飞行器的机身结构、飞行器的门组件以及飞行器的制作方法

本发明涉及用于飞行器的滑动门机构。具体地，本发明涉及机身结构、门组件、锁定机构以及配备有机身结构、门组件、锁定机构的飞行器。

背景技术：

1、在不断发展的飞行器设计和工程领域中，效率、可靠性和性能至关重要。随着飞行器结构变得更加复杂以及对减轻重量和操作效率的需求增加，常规技术方案通常会达到它们的极限。一个亟待改进的领域是机身门——特别是货舱门、乘客（pax）门和维修门的设计和集成。

2、常规地，这些大的机身切口使用沿着一侧连续铰接的门闭合，使用基于钩状件的系统将门固定在机身上。连续的铰接件不仅大大增加了结构的重量，而且连续的铰接件还需要复杂且昂贵的组装。此外，这些基于铰接件的系统依赖于标准化的飞行器框架模式——通常间隔21英寸——这意味着来自舱室或货舱区域内的压力载荷必须分布在将这些横向载荷传递至机身框架的坚固门框架上。这导致系统笨重、机械复杂且不太适应现代飞行器需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是改进用于飞行器的门。该目的通过本发明的主要方面的主题来实现。优选实施方式是本发明的附属方面的主题。

2、本发明提供了一种飞行器的机身结构，该机身结构包括：多个框架，所述多个框架沿机身结构的周向方向延伸；空气动力学蒙皮，该空气动力学蒙皮由框架支承；至少一对导轨，所述至少一对导轨沿机身结构的纵向方向延伸并且所述至少一对导轨由框架以载荷传递的方式支承，其中，每对导轨限定机身开口，其中，导轨构造成以滑动的方式支承门扇，使得门扇能够沿着纵向方向在完全打开位置与完全关闭位置之间移动，在完全打开位置中，机身开口未被覆盖，在完全关闭位置中，机身开口闭合。

3、优选地，机身结构还包括滚子机构，该滚子机构设置在导轨上并且包括多个滚子，所述多个滚子构造成接合门扇以允许门扇的滑动运动。

4、优选地，每个导轨包括至少一个滚子凹槽，该滚子凹槽构造成以可移动的方式接纳并支承滚子。

5、优选地，机身结构还包括锁定机构，该锁定机构能够在解锁状态与锁定状态之间切换，在解锁状态下，安装的门扇能够移动，在锁定状态下，安装的门扇的移动被防止。

6、优选地，锁定机构集成到滚子机构中，使得在锁定状态下时，锁定机构在滚子上施加力以借助于摩擦接合和/或形状配合锁定来防止运动。

7、优选地，在解锁状态下，滚子能够滚动，并且在锁定状态下，滚子被迫抵靠导轨、优选地被迫抵靠导轨的侧壁部分，或者被迫朝向安装的门扇。

8、优选地，导轨构造成使得在被导引在导轨中的门扇与框架之间能够实现承载接头。优选地，承载接头能够传递弯曲载荷并且/或者承载接头包括抗弯接头或由抗弯接头构成。

9、优选地，承载接头至少在完全闭合位置形成、优选地至少部分地借助于处于锁定状态的锁定机构形成。

10、优选地，每个导轨包括一对侧壁部分和底部部分，所述一对侧壁部分和底部部分限定导引通道，该导引通道构造成以滑动的方式接纳并支承门扇。

11、优选地，滚子机构和/或锁定机构设置在侧壁部分中的至少一个侧壁部分上。

12、优选地，滚子机构设置在侧壁中的至少一个侧壁上，其中，锁定机构、优选地锁定机构的致动构件部分地设置在底部部分上。

13、优选地，每个滚子凹槽设置或形成在侧壁部分上。

14、本发明提供了一种飞行器的门组件，该门组件包括先前所描述的机身结构以及被支承以在导轨中滑动的门扇。

15、优选地，门扇包括滚子机构和部分锁定机构。

16、优选地，门扇包括至少一个滚子凹槽，所述至少一个滚子凹槽以可移动的方式接纳并支承滚子。

17、本发明提供了一种飞行器、该飞行器优选地为飞机，该飞行器包括先前所描述的机身结构和/或先前所描述的门组件。

18、这是提供传统方法的替代方案的一个构思：形状配合的滑动门系统，其可以取代目前在广泛的飞行器（a/c）项目中使用的经典的货舱门。滑动门系统设计成不仅更轻且更节省空间，而且结构坚固，提供了与机身的抗弯集成以及用于横向压力载荷的直接载荷路径。

19、另一构思是创建通过飞行器的机身框架的内凸缘和外凸缘操作的滑动门。该门可以滑动到位，并通过在门的最终锁定位置完全闭合间隙来密封机身切口。适当布置的密封可以改善间隙的闭合。滑动门扇本身成为结构系统的一部分，由此通过与周围机身部分、特别是框架的直接且连续的接合部来分配压力和载荷，而不是依赖于多个钩和闩锁的复杂致动来与飞行器机身形成形状配合。

20、这种设计可以特别利用飞行器机身的筒形部段与圆锥形部段之间的接合部。通过使门能够沿着该圆锥形几何形状向外滑动并且然后向后滑动，该系统可以消除运动期间的风载荷问题，从而即使在室外或有风的条件下也允许安全操作。向后滑动运动可以完全发生在机身蒙皮外部，从而提供节省内部空间和减小飞行器内部用于门操作所需的间隙面积的附加优点。

21、这种方法允许承载滑动门系统能够至少与传统门机构一样有效地或甚至比传统门机构更有效地承受和/或分配压力载荷。此外，可以实现重量、复杂性和/或操作占用空间的显著改进。

22、由于航空航天部门采用诸如氢之类的替代燃料，因此可能需要结合较大的机身开口以用于设备接近、特别是用于燃料罐维护。因此，对坚固而轻质的门系统的需求也增加了。本文公开的构思为这些新兴需求提供了可扩展的、技术上合理的和面向未来的解决方案。

23、所提出的形状配合滑动门系统显示出对现代飞行器中使用的现有门技术的显著改进。该形状配合滑动门系统简化了门集成，减少了重量和维护复杂性，并为常规铰接系统提供了结构改进的替代方案。该形状配合滑动门系统能够无缝集成到无论是用于货运应用还是客运应用的各种飞行器平台上，这使该形状配合滑动门系统成为飞行器结构设计的有用的进步。

24、在一些实施方式中，飞行器机身中的切口包括集成的锁定接合部。这些接合部可以用作滑动门的基本接合点，允许滑动门在关闭时牢固地锁定就位。与传统货舱门不同，该切口在几何形状和结构加强方面都构造为滑动机构，这允许门无缝地集成在飞行器机身的轮廓内。

25、整个系统可以构造为飞行器的结构系统的主动承载部件。一旦门扇关闭并锁定，门扇就可以用作机身的延伸件，能够有效地分配空气动力学载荷和内部压力载荷两者。特别地，弯曲载荷可以在门扇与机身之间传递。滑动系统本身被设计成使得在门的最终位置，门能够实现与周围机身结构的紧密且连续的形状配合或摩擦接合。这种直接接合部允许创建加强的连接部，该加强的连接部可以消除对外部锁定钩或重型铰接件的需要。

26、为了确保平稳且可靠的运动，门可以在滚子、比如滚珠轴承上操作，滚子可以与锁定功能集成。轴承可以减少机械摩擦和磨损，同时还确保门一旦滑动到位门就可以牢固地固定就位。传统的飞行器门系统可能经常依赖弹簧加载部件来闭合间隙并保持密封；然而，所公开的解决方案可以消除对这样的弹簧机构的需要。可以简化整个系统架构，同时可以减少潜在故障点的数量。优选地，可以实现更一致且可靠的密封。

27、被动密封系统是该设计的另一构思。该系统可以提供针对诸如气压差、水分和/或污染物之类的因素的环境密封，而不依赖于动力致动器或复杂机构。被动系统的使用可以提高可靠性，同时减少维护需求和能耗，使被动系统成为用于现代飞行器的极具吸引力的解决方案。

28、该设计的另一创新方面在于门在操作期间如何移动。利用飞行器后机身部段的圆锥形几何形状，门可以向外移动，并且然后沿着机身的外部轮廓向后滑动。该路线允许在门运动期间将门完全保持在飞行器本体外部，这不仅有助于避免与内部间隙空间相关联的复杂性，而且还可以防止系统在操作期间受到风载荷的影响。这是巧妙的解决方案，其有可能提高安全性和功能性两者。

29、当门到达其最终位置时，门可以沿着其周缘在竖向轴线（在飞行器坐标系中通常称为z轴）上被连续锁定。这使得能够与机身牢固且稳定地接合。除了竖向锁定之外，系统还可以沿着通常被称为y轴的横向轴线锁定门，这可以防止沿着飞行器的中心纵向方向、通常被称为x轴的任何意外运动。锁定机构的多方向实现方式允许门在包括加压和飞行载荷的大多数——如果不是所有——操作条件下保持刚性并完全集成到飞行器的结构中。

30、该系统的优点众多，并且符合航空航天工业减轻重量、提高可靠性和更好的空间利用率的总体目标。通过消除对重型连续铰接件、外部钩和复杂致动器的需求，该系统提供了明显更轻的结构解决方案。这种重量的减轻有助于提高燃料效率并增加飞行器的可用有效载荷能力。

31、在空间效率方面，滑动门的向外和向后运动意味着滑动门的操作通常不需要附加的内部间隙。这在空间宝贵的区域、比如布局紧凑的货舱或维修隔室尤其有价值。

32、通过这种设计可以实现的结构集成也是一个主要好处。门可以用作机身结构的真正部分，而不是充当单独的或松散附接的部件。这使得门能够更有效地承载和分配载荷——特别是弯曲载荷，由此减少附近机身元件上的应力集中并增强整体结构耐用性。

33、通过减少移动部件和使用用于移动和密封两者的被动系统，可以进一步增强系统的简单性和可靠性。这不仅降低了机械故障的可能性，还减少了飞行器的生命周期内的维护需求。

34、所公开的构思的多功能性允许该构思应用于一系列飞行器项目和使用情况。虽然特别适合货舱门，但该设计也可以用于乘客（pax）门，提高了登机和下机期间的安全性和操作便利性两者。此外，该系统的牢固和节省空间的特性使其成为维修门、尤其是维修下一代零排放飞行器中储氢罐所需的维修门的理想选择。

35、总之，本文提出的构思允许飞行器门技术的实质性进步，提供了常规铰接系统的结构坚固、重量轻且高度可靠的替代方案。该解决方案不仅为了满足当今飞行器的需求而且还为了应对未来航空航天创新的挑战而设计。

36、本发明提供了一种用于飞行器的门组件的锁定机构，锁定机构能够在解锁状态与锁定状态之间切换，在解锁状态下，安装的门扇能够移动，在锁定状态下，安装的门扇的移动被防止，锁定机构包括：多个滚子，所述多个滚子以合适的方式被设置以支承并接合门组件的安装的门扇；至少一个滚子支承元件，至少一个滚子支承元件支承并接合滚子，其中，在解锁状态下，滚子支承元件与滚子接合成使得滚子能够滚动，其中，在锁定状态下，滚子支承元件与滚子接合成使得滚子借助于与至少滚子支承元件的摩擦接合而被防止滚动。

37、优选地，锁定机构还包括至少一个可移动的滚子支承元件和至少一个固定的滚子支承元件，至少一个可移动的滚子支承元件支承并接合第一组的滚子，至少一个固定的滚子支承元件是固定的、支承并接合第二组的滚子。优选地，在解锁状态下，可移动的滚子支承元件和固定的滚子支承元件与第一组和第二组接合成使得相应的滚子能够滚动。优选地，锁定状态能够通过以下方式来实现：以使得第一组能够接合安装的门扇或固定构件以在第一组与可移动的滚子支承件之间形成摩擦接合的方式使可移动的滚子支承元件朝向固定的滚子支承元件更靠近地移动。优选地，以使得第二组和固定的滚子支承元件能够由于第一组对安装的门扇或固定构件进行推动而在第二组与固定的滚子支承元件之间形成摩擦接合的方式。

38、优选地，锁定机构还包括至少一对可移动的滚子支承元件。优选地，第一可移动的滚子支承元件支承并接合第一组的滚子，并且第二可移动的滚子支承元件支承并接合第二组的滚子。优选地，在解锁状态下，可移动的滚子支承元件与第一组和第二组接合成使得相应的滚子能够滚动。优选地，锁定状态能够通过以下方式来实现：以使得第一组和第二组能够接合安装的门扇或固定构件以在第一组、第二组与安装的门扇或固定构件之间形成摩擦接合的方式，使可移动的滚子支承元件远离彼此移动。

39、优选地，锁定机构还包括致动构件，该致动构件布置成使滚子支承元件移动以产生锁定状态和解锁状态。

40、优选地，致动构件构造成使滚子支承元件枢转或线性地移位以产生锁定状态和解锁状态。

41、优选地，由于门扇移动到完全关闭位置中、优选地通过例如借助于机械连杆自动地使致动构件移动而移动到完全关闭位置中，自动地形成承载接头。

42、本发明提供了一种飞行器的门组件，该门组件包括：先前所描述的锁定机构；门扇；一对导轨，所述一对导轨沿纵向方向延伸并且以载荷传递的方式支承门扇。优选地，该对导轨限定机身开口。优选地，导轨以滑动的方式支承门扇，使得门扇能够沿着导轨在完全打开位置与完全关闭位置之间线性地移动，在完全打开位置中，机身开口未被覆盖，在完全关闭位置中，机身开口闭合。优选地，锁定机构构造成使得在解锁状态下，门扇能够在完全打开位置与完全关闭位置之间移动，并且在锁定位置下，门扇的移动被防止。

43、优选地，导轨中的一个导轨包括可移动的滚子支承元件，该可移动的滚子支承元件支承并接合第一组的滚子，并且导轨中的另一个导轨包括固定至导轨的固定的滚子支承元件，并且固定的滚子支承元件支承并接合第二组的滚子。优选地，在解锁状态下，可移动的滚子支承元件和固定的滚子支承元件与第一组和第二组接合成使得相应的滚子能够滚动以允许门扇的运动。优选地，锁定状态能够通过以下方式来实现：使可移动的滚子支承元件朝向门扇或导轨移动成使得第一组接合门扇或导轨以在第一组、可移动的滚子支承件和门扇或导轨之间形成摩擦接合，并且使得第二组和固定的滚子支承元件由于第一组对门扇或导轨进行推动而在第二组与固定的滚子支承元件之间形成摩擦接合。

44、优选地，锁定机构还包括至少一对可移动的滚子支承元件，其中，第一可移动的滚子支承元件支承并接合第一组的滚子，并且第二可移动的滚子支承元件支承并接合第二组的滚子。优选地，在解锁状态下，可移动的滚子支承元件与第一组和第二组接合成使得相应的滚子能够滚动。优选地，锁定状态能够通过以下方式来实现：使可移动的滚子支承元件远离彼此移动成使得第一组和第二组接合门扇或导轨并与门扇或导轨形成摩擦接合。

45、优选地，每个导轨包括一对侧壁部分和底部部分，所述一对侧壁部分和底部部分限定导引通道，该导引通道以滑动的方式接纳并支承门扇。

46、优选地，锁定机构设置在导轨上、优选地设置在侧壁部分上。

47、优选地，锁定机构部分地设置在门扇上，其中，致动构件部分地设置在底部部分上。

48、优选地，门扇或每个导轨包括至少一个滚子凹槽，所述至少一个滚子凹槽以可移动的方式接纳并支承滚子。

49、本发明提供了一种飞行器的机身结构，该机身结构包括：先前所描述的门组件；多个框架，所述多个框架沿机身结构的周向方向延伸；空气动力学蒙皮，该空气动力学蒙皮由框架支承，其中，一对导轨沿机身结构的纵向方向延伸并且该对导轨由框架以载荷传递的方式支承。

50、优选地，致动构件至少部分地设置在框架中的一个框架上。

51、本发明提供了一种飞行器、该飞行器优选地为飞机，该飞行器包括先前描述的锁定机构、门组件和机身结构中的任一者。

52、本文描述的构思总体上呈现了飞行器门系统的进步，提供了实用的、有效的和/或结构上改进的解决方案，该解决方案可以被结合到涉及大机身切口的所有飞行器（a/c）项目中。这种创新并不限于特定的飞行器类型或构型；相反，这种创新设计成具有适应性和可扩展性，提供了从货舱和乘客（pax）门至专业维护接入点的门系统的改进。特别相关的是该构思在能够维护储氢系统的门上的应用，随着替代能源飞行器和零排放航空计划的兴起，这一领域变得越来越重要。

53、传统的货舱门通常使用连续的铰接件附接至机身。这些铰接件沿着门的整个边缘集成，并且通常需要精确的框架图案，通常基于飞行器机身框架典型的21英寸间距。在该构型中，门通过使用致动钩来实现与机身的形状配合，所述致动钩在飞行期间接合门并将门保持就位。虽然这种方法几十年来一直是标准实践，但铰接件和钩机构通常是沉重且昂贵的。

54、在这些常规系统中，由加压舱室或货舱产生的内部压力载荷通常通过坚固的门框架从门传递至机身。这些框架被设计成承载横向载荷，但这些框架不允许门与机身之间的抗弯集成。

55、所公开的构思引入了可以直接集成到飞行器的机身结构中的形状配合滑动门。该门的设计不仅取代了经典的铰接式货舱门，而且在性能、载荷管理和效率方面超越了经典的铰接式货舱门。例如，与经典的设计方法相比，通过连续的抗弯框架附接件，可以增加门-机身接合部的刚性和稳定性。此外，可以降低飞行器结构和维护程序的复杂性。由于该门的有效的载荷路径设计，还可以承受增加的结构载荷。

56、一种构思是实现锁定系统，该锁定系统在飞行器的纵向轴线（通常是x方向）上固定门，同时允许门充当机身结构内的形状配合的承载元件。该概念使得门能够成为机架的整体部分而不是附加结构，特别是在锁定机构处于其锁定状态时。

57、在一些实施方式中，滑动机构通过飞行器机身框架的内凸缘和外凸缘操作。当门移动到其最终关闭位置时，滑动间隙可以被完全密封，从而产生紧密的形状配合集成。这允许门特别是在锁定机构被锁定时通过产生抗弯连接而在结构上与机身框架接合。该设计为横向压力载荷提供了连续且稳定的载荷路径，显著增强了整个组件的结构完整性。

58、该系统的另一方面是其使用飞行器机身的圆锥形部段与筒形部段之间的接合部。通过利用该过渡区，门可以以不受风载荷影响的方式向侧向移动，并且然后向后移动到飞行器蒙皮外部。这种外部运动不受空气动力学干扰，并允许安全、节省空间的操作。另外地，由于门在滑动过程期间保持在机身外部，因此保留了可用的内部舱室或货舱空间，并且可以提高操作效率。

59、这个构思的另一组成部分是它的锁定系统，一旦门到达其最终位置，锁定系统就会在x方向上固定门。这使得门能够在飞行期间保持稳定和固定，从而有助于安全性和结构强度两者。形状配合的锁定机构加强了门作为承载结构，有效地使门成为机身的功能延伸，而不是单独的、可拆卸的部件。

60、在一些实施方式中，使用还具有锁定功能的滚珠轴承。这些轴承不仅有助于平稳的滑动运动，而且还用于在一旦门到达门的终端位置时就将门固定就位。这种双重用途功能允许减少移动部件的数目并简化系统的机械复杂性。

61、另一方面涉及门在z方向上的连续形状配合锁定，z方向对应于飞行器的竖向轴线。通过沿着门的整个周缘竖向地接合门，这种锁定方法确保了一致且牢固的附接，从而抵抗可能由加压或空气动力引起的竖向位移或变形。类似地，该系统还允许在y方向——横向轴线——上锁定门，由此通过（附加的）摩擦接合有效地阻挡在x方向上的运动。结果是稳定的三维锁定框架，其在所有空间维度上保持门的位置。

62、在一些实施方式中，使用将滑动运动转换成锁定运动的展开机构。这实现了从门移动至门固定的无缝过渡，而不需要单独的机械阶段。本发明还包括被设计用于形状配合接合和机身加强的致动锁定系统，增强了组件的安全性和可靠性。另一构思涉及在滑动系统内包括滚动支承件，有助于门在门的使用寿命期间平稳、耐用且低摩擦的操作。

63、本发明除了其结构益处之外，还提供了重量效率的改进。通过消除对沉重的连续铰接件和复杂的致动钩系统的需要，可以减少门组件的总重量。这通过提高燃料效率和有效载荷能力直接有利于飞行器的性能。此外，简化的机械架构可以减少经受磨损和撕裂的部件的数目，这进而可以随着时间的推移降低维护需求并增加系统可靠性。

64、所公开的构思还是高度通用的。该构思可以同样应用于货舱门和乘客门，在多种使用情况下提供提高的安全性、简化操作并减少维护。此外，该构思可以在维修门的设计中实现，维修门提供对关键部件、比如储氢罐的接近。随着航空业转向更清洁的能源和可持续技术，允许牢固且高效地接近这些部件的系统将是至关重要的。所提出的门系统非常适合满足这些未来的需求。