[发明专利]用于在飞机或航天器碰撞情况下吸收能量的纤维复合物部件、飞机或航天器的机身结构部分以及飞机或航天器

说明书

技术领域

本发明涉及飞机或航天器的纤维复合物部件、机身结构部分以及飞机或航天器。

背景技术

尽管本发明及其所基于的问题可应用于任何纤维复合物部件，但在下文中将参照纤维复合部件(特别是碳纤维增强塑料材料(CFRP)部件)(例如，飞机机身结构的框架和支撑构件)对其进行详细描述。

飞机构造中的机身结构目前包括：(例如使用桁条增强的)增强蒙皮区域、框架、用于客舱的基底的横梁以及用于货舱的基底的横梁或框格。单独的部件通常由金属制造并使用铆钉和螺栓连接。在机身结构的一部分或“机身筒体(fuselage barrel)”竖直冲击或碰撞地面的情况下，大部分冲击能量通过金属部件的弹塑性行为被吸收，从而确保乘客的安全。

纤维复合物部件被广泛使用在飞机构造中，例如蒙皮区域和其使用桁条的增强部分。它们例如通过用于将例如环氧树脂的基质引入纤维半成品中的真空导入工艺(并随后通过固化而制造。与其他已知的用于制造纤维复合物部件的工艺(例如预浸渍工艺(prepreg process))相比，导入工艺可为成本低廉的，这是因为可使用成本更低廉的纤维半成品。

在未来的飞机中，新的更轻的材料(特别是CFRP)在支撑机身结构中的使用变得日益重要。因此，纤维复合物材料的使用被提供用于其中所有基本的部件：蒙皮和桁条、框架和横梁。尽管纤维复合物材料具有高强度，但其可由于冲击期间力的作用而突然失效。在碰撞的情况下，该脆性行为导致机身结构的大部分区域失效，而不会充分吸收冲击能量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供用于在飞机或航天器碰撞情况下吸收能量的纤维复合物部件、对应的机身结构部分以及飞机或航天器，其不再具有或显著减小上述缺点并提供另外的优点。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的纤维复合物部件、具有权利要求8的特征的机身结构部分和具有权利要求9的特征的飞机或航天器实现。

因此，提供一种用于在飞机或航天器碰撞情况下吸收能量的纤维复合物部件。所述纤维复合物部件被形成为层状构造，该层状构造由CFRP层和相对于该CFRP层抗腐蚀的至少一个整体化的金属箔层制成。

还提供一种飞机或航天器的机身结构部分。所述机身结构部分包括用作碰撞或冲击区域的至少一个上述纤维复合物部件。

本发明的有利的实施例和改进方案被提供在从属权利要求中。

本发明的根本理念在于将相对于CFRP层抗腐蚀的至少一个金属箔层整体化到所述纤维复合物部件的CFRP层中。

与最初提及的方法相比，本发明因此特别具有的优点在于，由金属层和CFRP层制成的层制品的使用，结合了两种材料的优点，即金属的延展性和CFRP层的高强度和低重量。

相对于CFRP层抗腐蚀的所述至少一个金属箔层被布置在至少两个CFRP层之间并连接到所述至少两个CFRP层。这造成所述至少两个CFRP层被紧密地连接到该至少两个CFRP层包围的所述金属箔层。在失效的情况下，尽管所述纤维复合物材料呈现脆性行为，但与嵌入该类型的层制品中的相对高弹性和易延展的金属板或层的结合导致可靠的弹塑性行为。

在优选的配置结构中，相对于所述CFRP层抗腐蚀的所述至少一个金属箔层沿所述纤维复合物部件的纵向延伸。因此，可在冲击期间产生的力被吸收，其中所述易延展的金属层变形并由于其高弹性而阻止纤维复合物层的突然断裂或破裂。

在一个实施例中，相对于所述CFRP层抗腐蚀的所述至少一个金属箔层可为具有0.2mm至0.3mm，优选具有0.15mm至0.2mm厚度的金属薄板。相对于所述CFRP层抗腐蚀的所述金属箔层包括具有优选至少20％的高延展性的金属。

这种类型的金属例如可为合适的不锈钢。在另外的实施例中，适用于飞机的高纯度的钛材料，例如纯度等级2的钛，优选用于此目的。

在另外的实施例中，相对于所述CFRP层抗腐蚀的所述至少一个金属箔层可具有预成形形状。这例如也可以使其相应地制造具有复杂形状的纤维复合物部件。所述预成形形状例如可被预成形为用于Z形框架的Z形。

为了提供纤维复合物部件的目标失效行为，相对于所述CFRP层抗腐蚀的所述至少一个金属箔层例如可利用布置在所述纤维复合物部件的形状中的适当预定点处的穿孔或冲孔等形成。代替穿孔或冲孔，也可将例如预成形的扭结点/线引入所述金属箔层中。