载荷引入系统和用于制造载荷引入系统的方法与流程

本发明涉及用于空气动力学结构的改进的附接及载荷传递构思。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。特别地，当将部件彼此联接时，螺栓内部可能会出现高拉伸力。

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和从蒙皮区段的空气动力学外表面延伸的突出部。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。附接单元包括第一附接元件和第二附接元件，第一附接元件和第二附接元件中的每一个具有安装接口，该安装接口被配置成将附接单元安装到空气动力学部件的蒙皮区段和突出部。此外，第一附接元件和第二附接元件中的每一个具有接触表面，其中第一附接元件的接触表面和第二附接元件的接触表面在附接单元的组装状态下彼此接触、例如彼此压靠。第一附接元件和第二附接元件中的每一个均具有用于接纳基部单元的联接机构的第一开口。在附接单元的组装状态下，第一附接元件的第一开口和第二附接元件的第一开口彼此同轴对齐，使得第一附接元件的第一开口和第二附接元件的第一开口元件协作地接纳基部单元的联接机构。

4、本发明的载荷引入系统提供了空气动力学部件到基部系统的附接，同时通过这种附接来提供两个独立的载荷路径。特别地，实现了延伸穿过附接单元的载荷路径的加倍，从而改进了空气动力学部件与基部系统之间的载荷传递的冗余度。对于本发明构思，空气动力学部件与基部系统之间的第一载荷路径将延伸穿过第一附接元件，并且空气动力学部件与基部系统之间的第二载荷路径将延伸穿过第二附接元件。

5、在示例中，这两个载荷路径彼此独立并且不互相影响，使得经过第一附接元件并且在空气动力学部件与基部系统之间的载荷传递将不会影响第二附接元件内的载荷传递。

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附加地包括从空气动力学部件的外表面延伸的一个或多个载荷引入突出部，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、在组装状态下包括安装至彼此的第一附接元件和第二附接元件的附接单元可以是支架或支架状结构。特别地，附接单元可以在一个或多个连接区域处安装到空气动力学部件的外表面上。

10、第一附接元件具有其自己的安装接口，该安装接口将第一附接元件安装至空气动力学部件、特别是安装至空气动力学部件的蒙皮区段和突出部。该安装接口可以包括附加的紧固元件(如铆钉、螺钉或螺栓)，以将第一附接元件安装到空气动力学部件的外表面和突出部。类似地，第二附接元件具有其自己的安装接口，该安装接口将第二附接元件安装至空气动力学部件、特别是安装至空气动力学部件的蒙皮区段和突出部。该安装接口可以包括附加的紧固元件(如铆钉、螺钉或螺栓)，以将第二附接元件安装到空气动力学部件的外表面和突出部。可能的是，第一附接元件和第二附接元件的安装接口各自包括形状配合连接或材料结合(如焊接接头或粘合接头等)，以将相应的附接元件联接至空气动力学部件。

11、第一附接元件具有可以以完全平坦表面的形式存在的接触表面。类似地，第二附接元件具有也可以以完全平坦表面的形式存在的接触表面。当附接单元处于组装状态下时，这两个接触表面例如以其整个平坦表面彼此接触。特别地，可以使用紧固元件将这两个附接元件彼此紧固，从而将相应的接触表面彼此压靠。

12、第一附接元件和第二附接元件可以是彼此组装的铣削部分。例如，附接元件可以是金属部分。然而，附接元件可以包括其他材料或由其他材料构成，如例如纤维增强材料等。

13、第一附接元件和第二附接元件均具有第一开口(本文中也称为凸耳)，该第一开口用于接纳基部单元的联接机构。第一附接元件的第一开口可以是延伸穿过第一附接元件的洞或孔。在示例中，第一附接元件的第一开口可以延伸穿过第一附接元件的接触表面。第二附接单元的第一开口也可以是延伸穿过第二附接元件的洞或孔。在示例中，第二附接单元的第一开口可以延伸穿过第二附接元件的接触表面。

14、在附接单元的组装状态下，两个第一开口彼此同轴对齐。另外，这两个开口在组装状态下布置成彼此直接相邻，即彼此没有轴向距离。由于这些第一开口可以具有相同的尺寸、特别是相同的直径，因此它们呈现为用于接纳基部单元的联接机构的单一开口或凸耳，但相应的开口分别在不同的元件内(即，在第一附接元件和第二附接元件内)延伸。

15、经过第一附接元件的主载荷传递可以发生在第一附接元件的位于第一附接元件的第一开口与安装接口之间的结构内。经过第二附接元件的主载荷传递可以发生在第二附接元件的位于第二附接元件的第一开口与安装接口之间的结构内。因此，载荷传递可以经由这些附接元件的安装接口传递并传递到蒙皮区段和突出部中，因为两个附接元件均经由相应的安装接口被安装至蒙皮区段和突出部。

16、根据实施例，第一附接元件和第二附接元件是单独制造的部分，这些部分在组装状态下安装在一起。

17、特别地，这两个附接元件彼此之间不具有可以在这两个附接元件之间转移载荷的材料连接或结构连接。然而，应注意的是，两个附接元件均可以经由将这些附接元件彼此固定的单独的紧固元件彼此紧固，经由该单独的紧固元件可能在附接元件之间发生较小的载荷转移。然而，两个附接元件均可以被设计成使得相应的第一开口与相应的安装接口之间的主载荷传递仅延伸穿过附接元件本身的材料或结构。本发明的附接单元的设计可以使得这些主载荷传递不会彼此影响或彼此干扰。

18、根据实施例，第一附接元件被配置成提供从第一附接元件的第一开口到第一附接元件的安装接口的第一载荷路径，其中第二附接元件被配置成提供从第二附接元件的第一开口到第二附接元件的安装接口的第二载荷路径，并且其中第一载荷路径独立于第二载荷路径。

19、第一载荷路径和第二载荷路径可以对应于仅延伸穿过相应附接元件的结构的上述主要载荷传递。术语“独立”在这种情况下可以被理解为，沿着这些载荷路径的载荷传递不彼此影响。也就是说，沿着经过第一附接元件的结构的第一载荷路径的主载荷传递不会干扰或影响沿着经过第二附接元件的结构的第二载荷路径的主载荷传递，并且反之亦然。

20、根据实施例，第一附接元件的第一开口和第二附接元件的第一开口一起容纳轴承元件，该轴承元件用于接纳基部单元的联接机构。

21、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。球形轴承可以是在第一附接元件和第二附接元件已经彼此安装并固定之后插入到这些第一开口中的单独元件。

22、根据实施例，在附接单元的组装状态下，第一附接元件经由至少一个紧固元件安装至第二附接元件。

23、例如，可以使用螺栓、铆钉、螺钉等将第一附接元件安装或固定至第二附接元件。由该至少一个紧固元件提供的第一附接元件与第二附接元件之间的连接可以是可释放的连接，并且附接元件之间可以不存在任何材料连接。

24、根据实施例，第一附接元件包括第二开口，并且第二附接元件也包括第二开口，其中在附接单元的组装状态下，第一附接元件的第二开口和第二附接元件的第二开口被配置成协作地接纳基部单元的致动机构。

25、也就是说，附接单元可以经由两个不同的装置(例如联动装置)联接到基部系统。特别地，附接单元经由被第一开口接纳的联接机构(例如，在球形轴承内)并且附加地经由被第二开口接纳的致动机构而联接到基部单元。第二开口可以限定延伸穿过第一附接元件和第二附接元件的相应部分或凸缘的洞或孔。如下面将更详细地描述的，可以提供包括两个第二开口的附加连接器，使得这些第二开口整合到在组装状态下安装到第一附接元件和第二附接元件的一个单一结构元件中。

26、根据实施例，第一附接元件的第二开口与第二附接元件的第二开口轴向间隔开，并且基部单元的致动机构至少部分地布置在第一附接元件的第二开口与第二附接元件的第二开口之间。

27、例如，第二开口可以提供用于将附接单元可旋转地联接至致动机构的铰链元件。在组装状态下，第一附接元件和第二附接元件可以一起提供具有由附接元件限定的臂或凸缘的叉状结构。例如，第一附接元件可以包括从第一附接元件的主体延伸的臂或凸缘，并且第二附接元件也可以包括从第二附接元件的主体延伸的臂或凸缘。每个臂或凸缘包括第二开口之一，致动机构可以可旋转地联接在这些第二开口中。

28、根据实施例，附接单元包括安装到第一附接元件和第二附接元件两者的连接器，其中该连接器包括被配置成协作地接纳基部单元的致动机构的两个开口。

29、与附接元件中的每一个包括第二开口之一的上述实施例相比，因此还可以将这些第二开口整合在本身附接到两个附接元件的一个单件连接器中。在这种情况下，连接器限定叉状结构，而不是如上所述的两个组装的附接元件。

30、根据实施例，第一附接元件的安装接口包括将第一附接元件紧固到蒙皮区段的外表面上的至少一个紧固元件，并且进一步包括将第一附接元件紧固到突出部的至少一个紧固元件。附加地或替代性地，第二附接元件的安装接口包括将第二附接元件紧固到蒙皮区段的外表面上的至少一个紧固元件，并且进一步包括将第二附接元件紧固到突出部的至少一个紧固元件。

31、用于每种紧固的该至少一个紧固元件可以包括多个紧固元件。此类紧固元件可以包括铆钉、螺栓、螺钉、销和/或它们的组合。还可以应用形状配合连接或材料结合来将相应的附接元件安装至蒙皮区段和/或突出部。

32、根据实施例，蒙皮区段的外表面上的突出部由从蒙皮区段的外表面基本上垂直或完全垂直地延伸的板状结构形成。

33、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。

34、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。

35、根据实施例，附接单元至少部分地在空气动力学部件的突出部上方延伸。

36、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。

37、根据实施例，突出部从蒙皮区段的空气动力学外表面的延伸将邻近于蒙皮区段的空间分成前部空间和后部空间，其中附接单元在空气动力学部件的突出部上方延伸(例如桥接该突出部)，使得附接单元相对于突出部被部分地布置在前部空间中，并且使得附接单元相对于突出部被部分地布置在后部空间中。

38、在这种情况下，包括第一附接元件和第二附接元件的附接单元相对于突出部在突出部上方从前部空间延伸至后部空间并因此桥接该突出部。因此，第一附接元件和第二附接元件的接触表面也在突出部上方延伸。附接单元至空气动力学部件的安装可以(例如经由上述安装接口)存在于前部空间中，但附加地可以经由附加接口存在于后部空间中。

39、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。

40、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。

41、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。

42、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和从蒙皮区段的空气动力学外表面延伸的突出部。在另一步骤中，该方法包括提供具有联接机构的基部单元。另一步骤包括制造具有安装接口、接触表面和第一开口的第一附接元件。另一步骤包括制造具有安装接口、接触表面和第一开口的第二附接元件。另一步骤包括组装第一附接元件和第二附接元件，使得第一附接元件的接触表面和第二附接元件的接触表面彼此接触，并且使得第一附接元件的第一开口和第二附接元件的第一开口彼此同轴对齐。另一步骤包括将第一附接元件经由第一附接元件的安装接口安装至空气动力学部件。另一步骤包括将第二附接元件经由第二附接元件的安装接口安装至空气动力学部件。另一步骤包括将基部单元的联接机构接纳在第一附接元件的第一开口和第二附接元件的第一开口两者中，从而将空气动力学部件可移动地联接至基部单元。这些方法步骤可以按指示的顺序执行。

43、根据实施例，制造第一附接元件和制造第二附接元件包括在组装第一附接元件和第二附接元件之前将第一附接元件和铣削第二附接元件作为单独的部分铣削。