能量吸收地板下機體制造技術

本公開涉及能量吸收地板下機體。構建了一種復合結構構件和這種復合結構構件的布置，以提供抵抗飛行、操作和內部貨物載荷的多功能地板下機體，該多功能底板下機體能夠在經受豎直施加壓縮載荷(諸如在硬著陸或墜毀情況下可能施加的載荷)時吸收能量。復合結構構件和這些復合結構構件的布置不會給飛機施加任何寄生重量，即無需任何額外的能量吸收系統、結構或機構，并且與金屬相比更輕。復合結構構件和這些復合結構構件的布置的相關部分被設計成在向結構構件施加動態壓縮載荷時發生的整個行程(或位移)中漸進地塌縮，并且與防撞座椅一起作用以減輕對乘客的傷害。

Energy Absorption Subfloor Body

The present disclosure relates to an energy absorbing underfloor body. A composite structural component and its arrangement are constructed to provide a multi-functional underfloor airframe resisting flight, operation and internal cargo loads. The multi-functional underfloor airframe can absorb energy when subjected to vertical compressive loads, such as those that may be applied in case of hard landing or crash. Composite structural components and their placement will not impose any parasitic weight on the aircraft, i.e. no additional energy absorption systems, structures or mechanisms are required, and they are lighter than metals. Composite structural members and the related parts of the layout of these composite structural components are designed to progressively collapse during the whole journey (or displacement) occurring when dynamic compressive loads are applied to structural members, and to work with anti-collision seats to mitigate the damage to passengers.

【技術實現步驟摘要】
能量吸收地板下機體
本公開總體上涉及結構組件，更具體而言，涉及復合結構構件和用以形成復合多功能結構組件的這些結構構件的布置。
技術介紹
適合于地板下機體的結構組件被設計成承載飛機飛行載荷，諸如飛行甲板載荷、乘客艙室載荷和貨物保持載荷，并且通常配備有額外的能量吸收系統、結構或機構，以吸收壓縮載荷下的能量，諸如在硬著陸過程中或墜毀情況下。例如，在直升飛機(例如，旋翼飛機)(這種直升飛機通常具有較淺的地板下深度，經受高振動載荷，并且在硬著陸過程中或在墜毀情況下可能經受相當大的豎直沖擊)中，已經采用如下方案進行能量吸收：(i)可展開/可延伸能量吸收裝置；(ii)飛行器級氣囊系統；和(iii)基體結構的修改，諸如以能量吸收管、正弦波形狀梁、波紋形狀梁、余弦形狀梁和蜂窩狀芯部結構為特征的結構。這種能量吸收系統、結構或機構給飛機增加了寄生重量，提出了空間和結構完整性問題，并且已經增加了生產和/或維護成本。大多數軍用旋翼飛機具有金屬地板下機體結構，這些機體結構由橫截面形狀為“I”、“J”或“Z”的構架、框架和縱梁(還被稱為I字梁、J字梁和Z字梁)，這些梁由金屬板或者高速機加工金屬坯料形成。為了節省重量和成本，在機體設計中越來越多地使用復合材料。由復合材料形成的結構由于它們的高強度重量比、良好的抗腐蝕性和壓縮載荷事件過程中的高比能吸收能力而比較有利。與金屬相比，復合材料通常較脆，并且在失效之前不會表現出塑性或高的延伸性。復合結構可以通過鋪設由嵌入在聚合物基體中的增強纖維構成的復合層片來形成。復合結構通常被設計成沿著增強纖維的長度傳輸載荷。來自于一個纖維的載荷可以傳遞至同一層中的另一個纖維或者通過穿過基體材料而傳遞至相鄰層中的纖維。然而，基體通常比纖維弱，從而當在平面外方向或在不平行于纖維的方向上在復合結構上放置足夠高的載荷時，基體可能失效。在傳統的復合結構中，復合層片通常與結構的外部幾何形狀對齊并且限定結構的外部幾何形狀。然而，復合結構可能受到不平行于纖維取向和/或相對于復合層片的平面在平面外方向上取向的載荷。這種非平行和平面外載荷可能導致層間拉伸效應，這種效應可能超過復合結構的載荷承載能力。為了避免復合結構過載，可能需要附加復合層片，這會增加復合結構的重量和復雜性。針對這些及其他考慮，提供了這里做出的公開。
技術實現思路
這里公開了一種復合結構構件和這種復合結構構件的布置，以提供抵抗飛行、操作和內部貨物載荷的多功能地板下機體，該多功能底板下機體能夠在經受豎直施加的壓縮載荷(諸如在硬著陸或墜毀情況下可能施加的載荷)時能夠吸收能量。復合結構構件和這些復合結構構件的布置不會給飛機施加任何寄生重量，即無需任何額外的能量吸收系統、結構或機構，并且與金屬相比更輕。復合結構構件和這些復合結構構件的布置的相關部分被設計成在向結構構件施加動態壓縮載荷時發生的整個行程(或位移)中漸進地塌縮，并且與防撞座椅一起作用以減輕對乘客的傷害。因而，所述復合結構構件和這些復合結構構件的布置與金屬基體相比至少提供了同等水平的壓縮載荷安全性，并且重量更輕。根據本公開的一個方面，一種用于飛機框架的復合結構構件包括均具有水平部分和豎直部分的上蓋和下蓋。所述上蓋的豎直部分和所述下蓋的豎直部分通過豎直腹板互連以形成I字梁橫截面形狀。所述豎直腹板具有小于所述上蓋的豎直部分和所述下蓋的豎直部分的蓋厚度的腹板厚度，這允許所述豎直腹板在傳遞至所述上蓋的頂表面的壓縮載荷作用下屈曲，并且將所述豎直腹板置于所述上蓋和所述下蓋之間。因此，所述豎直腹板被設計成在壓縮載荷下失效。該方案使得會在初始屈曲過程中發生的載荷峰值最小化，金屬和其他剛性類型的材料的典型特征是在經受壓縮載荷時發生初始屈曲。一個或多個加強件位于所述豎直腹板的至少一側，并且具有C形溝槽橫截面，該溝槽橫截面具有抵靠所述豎直腹板的所述一側定位的中間部分和遠離所述中間部分和所述豎直腹板在大體垂直方向上延伸的兩個側部。所述加強件的頂端接近所述上蓋的水平部分定位。所述加強件的底端具有倒角邊緣，所述倒角邊緣形成所述兩個側部的底表面，所述底表面相對于所述下蓋的頂表面具有大約30°至大約60°的銳角。所述倒角邊緣形成觸發器，當所述加強件由于所述豎直腹板的設計失效而向下移動時，所述觸發器使所述加強件開始漸進塌縮或壓潰，從而所述觸發器與所述下蓋的上表面相互作用。所述豎直腹板用以承載壓縮載荷過程中的載荷的設計失效防止所述豎直腹板和所述加強件之間相互作用，從而允許所述緊固件獨立地作用。在一些實施方式中，可以使用單個加強件來加強豎直腹板。在其他實施方式中，可以以背靠背的關系布置對稱的一對加強件，所述豎直腹板位于一對加強件中的每個的中間部分之間。該構造用于在加強件被壓縮載荷向下驅動時進一步穩定加強件并防止加強件旋轉。根據本公開的另一方面，該復合結構構件進一步包括壓潰配件，該壓潰配件具有緊密地位于所述加強件的頂端和所述上蓋的底表面之間的肩部。另選地，所述壓潰配件可以與所述加強件一體地形成。所述壓潰配件的后頂部具有安置在所述上蓋的水平部分和豎直部分之間的半徑角部內的圓角半徑。所述壓潰配件與所述加強件的倒角邊緣處的觸發器相反地在所述加強件的頂部處引入壓潰力，并且支撐所述加強件的遠離所述豎直腹板和所述加強件的中間部分延伸的兩個側部。本公開的另一個方面為一種用于能量吸收的結構布置。在該結構布置中，第一對基本平行的復合結構構件與第二對基本平行的復合結構構件正交地布置并相交以形成箱型或剛性結構。所述第一對和第二對的每個所述復合結構構件都如上所述構造成具有I字梁橫截面形狀，該I字梁橫截面形狀具有通過豎直腹板互連的上蓋和下蓋。所述豎直腹板具有小于所述上蓋和所述下蓋的豎直部分的蓋厚度的腹板厚度。一個或多個以上描述的加強件位于所述第一對基本平行的復合結構構件中的每個復合結構構件中的豎直腹板上。不必加強所述第二對復合結構構件，但是如果適合于預期使用，該第二對也可以包括如這里公開的加強件。第一對復合結構構件也可以包括如這里公開的壓潰配件。在本公開的該方面中，所述第一對復合結構構件利用多個間接帶角件連接至第二對復合結構構件，所述多個剪切帶角件固定至第一對和第二對的復合結構構件的每個相交處以形成具有十字構造的接頭。所述剪切帶角件在這些接頭處對施加在這些接頭上的拉伸和剪切載荷提供加強，并且在壓縮載荷下吸收能量。所述剪切帶角件具有通過彎曲半徑互連的第一平面部分和第二平面部分。第一平面部分連接至第一對復合結構構件中的一個的一端，第二平面部分連接至第二對復合結構構件中的一個的一端，從而剪切帶的頂表面緊緊地抵靠復合結構構件的上蓋的下表面。所述剪切帶的所述第一平面部分和所述第二平面部分具有相對于所述下蓋成大約30°到大約60°的銳角的倒角底部邊緣，該倒角底部邊緣像位于加強件的底部的倒角邊緣一樣用作觸發器。用于能量吸收的結構布置的一個應用是一種用于飛機的地板下系統，結構布置在地板下機體經受通過飛機地板豎直施加的壓縮載荷(諸如在旋翼飛機硬著落或墜毀過程中可能產生的載荷)時減輕損失。在本公開的又一個方面中，公開了一種用于在復合結構布置經受豎直施加的壓縮載荷時吸收所述復合結構布置中的能量的方法。該方法包括如下步驟：(i)形成具有I字梁橫截面的復合結構構件，如以上所公開的，該橫截面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于飛機框架的復合結構構件，該復合結構構件包括：上蓋和下蓋，所述上蓋和所述下蓋均具有水平部分和豎直部分，所述上蓋的豎直部分和所述下蓋的豎直部分通過豎直腹板互連，所述豎直腹板具有小于所述上蓋和所述下蓋的豎直部分的蓋厚度的腹板厚度；以及加強件，該加強件位于所述豎直腹板的至少一側，所述加強件具有抵靠所述豎直腹板的所述一側定位的中間部分和遠離所述中間部分和所述豎直腹板延伸的兩個側部，所述加強件的頂端接近所述上蓋的水平部分定位，并且所述加強件的底端具有倒角邊緣。

【技術特征摘要】
2017.09.05 US 15/695,0521.一種用于飛機框架的復合結構構件，該復合結構構件包括：上蓋和下蓋，所述上蓋和所述下蓋均具有水平部分和豎直部分，所述上蓋的豎直部分和所述下蓋的豎直部分通過豎直腹板互連，所述豎直腹板具有小于所述上蓋和所述下蓋的豎直部分的蓋厚度的腹板厚度；以及加強件，該加強件位于所述豎直腹板的至少一側，所述加強件具有抵靠所述豎直腹板的所述一側定位的中間部分和遠離所述中間部分和所述豎直腹板延伸的兩個側部，所述加強件的頂端接近所述上蓋的水平部分定位，并且所述加強件的底端具有倒角邊緣。2.根據權利要求1所述的復合結構構件，其中，一對加強件以背靠背的關系布置，所述豎直腹板位于所述一對加強件中的每個加強件的中間部分之間。3.根據權利要求1所述的復合結構構件，其中，所述倒角邊緣形成所述加強件的兩個側部的底表面，所述底表面相對于所述下蓋的頂表面形成銳角，并且其中，所述銳角為大約30°到大約60°。4.根據前述權利要求中任一項所述的復合結構構件，該復合結構構件進一步包括壓潰配件，該壓潰配件具有位于所述加強件的頂端和所述上蓋的底表面之間的肩部，并且其中，所述壓潰配件的后頂部包括安置在所述上蓋的水平部分和豎直部分之間的半徑角部內的圓角半徑。5.一種用于能量吸收的結構布置，該結構布置包括：第一對基本平行的復合結構構件和第二對基本平行的復合結構構件，所述第二對基本平行的復合結構構件與所述第一對基本平行的復合結構構件正交地布置并相交，每個所述復合結構構件都具有通過豎直腹板互連的上蓋和下蓋，所述豎直腹板具有小于所述上蓋和所述下蓋的豎直部分的蓋厚度的腹板厚度；以及加強件，該加強件位于所述第一對基本平行的復合結構構件中的每個復合結構構件中的豎直腹板的至少一側，所述加強件具有抵靠所述豎直腹板的所述一側定位的中間部分和遠離所述中間部分和所述豎直腹板延伸的兩個側部，所述加強件的頂端接近所述上蓋的水平部分定位，并且所述加強件的底端具有倒角邊緣。6.根據權利要求5所述的結構布置，其中，一對加強件以背靠背的關系布置，所述豎直腹板位于所述一對加強件中的每個加強件的中間部分之間。7.根據權利要求5所述的結構布置，其中，所述倒角邊緣形成所述加強件的兩個側部的底表面，所述底表面相對于所述下蓋的頂表面形成銳角，并且其中，所述銳角為大約30°到大約60°。8.根據權利要求5至7中任一項所述的結構布置，該結構布置進一步包括壓潰配件，該壓潰配件具有位于所述加強件的頂端和所述復合結構構件的上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D·R·盧丁，M·S·施陶費爾，A·布魯克巴斯，E·舒爾茨，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：美國,US