载荷引入系统和用于制造载荷引入系统的方法与流程

本发明涉及空气动力学结构的改进的附接与载荷传递构思。特别地，本发明涉及一种载荷引入系统和一种用于制造载荷引入系统的方法。

背景技术：

1、空气动力学系统的部件之间的载荷传递是此类系统的设计过程期间必须考虑的重要方面。例如，强度要求、低的制造/组装成本以及可靠且稳定的制造/组装过程是设计过程期间必须应对的重要方面。在设计对应的部件时，可以分析和优化经过这些部件的载荷路径，以避免部件结构内的某些区域中的载荷峰值。此类载荷峰值经常出现在将部件彼此联接的紧固元件(如螺栓)处。为了减小紧固元件处的载荷峰值，可以考虑扩大附接场以及紧固元件的数量。然而，这种附接场的扩大经常需要扩大和加固经由附接场彼此附接的对应部件，从而使得制造过程更加复杂。

2、ep 3 575 206a1描述了一种用于在缩回位置与伸出位置之间驱动襟翼布置的系统、一种具有这种系统的机翼、以及一种飞行器。

3、ep 2 578 489a2描述了一种用于具有后缘襟翼的飞行器机翼的襟翼支撑结构。襟翼支撑结构包括襟翼支撑梁和驱动单元，该襟翼支撑梁包括空气动力学整流罩，该驱动单元包括通用支撑结构，该通用支撑结构可旋转地接纳连接至驱动臂的驱动轴，以用于移动后缘襟翼。通用支撑结构还形成襟翼支撑梁的一部分并支撑该空气动力学整流罩。

技术实现思路

1、可以将本发明的目的视为改进用于空气动力学结构的附接单元内的载荷传递。

2、提供了根据独立权利要求的特征所述的系统和方法。根据从属权利要求和以下描述，本发明的进一步实施例是清楚的。

3、根据本发明的一方面，提供了一种载荷引入系统。该载荷引入系统包括空气动力学部件，该空气动力学部件具有带有空气动力学外表面的蒙皮区段、以及第一突出部。该载荷引入系统进一步包括附接单元，该附接单元用于将空气动力学部件可移动地联接到基部单元。该附接单元附接到空气动力学部件的蒙皮区段以及第一突出部。第一突出部背离该空气动力学外表面延伸，从而将邻近于该空气动力学外表面的空间(例如，靠近空气动力学外表面的空间)相对于第一突出部分隔成前部空间和后部空间。附接单元的形状被设计为在第一突出部上方延伸，使得附接单元包括相对于第一突出部至少部分地布置在前部空间中的前部部分和相对于第一突出部至少部分地布置在后部空间中的后部部分。

4、本发明的载荷引入系统提供了从空气动力学部件经由附接单元到基部单元的改进的载荷传递，并且反之亦然。特别地，可以通过在第一突出部上方延伸(即，桥接该第一突出部)的附接单元的这种特定设计来提供改进的载荷分布。有利地，通过附接单元的前部部分与后部部分之间的连接能够实现载荷转移，这使得能够改进从附接单元的前部部分和后部部分两者到空气动力学部件中的载荷传递。

5、此外，可以通过附接单元的特定设计来改进经由第一突出部的载荷引入。这意味着第一突出部背离空气动力学外表面延伸的长度可以被限制或者甚至减小，并且将附接单元附接到第一突出部的附接场因此可以更小，因为大量的载荷传递可能发生在附接单元的前部部分连接到后部部分之处的桥接区域中。换句话说，通过允许前部空间中的前部部分直接在突出部上方“桥接”到突出部的后部空间中的后部部分，可以将突出部的长度与被拉伸加载的螺栓所需的最小距离解除关联。具有减小的长度的第一突出部的优点是可以减小用于制造突出部及其支撑结构的工具尺寸。此外，可以减少材料用量，这致使降低非经常性制造成本、减少将制造工具加热所需的能量以及更快地冷却工具，从而实现高速率能力。

6、本发明的载荷引入系统可以是飞行器系统的一部分。例如，载荷引入系统是机械装置，该机械装置被配置成将空气动力学部件、特别是可移动件(如襟翼、缝翼、前缘高升力装置、副翼、扰流板、襟副翼、竖直安定面和水平安定面、升降舵、方向舵或门)安装至对应的基部系统。

7、在下文中，载荷引入系统将主要被描述为用于将飞行器襟翼附接到并且将其载荷传递到飞行器机翼。然而，应当理解，载荷引入系统还可以用于其他技术应用或用于附接任何其他的上述示例性空气动力学部件。

8、空气动力学部件可以包括一体制造的单件结构。例如，空气动力学部件可以包括碳纤维增强塑料(cfrp)材料或由其组成。特别地，如果空气动力学部件是襟翼部件，则其可以被设计成形成多单元襟翼设计。如下文将解释的，用于空气动力学部件的这种襟翼设计可以另外包括一个或多个从空气动力学部件的外表面延伸的载荷引入突出部，包括第一突出部和可能的第二突出部，例如翅片状突出部。此类突出部还可以由cfrp材料制成和/或可以充当空气动力学部件上的至少部分地接收来自附接单元的载荷传递的载荷引入特征。

9、附接单元附接到蒙皮区段和空气动力学部件的第一突出部两者。为此目的可以使用对应的紧固元件，如螺栓、螺钉、铆钉等。然而，粘合连接或材料结合是可能的。附接单元在本文中也可以被称为支架。附接单元可以包括第一附接元件和第二附接元件。特别地，附接单元可以被分成第一附接元件和第二附接元件，以便在附接单元内的载荷路径中并且因此从空气动力学部件到基部单元提供冗余。第一附接元件和第二附接元件可以经由紧固元件(如螺栓、螺钉、铆钉等)连接。

10、第一突出部背离空气动力学外表面延伸并延伸到邻近于蒙皮区段的空气动力学外表面的自由空间中。该自由空间被第一突出部划分成前部空间和后部空间，其中第一突出部优选地限定板状结构，如下面将要解释的。换句话说，第一突出部布置在前部空间与后部空间之间，使得第一突出部将邻近于空气动力学外表面的空间相对于第一突出部分隔成前部空间和后部空间。

11、附接单元包括相对于第一突出部至少部分或全部布置在前部空间中的前部部分和相对于第一突出部至少部分或全部布置在后部空间中的后部部分。前部部分和/或后部部分可以优选地构成附接单元的金属部分。然而，应注意的是，也可以对前部部分和/或后部部分使用其他材料(如纤维增强材料)。

12、前部部分经由桥接区域连接至后部部分，该桥接区域由前部部分和后部部分彼此连接之处的联接区域限定。前部部分和后部部分都可以具有板状结构。后部部分与前部部分之间的连接存在几种可能性，如下文将解释的。

13、根据实施例，附接单元的前部部分和附接单元的后部部分被制造为单独的部分，其中附接单元的前部部分经由至少一个紧固元件连接至附接单元的后部部分。

14、在该第一构型中，前部部分和后部部分是可以可释放地彼此组装的不同部分。前部部分和后部部分可以是经由至少一个紧固元件(例如螺栓、铆钉、螺钉等)彼此组装的铣削部分。因此，附接单元内的大量载荷传递可以发生在将前部部分联接到后部部分的紧固元件处，即，发生在附接单元在第一突出部上方延伸之处的桥接区域中。特别地，拉伸载荷可以经由该至少一个紧固元件被转移。

15、根据实施例，附接单元的前部部分和附接单元的后部部分被制造为单独的部分，其中附接单元的前部部分经由形状配合连接被连接至附接单元的后部部分。

16、在该第二构型中，前部部分和后部部分同样是可以可释放地彼此组装的不同部分。前部部分和后部部分可以是经由形状配合连接而彼此组装的铣削部分。也就是说，代替使用紧固件将附接单元的两个部分连结在一起，可以提供整体的形状配合解决方案。形状配合连接可以包括在前部部分和后部部分上的对应形状的锁定特征，其中这些锁定特征彼此接合以连接这两个部分。例如，其中一个部分具有钩状延伸部，而另一部分具有立方体延伸部，该立方体延伸部与弹簧凹槽连接类似地装配到钩状延伸部中。该弹簧凹槽连接可以在两个部分之间转移拉伸载荷，代替如上面关于第一构型所描述的被拉伸的紧固元件。因此，附接单元内的大量载荷传递可以经由将前部部分联接至后部部分的形状配合连接的锁定特征而发生，即，在附接单元在第一突出部上方延伸之处的桥接区域中发生。

17、根据实施例，附接单元的前部部分经由材料连接(例如材料接头)连接至附接单元的后部部分。

18、在该第三构型中，前部部分和后部部分可以共享材料连接形式的接头，该材料连接包括熔融材料，例如焊接连接或粘合结合。因此，附接单元内的大量载荷传递可以经由将前部部分联接至后部部分的材料连接而发生，即，在附接单元在第一突出部上方延伸之处的桥接区域中发生。

19、根据实施例，附接单元是包括前部部分和后部部分的一体制造的单件结构。

20、在该第四构型中，前部部分和后部部分一起形成一个单一部分，例如单一铣削部分。因此，前部部分和后部部分可以由相同的材料制成。特别地，前部部分和后部部分可以一起限定形成整个附接单元(即，整个支架)的连续材料结构。因此，附接单元内的大量载荷传递可以发生在附接单元的连续材料结构内，即，也发生在附接单元的连续材料结构在第一突出部上方延伸之处的桥接区域中。

21、用于将前部部分连接到后部部分的四种上述构型中的一些构型可以组合。

22、根据实施例，附接单元的形状被设计为在第一突出部上方延伸，以便允许载荷从附接单元的前部部分直接传递到后部部分。

23、换句话说，附接单元在被安装至空气动力学部件时至少部分地桥接该突出部并通过该桥接区域来转移载荷。如上所述，附接单元的一部分可以形成在第一突出部上方延伸的桥接区域，使得附接单元从前部空间延伸到后部空间中。因此，载荷传递可以经由桥接区域从前部部分被引导到后部部分，并且反之亦然。在示例性载荷情况下，当载荷施加到前部部分上时，在两个部分之间的桥接区域中可能存在拉伸载荷。

24、根据实施例，前部部分附接到前部空间中的蒙皮区段并且/或者后部部分附接到后部空间中的蒙皮区段。

25、这两个部分到蒙皮区段的这种附接可以例如通过螺栓、铆钉、螺钉等来实现。然而，其他附接机构(如材料连接或形状配合连接)也是可能的。

26、根据实施例，前部部分附接到第一突出部并且/或者后部部分附接到第一突出部。

27、此外，这两个部分到第一突出部的这种附接可以例如通过螺栓、铆钉、螺钉等来实现。其他附接机构(如材料连接或形状配合连接)也是可能的。

28、根据实施例，空气动力学部件包括从蒙皮区段的空气动力学外表面延伸的第二突出部，其中后部部分包括将附接单元联接到第二突出部的连接元件。

29、第二突出部可以相对于第一突出部布置在后部空间中或附近。因此，后部部分可以通过连接元件而延长，以便能够将附接单元的后部部分联接至另外的突出部。该另外的突出部、即第二突出部可以具有与上文关于第一突出部描述的相同或至少相似的特性。连接元件可以是后部部分的一部分，使得连接元件和后部部分可以一体地形成。然而，连接元件也可以是相对于后部部分的单独部分，该单独部分经由紧固元件附接到后部部分，如将在下文对附图的描述中进一步解释的。在空气动力学部件上使用两个突出部可以实现经由空气动力学部件的蒙皮区段上的两个单独的区域将载荷引入到空气动力学部件中，从而提供在附接单元内和到周围结构中的改进的载荷传递。

30、根据实施例，前部部分包括第一开口，该第一开口用于接纳基部单元的联接机构，以便将基部单元与空气动力学部件可移动地联接。

31、该第一开口在本文中也可以被称为凸耳，该凸耳被配置用于接纳基部单元的联接机构。前部部分的第一开口可以是例如沿翼展方向延伸穿过前部部分的洞或孔。第一开口可以容纳用于接纳基部单元的联接机构(例如连杆)的轴承元件。轴承元件可以是球形轴承，该球形轴承将基部单元的联接机构可移动地(例如，可旋转地)联接至附接单元。球形轴承可以是插入第一开口中的单独元件。在示例中，轴承元件可以提供对联接机构的偏心支撑，从而将联接机构偏心地支撑在第一开口中。

32、根据实施例，载荷引入系统进一步包括用于将附接单元的前部部分连接到第一突出部的第一调节元件和/或用于将附接单元的后部部分连接到第一突出部的第二调节元件。

33、当对附接单元使用一体制造的部分时，这是特别有利的，因为可以通过调节该调节元件相对于附接单元的特定放置或布置来补偿公差。这种调节元件可以具有拐角角材的形式，该拐角角材一方面可以附接到前部部分或后部部分的相应表面，另一方面可以附接到第一突出部。以这种方式，附接单元可以被制造为使得在附接单元附接到空气动力学部件的组装状态下，在附接单元与相邻部分(如第一突出部)之间设置有间隙。这有利于将附接单元组装至空气动力学部件，因为最终的附接可以由调节元件提供。应当注意的是，公差也可以通过填隙、例如通过对应的填隙元件来补偿。

34、根据实施例，从蒙皮区段的空气动力学外表面延伸的第一突出部由从蒙皮区段的空气动力学外表面基本上垂直地延伸的板状结构形成。

35、突出部可以是从外表面突出的翅片。翅片可以是被蒙皮区段覆盖的支撑结构的一部分，使得支撑结构的仅翅片延伸穿过蒙皮区段并背离蒙皮区段的外表面延伸。翅片可以相对于蒙皮区段固定地布置或者可以与蒙皮区段一体地形成。如上所述，空气动力学部件可以是飞行器机翼的襟翼部件，例如后缘襟翼。在这种情况下，翅片可以定向在相对于飞行器的飞行方向而言的横向方向上。翅片的这种取向将在下文描述的图中示出。然而，翅片也可以定向在飞行器的飞行方向上，即，平行于飞行方向。在本上下文中，表述“基本上垂直”考虑了由于具体应用的、用于在蒙皮区段的外表面处提供板状结构的制造技术而导致的制造公差。由于所应用的工具而导致的与精确垂直取向的小偏差落在所述表达的范围内。

36、该板状结构本身可以包括与蒙皮区段相同的材料，例如纤维增强材料，如cfrp。也可以使用金属或金属合金。然而，可以对板状结构和蒙皮区段使用不同的材料。

37、根据实施例，基部部件是机翼结构，并且空气动力学部件是襟翼结构，该襟翼结构通过附接单元可移动地联接到机翼结构。

38、机翼结构可以是飞行器机翼的一部分并且襟翼结构可以是飞行器机翼的后缘襟翼系统的一部分。

39、根据一方面，提供了一种包括如本文所述的载荷引入系统的飞行器。

40、根据另一方面，提供了一种用于制造载荷引入系统的方法。该方法的步骤包括提供空气动力学部件，该空气动力学部件具有带有空气动力学外表面的蒙皮区段、以及第一突出部，该第一突出部背离空气动力学外表面延伸，从而将邻近于空气动力学外表面的空间相对于第一突出部分隔成前部空间和后部空间。该方法的另一步骤包括提供附接单元，该附接单元用于将空气动力学部件可移动地联接至基部单元。该方法的另一步骤包括将附接单元的前部部分相对于第一突出部附接到前部空间中的蒙皮区段。该方法的另一步骤包括将附接单元的后部部分相对于第一突出部附接到后部空间中的蒙皮区段，使得附接单元在第一突出部上方延伸，即桥接该第一突出部。这些方法步骤可以按指示的顺序执行。

41、根据实施例，提供附接单元包括通过以下方式来制造附接单元的前部部分和后部部分：在将前部部分和后部部分附接至蒙皮区段之前铣削前部部分和后部部分(作为单独的部分或作为一个单件结构)。