[发明专利]飞行串接格

说明书

技术领域

本发明总体涉及由复合材料制成的结构件以及制造这些结构件的方法。更具体而言，本发明涉及结合多个复合材料部件的结构件，以及将这些部件组合成单体结构件的方法。本发明尤其但不仅仅可用于具有所需翼面(airfoil)构造的飞行器机翼，而且还涉及用复合材料制造这种机翼的方法。

背景技术

在制造飞行器的机翼过程中，必须确定设计用于机翼的翼面构造。然后制造支承此构造的机翼结构件。通常，此类机翼结构件具有所谓的半硬壳式结构的性质，而且同时包括外部空气动力面和内部支架。更具体而言，盖或表层提供用于机翼的空气动力面(亦即翼面)，且横向肋和翼梁腹板(spar web)的组合构成内部支架。盖(表层)、横向肋和翼梁腹板在结构上相互连接在一起为飞行器的预定飞行包线提供机翼所需的强度和弹性。

对飞行器机翼的常规构造而言，内部支架通常由木材、铝或这些材料的组合制成。另一方面，盖(表层)通常由铝或涂漆布制成。对于大多数机翼构造，框架中的中空空间(即，表层下方且机翼内部的空间)用于保持囊状结构，该囊状结构将作为飞行器的燃料电池。

与上述构造材料(即木材、铝和漆涂布)相比，复合材料(例如碳纤维和环氧树脂)提供了重量更轻的替代方案。此外，对于飞行器机翼的制造，众所周知的是能将复合材料形成用以提供与其它飞行器构造材料类似的强度特性。尽管将复合材料最有效和最高效地制造为材料层，但很明显，飞行器机翼不只是材料层。

如果用复合材料来构造飞行器机翼，显然必须设法将不同的复合材料层预先形成为预定形状。更具体而言，也必须将这些层形成为各个部件，且随之能布置和组装这些部件以形成结构件的外形。此外，为了最大化预定外形的结构强度，优选的是使这些部件彼此固化。

据此，本发明的目的是提供一种飞行器机翼，其中，飞行器机翼的支架和翼面基本上只由复合材料制成。本发明的另一目的是提供一种用于将复合材料预成型为飞行器机翼所需的翼面形状的方法，以及用于将这些材料固化在一起以制造机翼的相应方法。本发明的另一目的是提供一种用于制造飞行器机翼的方法，该方法实现起来相对简易而且具有相对高的成本效益。

发明内容

根据本发明，仅使用复合材料来制造飞行器机翼。具体地，机翼的各种部件是由复合材料预成型的。然后组装这些部件并将它们固化在一起以制造机翼。此制造最重要的是有效支承由机翼提供的升力的主承载构件及其支架的结构。

对于本发明，使用多个在本文中被称作“串接格(kabobs)”的部件来形成机翼的主承载构件。更具体而言，每个串接格为具有大致矩形横截面的细长中空管。此外，每个串接格具有开口端和封闭端。在承载构件的组装过程中，以端对端的关系对齐若干个串接格(例如三个)，其中，将串接格的封闭端插入另一串接格的开口端而形成一区段。然后以并排关系并置若干区段而形成承载构件的支架。通过此布置，所并置的区段形成翼梁腹板。另外，这些区段中相应串接格的并置封闭端形成机翼的横向肋。

更详细地讲，分别将每个串接格预成型为承载构件的单独部件。为了做到这点，选择具有串接格所需横截面的心棒。虽然每个串接格其自身很可能具备独特的尺寸，但基本上以相同方式制造所有的串接格。特别地，首先将热塑性材料(例如PETG，非晶型共聚酯)层包覆到心棒上。然后使用双层(+45°和-45°)复合材料来覆盖热塑性材料层。如上所述，同样将热塑性复合材料定位在心棒末端的上方以形成串接格的封闭端。然后在225-250°F范围内的温度下将复合材料和热塑性材料在心棒上共同固化大约1小时而形成串接格。

为了制造承载构件的支架，在拆除心棒时，确定所形成的串接格的尺寸并使其成适当锥形以与其它串接格组装。在此组装过程中，将承载构件构造成限定机翼翼面的空气动力面的一部分。此外，由于热塑性材料使得能将串接格用作油箱，因此，优选地使得各个串接格的封闭端形成有孔。这使得封闭端能起到挡板的作用，从而燃料能在燃料电池之间移动而不会过度抛洒。