外部凸緣58。為了簡潔起見，圖3、圖5、圖 7、圖9、圖11、圖13、圖16和圖17中省略了凸緣58?？蚣軜?gòu)件48可以由合適的結(jié)構(gòu)泡沫材料60填充。圖5和圖6示出了上部機(jī)身部分32的另一個(gè)實(shí)施例，其中由夾心板結(jié)構(gòu)構(gòu)成外部主體25，夾心板結(jié)構(gòu)包含分別夾在內(nèi)面板56和外面板64中間的核心55。核心55可以包含任何合適的材料和幾何形狀，例如但不限于，溝紋(未示出)或蜂窩狀(未示出)。在所示的實(shí)施例中，核心陽包括在頂端40區(qū)域內(nèi)的相對高密度的部段66，和側(cè)面38內(nèi)的較低密度的部段62。高密度核心部段66為頂端40提供了額外的輕度和剛度，以及對物體的抗擊性，例如當(dāng)飛機(jī)位于或接近地面時(shí)，抵抗對于飛機(jī)頂部(頂端40)的猛然擊打。核心55 的高密度部段66和低密度部段62可以沿著嵌接接頭68連接在一起，不過其他類型的接頭也是可以的，包括但不限于，搭接接頭、梯級(jí)搭接接頭和對接接頭。圖7和圖8示出了上部機(jī)身部分32的進(jìn)一步實(shí)施，其中主體25包含在頂端40區(qū)域內(nèi)的實(shí)心層壓板70和在側(cè)面38中的復(fù)合夾心板，復(fù)合夾心板包含夾在內(nèi)面板56和外面板64中間的相對中密度的核心62。復(fù)合夾心板側(cè)面38沿著由核心62中的下傾斜69形成的雙嵌接接頭68過渡至實(shí)心層壓板70 ；也可以是其他類型的接頭。圖9和圖10示出了上部機(jī)身部分32的另一個(gè)實(shí)施例，除了頂端40中的實(shí)心層壓板70具有縱向延伸的高密度集成的加勁肋72之外，其與圖7和圖8中所示實(shí)施例相似的，如果需要的話，加勁肋72為頂端40區(qū)域中的主體25提供了額外的縱向剛度和穩(wěn)定性。在該示例中，加勁肋72是彼此周向間隔的，并分別夾在內(nèi)面板56和外面板64中間。圖10示出了加勁肋72基本位于內(nèi)蒙皮56和外蒙皮64之間的中間，不過如果需要的話，加勁肋72 也可以位于更靠近內(nèi)蒙皮56或更靠近外蒙皮64。在其他實(shí)施例中，例如圖11中所示，加勁肋72可以位于內(nèi)蒙皮56上。圖11和圖12示出了加固和加強(qiáng)上部機(jī)身部分32的頂端40的另一種技術(shù)。在該實(shí)施例中，周向間隔的縱向延伸的復(fù)合加勁肋74連接到頂端40區(qū)域內(nèi)的內(nèi)蒙皮56。在所示的實(shí)施例中，加勁肋74具有J型橫截面，不過多種其他橫截面形狀也是可以的。加勁肋 74可以通過粘合或其他技術(shù)被連接到內(nèi)蒙皮56。加勁肋74也可以提供將設(shè)備(未示出) 或子系統(tǒng)(未示出)連接到主體25的手段。圖13示出了上部機(jī)身部分32的另一個(gè)實(shí)施例，其中頂端40具有縱向延伸的位于中心的主干框架82。主干框架82相互連接，并可以與弓形框架構(gòu)件48集成從而形成在頂端40的區(qū)域內(nèi)基本成套且被加強(qiáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)架46。在該示例中，主干框架82包括一對整體成形的縱向延伸的管道78，通過中央隔板80將管道78彼此分隔。主干框架82可以包含在制造過程期間被鋪設(shè)并隨著弓形框架構(gòu)件48共同固化的復(fù)合層壓板，這將在下面更詳細(xì)地描述。在所示的實(shí)施例中，管道78形成左舷和右舷空氣供應(yīng)管道，其攜帶著來自源頭(未示出)的空氣沿著頂端40縱向穿過飛機(jī)。如圖14所示，一個(gè)或多個(gè)弓形框架構(gòu)件48可以包括通過結(jié)構(gòu)泡沫材料填充框架構(gòu)件48而被保持就位的分配管道84。每個(gè)分配管道84均與一個(gè)供應(yīng)管道78連接，并起到引導(dǎo)在82處供應(yīng)的空氣如箭頭76所示向外和向下進(jìn)入機(jī)艙44的作用。下面將更詳細(xì)地討論，由主干框架82形成的一個(gè)或更多個(gè)管道78可以用于允許其他實(shí)用設(shè)施沿著頂端 40被引導(dǎo)穿過飛機(jī)，包括但不限于其他類型的環(huán)境控制系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、硬電線、無線電力輸送系統(tǒng)和用于監(jiān)控飛機(jī)的結(jié)構(gòu)完好狀況的其他系統(tǒng)(包括濕度監(jiān)控系統(tǒng))。圖15示出了所提供的連接到主干框架82的下部零件的托盤88，其可以用于支撐機(jī)載子系統(tǒng)并為機(jī)載子系統(tǒng)(例如但不限于，電線)規(guī)定路線以縱向穿過飛機(jī)。盡管圖13示出了由集成的主干框架82形成的管道78，但是可以利用圖16和圖 17中所示沿著頂端40定位的半集成中央供應(yīng)導(dǎo)管85來分配實(shí)用設(shè)施服務(wù)以通過框架構(gòu)件 48。在該示例中，導(dǎo)管85在橫截面上是大體橢圓形，不過也可以是其他的橫截面形狀。導(dǎo)管85居中定位在頂端40下方，并縱向穿過上部機(jī)身部分32。每個(gè)框架構(gòu)件48可以包括具有與導(dǎo)管85的形狀基本匹配的形狀的凹陷部分96，以便使導(dǎo)管85放入框架構(gòu)件48內(nèi)，以便于除非不得已，否則導(dǎo)管85不會(huì)向下延伸進(jìn)入機(jī)艙44。導(dǎo)管85可以由任何合適的相對硬的材料形成，包括但不限于復(fù)合材料。利用緊固件、粘合技術(shù)或互鎖機(jī)械機(jī)構(gòu)(均未示出)可以將導(dǎo)管85連接到弓形框架構(gòu)件48和主體25之一或二者。如圖17中所示，導(dǎo)管85包括內(nèi)部空腔90，實(shí)用設(shè)施可以布線通過該內(nèi)部空腔90。在所示的示例中，導(dǎo)管85裝備有與框架構(gòu)件48中進(jìn)口孔94相聯(lián)接的出口孔92。現(xiàn)在參考圖18，如先前所述，在結(jié)構(gòu)構(gòu)架46中形成的管道78、84可以用于提供和分配各種實(shí)用設(shè)施以通過飛機(jī)。圖18示出了使用構(gòu)架管道78、84作為波導(dǎo)空腔來發(fā)送數(shù)據(jù)或動(dòng)力形式的電磁信號(hào)通過飛機(jī)。在一個(gè)示例中，在飛機(jī)中縱向間隔的位置處定位的一個(gè)或更多個(gè)無線收發(fā)器100可以用于傳送數(shù)據(jù)或功率信號(hào)通過波導(dǎo)空腔98 (構(gòu)架管道78、 84)。例如，利用無線收發(fā)器100發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)可以在飛機(jī)的另一個(gè)位置監(jiān)控例如在104處共同示出的許多飛機(jī)完好狀況監(jiān)控傳感器、能量采集機(jī)、RFID標(biāo)簽等中的任意情況。至少一個(gè)無線收發(fā)器100可以與合適的機(jī)載計(jì)算機(jī)106聯(lián)接，該機(jī)載計(jì)算機(jī)可以起到詢問和/或監(jiān)控設(shè)備104的作用。與波導(dǎo)空腔108相結(jié)合的無線收發(fā)器100可以用于無線地發(fā)送電源108產(chǎn)生的動(dòng)力來通過飛機(jī)，以便給一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備104提供動(dòng)力。可替代地，可以使得能量采集機(jī)設(shè)備104產(chǎn)生的動(dòng)力通過波導(dǎo)空腔98傳送至電池，該電池可以構(gòu)成電源108的零件?？梢愿鶕?jù)圖19和圖20中所示的方法制造具有多功能頂端40的上部機(jī)身部分32。 在步驟122開始，利用自動(dòng)纖維鋪放機(jī)或用于將復(fù)合材料鋪在成型工具之上的其他傳統(tǒng)技術(shù)將復(fù)合材料鋪在雙心軸(a double mandrel) 113之上。在步驟124中，鋪層112被切割并分隔成兩個(gè)基本相同的外蒙皮llh、112b。在步驟1 中，外蒙皮llh、112b被放置在一對基本相同的外模線(OML)工具114、116之上。接著，在步驟128中，泡沫材料核心118a、 118b被鋪在外蒙皮11加、112b之上。在步驟130中，利用手動(dòng)鋪放技術(shù)或自動(dòng)纖維鋪放器械 (未示出)將內(nèi)蒙皮120a、120b鋪在相應(yīng)的核心118a、118b之上。盡管上面所述的方法是用于利用單個(gè)雙心軸113基本同時(shí)制造兩個(gè)機(jī)身部分32，不過如果需要的話，外蒙皮11加、 112b可以鋪在兩個(gè)分離的心軸上。盡管通過鋪設(shè)預(yù)浸料纖維層板可以執(zhí)行圖10中所示的制造方法，不過利用干纖維預(yù)成型件(未示出)和樹脂灌注技術(shù)也可以制造機(jī)身主體部分32或其部段。例如但不限于，利用放置在圖19中所示內(nèi)蒙皮120a上的干預(yù)成型件(未示出)且然后用樹脂共同灌注，從而可以使得弓形框架構(gòu)件48和主干框架82共同形成為整體。在步驟132中，弓形框架構(gòu)件48被鋪在內(nèi)蒙皮120a、120b之上，因而形成兩個(gè)基本相同的主體部分32。在圖20中所述的步驟133中，被鋪設(shè)的上部主體部分32被真空打包、加工及固化，從而得到共同固化的成套結(jié)構(gòu)。在步驟134中，從外模線工具114、116移除固化的主體部分32。在步驟134中，固化的主體部分32可以被修正，當(dāng)需要時(shí)隨后上部主體部分32可以被連結(jié)到預(yù)固化的下部主體部分34(圖1)。繼續(xù)參考圖21和圖22，本公開的實(shí)施例可以用于圖21中所示的飛機(jī)制造和服役方法140與圖22中所示的飛機(jī)142的背景中。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例性的方法140可以包括飛機(jī)142的規(guī)格和設(shè)計(jì)以及材料采購146。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛機(jī)142的組件和子組件制造 148以及系統(tǒng)集成150。在步驟148期間，所公開的方法和裝置可以用于制造復(fù)合零件，例如機(jī)身部段，然后機(jī)身部段在步驟150被裝配。此后，飛機(jī)142可以經(jīng)歷認(rèn)證和交付152，以便投入服役154。當(dāng)顧客使用時(shí)，可以安排飛機(jī)142進(jìn)行日常維護(hù)和維修156(也可以包括改進(jìn)、重組、翻新等等)?？梢杂上到y(tǒng)綜合供應(yīng)商、第三方和/或操作員(例如，顧客)執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)方法140 的每個(gè)過程。為了該描述，系統(tǒng)綜合供應(yīng)商可以包括但不限于任意數(shù)量的飛機(jī)制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以包括但不限于任意數(shù)量的賣主、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及操作員可以是航空公司、租賃公司、軍事機(jī)構(gòu)、服務(wù)組織等等。如圖22所示，由示例性的方法140生產(chǎn)的飛機(jī)142可以包括具有多個(gè)系統(tǒng)160和內(nèi)部162的機(jī)身158。所公開的方法和裝置可以用于制造構(gòu)成部分機(jī)身158的機(jī)身部段。高級(jí)系統(tǒng)150的示例包括一個(gè)或更多個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)164、電氣系統(tǒng)166、液壓系統(tǒng)168和環(huán)境系統(tǒng)170?？梢园ㄈ我鈹?shù)量的其他系統(tǒng)。盡管示出航空航天示例，不過本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如汽車工業(yè)。在生產(chǎn)和服役方法140的一個(gè)或更多個(gè)階段可以使用此處包含的裝置。例如，可以與飛機(jī)142服役時(shí)生產(chǎn)組件或子組件相似的方法來制造或生產(chǎn)對應(yīng)于生產(chǎn)過程148的組件或子組件。而且，在生產(chǎn)階段148和150期間可以使用一個(gè)或更多個(gè)裝置實(shí)施例，例如， 通過基本加速裝配或降低飛機(jī)142的成本。類似地，當(dāng)飛機(jī)142服役時(shí)，例如但不限于當(dāng)維護(hù)和維修156時(shí)，可以利用一個(gè)或更多個(gè)裝置實(shí)施例。盡管已經(jīng)關(guān)于某些示例性的實(shí)施例描述了本公開的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，這些具體的實(shí)施例僅僅是為了說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以做出其他改變。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)身結(jié)構(gòu)，包含 包括內(nèi)表面的機(jī)身主體；和用于加強(qiáng)所述主體的結(jié)構(gòu)構(gòu)架，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括至少一個(gè)框架構(gòu)件，所述框架構(gòu)件被連接到所述內(nèi)表面并且其內(nèi)具有管道以用于為實(shí)用設(shè)施通過所述主體安排路線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述實(shí)用設(shè)施包括至少以下之一 環(huán)境控制系統(tǒng)，電線，無線通信系統(tǒng)， 無線電力輸送系統(tǒng)，和濕度監(jiān)控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中 所述管道形成電磁能波導(dǎo)空腔，和所述實(shí)用設(shè)施包括無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其將電磁信號(hào)傳送通過所述波導(dǎo)空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述機(jī)身主體包括具有頂端的上部、在所述頂端下方的機(jī)艙以及下部，和所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括被連接到所述機(jī)身主體的所述上部的內(nèi)表面并橫向地延伸跨過所述頂端的多個(gè)弓形框架構(gòu)件，其中至少某些所述框架構(gòu)件包括其內(nèi)的從所述頂端向下朝著所述機(jī)艙延伸的整體式空腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含空氣供應(yīng)管道，其縱向延伸穿過所述頂端的區(qū)域中的所述主體并聯(lián)接于所述框架構(gòu)件空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述空氣供應(yīng)管道集成到所述弓形框架構(gòu)件中，并構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述主體和所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架均是由復(fù)合材料構(gòu)成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)構(gòu)架包括被連接到所述機(jī)身主體并橫向延伸跨過所述頂端的多個(gè)弓形框架構(gòu)件，其中每個(gè)所述弓形框架構(gòu)件均是用結(jié)構(gòu)泡沫材料填充的并包括由所述泡沫材料包圍和支撐的導(dǎo)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)身結(jié)構(gòu)，其中所述機(jī)身主體包括具有側(cè)面的上部和由復(fù)合板構(gòu)成的頂端，所述板包括夾在內(nèi)部面板和外部面板之間的核心，其中所述核心在所述頂端的區(qū)域內(nèi)具有增加的剛度。
10.一種制造飛機(jī)機(jī)身的方法，包含 將復(fù)合結(jié)構(gòu)鋪在工具之上；將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)分離成第一外部機(jī)身蒙皮和第二外部機(jī)身蒙皮；和分別利用所述第一外蒙皮和所述第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述方法，其中分別利用所述第一外蒙皮和所述第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分包括將所述第一外蒙皮和所述第二外蒙皮分別放置在第一外模線工具和第二外模線工具之上，CN 102530234 A將核心放置在所述第一外蒙皮和所述第二外蒙皮中每個(gè)之上，和將復(fù)合內(nèi)蒙皮鋪在每個(gè)所述模具之上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中分別利用所述第一外蒙皮和所述第二外蒙皮形成兩個(gè)機(jī)身部分進(jìn)一步包括將弓形復(fù)合框架構(gòu)件放置在每個(gè)所述內(nèi)蒙皮之上，將縱向延伸的框架放置在與所述弓形框架構(gòu)件集成的每個(gè)所述內(nèi)蒙皮之上，和固化每個(gè)所述機(jī)身部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)身結(jié)構(gòu)。所述機(jī)身結(jié)構(gòu)包括機(jī)身主體和用于加強(qiáng)所述主體的構(gòu)架。所述構(gòu)架包括至少一個(gè)構(gòu)架框架構(gòu)件，其內(nèi)具有管道以用于為實(shí)用設(shè)施通過所述主體安排路線。
文檔編號(hào)B64F5/00GK102530234SQ201110365139
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者G·E·喬格森, K·H·格瑞斯 申請人:波音公司