具有一体式翼梁-盖的飞行器组件的制作方法

具有一体式翼梁
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盖的飞行器组件
技术领域
1.本发明涉及具有一体式翼梁
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盖的飞行器组件、包括该飞行器组件的飞行器以及组装该飞行器组件的方法。


背景技术：

2.与具有组装在一起的单独制造的翼梁和盖的常规翼型体相比，将机翼盒的翼梁和盖面板集成到单独的部件中提供了许多益处，比如减少了部件数量、缩短了组装时间以及提高了机械性能。
3.机翼盒的组装通常使用机翼的下部内侧端部作为基准来开始进行，使得需要严格的制造公差，以便确保部件在机翼的外侧端部处的紧密配合。由于大多数商用飞行器机翼的长度很长，这可能特别具有挑战性，并且在机翼盒包括在固化过程期间和固化过程后易受到制造变化影响的复合材料部件时可能更具挑战性。因此，工具需要是精确的以便保持对距基准点较远处的公差的控制。


技术实现要素：

4.本发明的第一方面提供了一种飞行器组件，该飞行器组件包括纵向翼梁和翼型盖，翼梁和盖由复合层压材料一体地形成以形成翼梁
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盖，使得翼梁的复合材料通过在翼梁与盖之间产生的折叠区域连续地延伸到盖中，翼梁具有翼梁端部区域，并且盖具有盖端部区域，翼梁端部区域和盖端部区域由位于折叠区域的纵向端部处的凹部间隔开，并且其中，加强元件在翼梁端部区域与盖端部区域之间延伸以将翼梁端部区域与盖端部区域联接。
5.凹部通过沿着翼梁
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盖的一部分长度使盖和翼梁断开联接以为端部区域提供额外的挠性，从而允许端部区域相对于彼此并且相对于翼梁
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盖的其余部分弯曲，并且因此促使它们偏转，并且因此更容易地与结构构件对准。凹部允许翼梁沿两个正交方向偏转。两个正交方向与折叠区域的轴线垂直。因此，减少或消除了对耗时和昂贵的填垫衬操作的需要，同时减少或消除了对昂贵的厚度控制措施的要求。凹部是在翼梁
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盖的翼梁与盖之间的剪切连续性中的不连续部。不连续部通过加强元件进行加强，该加强元件在凹部的翼展方向位置处在翼梁与盖之间重新引入剪切连续性，以便恢复/修复由于包括凹部而导致的承载能力的任何损失。
6.本发明的另一方面提供了一种包括第一方面的飞行器组件的飞行器。
7.本发明的另一方面提供了一种组装飞行器组件的方法，该飞行器组件包括：结构构件、纵向翼梁以及翼型盖，翼梁和盖由复合层压材料一体地形成以形成翼梁
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盖，使得翼梁的复合材料通过在翼梁与盖之间产生的折叠区域连续地延伸到盖中，该方法包括：在折叠区域中形成凹部，以在一体地形成的翼梁
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盖的纵向端部处将翼梁和盖间隔开，将翼梁端部区域附接至结构构件，将盖端部区域附接至结构构件，并且通过加强元件将盖端部区域联接至翼梁端部区域。
8.本发明的另一方面提供了一种翼型形状的本体，该翼型形状的本体包括：第一翼
型盖；以及由复合层压材料一体地形成的翼梁
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盖，该翼梁
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盖具有纵向翼梁、第二翼型盖、以及折叠区域，该折叠区域在翼梁与第二翼型盖之间产生以在翼梁与第二翼型盖之间连续地延伸；其中，第二翼型盖的位于翼梁
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盖的一个端部处的一部分与翼梁间隔开并且相对于第二翼型盖的剩余部分处于朝向第一翼型盖的偏转位置和远离第一翼型盖的偏转位置中的至少一者中；该本体还包括桥接构件，该桥接构件在第二翼型盖的一部分与翼梁之间布置成将第二翼型盖的一部分保持在偏转位置中。
9.飞行器组件可能是诸如机翼、水平尾翼或垂直尾翼之类的翼型形状的本体。翼型形状的本体是具有翼型横截面(2
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d)的三维本体，并且也被称为3
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d翼型。翼型本体、比如机翼通常包括扭转盒，该扭转盒包括在框架的任一侧部上的上部盖和下部盖(或蒙皮)，该框架包括翼展方向的翼梁和弦向肋。为每个机翼提供至少一个翼梁，尽管两个或更多个翼梁更常见。在飞行器机翼中，扭转盒也被称为机翼盒。盖也可以通过通常沿翼展方向延伸的桁条加强。
10.一体的翼梁
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盖是整体式的翼梁
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盖，使得翼梁的复合层压材料连续地延伸到盖面板中。翼梁和盖并非制造成单独的部件之后连接在一起的，而是通过翼梁的复合层压材料无间断地连续延伸到盖中从而制造为一个部件。然而，应当注意的是，由于复合层压材料将包括若干层，并非所有层都需要从翼梁延伸到盖中，并且反之亦然。至少一些层或复合纤维通过折叠区域从翼梁延伸到盖中是足够的。
11.提及折叠区域是指在翼梁与盖之间形成的角度或向平面外的曲率。折叠区域可以是尖锐的顶点或平滑过渡的弓形角。
12.提及的纵向翼梁是指从机翼根部至机翼梢部沿大致翼展方向沿着机翼长度延长的翼梁。纵向翼梁可以与机身的纵向轴线大致地垂直，尽管纵向翼梁可能由于例如机翼的展弦比、扭曲或后掠而稍微倾斜于机身纵向轴线。
13.翼型盖可以是上部翼型盖，并且飞行器组件可以包括下部翼型盖和结构构件，结构构件在上部盖的盖端部区域与下部盖的盖端部区域之间延伸。
14.盖端部区域可以保持在偏转位置中以将结构构件固定在上部盖的盖端部区域与下部盖的盖端部区域之间。翼梁端部区域可以保持在偏转位置中。通过这种布置，可以在组装期间适应翼梁
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盖或结构构件中的任何公差变化。
15.提及的偏转位置是指，例如盖端部区域相对于接合部内侧的翼梁
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盖和/或翼梁端部区域被偏转，或者替代性地，翼梁端部区域相对于接合部内侧的翼梁
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盖和/或盖端部区域被偏转。
16.结构构件可以是飞行器组件的外侧端部处的肋。这是有利的，因为机翼的内侧端部通常用作基准点，从而导致任何公差变化在机翼更外侧加剧。这些公差变化可以通过在外侧端部处的离散长度上使一体式的翼梁和盖断开联接来补偿。
17.飞行器组件可以是机翼组件，并且结构构件可以布置成安装小翼。
18.翼梁
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盖可以具有对应于上部盖的第一肢部、对应于翼梁腹板的第二肢部、以及对应于用于附接至下部盖的翼梁凸缘的第三肢部。
19.加强元件可以与结构构邻接件。加强元件可以与结构构件重叠。加强元件可以联接至结构构件。
20.折叠区域可以具有大致沿翼梁的纵向方向延伸的弯曲的折叠轴线，并且凹部可以
沿弯曲的折叠轴线的方向延伸。
21.加强元件可以将翼梁端部区域和盖端部区域中的至少一者保持在偏转位置中。翼梁可以包括翼梁腹板和翼梁凸缘，并且加强元件可以将翼梁腹板和翼梁凸缘中的至少一者保持在偏转位置中。
22.加强元件可以与在折叠区域的纵向端部与凹部之间的接合部重叠，在接合部处通过加强元件进行加强有助于控制该应力集中区域处的凹部中的应变、维持接合部尺寸、以及防止在凹部处的裂纹扩展和展开。
23.接合部可以是弓形的。通过这种布置，减少了接合部处的峰值应力。
24.加强元件可以包括金属。加强元件可以包括复合材料。
25.翼梁可以是第一翼梁，并且飞行器组件可以包括第二翼梁，第二翼梁和盖由复合层压材料一体地形成，使得第二翼梁的复合材料通过在第二翼梁与盖之间产生的第二折叠区域连续地延伸到盖中，其中，第二翼梁的第二翼梁端部区域和盖的盖端部区域由第二折叠区域的纵向端部处的第二凹部间隔开，并且其中，第二加强元件在第二翼梁端部区域与盖端部区域之间延伸以将第二翼梁端部区域与盖端部区域联接。
26.组装飞行器组件的方法还可以包括将翼梁端部区域与结构构件的下端部对准，并且将盖端部区域弯折至偏转位置以与结构构件的上端部对准。
27.对诸如上部、下部、前缘和后缘之类的术语的提及是参照飞行器的常规术语来使用的。例如，上部盖是指机翼的其中升降部件指向的侧部上的盖。
28.术语盖、面板和盖面板可互换地使用。
附图说明
29.现在将参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：
30.图1图示了固定翼飞行器的平面图；
31.图2图示了左舷侧机翼的机翼盒的立体图；
32.图3图示了附接至端部肋的机翼盒的分解立体图；
33.图4图示了机翼盒的一体式翼梁
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盖的外侧端部；
34.图5图示了在翼梁
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盖与端部肋之间的附接；
35.图6和图7图示了在翼梁
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盖与端部肋之间通过附接支架联接的附接；
36.图8图示了通过加强元件联接的翼梁端部区域和盖端部区域的横截面视图；
37.图9图示了在机翼盒内的加强元件的立体图；以及；
38.图10图示了欧米伽形状的一体式翼梁
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盖。
具体实施方式
39.图1图示了用于固定翼跨音速喷气式客运飞行器1的典型构造。飞行器1包括机身2、机翼3、主发动机4、水平尾翼5和垂直尾翼6。将理解的是，该发明能够适用于各种各样的飞行器类型，而不仅适用于图1中所图示的飞行器类型。例如，飞行器可以用于商用或军事目的，可以用于运输乘客或货物，可以具有喷气发动机、螺旋桨或其他发动机推进系统，可以具有各种机身/机翼构型，例如高翼、低翼或混合翼，并且可以设计成以亚音速、跨音速或超音速的速度飞行。
40.图2图示了飞行器1的左舷侧机翼3的机翼盒10的示意图。飞行器1的右舷机翼和左舷机翼3大致相同，并且因此将仅详细描述左舷机翼3。如图1中所示，机翼3从机翼3的内侧根部端部至机翼3的外侧梢部端部渐缩，使得机翼3的弦长从内侧端部至外侧端部减小。对应地，机翼盒10也是渐缩的。机翼盒10是布置成支承机翼3上的大部分载荷的支承结构。机翼盒10具有一体式的翼梁
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盖11，翼梁
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盖11由上部盖12和前缘翼梁14一体地形成。翼梁
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盖11从机翼根部至机翼梢部大致延伸机翼3的整个长度。
41.翼梁
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盖11是整体式结构，该结构在上部盖12与前缘翼梁14之间具有折叠轴线，使得翼梁14的材料通过折叠区域17连续地延伸到上部盖12中。折叠区域17大致沿翼梁
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盖11的纵向方向延伸。
42.前缘翼梁14是沿机翼3的翼展方向延伸的纵向翼梁，并且包括翼梁腹板15和翼梁凸缘16。如可以看到的，一体式翼梁
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盖11大致是z形形状的，其中，第一肢部对应于上部盖12，第二肢部对应于翼梁腹板15，并且第三肢部对应于翼梁凸缘16。前缘翼梁14的翼梁凸缘16附接至下部盖18。
43.在后缘处，后缘翼梁20在上部盖面板12与下部盖面板18之间延伸。后缘翼梁20大致是c形形状的，其中，第一肢部对应于附接至上部盖面板12的上部附接凸缘21，第二肢部对应于翼梁腹板22，并且第三肢部对应于附接至下部盖面板18的下部附接凸缘23。后缘翼梁20的布置可以不同。例如，在一些示例中，后缘翼梁20与上部盖12和下部盖18中的一者是一体的。
44.上部盖面板12和下部盖面板18具有外部空气动力学表面。机翼3还包括前缘结构(未示出)和后缘结构(未示出)，该前缘结构和后缘结构在空气动力学上成形成与机翼盒10结合以形成翼型形状的本体。
45.盖12、18可以使用桁条进行加强。桁条是附接至盖12、18的内侧部的沿翼展方向延伸的加强构件。机翼3的机翼盒10通常还将包括在翼梁14、20之间和在盖12、18之间延伸的多个弦向肋。桁条和肋是常规类型的，并且因此将不再进一步详细地描述。
46.在图3中，示出了机翼盒10的分解图(需要注意的是，图3未示出后缘翼梁20)，其中，机翼盒10包括位于机翼3的外侧端部处的外侧端部肋25。肋是金属肋，尽管技术人员将意识到的是，肋可以由本领域已知的其他材料制成，比如由复合材料制成。外侧肋25包括附接至翼梢装置(未示出)的附接部分(未示出)。
47.该组件包括在一体式翼梁
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盖11的折叠区域17的纵向端部处的凹部30，凹部30将盖12和翼梁14的一部分间隔开。凹部30沿位于盖12与翼梁14之间的弯曲折叠轴线的方向延伸。加强元件35在盖12与翼梁14之间横跨凹部30延伸以对凹部进行加强。加强元件35附接至端部肋25。
48.如将参照图6进一步详细地说明的，该组件还包括附接支架28，附接支架28横跨翼梁
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凸缘16和端部
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肋25的下部附接部分27。
49.机翼盒10组件涉及通过将翼梁
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盖11的上部盖12附接至端部肋25的对应上部附接部分26并且将前缘翼梁14的凸缘16附接至端部肋25的对应下部附接部分27而将翼梁
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盖11附接至端部肋25。
50.机翼3的设计和组装通常通过使用机翼3的内侧端部和机翼盒10的下部盖18作为基准来进行。因此，机翼盒10尺寸的公差的任何变化在机翼3朝向机翼盒10与端部肋25的连
接部的外侧端部处加重。因此，翼梁
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盖11的尺寸的公差控制、特别是翼梁
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腹板15的高度的公差控制需要小心地维持，以使上部盖12与端部肋25的上部附接部分26很好地对准。
51.翼梁
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盖11包括诸如碳纤维增强聚合物之类的复合材料。期望使翼梁
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盖11沿其长度是连续的，而在结构中没有任何不连续，使得机翼3中应力的负载路径相对不间断。然而，由于对精确工具的依赖并且随着部件尺寸的增加导致工具的成本增加，以及在固化过程期间和固化过程后管理和控制复合材料部件的收缩的需要，因此复合材料部件的公差控制可能特别具有挑战性。另外，在翼梁
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盖11为z形形状的情况下，翼梁
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盖11的向平面外的曲率使得翼梁
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盖11相对不易弯曲并且不能容忍组装期间的几何误差。因此，控制和/或减轻翼梁
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盖11的公差尤为重要。
52.已经发现的是，可以通过沿纵向翼展方向在离散部段上使一体式翼梁
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盖11的翼梁14和盖12断开联接来抵消增加的公差控制。如图4中更详细地示出的，为了适应这种情况，在翼梁14与盖12之间的折叠区域17中形成有凹部30，以形成由凹部30间隔开的翼梁端部区域34和盖端部区域32。如图5中所示，凹部30位于一体式翼梁
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盖11上的折叠区域17的纵向端部处并且邻近端部肋25的附接位置。凹部30沿在盖12与翼梁14之间的弯曲折叠轴线的方向延伸，即大致沿机翼3的翼展方向延伸。在凹部30与折叠区域17的纵向端部之间存在接合部31。接合部31是弓形的，使得凹部30具有与折叠区域17相符合的弯曲界面。然而，接合部可以具有其他形状，例如接合部31可以是阶梯状和/或锥形的。
53.凹部30通过沿着翼梁
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盖11的一部分长度将盖12和翼梁14断开联接为端部区域32、34提供额外的挠性，从而允许端部区域32、34相对于彼此和相对于翼梁
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盖11的剩余部分具有一些挠性，并且因此促使端部区域32、34被偏转并且从而与端部肋25的附接部分26、27对准。凹部30允许翼梁14沿竖向方向和弦向方向偏转，从而有助于翼梁
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盖11与端肋部25的对准。
54.一体式翼梁
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盖11的盖12和翼梁14的断开联接减少或消除了在翼梁
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盖11、端部肋25与下部盖18之间的界面处对耗时和昂贵的填垫衬操作的需要。由凹部30导致的断开联接还降低了对于建立到翼梁
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盖制造过程中的昂贵的厚度控制措施的要求。
55.在图5至图7中示出了机翼盒10与端部肋25的组装。机翼盒10是通过将翼梁
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凸缘16与端部肋25的下部附接部分27对准进行组装的，例如通过将下部盖18的平面作为从其开始构建的基准来组装。然后将盖端部区域32弯曲到相对于翼梁
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盖11的翼梁端部区域34和内侧部分的偏转位置中，以便将盖端部区域32与端部肋25的上端部、比如上部附接部分26对准。翼梁端部区域34使用图6中所示的附接支架28附接至端部肋25，附接支架28在翼梁端部区域34与端部肋25的下部附接部分27之间跨越。在该示例中，在图7中更详细地示出的，附接支架28的厚度沿着其范围变化，使得邻接端部肋25的部分比邻接前缘翼梁14的部分厚，以便将前缘翼梁14的凸缘16与端部肋25的下部附接部分27对准。附接支架28的尺寸可以根据正在组装的单个机翼盒10的特定要求进行定制、即匹配加工，并且厚度可以变化或可以不变化。在替代性示例中，前缘翼梁14的凸缘16可以在不使用附接支架的情况下直接附接至端部肋25的下部附接部分27。盖12可以使用附接支架28间接地附接至端部肋25。在其他替代性示例中，相对于如上所述地翼梁
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腹板15附接在翼梁
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盖11与端部肋25之间附加地或替代地，翼梁
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腹板15可以附接至端部肋25的对应附接部分。盖端部区域32附接至端部肋25的上部附接部分26。
56.紧固件40可以用于将部件联接在一起，其中一些紧固件如在图6和图7中所示。其他紧固装置、比如粘合剂可以在结合中使用或者作为替代物使用。
57.通过提供翼梁端部区域34和盖端部区域32的灵活性，可以减少在部件组装期间形成的间隙，而无需填垫衬或类似的后期生产操作。
58.盖12和翼梁14的断开联接有助于使水平地倾斜的翼梁
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凸缘16和上部盖12对准，以便它们可以通过利用翼梁端部区域34和盖端部区域32相对于接合部内侧的翼梁
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盖11区域的竖向灵活性附接至端部肋25。翼梁
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腹板15也可以附接至端部肋25，并且在这种情况下，组装过程利用对于翼梁端部区域34相对于接合部内侧的翼梁
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盖11区域的可用的前后灵活性。
59.凹部30在复合翼梁
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盖11中产生不连续性。图8和图9示出了凹部30通过加强元件35进行加强，加强元件35在盖端部区域32与翼梁端部区域34之间延伸以将翼梁端部区域34与盖端部区域32联接。加强元件35在盖端部区域32与翼梁端部区域34之间桥接，并且可以称为桥接构件。加强元件35位于折叠区域17的内侧部上，尽管在其他示例中加强元件35可以位于折叠区域17的外侧部上。
60.加强元件35与位于折叠区域17的纵向端部与凹部30之间的接合部31重叠。加强元件35从接合部31的内侧的位置延伸，并且向外延伸以与端部肋25邻接。加强元件35有助于恢复在翼梁
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盖11的翼梁
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腹板15与盖12之间的剪切连续性。加强元件35通过多个紧固件附接至端部肋25，以在翼梁
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腹板15与端部肋25之间形成竖向剪切接头并且在上部盖12与端部肋25之间形成水平剪切接头。加强元件35对接合区域31进行了加强，以便控制凹部30中的复合应变、维持接合部尺寸(例如半径)，并且防止在凹部30处(尤其是在接合部31处)的展开。
61.凹部30是离散的凹部30，使得盖12和翼梁14是一体的部件。例如，凹部30可以延伸翼梁
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盖11的总长度的最多0.5％、1％、2％、5％、10％或20％。凹部30是切口。凹部30在盖12与翼梁14之间是不连续的。
62.图10图示了另一示例，其中，一体式翼梁
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盖大致是欧米伽形状(替代性地称为u形形状)，这是由于后缘翼梁20通过在后缘翼梁20与上部盖12之间产生的第二折叠区域19与盖面板12一体地形成，使得前缘翼梁14的材料通过第一折叠区域17连续地延伸到上部盖12中并且通过第二折叠区域19继续延伸到后缘翼梁20中。第一折叠区域17和第二折叠区域19大致沿机翼3的纵向翼展方向延伸。
63.与z形形状的翼梁
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盖一样，一体式翼梁14、20通过第一凹部30和第二凹部30与上部盖面板12断开联接，以形成由凹部30间隔开的翼梁端部区域34和盖端部区域32。凹部30位于一体式翼梁
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盖11上的折叠区域17、19的纵向端部处，并且邻近于端部肋25附接的位置。
64.凹部30通过沿着翼梁
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盖11的一部分长度将盖12与前缘翼梁14和后缘翼梁20断开联接来向端部区域32、34提供额外的挠性，从而允许端部区域32、34相对于彼此和翼梁
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盖11的其余部分具有一些挠性。
65.翼梁
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盖11的端部区域32、34的相对挠性可以在可修复性方面具有优势。例如，引入以替换损坏的部件、比如端部肋的新部件可以由于公差或其他因素而具有不同的尺寸。在这种情况下，翼梁和盖的断开联接允许新的端部肋相比于被替换的端部肋的任何公差变
化以被适应。
66.本领域技术人员将清楚的是，上述示例可以以各种方式进行调整。例如，加强元件35显示为附接至端部肋25。在替代性示例中，加强件可以在盖端部区域32与翼梁端部区域34之间延伸以将翼梁端部区域34与盖端部区域32联接，但不直接附接至端部肋25。
67.在替代性示例中，一体式z形形状的翼梁
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盖11可以包括下部盖和后缘翼梁、或下部盖和前缘翼梁、或上部盖和后缘翼梁。类似地，欧米伽形状的翼梁
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盖可以包括与前缘翼梁和后缘翼梁一体的下部盖、或者与上部盖和下部盖一体的前缘翼梁和后缘翼梁中的一者。
68.翼梁盖11示出为连接至端部
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肋25。在替代性示例中，肋可以是在端部
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肋25内侧位于机翼3上的翼展中间位置处的中间
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肋。
69.在出现单词“或”的情况下，这应被解释为是指“和/或”，使得所涉及的物体不一定是相互排斥的，而是可以以任何适当组合的形式使用。
70.尽管上面已经参照一个或更多个优选实施方式描述了本发明，但将理解的是，在不背离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。