[0001]技术领域
[0002]本发明涉及一种飞行器外翼与中央翼的连接结构及方法。本发明还涉及用于该连接结构的三叉接头。
[0003]背景技术
[0004]民用飞行器通常采用俗称为“1号肋”的连接结构来连接飞行器的外翼和中央翼。这种连接结构通常是一种肋加强件，由腹板、肋上缘条、肋下缘条、前三叉接头和后三叉接头组成。根据机翼的前后梁与前后三叉接头的连接形式，外翼与中央翼的连接结构通常分为对接式和搭接式，其中对接式是指梁的腹板或缘条与三叉接头的翻边相对，借助对接带板和角盒连接外翼与中央翼；而搭接式则是指梁的腹板或缘条与三叉接头套合，在无需使用对接带板和角盒的情况下，借助紧固件直接连接外翼与中央翼。
[0005]将上述两种连接结构进行比较，可以发现对接式连接结构所具有的优点是：(i)装配限制少，加垫简单；以及(ii)外翼与中央翼的连接装配可以在飞行器机身的外侧进行，装配空间敞开，有利于提高装配效率。对接式连接结构所具有的缺点是：结构效率有较明显的下降。
[0006]相应地，搭接式连接结构所具有的优点是：搭接区结构紧凑，结构效率相对较高。搭接式连接结构所具有的缺点是：(i)装配限制增多，设计间隙较大；以及(ii)外翼与中央翼的连接装配需要全部或部分地在飞行器机身的内侧进行，装配空间受限导致装配效率受到影响。
[0007]然而，由于对接式连接结构的结构效率问题难以明显改善，业内目前倾向于改进搭接式连接结构以克服其本身存在的缺陷。
[0008]例如，图7A和7B示出了一种典型的搭接式连接结构，其中图7A是用于外翼与中央翼的连接结构的简要示意图，图7B是沿着图7A中的剖面线7A-7A所截取的剖视图。
[0009]这种搭接式连接结构、即1号肋被预先装配到外翼。在翼身装配时，将外翼连同装配于其上的1号肋一起插入中央翼盒进行连接。图7B中示出了沿中央翼的剖面线7A-7A截取的截面，其中示出了外翼根部结构和中央翼端部结构。如图7B所示，1号肋包括腹板10、肋上缘条11、肋下缘条12、前三叉接头13和后三叉接头14。当外翼连同1号肋被插入到中央翼盒之后，肋上缘条11邻抵中央翼上壁板21的外表面，肋下缘条12邻抵中央翼下壁板22的内表面，前三叉接头13邻近地设置于中央翼前梁23并被中央翼前梁23以呈基本上C型的方式包围在其内部，后三叉接头14则邻近地设置于中央翼后梁24并被中央翼后梁24以呈基本上C型的方式包围在其内部。
[0010]此时，肋上缘条11与前、后三叉接头13和14的上翻边之间构成了上下双向限制，前、后三叉接头13和14与中央翼前、后梁23和24的缘条之间也构成了上下双向限制，中央翼前、后梁23和24的腹板与前、后三叉接头13和14之间则构成了前后双向限制，需要较大的设计间隙并加垫以满足装配要求。由于装配操作区位于机身内侧，空间不够开敞，装配效率受到了明显影响。
[0011]图8A和8B示出了另一种典型的搭接式连接结构，其中图8A是用于外翼与中央翼的连接结构的简要示意图，图8B是沿着图8A中的阶梯状剖面8A-8A阶梯线在大部分外翼和小部分中央翼中所截取的剖视图。
[0012]这种搭接式连接结构、即1号肋的后三叉接头14被预先装配到外翼，而1号肋的其余部件、即肋上缘条11、肋下缘条12和前三叉接头13则装配到中央翼。在翼身装配时，与先前所述的搭接式连接结构不同的是，将外翼连同后三叉接头14插入装配有肋上缘条11、肋下缘条12和前三叉接头13的中央翼盒进行连接。图8B中示出了沿外翼的根部和中央翼的端部的阶梯状剖面线8A-8A截取的截面，其中示出了外翼根部结构和中央翼端部结构。如图8B所示，由于外翼以一个倾斜角度插入到中央翼中，为了避免前三叉接头13对装配产生妨碍，将前三叉接头13分为上下两段，其中下段装配到中央翼，而上段则在外翼插入到位后再从外翼侧旋转插入。在此情况下，当外翼被插入到中央翼盒之后，肋上缘条11在外翼侧邻抵外翼上壁板31的外表面，肋下缘条12在外翼侧邻抵外翼下壁板32的内表面，前三叉接头13的下段在外翼侧邻近地设置于外翼前梁33并被外翼前梁33以呈基本上C型的方式包围在其内部。另一方面，后三叉接头14在中央翼侧邻近地设置于中央翼后梁34并被中央翼后梁34以呈基本上C型的方式包围在其内部。
[0013]此时，后三叉接头14的上、下翻边与中央翼后梁34的缘条之间构成了上下双向限制，前、后三叉接头13和14与外翼前梁33和中央翼后梁24的腹板以及肋上、下缘条11和12之间则构成了前后双向限制。由于大部分对接区在飞行器机身的外侧，只有前三叉接头13的上段以及后三叉接头14在飞行器机身的内侧，装配空间显著增大，但整个对接结构而言仍然需要更大的设计间隙用以加垫。此外，前三叉接头13的分段也对装配效率产生了一定影响。
[0014]在上述两种搭接式连接结构中，尽管进入中央翼盒的活动部件并不相同(前一种是1号肋本身，后一种是外翼与后三叉接头)，并且根据不同活动部件对连接结构进行了局部改进(如，将前三叉接头分成上下两端，以避免妨碍装配)，但连接后外翼、中央翼和连接结构之间的布局并没有发生变化，现有技术中存在的根本问题，即，减小设计间隙因此依然没有得到解决。
[0015]基于上述技术问题，飞行器领域陆续开发了一系列发明创造，例如由波音公司于2013年10月11日提交的题为“接头组件及组装该接头组件的方法”的美国发明专利US9,315,254B2。该发明专利提供一种用于飞行器的接头组件及组装该接头组件的方法。接头组件包括：单个主装配件，该主装配件包括第一凸缘、第二凸缘以及第三凸缘；利用至少一个紧固件接合至第一凸缘的外翼梁部件；利用至少一个紧固件接合至第二凸缘的内翼梁部件；以及利用至少一个紧固件接合至第三凸缘的主体肋。
[0016]在飞行器运行过程中，多种载荷被施加到上述接头组件。如果接头组件包括由相对大的间隙分开的多个叉形件，这样的构造会导致产生不期望的力矩或扭矩。由于该发明专利的主装配件基本是实心的，不包括任何间隙，因此不会产生显著的力矩或扭矩，而且接头组件中紧固件的数量、接头组件中分离部件的数量、接头组件的制造成本以及接头组件的重量都会明显减少。
[0017]虽然上述发明专利提供了若干优点，但这种接头组件主要用于连接左右梁腹板和机身框，同时实现梁、三叉接头以及机身框接头的作用，并不能直接应用为外翼与中央翼的连接结构。
[0018]为此，本领域技术人员一直致力于设计一种飞行器外翼与中央翼的连接结构，该连接结构既具有高的结构效率(针对搭接式连接结构而言)又具有高的装配效率(针对对接式连接结构而言)，或者在这两者之间取得最佳折中。
[0019]发明内容
[0020]本发明的目的在于提供一种飞行器外翼与中央翼的连接结构，该连接结构在保留搭接式连接结构效率高的优点的同时，能够明显改善装配效率低的问题。
[0021]本发明的另一目的在于提供一种飞行器外翼与中央翼的连接方法。
[0022]本发明的第一方面涉及一种三叉接头，包括：
[0023]中间肋；
[0024]在中间肋的第一侧与中间肋的基部构成一体的第一连接部；以及
[0025]在中间肋的第二侧与中间肋的基部构成一体的第二连接部，其中
[0026]在中间肋的第一端处，第一连接部与中间肋形成有第一下翻边，第二连接部与中间肋形成有第二下翻边，并且其中，
[0027]在中间肋的第二端处，中间肋没有与第一连接部或第二连接部形成有上翻边，而是配装有与第一外部构件搭接的第一角盒和与第二外部构件搭接的第二角盒，以将第一外部构件和第二外部构件连接在一起。
[0028]在上述较佳实施例中，第一外部构件可以是飞行器的外翼，第二外部构件可以是飞行器的中央翼。
[0029]在上述较佳实施例中，第一角盒可以是外翼侧角盒，第二角盒可以是中央翼侧角盒。
[0030]本发明的第二方面涉及一种飞行器外翼与中央翼的连接结构，包括：
[0031]腹板；
[0032]位于腹板上方的肋上缘条；
[0033]位于腹板下方的肋下缘条；
[0034]位于腹板的第一侧的前三叉接头；以及
[0035]位于腹板的与第一侧相对的第二侧的后三叉接头，
[0036]其中，前三叉接头和后三叉接头是如本发明第一方面所述的三叉接头。
[0037]较佳地是，三叉接头的上沿与肋上缘条之间形成喇叭口形状。通过将三叉接头的上沿斜切成喇叭口，可以改善装配时外翼插入的上下限制，便于外翼的装配。
[0038]更佳的是，肋下缘条的两端可以被切去，使得肋下缘条不与前三叉接头和后三叉接头形成间隙。
[0039]本发明的第三方面涉及一种用于连接飞行器的外翼与中央翼的方法，包括：
[0040]提供如本发明第二方面所述的连接结构；
[0041]将连接结构和中央翼侧角盒装配到中央翼，以形成机身部段；
[0042]将外翼插入到中央翼；以及
[0043]将外翼侧角盒装配到外翼，以实现外翼与中央翼的连接。
[0044]在将外翼插入到中央翼的步骤中，包括：将外翼侧角盒与连接结构的外翼前、后梁上缘条搭接以及将前三叉接头和后三叉接头的下翻边与连接结构的外翼前、后梁下缘条搭接，以实现外翼与中央翼的连接。
[0045]或者，在将外翼插入到中央翼的步骤中，包括：将外翼前梁和外翼后梁的大致C形截面与前三叉接头、后三叉接头和外翼侧角盒形成的大致C形截面相套合，以实现外翼与中央翼的连接。
[0046]综上所述，根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构及方法能够获得以下优点：
[0047](i)当大致C形的外翼盒插入1号肋进行对接时，由于前、后三叉接头没有设计上翻边，可以消除外翼前、后梁处因反角不同造成的装配运动限制，改善装配时上下双向限制，并使得外翼装配路径简单直接；
[0048](ii)在保留搭接式装配的结构效率高的优点的同时，通过将装配区限制在机身外侧来确保装配区开敞，并且通过减少设计间隙和装配加垫量确保装配效率显著改善；
[0049](iii)减少了紧固件的使用数量，降低了生产成本。
[0050]附图说明
[0051]为了进一步说明根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的构造及其技术效果，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中：
[0052]图1是根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的三叉接头的立体透视图；
[0053]图2是图1所示的三叉接头配备了外翼角盒和中央翼角盒后的立体透视图；
[0054]图3是利用图2所示的三叉接头及其上配备的外翼角盒和中央翼角盒将外翼前梁与中央翼前梁连接在一起的示意图；
[0055]图3A是沿外翼前梁上缘条和中央翼前梁上缘条延伸的方向截取的剖视图；
[0056]图3B是在角盒与三叉接头的下翻边叠接的区域中剖切的截面图；
[0057]图3C是沿外翼前梁下缘条和中央翼前梁下缘条延伸的方向截取的剖视图；
[0058]图4是利用图2所示的三叉接头及其上配备的外翼角盒和中央翼角盒将外翼后梁与中央翼后梁连接在一起的示意图；
[0059]图5是根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的立体透视图；
[0060]图6A和6B示出了根据本发明的连接结构，其中图6A是用于外翼与中央翼的连接结构的简要示意图，图6B是沿着图6A中的剖面线6A-6A所截取的剖视图；
[0061]图7A和7B示出了一种传统的搭接式连接结构，其中图7A是用于外翼与中央翼的连接结构的简要示意图，图7B是沿着图7A中的剖面线7A-7A所截取的剖视图；以及
[0062]图8A和8B示出了另一种传统的搭接式连接结构，其中图8A是用于外翼与中央翼的连接结构的简要示意图，图8B是沿着图8A中的阶梯状剖面8A-8A阶梯线在大部分外翼和小部分中央翼中所截取的剖视图。
[0063]附图标记
[0064]10 腹板
[0065]11 肋上缘条
[0066]12 肋下缘条
[0067]13 前三叉接头
[0068]14 后三叉接头
[0069]21 外翼前梁
[0070]22 外翼上壁板
[0071]23 外翼下壁板
[0072]24 外翼后梁
[0073]25 外翼前梁上缘条
[0074]26 外翼前梁腹板
[0075]27 外翼前梁下缘条
[0076]31 中央翼前梁
[0077]32 中央翼上壁板
[0078]33 中央翼下壁板
[0079]34 中央翼后梁
[0080]35 中央翼前梁上缘条
[0081]36 中央翼前梁腹板
[0082]37 中央翼前梁下缘条
[0083]100 三叉接头
[0084]101 中间肋
[0085]101a 中间肋的基部
[0086]102 第一连接部
[0087]103 第二连接部
[0088]104 第一下翻边
[0089]105 第二下翻边
[0090]120 第一角盒(外翼角盒)
[0091]130 第二角盒(中央翼角盒)
[0092]200 外翼
[0093]300 中央翼
[0094]具体实施方式
[0095]下面结合附图说明根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的构造、工作原理及其技术效果。
[0096]应当明确，本说明书所描述的实施例仅仅涵盖本发明的一部分实施例，而非全部实施例。基于说明书中记载的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0097]除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，并不是旨在于限制本发明。
[0098]例如，本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
[0099]又例如，在本发明的说明书中，术语“第一”、“第二”仅是为了便于区分相同的装置或元件，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的布置顺序，或者必须以特定的方位进行布置和操作，因此不能理解为对本发明的限制。事实上，如果将上述装置或元件的名称进行互换，也不会对本发明的保护范围产生任何不期望的限制。
[0100]此外，基于相同的方位理解，在本发明的说明书中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，它们仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0101]图1是根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的三叉接头的立体透视图。
[0102]如图1所示，三叉接头100由中间肋101、在中间肋101的一侧与中间肋101的基部101a构成一体的第一连接部102和在中间肋101的另一侧与中间肋101的基部构成一体的第二连接部103构成。中间肋101、第一连接部102和第二连接部103均呈板状，且三者均会合在中间肋101的基部。从三叉接头100的侧面可以看到，以中间肋101的基部为原点，中间肋101、第一连接部102和第二连接部103从该原点发散性向外延伸，由此形成了三叉接头100。
[0103]在中间肋101的第一端、图1中为底端处，第一连接部102与中间肋101形成有第一下翻边104，第二连接部103与中间肋101形成有第二下翻边105。第一下翻边104被形成为基本上垂直于中间肋101所处的平面以及基本上垂直于第一连接部102所处的平面。类似地，第二下翻边105被形成为基本上垂直于中间肋101所处的平面以及基本上垂直于第二连接部103所处的平面。
[0104]在中间肋101的第二端、图1中为顶端处，中间肋101没有与第一连接部102或第二连接部103形成有上翻边，而是配装有与第一外部构件(即，飞行器的外翼200)搭接的第一角盒(或称外翼角盒)120和与第二外部构件(即，飞行器的中央翼300)搭接的第二角盒(或称中央翼角盒)130，以将第一外部构件和第二外部构件连接在一起。第一角盒120和第二角盒130的下沿向下超过三叉接头100的上沿，从而各自形成一个相互叠接的区域，这将在下文中予以详细描述。
[0105]图2是图1所示的三叉接头100配备了外翼角盒和中央翼角盒后的立体透视图。如图2所示，三叉接头100配备有第一角盒120和第二角盒130，其中，第一角盒120供飞行器的外翼200的至少一部分插入之用，第二角盒130供飞行器的中央翼300的至少一部分插入之用。第一角盒120和第二角盒130呈大体长方体形状，但仅有三个面，另外三个面缺失。在第一角盒120和第二角盒130被分别配装到三叉接头100的两个相对侧的情况下，第一角盒120和第二角盒130从三叉接头100的中间肋101沿相反的方向向外延伸，从而将飞行器的外翼200和中央翼300的至少一部分容纳在其中。通常，将容纳飞行器的外翼200的第一角盒120称为外翼角盒，将容纳飞行器的中央翼300的第二角盒130称为中央翼角盒。
[0106]在第一角盒120和第二角盒130上设置有局部加强条，这些局部加强条的位置和长度根据实际情况设计而成。由于其与本发明的技术构思无关，本文不再赘述。
[0107]类似地，在第一连接部102和第二连接部103上也形成减轻质量用的缩减区段和增强强度用的加强条，这些缩减区段和局部加强条的位置和长度根据实际情况设计而成。由于其与本发明的技术构思无关，本文不再赘述。
[0108]图3和图4分别是利用图2所示的三叉接头100及其上配备的外翼角盒和中央翼角盒将外翼前梁21/外翼后梁24与中央翼前梁31/中央翼后梁34连接在一起的示意图。当三叉接头100被用于连接外翼前梁21与中央翼前梁31时，该三叉接头被称为前三叉接头13；当三叉接头100被用于连接外翼后梁24与中央翼后梁34时，该三叉接头被称为后三叉接头14。
[0109]以连接外翼前梁21和中央翼前梁31的前三叉接头13为例，外翼前梁21通常由两个平行的外翼前梁上缘条25、外翼前梁下缘条27以及位于其间的外翼前梁腹板26构成，中央翼前梁31通常由两个平行的中央翼前梁上缘条35、中央翼前梁下缘条37以及位于其间的中央翼前梁腹板36构成。图3A是沿外翼前梁上缘条25和中央翼前梁上缘条35的延伸方向截取的剖视图，图3C则是沿外翼前梁下缘条27和中央翼前梁下缘条37的延伸方向截取的剖视图。至于图3B，其示出了穿过外翼前梁腹板26和中央翼前梁腹板36中的至少一个叠接区域的剖视图，在该叠接区域中，外翼角盒和中央翼角盒的下沿向下超过前三叉接头13的上沿。也就是说，该叠接区域是位于角盒的下沿与三叉接头的上沿之间的区域。
[0110]在图3A中可以看到，外翼角盒的一侧抵靠外翼前梁上缘条25，另一侧有至少一部分抵靠三叉接头100的中间肋101，中央翼角盒的一侧抵靠中央翼前梁上缘条35，另一侧有至少一部分抵靠三叉接头100的中间肋101，这是因为三叉接头100没有上翻边的缘故。
[0111]在图3C中可以看到，三叉接头100的第一连接部分102抵靠外翼前梁下缘条27，三叉接头100的第二连接部分103抵靠中央翼前梁下缘条37。由于三叉接头100配备有下翻边，因此在该处无需使用第一角盒120和第二角盒130。
[0112]而在图3B中可以看到，三叉接头100的第一连接部分102容纳在外翼前梁腹板26与第一角盒120之间，三叉接头100的第二连接部分103容纳在中央翼前梁腹板36与第二角盒130之间。
[0113]图5示出了根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构，即1号肋。如图5所示，1号肋包括：腹板10，该腹板上形成多个不同尺寸的孔口；位于腹板10上方的肋上缘条11；位于腹板10下方的肋下缘条12；位于腹板10的第一侧的前三叉接头13；以及位于腹板10的与第一侧相对的第二侧的后三叉接头14。前三叉接头13和后三叉接头14具有大致相同的构造，它们优选地具有与如前所述的三叉接头100。
[0114]在上述1号肋中，肋下缘条12的两端优选地被切去，使得肋下缘条12不与前三叉接头13和后三叉接头14形成间隙。
[0115]如图5所示，1号肋在外翼侧配备有前后各一个外翼角盒，并在中央翼侧配备有前后各一个中央翼角盒。与之相比，在一种对接式外翼与中央翼连接结构中，仅在外翼侧就需要配备四个角盒和两个对接带板以辅助梁连接。与之相比，本发明仅在外翼侧的减重比就达到11.3％。
[0116]下面将结合图6A和6B描述根据本发明的飞行器外翼和中央翼的连接方法，其中图6A是利用1号肋将外翼200插入并连接到中央翼300的简要示意图，图6B是沿着图6A中的剖面线6A-6A所截取的剖视图。
[0117]该连接方法包括：提供如上所述的1号肋；将1号肋和中央翼侧角盒装配到中央翼300，以形成机身部段；将外翼200插入到中央翼300；以及将外翼侧角盒装配到外翼200，以实现外翼200与中央翼300的连接。
[0118]在图6B中，深色实线示出了装配到中央翼300且保持不动的1号肋的各部分，包括肋上缘条11、肋下缘条12、前三叉接头13和后三叉接头14，而浅色点划线示出了移动进入到中央翼300的外翼200的各部分，包括外翼前梁21、外翼上壁板22、外翼下壁板23和外翼后梁24。由于前、后三叉接头13、14仅设有下翻边而没有上翻边，三叉接头与角盒形成搭接式连接结构。上翻边的存在会导致大范围的间隙，由于前、后间隙角度不同，会导致外翼装配插入困难。
[0119]在上述将外翼侧角盒装配到外翼200的步骤中，通过将外翼侧角盒与外翼前、后梁上缘条搭接以及将前、后三叉接头的下翻边与外翼前、后梁下缘条搭接，以实现外翼200与中央翼300的连接。
[0120]或者，在上述将外翼侧角盒装配到外翼200的步骤中，通过将外翼前、后梁的大致C形截面与前、后三叉接头和外翼侧角盒形成的大致C形截面相套合，以实现外翼200与中央翼300的连接。
[0121]如图6A所示，由于外翼200与中央翼300之间存在倾斜夹角，在将外翼200插入到中央翼300之时，需要以该倾斜夹角为基准相应地倾斜外翼前梁21和外翼后梁24以进行两者之间的对接。由于前、后三叉接头13和14的上翻边被去除，因此消除了外翼前梁21和外翼后梁24处由于反角不同而妨碍对接的可能性。否则，会由于前后开口角度不一致且开口面积较大而妨碍装配。此外，通过去掉上翻边并适当斜削三叉接头的上沿，使得三叉接头的上沿与肋上缘条11之间形成喇叭口形状，可使装配路径开敞且开口面积很小，外翼200由此可以顺利插入。
[0122]虽然以上结合了较佳实施例和附图对根据本发明的飞行器外翼与中央翼的连接结构的构造、连接过程及其技术效果进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。
