[发明专利]结构部件以及生产结构部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于飞行器或航天器的结构部件，以及生产这类型结构部件的 方法。

背景技术

虽然适用于任意类型的飞行器或航天器等等，本发明和其以之为基础的问 题将参考商用飞行器的机身外壳更详细地说明。

现代飞机的机身外壳由加固元件的刚性构架组成，该构架由金属或复合表 皮覆盖。该构架通常包括根据机身横截面形状向圆周方向弯曲的一系列框架以 及多个连接到框架上的纵向桁条。典型的机身外壳在纵向方向上分成所谓的框 架台，其每一个都包括一个框架，该框架由多个框架节段建成。通常4到8 个这样的框架节段在圆周方向上耦合在一起形成一个框架。虽然存在具有不同 横截面形状的多种类型的框架，但是通常这些框架由金属板通过辊轧成形工序 形成。

文件DE102006040298B4公开了轻型结构部件，尤其是用于飞行器的轻型 结构部件，其具有表皮板和布置在其上的加固元件。该加固元件包括两个实质 上平行的实心网状元件，其每一个都在各自的脚部附接到表皮板，并在各自的 头部通过多个连接元件彼此连接，该连接元件从一个网状元件延伸到另一网状 元件，使得在连接元件之间留下开口。如果用作桁条或框架，则加固元件的这 种具有两个实心网状元件和屋顶状框架的特定构型相对于同样横截面的封闭 加固元件节省了重量。此外，两个网状元件之间的空间可用作多种用途，例如 用于电缆布线。

发明内容

本发明的一个目的在于以成本节约的方式降低通用结构部件的重量，同时 保持该部件的足够的刚度。

该目的由用于加固飞行器或航天器的机身的结构部件实现。该结构部件一 体形成，并被分段成面状加固部分。因此，至少一个加固部分形成为刚性网格 部分，且至少一个加固部分形成为实心部分。

此外，该目的由形成用于加固飞行器或航天器的机身的结构部件的方法实 现。该方法包括使用借助计算机的系统，以根据与结构部件的几何构型相对应 的数据操作。该方法进一步包括通过借助计算机的系统来预定结构部件的预期 应力载荷。该方法进一步包括一体形成该结构部件，并因此将该结构部件分段 成面状加固部分。因此，至少一个加固部分形成为刚性网格部分，至少一个加 固部分形成为实心部分，并且该至少一个网格部分和该至少一个实心部分被布 置并形成为对于结构部件的预定应力载荷来优化结构部件的劲度。

本发明的一个目的是形成一种结构部件，其在一定程度上以开放的、网格 状结构为特征。该结构部件可包括一个或多个实心部分以及一个或多个轻型网 格状部分。因此，根据本发明，术语“网格”指具有多个开口的面状结构，该 开口覆盖了面状结构的显著部分，使得面状结构保持一定的刚度。在本发明的 意义上，术语“网格”还包括栅格、栅栏、面状晶格结构等等。

网格部分的构型和形式可根据结构部件特定区域内的预期载荷分布优化。 因此，本发明具有的优点是，仅有结构部件的载荷影响区域或高应力部分需要 以实心形式形成。另一方面，在低载荷影响区域，结构部件可以设置有轻型网 格。例如，金属网格比金属板轻得多，但具有一定的刚度特征。原则上，根据 应用，结构部件可几乎整体由网格状结构制成。当用在飞行器上时，这样的结 构部件可以节省重量和燃料，并因此能够帮助降低成本。

使用现代的计算方法，例如拓扑优化，可以预定结构部件的预期应力载荷， 并且其结果可用于优化实心部分和网格部分的构型，从而达到劲度和重量的最 优平衡。

可以在从属权利要求中得出本发明的优选实施方式和改进。

根据结构部件的实施方式，多个实心部分彼此连接以形成加固构架。通过 连接多个实心部分，可以提升结构部件的劲度。例如，结构部件可由网格状结 构形成，网格状结构被实心构架或框架结构横穿和/或环绕。加固框架可形成 为结构部件的支撑部，使得该结构部件主要由实心部分的底层框架来稳定。因 此，网格部分可以形成为极轻的构型。

根据结构部件的另外的实施方式，加固构架的多个实心部分环绕多个网格 部分。因此通过围绕“紧密的”网格部分的、实心部分的“粗网格的”构架来 建立结构部件。这里，网格保持了构架的劲度。