飛行器和將撕裂帶嵌入金屬飛行器結構中的方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種飛行器和將撕裂帶嵌入金屬飛行器結構中的方法。一種方法包括：將撕裂帶嵌入具有完全成形的輪廓和厚度的金屬飛行器結構中。所述撕裂帶包括基本比所述金屬飛行器結構更強更硬的纖維條。經由超聲波固結將所述纖維嵌入所述金屬飛行器結構的至少一個表面下方。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬結構中的嵌入式撕裂帶。
技術介紹
撕裂帶可添加至飛行器蒙皮，以提供損壞容限。例如，可添加撕裂帶，以阻止飛行器蒙皮的裂紋擴展。在缺少撕裂帶的情況下，可配置諸如框架和縱梁的加強結構，以阻止飛行器蒙皮的裂紋擴展。這些加強結構的尺寸增加，以承載常規(guī)載荷和損壞阻止載荷兩者。通常，撕裂條分別被緊固和/或接合到飛行器蒙皮的內表面的離散部位。針對這些和其它考慮提供本文所提出的公開內容。
技術實現思路
根據本文的一個實施方式，一種方法包括：將撕裂帶嵌入具有完全成形的輪廓和厚度的金屬飛行器結構中。所述撕裂帶包括基本比所述金屬飛行器結構更強更硬的纖維條。經由超聲波固結將所述纖維嵌入所述金屬飛行器結構的至少一個表面下方。根據本文的另一實施方式，一種系統(tǒng)包括：金屬結構；撕裂帶，所述撕裂帶包括基本比所述金屬結構更強更硬的纖維；以及末端執(zhí)行器，所述末端執(zhí)行器用于將所述撕裂帶的所述纖維嵌入所述金屬結構的表面下方。所述末端執(zhí)行器包括用于將所述條沉積在所述金屬結構的所述表面上的頭，并包括用于在沉積所述纖維時將壓力施加到所述纖維的輪狀角，且包括用于將超聲波振動施加到所述輪狀角的源。根據本文的另一實施方式，一種飛行器包括機身、機翼組件和尾翼。所述機身、機翼組件和尾翼中的至少一者的金屬蒙皮包括嵌入式撕裂帶。所述嵌入式撕裂帶包括嵌入所述金屬蒙皮的表面下方的纖維。所述纖維基本比所述金屬蒙皮更強更硬。所述撕裂帶并未完全覆蓋所述金屬蒙皮。這些特征和功能可在各種實施方式中獨立地實現，或者可在其它實施方式中加以
組合?？梢詤⒖家韵旅枋龊透綀D看到實施方式的更多細節(jié)。附圖說明圖1圖示了將損壞阻止特征添加至金屬飛行器結構的方法。圖2A和圖2B圖示了具有嵌入式撕裂帶的飛行器蒙皮。圖3圖示了用于將撕裂帶嵌入飛行器結構中的系統(tǒng)。圖4圖示了飛行器。圖5圖示了在嵌入撕裂帶之前的蒙皮面板。圖6圖示了在已嵌入撕裂帶之后的蒙皮面板。具體實施方式參考圖1，圖1圖示了將損壞阻止特征添加至金屬飛行器蒙皮的方法。金屬飛行器蒙皮可包括一個或若干金屬(諸如鋁)片材。損壞阻止特征包括撕裂帶，其被設計并定位成阻止金屬飛行器蒙皮的裂紋擴展。每個撕裂帶均具有優(yōu)選地沿單個方向延伸的纖維條的形式(也就是說，纖維是單向的)。然而，一些配置中，纖維可采取織物或編織辮的形式。這些纖維基本強于金屬飛行器蒙皮。纖維可比金屬飛行器蒙皮強至少六倍。優(yōu)選地，撕裂帶未嵌入整個金屬飛行器蒙皮中。如果纖維基本強于金屬飛行器蒙皮，則金屬飛行器蒙皮的裂紋可以由相對更窄的撕裂帶承受?？紤]纖維強度為450ksi且金屬飛行器蒙皮強度為70ksi的實例。利用各在50％纖維體積具有50％面積的金屬飛行器蒙皮和撕裂帶，嵌入式撕裂帶的強度理論上為260ksi?，F在考慮：在損壞容限條件下0.040英寸厚的蒙皮承載20ksi應力下的載荷，并且撕裂帶被間隔開18英寸。假定裂紋在兩個撕裂帶之間的金屬飛行器蒙皮中擴展。針對該18英寸寬的裂紋，裂紋每端的載荷為20ksi×18英寸×0.040英寸/2＝7200磅。如果撕裂帶區(qū)域的強度為260ksi，則需要承載載荷的撕裂帶面積為7200磅/260ksi＝0.0277平方英寸。如果每個撕裂帶的厚度為0.010英寸，并且如果撕裂帶被嵌入金屬飛行器蒙皮的相反表面中，則每個撕裂帶的寬度可以是0.0277平方英寸/0.010英寸/2＝1.39英寸。由此，很窄的撕裂帶就可以承載裂紋的載荷。金屬飛行器蒙皮基本厚于撕裂帶。一般而言，蒙皮厚度與撕裂帶厚度之比約為
10:1。蒙皮厚度與纖維直徑之比約為100:1。僅作為一個實例，一種類型的單根纖維的直徑為0.0004英寸直徑，并且金屬飛行器蒙皮的厚度為0.040英寸。纖維可采取粗紗(粗紗是未經絞捻的纖維的松散組件)的形式。例如，粗紗具有400根纖維。粗紗可并排布置。例如，具有3英寸寬度的撕裂帶可通過并排鋪放75根粗紗而形成。纖維可基本硬于金屬飛行器蒙皮。纖維可比金屬飛行器蒙皮硬至少五倍。然而，在一些配置中，纖維可比金屬飛行器蒙皮硬五倍以下，并且可能甚至與金屬飛行器蒙皮一樣硬。纖維的斷裂應變還可小于金屬飛行器蒙皮。纖維可以是金屬或非金屬，只要它們基本強于金屬飛行器蒙皮即可。對于由鋁及類似金屬制成的金屬飛行器蒙皮，纖維可選自于由芳綸纖維、陶瓷纖維和碳化硅纖維組成的組。這些纖維基本硬于鋁飛行器蒙皮，并具有小于鋁飛行器蒙皮的斷裂應變。這些纖維還與鋁兼容，不會導致鋁飛行器蒙皮腐蝕。在框110處，本方法開始于金屬飛行器蒙皮具有完全成形的厚度和輪廓。開始于這樣的結構的原因在于，在已嵌入撕裂帶之后，彎曲并拉伸金屬飛行器蒙皮將是困難的。稍后可去除金屬飛行器蒙皮的各部分(例如，可形成開口，可添加噴涂系統(tǒng))，而不影響金屬飛行器蒙皮的厚度和輪廓。另參考圖2A。在本方法的框120處，通過經由超聲波固結將纖維200的粗紗嵌入金屬飛行器蒙皮210的至少一個表面212下方，而將撕裂帶嵌入金屬飛行器蒙皮210中。在圖2A中，嵌入的纖維200由虛線表示，而嵌入之前的纖維200由實線表示。纖維200可嵌入金屬飛行器蒙皮210的表面212下方至少0.001英寸。超聲波固結可包括：(a)使用輪狀角230來施加壓力，以迫使纖維200抵靠金屬飛行器蒙皮210；同時(b)向纖維200和金屬飛行器蒙皮210施加高頻(通常20000赫茲)超聲波振動。壓力和振動的這種組合會導致纖維200嵌入金屬飛行器蒙皮210中。在一些情況下，為了更好地處理，金屬飛行器蒙皮210可加熱至大約300°F。下面描述用于嵌入撕裂帶的系統(tǒng)的實例。撕裂帶可嵌入金屬飛行器蒙皮210的單個表面212(內表面或是外表面)下方，
如圖2A所示；或者可嵌入金屬飛行器蒙皮210的兩表面下方。另參考圖2B，圖2B圖示了嵌入金屬飛行器蒙皮210的相反表面212和214下方的纖維200。兩表面212和214處的輪狀角230和240施加嵌入壓力并將聲振動傳遞到纖維200和金屬飛行器蒙皮210。優(yōu)選地，將振動施加到金屬飛行器蒙皮210的兩表面212和214。如果振動僅施加給一個表面212或214，則金屬飛行器蒙皮210的慣性可防止振動將纖維200嵌入另一個表面下方。參考圖1，在框130處，將金屬飛行器蒙皮與嵌入式撕裂帶組裝到加強子結構。例如，金屬飛行器蒙皮可緊固到諸如框架和縱梁的加強件。嵌入式撕裂帶局部地增加了金屬飛行器蒙皮為承載從損壞區(qū)擴展的載荷的強度。嵌入式撕裂帶與接合或附接至金屬飛行器蒙皮的表面的常規(guī)撕裂帶一樣發(fā)揮作用，或優(yōu)于該常規(guī)撕裂帶。然而，因為撕裂帶被嵌入金屬飛行器蒙皮中，所以撕裂帶可能小于常規(guī)撕裂帶。結果，嵌入式撕裂帶可輕于常規(guī)撕裂帶。更輕的撕裂帶可以減輕重量、燃料及其它飛行器運營成本。另外，消除了用于固定嵌入式撕裂帶(例如，緊固件、粘合劑)的材料和過程。本方法并不限于金屬飛行器蒙皮。本方法可用于將撕裂帶嵌入其它金屬飛行器結構中。例如，撕裂帶可嵌入諸如金屬加強件(例如，框架、縱梁、梁、壓力艙壁和肋)的金屬飛行器結構的表面下方?，F在參考圖3，圖3圖示了用于將撕裂帶嵌入金屬結構中的嵌入系統(tǒng)310。嵌入系統(tǒng)310包括用于支撐金屬結構的支撐件(例如，臺)305，并包括用于將撕裂帶的纖維嵌入金屬結構的至少本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方法，所述方法包括：將撕裂帶嵌入具有完全成形的輪廓和厚度的金屬飛行器結構中，所述撕裂帶包括基本比所述金屬飛行器結構更強更硬的纖維(200)的條；經由超聲波固結將所述纖維嵌入所述金屬飛行器結構的至少一個表面(212)下方。

【技術特征摘要】
2015.04.24 US 14/696,3641.一種方法，所述方法包括：將撕裂帶嵌入具有完全成形的輪廓和厚度的金屬飛行器結構中，所述撕裂帶包括基本比所述金屬飛行器結構更強更硬的纖維(200)的條；經由超聲波固結將所述纖維嵌入所述金屬飛行器結構的至少一個表面(212)下方。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述纖維(200)比所述金屬飛行器結構強至少六倍。3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述纖維(200)比所述金屬飛行器結構硬至少五倍。4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述撕裂帶并未完全覆蓋所述金屬飛行器結構。5.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括：在嵌入所述撕裂帶之前完全成形所述金屬飛行器結構。6.根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中，所述纖維(200)選自于由芳綸纖維、陶瓷纖維和碳化硅纖維組成的組。7.根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中，每個撕裂帶的所述纖維(200)是單向的，并作為粗紗嵌入；并且其中，將所述粗紗嵌入所述金屬飛行器結構的至少一個表面(212)下方至少0.001英寸。8.根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中，所述金屬飛行器結構包括金屬飛行器蒙皮(210)；并且其中，將所述纖維(200)嵌入所述金屬飛行器蒙皮中。9.根據權利要求8所述的方法，其中，蒙皮厚度與撕裂帶厚度之比約為10:1；其中，所述金屬飛行器蒙皮(210)包括飛行器機身蒙皮；并且其中，所...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：P·S·努德曼，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US