纖維復合部件、小翼和具有纖維復合部件的飛行器的制造方法
【專利摘要】一種由纖維復合材料制成的纖維復合部件（12），包括至少一個第一表面區(qū)段（14）、至少一個第二表面區(qū)段（16）和至少一個過渡區(qū)域（18）。第一表面區(qū)段（14）和第二表面區(qū)段（16）設置成相對于彼此成角度并且與過渡區(qū)域（18）結(jié)合。過渡區(qū)域（18）包括平均曲率不同于彼此的至少一個第一彎曲區(qū)段（20）和至少一個第二彎曲區(qū)段（22），這些彎曲區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至彼此。在各種情況下，第一表面區(qū)段（14）以在切向方向上連續(xù)的方式連接至過渡區(qū)域（18）以及過渡區(qū)域（18）以在切向方向上連續(xù)的方式連接至第二表面區(qū)段（16）。優(yōu)選地，第一彎曲區(qū)段（20）的曲率半徑小于第二彎曲區(qū)段（22）的曲率半徑。
【專利說明】纖維復合部件、小翼和具有纖維復合部件的飛行器
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年4月20日提交的德國專利申請N0.102011017460.5的申請日的優(yōu)先權(quán)以及2011年4月20日提交的美國臨時專利申請N0.61/477494的申請日的優(yōu)先權(quán)，這些申請的公開內(nèi)容在此通過參引合并到本文中。
【技術(shù)領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種纖維復合部件、一種具有加強部件和殼體的小翼、以及一種具有纖維復合部件的飛行器。
【背景技術(shù)】
[0004]纖維復合部件的使用在許多應用領域中引人關(guān)注，最重要的是因為其具有特別高的比強度。這種部件由包括嵌入在基體材料中的纖維層的層狀件制成。為了實現(xiàn)特別高的強度，各纖維層的纖維可以以與負載相關(guān)的方式對齊。在纖維復合部件的成層的復合之后，在熱量的影響下、以及如果適用的話也在壓力的影響下發(fā)生基體材料的固化?？梢越柚诶w維復合材料實施任何需要的部件形狀是特別有利的。
[0005]由于通常定向的纖維和由于成層的結(jié)構(gòu)，纖維復合部件具有各向異性的材料特征。特別在彎曲的纖維復合部件——該纖維復合部件具有設置成彼此成角度的兩個表面區(qū)段和位于兩個表面區(qū)段之間的過渡區(qū)域一的情況下，可以檢測到撓曲應力與張力在厚度方向上的強耦合。通過張力、橫向力或者力矩對纖維復合部件加載導致部件在過渡區(qū)域被拉伸以及另外被逆著過渡區(qū)域的曲率方向彎曲。這導致所謂的層間展開應力(“Aufzieh-Spannungen”),層間展開應力具有撓曲應力的徑向分量,該撓曲應力由于曲率不再作用在一條線上。該展開應力可以導致纖維復合部件的層狀件內(nèi)的各個層變得在過渡區(qū)域相對于彼此以不可逆的方式分離。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，通過使區(qū)域局部地變厚并且尤其是通過應用附加的局部層壓層來減少這些現(xiàn)象。從生產(chǎn)工程角度來看這是非常昂貴的，尤其是在較小的纖維復合部件的情況下，因此為了達到設計方面所要求的破壞載荷，整體輪廓將不得不增厚。然而，這導致重量上的不期望的增加、尤其是在飛行器中使用的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種纖維復合部件和一種用于制造纖維復合部件的方法，其中，該纖維復合部件具有設置成相對于彼此成角度的表面區(qū)段和位于所述表面區(qū)段之間的過渡區(qū)域，在該方法中，可以減小過渡區(qū)域中的展開應力而無需使部件的輪廓過度地變厚。
[0008]關(guān)于纖維復合部件的目的通過具有獨立權(quán)利要求1的特征的纖維復合部件來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中陳述了有利的改進。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件包括至少一個第一表面區(qū)段和至少一個第二表面區(qū)段，該至少一個第一表面區(qū)段和該至少一個第二表面區(qū)段設置成相對于彼此成角度并且與過渡區(qū)域結(jié)合。在本文件中，術(shù)語“成角度的布置”指的是在相對于彼此不為零度的角度的不同平面中延伸的表面區(qū)段。過渡區(qū)域包括平均曲率不同于彼此的至少一個第一彎曲區(qū)段和至少一個第二彎曲區(qū)段，該至少一個第一彎曲區(qū)段和該至少一個第二彎曲區(qū)段的，并且第一彎曲區(qū)段和第二彎曲區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至彼此，其中，在各種情況下，第一表面區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至過渡區(qū)域，以及過渡區(qū)域以在切向方向上連續(xù)的方式連接至第二表面區(qū)段。
[0010]平坦的和彎曲的部件彼此區(qū)別在于撓曲載荷，其導致在厚度方向上的、為展開應力Or形式的應力。通過小的載荷，與較大的半徑相比，較小的半徑會在厚度方向上產(chǎn)生較大的應力。在具有設置成相對于彼此成角度的表面區(qū)段的纖維復合部件中，為力矩、橫向力或者法向力形式的載荷在不同的位置變化。因此，應力一即，展開應力一也在不同的位
置變化。
[0011]由于作為曲率半徑的倒數(shù)值的曲率，因而顯著地推動了由展開引起的破壞。與較小的曲率相比，較大的曲率是較早破壞的原因。在具有第一表面區(qū)段和設置成相對于該第一表面成角度的第二表面區(qū)段的纖維復合材料的結(jié)構(gòu)中，由于通常僅存在可用于纖維復合部件的有限空間，因此不能隨意地增加曲率半徑。這種限制可以是在表面區(qū)段中連接裝置一例如鉚釘、螺栓等一的具體位置的形式；然而，它們也可以通過相鄰地定位的纖維復合部件的延伸部或其他本體而預先設定。
[0012]通過在設置成相對于彼此成角度的表面區(qū)段之間的過渡區(qū)域中使用至少兩個彎曲區(qū)段，從表面區(qū)段直接地繼續(xù)的具有相對大的曲率的較短彎曲區(qū)段(下文中稱為“第一彎曲區(qū)段”)可以產(chǎn)生至彎曲程度顯著地較小的彎曲區(qū)段(下文中稱為“第二彎曲區(qū)段”)的在切向方向上的連續(xù)過渡，其中，前述的彎曲程度顯著地較小的彎曲區(qū)段在一個實施方式中優(yōu)選地延伸至設置成相對于其成角度的另一個表面區(qū)段并且形成在切向方向上的連續(xù)過渡。當與由第一表面區(qū)段與第二表面區(qū)段之間的恒定的但較大的曲率提供的可能性的情況相比，借助彎曲程度較小的區(qū)域，展開應力明顯地減小。因此可以認為本發(fā)明的核心是提供從至少一個相對短的強烈彎曲區(qū)段繼續(xù)的彎曲程度較小的區(qū)域，該彎曲程度較小的區(qū)域在第一表面區(qū)段上用作彎曲起始區(qū)段。
[0013]優(yōu)選地，該彎曲區(qū)段包括具有恒定曲率半徑的圓形彎曲部分。該曲率稱為“平均曲率”以便顧及制造誤差。
[0014]優(yōu)選地，在使用單個更強烈地彎曲的彎曲區(qū)段的情況下，前述的單個更強烈地彎曲的彎曲區(qū)段應當設置在纖維復合部件的下述位置處:在該位置處，在使用中常常經(jīng)歷最小可能的撓曲力矩。例如，如果第二表面區(qū)段經(jīng)受法向力，則將更強烈地彎曲的第一彎曲區(qū)段設置在第二表面區(qū)段上并且將彎曲程度較小的第二彎曲區(qū)段直接地設置在第一表面區(qū)段上是有意義的。由法向力造成的最大撓曲力矩可能之后僅位于具有較小曲率的彎曲區(qū)段中，并且因此與現(xiàn)有技術(shù)相比較時，通過不變的設計空間要求，將顯著地減小展開應力。
[0015]具有較小曲率的第二彎曲區(qū)段的位置應當定位在根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件的發(fā)生最大載荷的位置處。該位置可以通過借助FEM分析的實驗性測試或者通過分析計算來確定。由于根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件的層狀件的優(yōu)選恒定的厚度，最大載荷的位置決定了提供足夠的破壞載荷的所必需的最小曲率半徑。因此，第一彎曲區(qū)段可以從以該方式配備的第二彎曲區(qū)段朝向外側(cè)繼續(xù)；可選地，實現(xiàn)向第一表面區(qū)段或者第二表面區(qū)段的在切向方向上連續(xù)過渡的兩個第一彎曲區(qū)段具有較大的曲率。
[0016]在本發(fā)明的有利實施方式中，該過渡區(qū)域包括兩個第一彎曲區(qū)段，該兩個第一彎曲區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式結(jié)合有第二彎曲區(qū)段，并且該兩個第一彎曲區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至第一表面區(qū)段和第二表面區(qū)段。以此方式，在整個過渡區(qū)域的相當短的距離上的兩個端部上確定了連接角，第二彎曲區(qū)段可以在各種情況下以在切向方向上連續(xù)的方式從該連接角繼續(xù)。這種纖維復合部件包括與在表面區(qū)段上的所有載荷具有低的展開應力相同的有利的展開行為，并且以此方式可以更普遍地使用。應當指出的是，兩個第一彎曲區(qū)段并不一定需要具有相同的曲率半徑；相反，它們可以稍微彼此不同，例如，在可利用的設計空間施加與制造技術(shù)相關(guān)的限制或者其他限制的情況下。
[0017]在本文中，應當提及，有利地是，從制造技術(shù)的觀點看，第一彎曲區(qū)段應當具有可能的最小的曲率半徑，而從設計空間限制的觀點看，第二彎曲區(qū)段應當包括可能的最大的曲率半徑?？紤]到普通的安全因素，可能的最小的曲率可以用實驗方法確定和/或通過先前的制造試驗確定；所述曲率大致地或者基本上對應于纖維復合材料中使用的纖維的最小曲率半徑。纖維可以包括任何類型的纖維。特別地，提及與飛行器相關(guān)的碳纖維、玻璃纖維和凱夫拉爾纖維(Kevlar)。
[0018]在本發(fā)明的有利地實施方式中，第二彎曲區(qū)段的曲率半徑是第一彎曲區(qū)段的曲率半徑的至少兩倍。以此方式，可以實現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件內(nèi)的展開應力的顯著減小。
[0019]在特別優(yōu)選的實施方式中，第二彎曲區(qū)段的曲率半徑是第一彎曲區(qū)段的曲率半徑的至少五倍。在制造根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件期間，第一彎曲區(qū)段的曲率半徑則需要以下述方式選擇:使得可以實現(xiàn)第一表面區(qū)段經(jīng)由過渡區(qū)域從至少一個第一彎曲區(qū)域和至少一個第二彎曲區(qū)域至第二表面區(qū)段的在切向方向上的連續(xù)過渡。由于第一彎曲區(qū)段的曲率半徑與第二彎曲區(qū)段的曲率半徑之間的明顯區(qū)別，具有大曲率的相對短的起端可以提供連接角，其中，具有較小曲率的第二彎曲區(qū)段可以在該連接角處繼續(xù)。因此過渡區(qū)域的最明顯部分由于較小的曲率產(chǎn)生相當小的展開應力，使得可以容許相對薄的輪廓厚度，并且特別通過在飛行器中使用這種纖維復合部件實現(xiàn)了有利的輕量化。
[0020]出于相同原因，如果第二彎曲區(qū)段的曲率半徑是第一彎曲區(qū)段的曲率半徑的至少十倍，則是特別有利的。
[0021]在有利的實施方式中，纖維復合部件是在第一表面區(qū)段中具有至少一個緊固裝置——例如安裝孔——并且在第二表面區(qū)段中具有至少一個緊固裝置的角形件。這種角形件可以用于將第一纖維復合部件緊固至第二纖維復合部件。在航空工程中，這可以例如提供將加強部件設置在由纖維復合材料制成的機身壁上的選擇。通過根據(jù)本發(fā)明的設計可以將出現(xiàn)的展開應力減小至使得角形件具有特別輕量化結(jié)構(gòu)的程度。
[0022]在本發(fā)明的有利的實施方式中，纖維復合部件包括第三表面區(qū)段和至少一個第二過渡區(qū)域，其中，第二過渡區(qū)域還包括具有以上討論的特性的至少一個第一彎曲區(qū)段和至少一個第二彎曲區(qū)段。因此，更復雜的部件可以緊固至彼此并且可以在所有過渡區(qū)域中引起有利的展開行為。以此方式，特別在形式為抗剪帶、夾子、或者角形件——這些大體上用于在部件之間傳遞徑向的載荷一的引入元件的結(jié)構(gòu)方面可以實現(xiàn)重量減輕。同樣的，在包括纖維復合部件的窗框的結(jié)構(gòu)中——該窗框具有凸緣、設置成相對于凸緣成角度的安裝表面以及位于凸緣與安裝表面之間的過渡區(qū)域一可以以此方式設計該過渡區(qū)域。
[0023]在有利的實施方式中，纖維復合部件可以設計成形式為一體式框架元件的加強部件，該一體式框架元件可以連接至交通工具本體的壁并且在至少一個第一表面區(qū)段上包括用于緊固至交通工具的本體壁的緊固裝置，其中，第二表面區(qū)段從第一表面區(qū)段延伸，并且框架元件凸緣從第二表面區(qū)段繼續(xù)。在第一表面區(qū)段與第二表面區(qū)段之間設置有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的過渡區(qū)域。在第二表面區(qū)段與框架元件凸緣之間同樣設置有根據(jù)本發(fā)明的過渡區(qū)域。該設計使得可以通過至少一個這種框架元件實現(xiàn)封閉的本體的重量減輕的結(jié)構(gòu)。該設計在設置于飛行器上的飄動體的情況下是尤其有意義的。例如，這種飄動體可以是小翼、鯊鰭小翼等。除了前述方面以外，可以考慮提升部件、控制表面、水平穩(wěn)定裝置、機翼機身過渡整流罩等。
[0024]此外，本發(fā)明還涉及具有加強部件和殼體的小翼，其中加強部件包括第一表面區(qū)段和第二表面區(qū)段，該第一表面區(qū)段和該第二表面區(qū)段設置成相對于彼此成角度并且結(jié)合有過渡區(qū)域。該過渡區(qū)域包括平均曲率不同于彼此的至少一個第一彎曲區(qū)段和至少一個第二彎曲區(qū)段，并且這些彎曲區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至彼此，其中，在各種情況下，第一表面區(qū)段以在切向方向上連續(xù)的方式連接至過渡區(qū)域，以及過渡區(qū)域以在切向方向上連續(xù)的方式連接至第二表面區(qū)段。
[0025]該設計是特別地令人關(guān)注的設計，因為這種小翼的結(jié)構(gòu)彎曲成使得在小翼撓曲的情況下，在殼體的對置區(qū)段之間出現(xiàn)展開應力，該展開應力通過設置在小翼中的加強部件而被移除。因此，小翼中的加強部件經(jīng)受著展開。由于加強部件具有連接至彼此的兩個不同的曲率半徑的這種設計使得展開應力基本上僅在相對大的曲率半徑的情況下產(chǎn)生，因此可以通過有限的設計空間而使小翼承受相當大的載荷。
[0026]通過小翼的這種構(gòu)造，在過渡區(qū)域中設置三個彎曲區(qū)段也是有意義的，其中直接地從各個表面區(qū)段繼續(xù)的第一彎曲區(qū)段非常強烈地彎曲，而被這些強烈地彎曲的彎曲區(qū)段包圍的第二彎曲區(qū)段不太明顯地彎曲。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的用于制造纖維復合部件的方法包括:在陽?；蛘哧幠Ｖ袖佋O纖維，并且施加基體材料，其中，優(yōu)選地，若干纖維層相繼地鋪設并且承受基體材料。接著是進行干燥。
[0028]用于鋪設所需的模具優(yōu)選以機械銑削工序制造，這尤其使得可以實現(xiàn)還包括具有不同半徑的過渡區(qū)域的更大的形狀自由度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]在示例性實施方式和附圖的如下描述中公開了本發(fā)明的另外的特征、優(yōu)點和應用選擇。所有描述的和/或說明的特征自身及其任意組合形成本發(fā)明的主題，甚至與它們在各個權(quán)利要求中的構(gòu)成或者它們的相互關(guān)系無關(guān)。此外，附圖中相同的或者相似的部件具有相同的附圖標記。這些附圖僅僅是示意性而未按比例繪制。
[0030]圖1a和圖1b示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的纖維復合部件(圖1a)和根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件(圖1b)的示意圖。
[0031]圖2a示出作為根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件的角形件的三維立體圖。
[0032]圖2b示出為加強部件形式的纖維復合部件。[0033]圖2c示出作為纖維復合部件的延伸的角形件。
[0034]圖2d示出具有加強部件的飛行器的機身壁，其中，加強部件通過作為根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件的角形件而被安裝。
[0035]圖3示出具有加強部件和殼體的小翼。
[0036]圖4示出具有纖維復合部件的飛行器。
[0037]圖5示出作為纖維復合部件的窗框。
【具體實施方式】
[0038]圖1a是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的纖維復合部件2的簡化示意圖，該纖維復合部件2包括第一表面區(qū)段4和第二表面區(qū)段6，第二表面區(qū)段6設置成相對于第一表面區(qū)段4成角度，在表面區(qū)段4、6之間設置有過渡區(qū)8。纖維的方向由端部區(qū)域中的線指示。在示例性實施方式中，第一表面區(qū)段4和第二表面區(qū)段6設置成基本上垂直于彼此，并且過渡區(qū)域8包括具有恒定曲率半徑R0的彎曲。過渡區(qū)域8因此形成四分之一圓。
[0039]在通過作為示例示出的力F1和F2對纖維復合部件2的上端10進行加載的期間，在過渡區(qū)域8可以產(chǎn)生強烈的所謂“展開應力”，由于該展開應力，過渡區(qū)域8的纖維基體復合材料的層可以彼此分開。這導致對材料的不可逆性損傷。在最壞的情況下，這可能導致完全的結(jié)構(gòu)破壞，從而不得不更換部件。
[0040]根據(jù)本發(fā)明，提出了根據(jù)圖1b的纖維復合部件12，該纖維復合部件12包括第一表面區(qū)段14和第二表面區(qū)段16，且在第一表面區(qū)段14與第二表面區(qū)段16之間延伸有過渡區(qū)域18。根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件12的特殊屬性是由于包括第一彎曲區(qū)段20和第二彎曲區(qū)段22的過渡區(qū)域18，其中，彎曲區(qū)段20、22包括不同的曲率。第一彎曲區(qū)段20以半徑R2彎曲，第二彎曲區(qū)段22以半徑R1彎曲，半徑R2顯著地小于半徑I。總的來說，已經(jīng)觀察到的是隨著曲率半徑增加，由此產(chǎn)生的展開應力顯著地降低。由于來自圖1b的圖示的R1已經(jīng)顯著地大于圖1a的Rci，與圖1a中的過渡區(qū)域8相比，在被高度加載的第二彎曲區(qū)段22中可以期望顯著降低的展開應力。
[0041]為了避免由于屈曲、橫截面的開裂等引起的附加載荷，需要實現(xiàn)第一表面區(qū)段14至第一彎曲區(qū)段20、從第一彎曲區(qū)段20至第二彎曲區(qū)段22以及從第二彎曲區(qū)段22至第二表面區(qū)段16的在切向方向上連續(xù)的過渡。這樣做的結(jié)果是力的漸進很協(xié)調(diào)。由于札應選擇為盡可能地大，而R2應選擇為盡可能地小，因而根據(jù)第一表面區(qū)段14與第二表面區(qū)段16之間的預定距離B的需求，產(chǎn)生了 R1和延展角度a、R2和延展角度P、以及寬度B之間的明確的幾何關(guān)系。Rl比R2的比率大是特別有利的。這意味著R1應當例如是R2的至少兩倍，使得被最大加載的第二彎曲區(qū)段22因為相對微小的彎曲僅承受很小的展開應力，并因此比圖1a中的過渡區(qū)域經(jīng)受較低的破壞傾向。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的設計原理可以隨意延展至任何包括曲率的纖維復合部件，該纖維復合部件在下面作為示例進行描述。
[0043]因此，例如，圖2a示出角形件24，該角形件24包括可以如圖1b中示出的那樣設計的第一表面區(qū)段26、第二表面區(qū)段28和過渡區(qū)域30。該圖示還示出:角形構(gòu)件24包括作為第三表面區(qū)段的角形物32和另外的第二表面區(qū)段34，其中在第一表面區(qū)段26與第三表面區(qū)段32或者在第一表面區(qū)段26與角形物之間設置有過渡區(qū)域36，以及在第三表面區(qū)段32與另外的第二表面區(qū)段34之間定位有過渡區(qū)域38，其中，所有的過渡區(qū)域30、36和38如圖1b中示出的那樣設計以便提供最大可能的破壞載荷。
[0044]在圖2a的示例中，第一表面區(qū)段28、第二表面區(qū)段26和第四表面區(qū)段34在各種情況下形成具有緊固裝置40的安裝凸緣，該緊固裝置40為例如用于螺栓或者鉚釘?shù)目椎男问?。與上述形成相比，第三表面區(qū)段32是支柱或者支承件以便在垂直于第一表面區(qū)段28的平面上增加面積慣性力矩。尤其在飛行器中，由纖維復合材料制造加固機身壁的加強部件是有意義的。圖2b示出為根據(jù)本發(fā)明的纖維復合部件形式的這種加強部件42，該加強部件42包括第一表面區(qū)段44、第二表面區(qū)段46和第三表面區(qū)段48，其中，第一表面區(qū)段44和第二表面區(qū)段46結(jié)合有過渡區(qū)域50，并且第二表面區(qū)段46和第三表面區(qū)段48結(jié)合有另外的過渡區(qū)域52。過渡區(qū)域50和52以下述方式設計:以盡可能與載荷相關(guān)的方式設計使得在被最大加載的截面中存在特別微小的彎曲以便產(chǎn)生更大的破壞載荷。
[0045]作為示例，圖2c示出對圖2a中的角形件24的擴展、形式為角形件54，該角形件54具有形式為第一表面區(qū)段56的延伸的第一表面區(qū)段28和設置在延伸的第一表面區(qū)段28上的第五表面區(qū)段58。其中，第五表面區(qū)段58與第一表面區(qū)段56包圍過渡區(qū)域60，該過渡區(qū)域也根據(jù)本發(fā)明的方面進行設計。
[0046]圖2d示出包括纖維復合材料或者金屬材料的機身壁62之間的相互配合，在機身壁62上設置有借助于角形件24而附接至機身壁62的加強部件42。由于在切向方向上連續(xù)的過渡，力的引入在所有的過渡區(qū)域中以非常協(xié)調(diào)的方式發(fā)生，其中，借助特別地微小的彎曲，可以顯著地減小所產(chǎn)生的展開應力。
[0047]圖3不出小翼64,該小翼64從機翼66繼續(xù)并且包括在空氣動力學方面優(yōu)化的彎曲形狀。小翼設計成中空體,該中空體包括通過加強部件70加強的殼體68。
[0048]截面圖A-A示出:在一些區(qū)段中，小翼64設計成盒形結(jié)構(gòu)，該盒形結(jié)構(gòu)包括上覆蓋層72和下覆蓋層74，其中，上覆蓋層72和下覆蓋層74或者設計成彼此分離或者設計成能夠相互連接以形成一體式殼體68。當小翼64經(jīng)受到如圖所不的力F時,小翼64被朝向外側(cè)彎曲，使得由于所產(chǎn)生的剪切力而在小翼64的內(nèi)部中出現(xiàn)對加強部件70的加載。整個力F或者由此產(chǎn)生的剪切應力借助加強部件70的方式得到釋放。
[0049]作為示例，加強部件設計成C形體，該C形體包括第一表面區(qū)段76、第二表面區(qū)段78和第三表面區(qū)段80。第一表面區(qū)段76和第二表面區(qū)段78設置成相對于彼此成角度并且結(jié)合有如圖1b中示出那樣設計的過渡區(qū)域82。同樣地，第二表面區(qū)段78和第三表面區(qū)段80包圍另外的過渡區(qū)域84，該另外的過渡區(qū)域84根據(jù)相同的設計原理設定形狀并且包括兩個不同的曲率。以此方式設計的小翼具有下述方面的優(yōu)點:通過受空氣動力效應影響的有限設計空間，顯著地更大的力可以通過加強部件70承受，并且進而可以實現(xiàn)更纖薄的小翼64，或者可以實現(xiàn)表面區(qū)段76、78和80的層壓件厚度的減小，并且因此可以實現(xiàn)重量的減輕。
[0050]為了將加強部件70安裝在覆蓋層72和74上或者安裝在殼體68上，使用了從第一表面區(qū)段76延伸至覆蓋層74并且從第三表面區(qū)段80延伸至覆蓋層72的緊固裝置86。所述緊固裝置86可以設計成鉚釘、螺栓或者其他適合的裝置。
[0051]該設計原理還可以擴展至涵蓋包圍中空空間的承受剪切載荷或者撓曲載荷的其他本體。作為上述內(nèi)容的示例，應當提到飛行器上的提升部件、控制表面、水平穩(wěn)定裝置、襯套元件等。
[0052]圖4示出包括機身壁88的飛行器86，作為示例，機身壁88包括借助角形件24附接至機身壁88的加強部件42。
[0053]根據(jù)圖3的圖示，小翼90包括殼體68，殼體68通過加強部件70而被補充以形成承載的箱形結(jié)構(gòu)。通過設計具有至少一個高度地彎曲的第一彎曲區(qū)段20和至少一個彎曲程度較小的第二彎曲區(qū)段22的加強部件70，產(chǎn)生了對承受小翼結(jié)構(gòu)上的撓曲載荷明顯提聞的能力。
[0054]此外，在圖5中更加詳細地示出的飛行器窗口 92包括窗框93，該窗框93是纖維復合部件，其中，該纖維復合部件具有作為第一表面區(qū)段的凸緣94，凸緣94可以連接至壁62并且在一些區(qū)域中延伸至飛行器的內(nèi)部并且在作為第二表面區(qū)段的安裝表面96上延伸，使得可以接納一對窗玻璃98和窗密封件100。位于連接至壁62的凸緣94與第二表面區(qū)段96之間的過渡區(qū)域102包括如圖1b中所示的設計，在該設計中設置有具有顯著不同半徑的第一彎曲區(qū)段20和第二彎曲區(qū)段22。由于設計空間的局限性一該局限性由常規(guī)的窗口固定裝置支配，因而不能隨意地選擇過渡區(qū)域102的尺寸，而是需要包括所陳述的、考慮了預期的載荷的設計。這同樣應用至凸緣94的相反側(cè)上的過渡區(qū)域104。
[0055]此外，應當指出的是，“包括”不排除其他元件或者步驟，并且“一個”或“一”不排除多個。此外，應當指出的是，參照以上示例性實施方式中的一個示例性實施方式進行描述的特征或者步驟可以與以上描述的其他示例性實施方式的其他特征或者步驟結(jié)合使用。權(quán)利要求中的附圖標記不應被解釋成為限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種由纖維復合材料制成的纖維復合部件(12、24、54、70、93)，包括: -至少一個第一表面區(qū)段(14、26、44、56、76、94)， -至少一個第二表面區(qū)段(16、34、46、78、96)，以及 -至少一個過渡區(qū)域(18、30、36、38、50、60、84)， 其中，所述第一表面區(qū)段(14、26、44、56、76、94)和所述第二表面區(qū)段(16、34、46、78、96)設置成彼此成角度并且包圍所述過渡區(qū)域(18、30、36、38、50、60、84)， 其中，所述過渡區(qū)域(18、30、36、38、50、60、84)包括平均曲率不同于彼此的至少一個第一彎曲區(qū)段(20)和至少一個第二彎曲區(qū)段(22)，并且所述第一彎曲區(qū)段(20)和所述第二彎曲區(qū)段(22)以在切向方向上連續(xù)的方式連接至彼此，并且 其中，在各種情況下，所述第一表面區(qū)段(14、26、44、56、76、94)以在切向方向上連續(xù)的方式連接至所述過渡區(qū)域(18、30、36、38、50、60、84)，并且所述過渡區(qū)域(18、30、36、38、50,60,84)以在切向方向上連續(xù)的方式連接至所述第二表面區(qū)段(16、34、46、78、96)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述過渡區(qū)域(18、30、36、38、50、60、84)包括兩個第一彎曲區(qū)段(20)，所述兩個第一彎曲區(qū)段(20)結(jié)合有第二彎曲區(qū)段(22)并且所述兩個第一彎曲區(qū)段(20)以在切向方向上連續(xù)的方式連接至所述第一表面區(qū)段(14、26、44、56、76、94)或者所述第二表面區(qū)段(16、34、46、78、96)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段(22)的平均曲率小于所述第一彎曲區(qū)段(20)的平均曲率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第一彎曲區(qū)段(20)包括基本上與在所述纖維復合材料中使用的纖維的最小曲率半徑相對應的曲率半徑。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段(22)的位置位于所述纖維復合部件(12、24、54、70、93)的在操作期間出現(xiàn)最大載荷的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段(22)的曲率半徑以下述方式進行選擇:即，在所述纖維復合部件(12、24、54、70、93)的所述最大載荷位置處的預定的層狀件厚度處，所產(chǎn)生的展開應力不超過容許展開應力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段(22)的曲率半徑是所述第一彎曲區(qū)段(20)的曲率半徑的至少兩倍。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段 (22)的曲率半徑是所述第一彎曲區(qū)段(20)的曲率半徑的至少五倍。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)， 其中，所述第二彎曲區(qū)段(22)的曲率半徑是所述第一彎曲區(qū)段(20)的曲率半徑的至少十倍。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)，所述纖維復合部件(12、24、54、70、93)設計成角形件(12、24、54)，所述角形件(12、24、54)具有位于第一表面區(qū)段上的至少一個緊固裝置和位于第二表面區(qū)段上的至少一個緊固裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)，所述纖維復合部件(12、24、54、70、93 )設計成用于交通工具的窗框(93 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的纖維復合部件(12、24、54、70、93)，所述纖維復合部件(12、24、54、70、93)設計成用于交通工具本體的加強部件。
12.一種小翼(64)，包括殼體(68)和加強部件(70)，所述加強部件(70)為根據(jù)權(quán)利要求I至11中的任一項所述的纖維復合部件。
13.一種飛行器(86)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項所述的纖維復合部件(12、.24、54、70、93)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的飛行器(86)，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的小翼(64)。
【文檔編號】B64C1/14GK103648906SQ201280019245
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】托比亞斯·克雷默 申請人:空中客車德國運營有限責任公司