CN104245295A - 具有倾斜腹板的帽形加强筋和形成帽形加强筋的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了具有倾斜腹板部分(52a和52b)的帽形加强筋(50)和生产所述帽形加强筋的方法。所述帽形加强筋具有盖子(56)。所述帽形加强筋还具有从所述盖子的相对两端延伸的第一腹板(52a)和第二腹板(52b)。所述第一腹板和第二腹板是非线性的且包含至少一个倾斜部分(64)。所述帽形加强筋还具有从第一腹板基部向外延伸的第一法兰(84a)和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰(84b)。
Description
技术领域
本公开总体涉及结构零件和结构零件的生产，且更具体地，涉及帽形加强筋配置和被用于形成如在飞行器中使用的加强面板结构的方法。
背景技术
复合材料和金属结构被用于广泛而多样的应用中。在飞行器构造中，复合材料和金属通常被用于形成机身、机翼、尾翼区段和其他飞行器组件。例如，飞行器机身可由加强面板结构形成，所述加强面板结构具有由复合材料或金属构造的蒙皮面板结构，而加强元件如桁条可被耦连到所述蒙皮面板结构以改进蒙皮面板结构的强度、硬度以及稳定性。桁条可被接合或附连到蒙皮面板结构且可被配置为承载各种载荷。此外，飞行器可把加强元件如桁条并入机翼内，其中桁条可被耦连到蒙皮面板结构以形成机翼的上表面和下表面。
如桁条等加强元件可被提供广泛而多样的横截面形状。例如，桁条可包括由金属材料或多个复合材料叠层构成的帽形加强筋且具有帽形形状配置的横截面。帽形加强筋可具有盖子、其中每个腹板从盖子的相对端延伸的一对腹板以及其中每个法兰从每个腹板的基部向外延伸的一对法兰。所述法兰可便于桁条与蒙皮面板结构的耦合。
加强面板结构的设计(例如采用帽形加强筋增强的那些设计)可以在性能上和/或重量效率上被帽形加强筋的腹板的稳定性限制。例如，为了实现加强面板结构的较大的抗弯刚度，可以从使帽形加强筋的盖子偏置远离蒙皮面板结构中获益。然而，当支撑盖子的帽形加强筋的腹板变得更高时，它们可以例如通过翘曲变得更易于不稳定。因而，在加强面板结构的设计和优化(例如采用帽形加强筋增强的那些设计和优化)中，帽形加强筋的腹板稳定性可以是限制因素。
存在用于设计和按大小分类采用帽形加强筋增强的加强面板结构的方法和系统。例如，一种已知的方法包含限制帽形加强筋的腹板的高度。然而，加强面板结构的弯曲效率可与帽形加强筋的腹板的相对高度有关。因此，通过限制腹板的高度，潜在的弯曲效率可以进而被限制。
设计和按大小分类采用帽形加强筋增强的加强面板结构的另一已知的方法包含增加整个帽形加强筋的厚度或增加帽形加强筋的腹板的厚度。然而，增加整个帽形加强筋或甚至只是帽形加强筋的腹板的厚度可能不是生成翘曲或折曲阻力的最大重量效率方法，以致最终结果可能是具有相当大的强度裕度但是又具有最小的或零稳定裕度的设计。这样的设计可以导致加强面板结构的整体重量的增加，而所述加强面板结构反过来可导致燃料成本增加和车辆效率的下降。
而且，设计和按大小分类采用帽形加强筋增强的加强面板结构的另一已知方法包含减小盖子角度，即在盖子和每个腹部之间形成的角度，该过程可增加每个腹板的陡度。减小该盖子角度也可减小实现盖子相对于加强面板结构的蒙皮面板结构的特定偏移所需的每个腹板的长度。然而，当盖子角度接近90度时，该过程可以是较低效率的。而且，当腹板变得更陡峭时，如果加强面板结构在剪切力下被加载，则在盖子和蒙皮面板结构间的剪切路径可以被折中，这可以进而导致半径开口问题。
因此，在本领域内需要改进的帽形加强筋和在已知的设计和方法上提供优点的方法。
发明内容
本文满足了改进的帽形加强筋和方法的这种需要。正如在以下具体实施方式中所述的，改进的帽形加强筋和方法的实施例可以提供超过已知的设计和方法的显著的优点。
在本公开的实施例中，提供了帽形加强筋。帽形加强筋包括盖子。帽形加强筋还包括从盖子的相对两端延伸的第一腹板和第二腹板。第一腹板和第二腹板是非线性的且包含至少一个倾斜部分。帽形加强筋还包括从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰。
在本公开的另一实施例中，提供了飞行器的帽形加强面板结构。帽形加强面板结构包括蒙皮面板结构。帽形加强面板结构还包括被安装到蒙皮面板结构的帽形加强筋。帽形加强筋包括盖子。帽形加强筋还包括从盖子的相对两端延伸的第一腹板和第二腹板。第一腹板和第二腹板是非线性的且包含至少一个倾斜部分。帽形加强筋还包括从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰。
在本公开的另一实施例中，提供了形成具有由复合材料构成的倾斜腹板的复合材料帽形加强筋的方法。所述方法包括整体机械加工成帽形工具的工具表面；基本上帽形形状横截面配置的帽形工具，其包括盖子、每个均从盖子的相对两端延伸的第一腹板和第二腹板、以及从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰，其中所述第一腹板和第二腹板都是非线性的且包含至少一个倾斜部分。所述方法还包括通过在帽形工具的工具表面上层叠复合材料叠层而形成帽形加强筋。帽形加强筋由基本上帽形形状横截面配置的帽形加强筋形成，所述基本上帽形形状横截面配置的帽形加强筋对应于基本上帽形形状横截面配置的帽形工具。所述方法还包括在帽形加强筋的帽形加强筋空腔内插入芯轴。所述方法还包括固化帽形加强筋以形成由复合材料构成的具有均在第一腹板和第二腹板中形成的至少一个倾斜部分的帽形加强筋。所述方法还包括从帽形工具移除帽形加强筋。
在本公开的另一实施例中，提供了形成具有由金属材料构成的倾斜腹板的帽形加强筋的方法。所述方法包括整体机械加工成帽形工具的工具表面，基本上帽形形状横截面构造的帽形工具包括盖子、每个均从盖子的相对两端延伸的第一腹板和第二腹板，以及从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰，其中所述第一腹板和第二腹板都是非线性的且包含至少一个倾斜部分。所述方法还包括通过使帽形工具的工具表面上的金属板变形来形成帽形加强筋。帽形加强筋由与基本上帽形形状横截面配置的帽形加强筋形成，所述基本上帽形形状横截面配置的帽形加强筋对应于基本上帽形形状横截面配置的帽形工具，其中所述帽形加强筋是由金属材料构成且具有均在第一腹板和第二腹板中形成的至少一个倾斜部分。所述方法还包括从帽形工具移除帽形加强筋。
已经论述的特征、功能以及优点能够被独立实现于本公开的各种实施例中，或者可与另一其他的实施例结合，参考以下说明书和附图，更多的细节能够被获知。
附图说明
结合附图参考以下具体实施方式，能够更好地理解本公开。所述附图说明了优选的且示范性的实施例，但是没有必要按比例绘制，其中：
图1是可以并入具有飞行器的帽形加强面板结构内的倾斜腹板的帽形加强筋的一个或多个示例实施例的飞行器的透视图的图示；
图2A是已知腹板帽形加强筋的透视图的图示；
图2B是图2A的已知腹板帽形加强筋的前端视图的图示；
图3A是具有本公开的倾斜腹板的帽形加强筋的一个实施例的透视图的图示；
图3B是邻近帽形工具显示的图3A的具有倾斜腹板的帽形加强筋的前端视图的图示；
图4A是具有本公开的倾斜腹板的帽形加强筋的另一个实施例的透视图的图示；
图4B是邻近帽形工具显示的图4A的具有倾斜腹板的帽形加强筋的前端视图的图示；
图5是具有安装到蒙皮面板结构的倾斜腹板的帽形加强筋的一个实施例的透视图的图示；
图6是可用于形成具有本公开的倾斜腹板的帽形加强筋的实施例的帽形工具、帽形加强筋以及芯轴的分解透视图的图示；
图7是本公开的方法的一个实施例的流程图的图示；
图8是本公开的方法的另一个实施例的流程图的图示；
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述公开的实施例，在附图中显示了一些但不是全部的公开的实施例。实际上，若干不同的实施例可以被提供且不应该被解释为对本文提出的实施例进行限制。相反，提供这些实施例以便本公开将是透彻和完整的，并且将对本领域技术人员充分传达本公开的范围。
现在参考附图，图1是可以并入具有飞行器10的帽形加强面板结构26内的倾斜腹板的帽形加强筋的一个或多个示范性实施例的飞行器10的透视图的图示。如图1所示，飞行器10包括机身12、机头14、驾驶舱16、机翼18、一个或多个推进单元20、垂直尾翼部分22以及水平尾翼部分24。尽管图1显示的飞行器10一般代表具有一个或多个帽形加强面板结构26的商用客机，但是公开的实施例的教导也可被应用于其他的客机、货机、军用飞机、旋翼飞机以及其他类型的飞行器或航空器，以及宇航器、卫星、空间运载火箭、火箭和其他航空器，以及舰船和其他船只、火车、汽车、卡车、公交车或具有一个或多个帽形加强面板结构26的其他合适结构。
图2A是已知的腹板帽形加强筋30的透视图的图示。如在图2A所示的，已知的腹板帽形加强筋30具有帽形形状横截面配置32。已知的腹板帽形加强筋30具有盖子34、从盖子34延伸的一对腹板36a、36b以及从该对腹板36a、36b分别向外延伸的一对法兰38a、38b。图2B是图2A的已知的腹板帽形加强筋30的前端视图的图示。图2B显示了已知的腹板帽形加强筋30的腹板厚度40、盖子角度42、以及帽的高度44。帽的高度44从法兰38a的底部表面46到盖子34的内表面48测量。腹板36a是线性的。
图3A是具有如形式为第一腹板52a和第二腹板52b的一对倾斜腹板52的如形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50的一个实施例的透视图的图示。如图3A所示的，帽形加强筋50优选具有基本上帽形形状横截面配置54a。具有帽形加强筋50a的形式的帽形加强筋50包括盖子56。盖子56具有第一端58和第二端60。
具有帽形加强筋50a的形式的帽形加强筋50还包括例如具有第一腹板52a和第二腹板52b的形式的倾斜腹板52。第一腹板52a和第二腹板52b分别从盖子56的相对的第一和第二端58、60延伸。第一腹板52a和第二腹板52b是非线性的且具有非线性配置62(见图3B)。第一腹板52a和第二腹板52b都包含至少一个倾斜部分64。在一个实施例中，如图3A所示的，第一腹板52a和第二腹板52b都具有沿着第一腹板52a和第二腹板52b的长度68在中央部分66处形成的第一倾斜部分64a。第一倾斜部分64a把每个第一腹板52a和第二腹板52b划分成两个区段70,72(见图3B)。第一腹板52a和第二腹板52b中的每个都具有顶部74(见图3B)和基部76(见图3B)。
至少一个倾斜部分64优选具有倾斜角82(见图3B)。所述倾斜角82在盖子56处的帽形加强筋50的内表面78(见图3B)和至少一个倾斜部分64(例如第一腹板52a的第一倾斜部分64a)之间形成，且特别地，在所述内表面78和第一腹板52a(见图3B)的区段72之间形成。倾斜角82优选大于九十(90)度，以便在帽形加强筋50的形成或制造期间，可以从帽形工具88a(见图3B)移除帽形加强筋50。更优选地，倾斜角82在九十(90)度和一百八十(180)度之间。盖子角度92(见图3B)可以大于倾斜角82(见图3B)，以便在盖子角度92的测量值和倾斜角82的测量值之间的差异产生作为稳定特征的倾斜部分64。可选地，盖子角度92可以小于倾斜角82，以便在盖子角度92的测量值和倾斜角82的测量值之间的差异也产生作为稳定特征的倾斜部分64。已选择的倾斜角82可以取决于被施加到帽形加强面板结构26(见图1、5)的载荷，所述帽形加强面板结构包括被安装到蒙皮面板结构86(见图5)的帽形加强筋50。
如图3A所示的，形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50还包括例如形式为第一法兰84a和第二法兰84b的一对法兰84。第一法兰84a从第一腹板52a的基部76(也见图3B)向外延伸。第二法兰84b从第二腹板52b的基部76(也见图3B)向外延伸。第一和第二法兰84a、84b每个均具有底部表面96(也见图3B)以便于把帽形加强筋50安装到蒙皮面板结构86(见图5)。
图3B是邻近帽形工具88a所示的具有倾斜腹板52的帽形加强筋50(例如帽形加强筋50a)的前端视图的图示。图3B显示了具有第一倾斜部分64a、非线性配置62以及腹板厚度90的第一腹板52a。图3B还显示了在盖子56处的帽形加强筋50的内表面78和第一腹板52a处的帽形加强筋50(如在第一腹板52a的区段70处)的内表面78之间形成的盖子角度92。图3B还显示了如上所述的倾斜角度82，以及倾斜高度94。倾斜高度94从第一法兰84a的底部表面96到第一倾斜部分64a测量。图3B还显示了邻近帽形工具88a的帽形加强筋50的外表面80。
图4A是具有一对倾斜腹板52的如形式为帽形加强筋50b的帽形加强筋50的另一个实施例的透视图的图示。帽形加强筋50b的本实施例具有与图3A所示的帽形加强筋50a相似的特征，除了在本实施例中，第一腹板52a和第二腹板52b每个均具有例如形式为第一倾斜部分64a和第二倾斜部分64b的两个倾斜部分64。第一腹板52a和第二腹板52b每个都具有顶部74(也见图4B)和基部76(也见图4B)。如在图4A中所示的，帽形加强筋50优选具有基本上帽形形状横截面配置54b。形式为帽形加强筋50b的帽形加强筋50包括盖子56。盖子56具有第一端58和第二端60。
如图4A进一步显示的，第一腹板52a和第二腹板52b每个分别从盖子56的相对的第一和第二端58、60延伸。第一腹板52a和第二腹板52b都是非线性的且包含两个倾斜部分64。如在图4A中显示的，第一腹板52a和第二腹板52b都具有沿着第一腹板52a和第二腹板52b每个的长度68在第一部分98(也见图4B)形成的第一倾斜部分64a，且还具有沿着第一腹板52a和第二腹板52b每个的长度68在第二部分100(也见图4B)处形成的第二倾斜部分64b。第一倾斜部分64a和第二倾斜部分64b优选形成于第一和第二部分98、100处，所述第一和第二部分98、100沿着第一腹板52a和第二腹板52b各自的长度68被彼此间隔开。第一倾斜部分64a和第二倾斜部分64b把第一腹板52a和第二腹板52b中的每个分别划分成三个区段102、104以及106(也见图4A)。
图4B是邻近帽形工具88b处显示的具有倾斜腹板52的帽形加强筋50(例如帽形加强筋50b)的前端视图的图示。图4B显示了具有第一倾斜部分64a、第二倾斜部分64b以及非线性配置62的第一腹板52a。图4B还显示了在盖子56处的帽形加强筋50的内表面78和第一腹板52a处(例如在第一腹板52a的区段102处)的帽形加强筋50的内表面78之间形成的盖子角度92。
图4B还显示了在盖子56处的帽形加强筋50的内表面78和第一腹板52a的第一倾斜部分64a之间且特别是在所述内表面78和第一腹板52a的区段104之间形成的第一倾斜角82a。图4B还显示了在盖子56处的帽形加强筋50的内表面78和第一腹板52a的第二倾斜部分64b之间且特别是在所述内表面78和第一腹板52a的区段106之间形成的第二倾斜角82b。第一倾斜角82a和第二倾斜角82b优选地每个都大于九十(90)度，以便在帽形加强筋50的形成或制造期间可以从帽形工具88b(见图4B)中移除帽形加强筋50。更优选地，第一倾斜角82a和第二倾斜角82b在九十(90)度和一百八十(180)度之间。已选择的倾斜角82可取决于被施加到帽形加强面板结构26(见图1、5)的载荷，所述帽形加强面板结构26包括被安装到蒙皮面板结构86(见图5)的帽形加强筋50。
如图4A进一步显示的，形式为帽形加强筋50b的帽形加强筋50还包括如形式为第一法兰84a和第二法兰84b的一对法兰84。第一法兰84a从第一腹板52a的基部76(也见图3B)向外延伸。第二法兰84b从第二腹板52b的基部76(也见图3B)向外延伸。每个第一和第二法兰84a、84b具有底部表面96(也见图3B)，以便于把帽形加强筋50安装(如接合或附连)到蒙皮面板结构86(见图5)。
图4B还显示了第一倾斜高度94a和第二倾斜高度94b。第一倾斜高度94a从第一法兰84a的底部表面96到第一倾斜部分64a测量。第二倾斜高度94b从第一法兰84a的底部表面96到第二倾斜部分64b测量。帽形加强筋50的外表面80与帽形工具88b相邻。
例如形式为帽形加强筋50a(见图3A)和帽形加强筋50b(见图4A)的帽形加强筋50可由包括复合材料、金属材料、复合材料和金属材料的结合或其他合适材料的材料构成。复合材料可包括如织物或单向带条的复合材料的预浸叠层，所述复合材料的预浸叠层可由石墨、芳香族聚酰胺纤维、玻璃纤维、环氧基树脂或其他合适的复合材料构成。金属材料可包括轻质铝、钛、钢或其他合适的金属材料。如果帽形加强筋50是由复合材料构成的帽形加强筋，则当帽形加强筋50在以下进一步详细描述的帽形加强筋50的形成或制造期间经受固化工艺时，优选地形成至少一个倾斜部分64。
在本公开的另一个实施例中，提供了用于飞行器10(见图1)的帽形加强面板结构26(见图1、5)。图5是被安装到蒙皮面板结构86的具有倾斜腹板52(例如形式为第一腹板52a和第二腹板52b)的帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a)的一个实施例的透视图的图示。如图5所示，帽形加强面板结构26包括蒙皮面板结构86。帽形加强面板结构26还包括被安装到第一法兰84a和第二法兰84b处的蒙皮面板结构86的帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a)。如上所述，例如形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50包括盖子56。例如形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50还包括分别从盖子56的相对的第一和第二端58、60延伸的第一腹板52a和第二腹板52b。第一腹板52a和第二腹板52b是非线性的且包含至少一个倾斜部分64。例如形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50还包括从第一腹板52a和第二腹板52b的基部76分别向外延伸的第一法兰84a和第二法兰84b。
例如形式为帽形加强筋50a(见图3A)和帽形加强筋50b(见图4A)的帽形加强筋50限定了提高第一腹板52a和第二腹板52b的稳定性、强度以及翘曲阻力的基本上帽形形状横截面配置54a(见图3A)、54b(见图4A)。例如形式为帽形加强筋50a(见图3A)和帽形加强筋50b(见图4A)的帽形加强筋50的第一法兰84a和第二法兰84b可被安装到蒙皮面板结构86(见图5)。如图5所示，帽形加强面板结构26(也见图1)优选地具有从蒙皮面板结构86到盖子56的内表面78的第一腹板高度108a、从蒙皮面板结构86到盖子56的内表面78的第二腹板高度108b以及从蒙皮面板结构86偏置的盖子偏置110，所有的腹板高度和盖子偏置均大于现有或已知的加强面板结构的腹板高度和盖子偏置。这种较大的第一腹板高度108a、第二腹板高度108b以及盖子偏置110可以导致帽形加强面板结构26的提高的重量效率。
对于已知的腹板帽形加强筋30(见图2A)，临界翘曲位移被计算为0.2317英寸。对于具有至少一个倾斜部分64的例如形式为帽形加强筋50a(见图3A)的帽形加强筋50，临界翘曲位移被计算为0.2501英寸，该值高出已知腹板帽形加强筋30的临界翘曲位移8％的增量。因而，例如形式为帽形加强筋50a的帽形加强筋50被显示为具有改进的翘曲阻力。通过改变倾斜角82和/或倾斜部分64的数量，可以修改或增大改进的翘曲阻力。
在本公开的其他实施例中，提供了形成具有倾斜腹板52的帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a(见图3A)或帽形加强筋50b(见图3B))的方法150(见图7)和方法200(见图8)，其中帽形加强筋50可以是复合材料(见图7)或金属材料(见图8)。图6是帽形工具88a、帽形加强筋50(例如形式为由复合材料构成的帽形加强筋50a)以及可被用于具有本公开的倾斜腹板52的帽形加强筋50的实施例的形成或制造的芯轴112的分解透视图的图示。图7是形成具有倾斜腹板52(见图3A，4A)的帽形加强筋50(见图3A，4A)的方法150的一个实施例的流程图的图示，其中帽形加强筋50由复合材料构成。图8是形成具有倾斜腹板52(见图3A，4A)的帽形加强筋50(见图3A，4A)的方法200的另一个实施例的流程图的图示，其中帽形加强筋50由金属材料构成。
如图7所示，方法150包括步骤152，即整体机械加工成帽形工具88a(见图6)的工具表面114(见图6)，基本上帽形形状横截面配置116(见图6)的帽形工具包括盖子56；各自从盖子56的相对的第一和第二端58、60延伸的第一腹板52a和第二腹板52b，其中第一腹板52a和第二腹板52b是非线性的并且包括至少一个倾斜部分64；以及分别从第一腹板52a和第二腹板52b的基部76向外延伸的第一法兰84a和第二法兰84b。
方法150还包括步骤154，即通过在帽形工具88a(见图6)的工具表面114上层叠复合叠层118(见图5和6)而形成帽形加强筋50。可用手把复合材料叠层118叠加在帽形工具88a的工具表面114上。可选地，可以用手或通过使用自动带条层叠机器将复合材料叠层118叠加在平坦的工具表面(未显示)，且然后例如通过利用热垂悬成型的工艺或另外的已知工艺将复合材料叠层118按压进帽形工具88a中，以便使复合材料叠层形成为帽形加强筋50的形状。帽形加强筋50被优选地形成与基本上帽形形状横截面配置116的帽形工具相对应的基本上帽形形状横截面配置54a(也见图3A)的帽形加强筋。方法150还包括步骤156，即在帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a)的帽形加强筋空腔120(见图6)内插入芯轴112(见图6)。
方法150还包括步骤158，即固化帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a)以形成帽形加强筋50(例如形式为帽形加强筋50a)，所述帽形加强筋50由复合材料构成且具有盖子56、第一腹板52a、第二腹板52b以及均在第一腹板52a和第二腹板52b内形成的至少一个倾斜部分64。固化步骤108可包括固化工艺，如热压罐固化工艺、真空袋固化工艺、热压罐和真空袋结合的固化工艺、压缩模具固化工艺、树脂传递模塑工艺、室温固化工艺或另外合适的固化工艺。固化可在每种材料规格所要求的升高的温度和压力下进行以有效地固化帽形加强筋50。
方法150还包括步骤160，即从帽形工具88a中移除由复合材料构成的帽形加强筋50。至少一个倾斜部分64被优选地整体机械加工成帽形工具88a的工具表面114(见图6)，以便在固化后容易地从帽形工具88a中移除由复合材料构成的帽形加强筋50。方法150可还包括在步骤160即从帽形工具88a中移除由复合材料构成的帽形加强筋50之后，步骤162即从帽形加强筋空腔120中移除芯轴112。
方法150可进一步包括在步骤160即从帽形工具88a中移除由复合材料构成的帽形加强筋50之后，步骤164即把由复合材料构成且具有至少一个倾斜部分64的帽形加强筋50安装到蒙皮面板结构86(见图5)，所述倾斜部分64均形成于第一腹板52a和第二腹板52b内。蒙皮面板结构86和帽形加强筋50可包含如石墨-环氧树脂材料或另外的如上所述复合材料的复合材料，且帽形加强筋50可被粘附地接合到蒙皮面板结构86。在方法150的该实施例中，在共固化工艺期间，帽形加强筋50可以在升高的温度和压力下被接合到蒙皮面板结构86。
在本公开的另一实施例中，提供了形成由金属材料构成的具有倾斜腹板52(见图3A，4A)的帽形加强筋50(见图3A，4A)的方法200。图8是形成具有倾斜腹板52(见图3A，4A)的帽形加强筋50(见图3A，4A)的方法200的另一个实施例的流程图的图示，其中帽形加强筋50由金属材料构成。
如图8所示，方法200包括步骤202，即整体机械加工成帽形工具88a(见图6)的工具表面114(见图6)，基本上帽形形状横截面配置116(见图6)的帽形工具88a包括盖子56、各自从盖子56的相对的第一和第二端58、60延伸的第一腹板52a和第二腹板52b以及分别从第一腹板52a和第二腹板52b的基部76向外延伸的第一法兰84a和第二法兰84b，其中第一腹板52a和第二腹板52b都是非线性的且包含至少一个倾斜部分64。
方法200还包括步骤204，即通过使金属板(未显示)(例如本领域内已知的金属板)在帽形工具88a的工具表面114上变形以形成帽形加强筋50。可选地，通过模具压制金属板(未显示)且把金属板放置在帽形工具88a的工具表面114上，帽形加强筋50可被挤压成帽形加强筋50的形状。帽形加强筋50由与帽形工具的基板上帽形形状横截面配置116(见图6)对应的帽形加强筋的基本上帽形形状横截面配置54a(见图3A，6)形成，其中所述帽形加强筋50由金属材料构成且具有均在第一腹板52a和第二腹板52b内形成的至少一个倾斜部分64(见图6)。方法200还包括步骤206，即从帽形工具88a中移除帽形加强筋50。
方法200可进一步包括在步骤206即从帽形工具88a中移除由金属材料构成的帽形加强筋50之后，步骤208即把由金属材料构成且具有均在第一腹板52a和第二腹板52b内形成的至少一个倾斜部分64的帽形加强筋50安装到蒙皮面板结构86(见图5)。在该实施例中，帽形加强筋50可被铆接或另外的机械地附连到蒙皮面板结构86且不需要固化工艺。
帽形加强筋50(见图3A，4A)、帽形加强筋50a(见图3A)、帽形加强筋50b(见图4A)、方法150(见图7)以及方法200(见图8)的公开的实施例提供了具有第一腹板52a(见图3A，4A)和第二腹板52b(见图3A，4A)的帽形加强筋，其具有增大的稳定性，所述增大的稳定性允许对更优化的帽形加强筋配置进行设计而不增加重量。此外，帽形加强筋50(见图3A，4A)、帽形加强筋50a(见图3A)、帽形加强筋50b(见图4A)、方法150(见图7)以及方法200(见图8)的公开的实施例提供了基本上帽形形状横截面配置54a(见图3A)、54b(见图4A)和设计，其在利用现有或已知的制造或建造技术的同时改进了第一腹板52a(见图3A，4A)和第二腹板52b(见图3A，4A)的稳定性、强度以及翘曲阻力。所述改进的稳定性、强度以及翘曲阻力允许更优化的帽形加强面板结构26(见图1、5)优选具有从蒙皮面板结构86(见图5)到盖子56的内表面78(见图5)的第一腹板高度108a(见图5)、从蒙皮面板结构86到盖子56的内表面78的第二腹板高度108b(见图5)以及从蒙皮面板结构86偏置的盖子偏置110(见图5)，所有的腹板高度和偏置均大于现有或已知的加强面板结构的腹板高度和盖子偏置。这种较大的第一腹板高度108a、第二腹板高度108b以及盖子偏置110可导致帽形加强面板结构26的改进的重量效率。这可以进而在车辆重量上提供缩减，如飞行器10(见图1)的重量和提高的结构效率。在重量上的缩减可直接与飞行器效率相关。
此外，帽形加强筋50(见图3A，4A)、帽形加强筋50a(见图3A)、帽形加强筋50b(见图4A)、方法150(见图7)以及方法200(见图8)的公开的实施例提供了具有至少一个倾斜部分64(见图3A，4A)的帽形加强筋。通过在一个或多个部分处稍微改变第一腹板52a和第二腹板52b的倾斜或角度，部分基于第一腹板52a和第二腹板52b的各自的高度，可以生成至少一个倾斜部分64。至少一个倾斜部分64可以被整体机械加工成帽形工具88a(见图3B)、88b(见图4B)。当帽形加强筋50是被固化的复合材料时，至少一个倾斜部分64可以是帽形加强筋50的整体部件。可以利用现有的芯轴和帽形加强筋热压罐固化工艺或其他合适的工艺为由复合材料构成的帽形加强筋50制造至少一个倾斜部分64。在帽形加强筋50的第一腹板52a和第二腹板52b内倾斜或角度的微小改变可以非常小的材料或重量差异充分地增加帽形加强筋50的第一腹板52a和第二腹板52b的稳定性。此外，优选地生成至少一个倾斜部分64，以便由复合材料构成且经受固化工艺的帽形加强筋50可被从帽形工具88a(见图6)中容易地移除。
根据本公开的一个方面，提供了用于飞行器的帽形加强面板结构，所述结构包括蒙皮面板结构；以及被安装到蒙皮面板结构的帽形加强筋，帽形加强筋包括盖子、从盖子的相对端延伸的第一腹板和第二腹板，以及从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰，其中所述第一腹板和第二腹板是非线性的且包含至少一个倾斜部分。有利的是，第一腹板和第二腹板具有沿着第一和第二腹板中的每个的长度在中心部分形成的一个倾斜部分。有利的是，第一腹板和第二腹板具有在沿着第一和第二腹板各自的长度彼此间隔开的第一和第二部分处形成的两个倾斜部分。有利的是，至少一个倾斜部分具有在盖子和至少一个倾斜部分之间形成的倾斜角，且进一步地其中所述倾斜角大于90度。有利的是，倾斜角在90度和180度之间。有利的是，帽形加强筋由包括复合材料、金属材料、或其组合的材料构成。有利的是，帽形加强筋限定了提高第一腹板和第二腹板的稳定性、强度以及翘曲阻力的基本上帽形形状横截面配置。
根据本公开的一个方面，提供了形成具有由金属材料构成的倾斜腹板的帽形加强筋的方法，该方法包括：整体机械加工成帽形工具的基本上帽形形状横截面配置的工具表面，该配置包括盖子、各自从盖子的相对两端延伸的第一腹板和第二腹板以及从第一腹板基部向外延伸的第一法兰和从第二腹板基部向外延伸的第二法兰，其中第一腹板和第二腹板是非线性的并且包括至少一个倾斜部分，通过使金属板在帽形工具的工具表面上变形而形成帽形加强筋，帽形加强筋由与帽形工具的基本上帽形形状横截面配置对应的帽形加强筋的基本上帽形形状横截面配置形成，其中所述帽形加强筋由金属材料构成且具有均在第一腹板和第二腹板内形成的至少一个倾斜部分；以及从帽形工具中移除帽形加强筋。
从前述说明书和相关附图中提出的教导中获益的本公开所属领域内的技术人员将想到本公开的许多修改和其他实施例。本文所述的实施例意在说明且不旨在限制或穷举。尽管本文使用了具体的术语，但是它们仅用于通用和描述意义，并不用于限制的目的。
Claims (13)
1.一种帽形加强筋，其包括：
盖子(56)；
第一腹板(52a)和第二腹板(52b)，所述第一腹板(52a)和第二腹板(52b)从盖子(56)的相对两端延伸，其中所述第一腹板(52a)和第二腹板(52b)是非线性的且包含至少一个倾斜部分(64)；以及
从第一腹板(52a)基部向外延伸的第一法兰(84a)和从第二腹板(52b)基部向外延伸的第二法兰(84b)。
2.根据权利要求1所述的帽形加强筋，其中所述第一腹板(52a)和第二腹板(52b)具有沿着所述第一腹板和第二腹板中的每个的长度在中心部分(66)处形成的一个倾斜部分(64)。
3.根据权利要求1和2所述的帽形加强筋，其中所述第一腹板(52a)和第二腹板(52b)具有在沿着所述第一腹板和第二腹板中的每个的长度彼此间隔开的第一部分和第二部分处形成的两个倾斜部分(64a，64b)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的帽形加强筋，其中所述至少一个倾斜部分(64)具有在所述盖子(56)和所述至少一个倾斜部分(64)之间形成的倾斜角，所述倾斜角大于90度。
5.根据权利要求4所述的帽形加强筋，其中所述倾斜角在90度和180度之间。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的帽形加强筋，其中所述帽形加强筋由包括复合材料、金属材料或其结合的材料构成。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的帽形加强筋，其中所述帽形加强筋限定了提高所述第一腹板(52a)和所述第二腹板(52b)的稳定性、强度以及翘曲阻力的基本上帽形形状横截面配置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的帽形加强筋，其中所述帽形加强筋的所述第一法兰(84a)和第二法兰(84b)被安装到蒙皮面板结构(86)以形成帽形加强面板结构，所述帽形加强面板结构具有从所述蒙皮面板结构(86)到所述盖子(56)的内表面的第一腹板高度(108a)、从所述蒙皮面板结构(86)到所述盖子(56)的内表面(78)的第二腹板高度(108b)以及从所述蒙皮面板结构(86)偏置的盖子偏置(110)，并且所述第一腹板高度、所述第二腹板高度和盖子偏置均大于与之相比的现有的加强面板结构的第一腹板和第二腹板(52b)的高度以及盖子偏置，因而引起所述帽形加强面板结构的提高的重量效率。
9.一种形成具有由复合材料构成的倾斜腹板的帽形加强筋的方法，所述方法包括：
整体机械加工成帽形工具(88a)的工具表面(114)，帽形工具(88a)的基本上帽形形状横截面配置包括盖子(56)、各自从所述盖子(56)的相对两端延伸的第一腹板(52a)和第二腹板(52b)以及从第一腹板(52a)基部(76)向外延伸的第一法兰(84a)和从第二腹板(52b)基部(76)向外延伸的第二法兰(84b)，其中所述第一腹板(52a)和第二腹板(52b)都是非线性的且包含至少一个倾斜部分(64)；
通过在所述帽形工具(88a)的工具表面(114)上层积复合材料叠层而形成帽形加强筋，所述帽形加强筋由与所述帽形工具(88a)的基本上帽形形状横截面配置相对应的帽形加强筋的基本上帽形形状横截面配置形成；
将芯轴(112)插入所述帽形加强筋的帽形加强筋空腔(120)内；
固化所述帽形加强筋以形成由复合材料构成的具有均在第一腹板(52a)和第二腹板(52b)中形成的至少一个倾斜部分(64)的帽形加强筋；以及
从所述帽形工具(88a)中移除所述帽形加强筋。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在从所述帽形工具(88a)中移除所述帽形加强筋之后，从所述帽形加强筋空腔(120)中移除所述芯轴(112)。
11.根据权利要求9和10所述的方法，其进一步包括在从所述帽形工具(88a)中移除所述帽形加强筋之后，将具有均在所述第一腹板(52a)和所述第二腹板(52b)中形成的所述至少一个倾斜部分(64)的所述帽形加强筋安装到蒙皮面板结构(86)。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中所述固化包括热压罐固化工艺、真空袋固化工艺、热压罐和真空袋固化工艺的结合、压缩模制固化工艺以及树脂传递模塑工艺。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一个倾斜部分(64)被整体机械加工成所述帽形工具(88a)的所述工具表面(114)，以便于在固化之后从所述帽形工具(88a)中容易地移除所述帽形加强筋。
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