本發(fā)明屬于設計航空玻璃窗單元的通用領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及用于飛行器(即旨在裝備飛行器)的玻璃窗組件。本發(fā)明還涉及用于制造這種玻璃窗組件的方法，以及裝備有該玻璃窗組件的飛行器。本發(fā)明在用于商用飛行器的玻璃窗單元的設計中具有特別有利的應用，但絕不僅限于此。

背景技術(shù)：

1、用于飛行器的航空玻璃窗單元(駕駛艙玻璃窗單元，其包括前部或“擋風玻璃”玻璃窗單元和側(cè)面玻璃窗單元，但也包括通常稱為舷窗的座艙玻璃窗單元)旨在承受外部環(huán)境(大氣)和所述飛行器內(nèi)部之間的壓差，是由多個結(jié)構(gòu)層片(更特別地且傳統(tǒng)上是至少兩個結(jié)構(gòu)層片)組成的疊層玻璃窗。在實踐中，除了所述結(jié)構(gòu)層片之外，還可以使用另一層片，其對玻璃窗的機械性能影響不大，但其目的是確保空氣動力學連續(xù)性，并防止影響玻璃窗環(huán)境的某些條件(結(jié)冰、磨損條件、冰雹等)。

2、“玻璃窗單元的結(jié)構(gòu)層片”按慣例是指構(gòu)成疊層玻璃窗的剛性片材，其本身能夠形成單體式的玻璃窗單元，以特別是確保其機械強度，并且具有例如至少等于1500mpa的彈性模量。

3、為了形成結(jié)構(gòu)層片，可以可選地通過布置在片材的邊緣處并環(huán)繞片材的整個周邊的跟部和墊片來完成，所述墊片也定位于在片材和跟部之間；在這種情況下，可參考“結(jié)構(gòu)粘接玻璃窗”構(gòu)造。

4、這種剛性片材可以是礦物玻璃片材，也可以是聚合材料片材，典型地是具備航空品質(zhì)的pmma(“聚甲基丙烯酸甲酯”的首字母縮寫)，或pc(“聚碳酸酯”的首字母縮寫)。

5、此外，結(jié)構(gòu)層片由多層粘合劑夾層連結(jié)在一起，粘合劑夾層例如由tpu(“熱塑性聚氨酯”的首字母縮寫)、pvb(“聚乙烯醇縮丁醛”的首字母縮寫)等制成。需要注意的是，這類粘合劑夾層并不配置成像前文指出的那樣顯示出最小彈性模量。結(jié)果是，粘合劑夾層不形成結(jié)構(gòu)層片。

6、飛行器的整體設計可以通過這樣的方式實現(xiàn)，即，使玻璃窗對所述飛行器所經(jīng)歷的壓力的傳遞做出顯著的貢獻。為此，飛行器玻璃窗在所有面上都要“張緊”。玻璃窗也被稱為“膜玻璃窗”，條件是它必須允許切向應力流過飛行器的封殼(即蒙皮、機體或機艙)。

7、因此，加壓航空玻璃窗必須滿足的功能要求包括抗壓性，其不僅要在玻璃窗完好無損(標準情況)時得到保證，還要在玻璃窗的結(jié)構(gòu)層片破裂(“失效安全”)時得到保證。換言之，擊破層片的一層時不得導致?lián)p失玻璃窗或飛行器內(nèi)部(例如駕駛艙)降壓。

8、另一項功能要求是抵御飛鳥撞擊的能力。

9、符合這兩項要求取決于許多因素，諸如結(jié)構(gòu)層片的厚度，但最重要的是取決于用來將飛行器玻璃窗連接至飛行器結(jié)構(gòu)的附接系統(tǒng)的構(gòu)造。

10、已知的緊固系統(tǒng)均包括與玻璃窗的外表面(其面向外部環(huán)境)接觸的“外部”保持裝置和與玻璃窗的內(nèi)表面(其面向飛行器內(nèi)部)接觸的“內(nèi)部”保持裝置。這些外部和內(nèi)部保持裝置的每一個的功能都是相對于玻璃窗所承受的壓力保持和穩(wěn)定玻璃窗，并確保飛行器內(nèi)部至少部分地密封(水、空氣)。

11、一般來說，所述內(nèi)部和外部保持元件通常采用螺釘/螺母/墊圈(螺栓)組件的形式，可能輔以金屬帶(例如，由幾毫米厚的鋁制成)，其可直接或間接連接到飛行器結(jié)構(gòu)上。

12、圖1和圖2示意性地圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的附接系統(tǒng)的兩個變型。

13、在[圖1]的情況中，第一玻璃窗單元1a(在[圖1]中的左側(cè))和第二玻璃窗單元2a(在[圖1]中的右側(cè))被布置在飛行器結(jié)構(gòu)元件3a的兩側(cè)。更具體地，在本示例[圖1]中，所述第一和第二玻璃窗單元1a，2a是駕駛艙側(cè)玻璃窗單元。每個玻璃窗單元1a，2a通過緊固系統(tǒng)附接到該結(jié)構(gòu)元件3a上。

14、用于第一玻璃窗單元1a的附接系統(tǒng)包括從飛行器外部穿過玻璃窗單元到內(nèi)部的螺栓4a。螺栓4a的頭部通過結(jié)構(gòu)元件3a的突出部8a附接，所述突出部8a與第一玻璃窗單元1a的外表面接觸。由螺栓4a的頭部和所述突出部8a形成的組件構(gòu)成了所述第一玻璃窗附接系統(tǒng)1a的外部保持裝置。此外，螺栓4a的螺母和墊圈附接至細條7a，細條7a與第一玻璃窗單元1a的內(nèi)表面接觸。由螺母、墊圈和所述細條7a形成的組件構(gòu)成了用于第一玻璃窗單元1a的所述附接系統(tǒng)的內(nèi)部保持裝置。注意，螺釘頭直接附接到飛行器結(jié)構(gòu)元件3a上。相反，螺母和墊圈則間接地(通過玻璃窗單元1a)附接到飛行器的所述結(jié)構(gòu)元件3a上。

15、用于第二玻璃窗單元2a的附接系統(tǒng)采用螺栓5a的形式，與用于第一玻璃窗單元1a的附接系統(tǒng)大體上相似。不過，螺栓5a的螺栓頭(相應地，螺栓5a的螺母和墊圈)在這里是間接地通過條帶6a附接(相應地，直接地通過結(jié)構(gòu)元件3a的突出部9a)到結(jié)構(gòu)元件3a。由螺栓頭5a和所述條帶6a(相應地，由螺母、墊圈和所述突出部9a)形成的組件構(gòu)成用于第二玻璃窗單元2a的所述附接系統(tǒng)的外部固定裝置(相應地，內(nèi)部固定裝置)。

16、在[圖2]中，玻璃窗單元1b用于至少部分地形成飛行器擋風玻璃。所述玻璃窗單元1b通過附接系統(tǒng)附接到飛行器的結(jié)構(gòu)元件2b。用于玻璃窗單元1b的附接系統(tǒng)包括螺栓3b。由螺栓頭3b和細條5b形成的組件構(gòu)成了該附接系統(tǒng)的外部保持裝置。進一步地，由螺栓3b的螺母和墊圈形成的組件，連同所述螺母和墊圈所附接至的結(jié)構(gòu)元件2b的突出部4b，構(gòu)成了該附接系統(tǒng)的內(nèi)部保持裝置。注意在這種情況下，條帶5b直接栓接到結(jié)構(gòu)元件2b上。

17、值得注意的是，存在其他附接系統(tǒng)。因此，例如，在夾捏式航空玻璃窗單元的情況中(即僅通過夾捏玻璃窗單元的周邊接頭連接到飛行器結(jié)構(gòu)的玻璃窗單元)，慣常上會使用其內(nèi)部和外部保持裝置都直接固定到飛行器結(jié)構(gòu)上的附接系統(tǒng)。

18、盡管上述附接系統(tǒng)如今已被廣泛部署，但它們?nèi)赃h非滿足航空玻璃窗功能要求的理想解決方案。

19、事實上，[圖1]中所示的附接系統(tǒng)使飛行器內(nèi)產(chǎn)生的壓力穿過玻璃窗的單個表面(即第一玻璃窗單元1a的外表面和第二玻璃窗單元2a的內(nèi)表面)，其具有引起如下結(jié)果的效果：

20、-附接系統(tǒng)中的扭矩，其可以導致分層失效，

21、-附接系統(tǒng)上的彎曲應力，其需要加厚該系統(tǒng)和/或玻璃窗單元的至少一個結(jié)構(gòu)層片(重量限制和相關(guān)成本，特別是在結(jié)構(gòu)層片由pmma制成的情況下)，

22、-高度不對稱的力傳遞，帶有附接系統(tǒng)中的應力奇異性，限制了傳遞隔膜力的能力。

23、另一方面，[圖2]中的附接系統(tǒng)能夠以更平衡的方式通過玻璃窗單元的兩個表面?zhèn)鬟f壓力，這傾向于至少部分地彌補了[圖1]中附接系統(tǒng)的缺點。然而，[圖2]中所示的附接系統(tǒng)在彎曲時也是非常剛性的，這意味著在靠近附接系統(tǒng)的地方發(fā)生飛鳥撞擊時，玻璃窗中接近撞擊點的應力高度集中。

24、此外，如常見于所有已知的附接系統(tǒng)的那樣，空氣動力學連續(xù)性主要受到外部保持裝置的構(gòu)造的影響。例如，在[圖1]中的玻璃窗單元1a的情況中，由突出部8a上的不對稱彎曲載荷引起的力矩使其與無載荷的條帶6a相比變得更厚。因此，第一玻璃窗單元1a比第二玻璃窗單元2a更厚，以確保第一玻璃窗單元1a與其保持裝置之間的空氣動力學連續(xù)性。

25、此外，在具有防結(jié)冰功能的玻璃窗單元(即包括加熱外層的玻璃窗單元)的情況下，為了最大化玻璃窗單元的觀察面積，用于實施所述防結(jié)冰功能的電氣元件位于玻璃窗單元的透明區(qū)域的末端(例如：[圖2]中所示的空間6b，且所述電氣元件穿過其中)。這種構(gòu)造意味著加熱層片(例如，[圖2]中所示的層片7b)不能延伸到其所保護的結(jié)構(gòu)層片的端部。結(jié)果是，外部保持裝置與玻璃窗外表面相會的點處的弱密封，鑒于電氣元件對濕氣的敏感性，這是成問題的。一些現(xiàn)有技術(shù)解決方案提出通過在所述相會點處引入形成屏障的“z”形元件來糾正此缺陷。然而，除了產(chǎn)生空氣動力學上的不連續(xù)性外，這種“z”形元件是必須對其靜電荷進行管控的金屬元件，而且其生產(chǎn)昂貴。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是通過提出一種解決方案來彌補現(xiàn)有技術(shù)的一些或全部缺點、特別是上述那些缺點，該解決方案使得可以獲得一種玻璃窗組件，其能夠比現(xiàn)有技術(shù)的解決方案更有效得多地平衡膜壓力傳遞，這極大地限制分層的風險，不需要使用過多的結(jié)構(gòu)層片厚度，符合“失效安全”的要求，能夠確保與飛行器封殼的空氣動力學連續(xù)性，并且還特別耐受飛鳥撞擊，同時制造簡單且便宜。

2、為此，且根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于飛行器的玻璃窗組件，所述玻璃窗組件包括疊層玻璃窗，疊層玻璃窗包括一組結(jié)構(gòu)層片，該組結(jié)構(gòu)層片包括第一結(jié)構(gòu)層片和通過夾層固定在第一結(jié)構(gòu)片上的第二結(jié)構(gòu)層片。所述玻璃窗組件還包括：

3、-保持元件，其第一部分在疊層玻璃窗的邊緣處且在其周邊的至少一部分上方、優(yōu)選地在疊層玻璃窗的整個周邊的上方至少固定地插入所述夾層中，且其第二部分將第一部分延伸到疊層玻璃窗的外部，

4、-多個楔塊，其布置在疊層玻璃窗中形成的相應腔體中，使得所述楔塊大體上垂直地延伸越過保持元件的第一部分并延伸到每一個所述結(jié)構(gòu)層片中。

5、具有這種楔塊的優(yōu)點在于，結(jié)合它們延伸穿過的保持元件，這種楔塊使組成疊層玻璃窗的所有層片之間的膜力平滑(即以平衡的方式分配)，此平滑貫穿所述層片的厚度均勻地發(fā)生。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，允許的載荷大大增加，特別是確保了對壓力載荷和飛鳥撞擊的極高抵抗力，并符合“失效安全”要求。

6、這也允許膜力穿過疊層玻璃窗的中心傳遞。

7、以這種方式，避免了在疊層玻璃窗的周邊引入彎矩，從而大大降低了分層的風險。

8、此外，通過避免出現(xiàn)這種彎矩，并且通過使結(jié)構(gòu)層片之間力的傳遞均勻化，不再需要使用不同厚度的結(jié)構(gòu)層片(在現(xiàn)有技術(shù)中、特別是對于塑料玻璃窗情況經(jīng)常如此)，以便增加彎曲剛度并限制分層風險。這使得可以使用比現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的那些結(jié)構(gòu)層片更薄的結(jié)構(gòu)層片，這不僅有助于降低生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的玻璃窗組件的成本，而且還簡化了生產(chǎn)，因為已知厚的結(jié)構(gòu)層片制造復雜(例如，簡化大規(guī)模生產(chǎn)操作期間的處理，限制對于拉出pmma的拉伸過程和對于pc的擠出，限制成形復雜性)。

9、除此之外的事實是，已知由拉伸的pmma制成的厚結(jié)構(gòu)層片不利于所述層片的拉伸面的剪切斷裂(與其他開裂方向相比尤其薄弱)。結(jié)果，本發(fā)明也降低了發(fā)生此類斷裂的風險，特別是在飛鳥撞擊的情況下。

10、而且，由于可以使用更多數(shù)量較薄的結(jié)構(gòu)層片來代替較厚的結(jié)構(gòu)層片，“失效安全”要求可以被進一步增強。

11、本發(fā)明的另一個重要方面是，與基于現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比，不再需要外部保持元件。這導致許多優(yōu)點：

12、-易于確?？諝鈩恿W的連續(xù)性，而不會在飛行器封殼中形成低氣密性的區(qū)域，且因此不需要“z”形元件，

13、-可以利用更長的外部玻璃，特別是支持防結(jié)冰功能的外部玻璃，這例如為將防結(jié)冰系統(tǒng)的供電電極放置在駕駛艙觀察區(qū)域之外提供了更大的余地，

14、-在其中使用涂覆有加熱層的玻璃片的情況下(見下文)，最小化夾層的厚度使此玻璃片能夠附接至第一結(jié)構(gòu)層片，這對冰雹的威脅是有利的。

15、本發(fā)明的另一個重要方面是，根據(jù)本發(fā)明的玻璃窗組件避免了夾捏配合的需要。換言之，將玻璃窗組件附接到飛行器結(jié)構(gòu)上不會壓縮疊層玻璃窗。這有利地消除了夾捏配合固有的缺陷，諸如周邊蠕變問題(疊層玻璃窗外的層間流動、不可逆的接頭壓縮等)，這些問題特別是密封性下降、夾層凹陷導致的起泡、結(jié)構(gòu)層片失去其平行性導致的光學劣化等的原因。

16、保持元件構(gòu)造成將疊層玻璃窗附接至飛行器，且特別是附接至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

17、在特定實施例中，玻璃窗組件可進一步單獨地或以任何技術(shù)上可行的組合包括一個或多個以下特征。

18、在特定實施例中，至少一個楔塊包括由金屬材料(例如鈦或鋼)制成的主體。

19、在特定實施例中，至少一個楔塊包括在所述主體周邊且由彈性材料(例如彈性體)制成的套筒。

20、使用這種周邊套筒是有利的，因為其更有助于構(gòu)成疊層玻璃窗的所有層片之間膜力的平滑。此外，如果多個楔塊都配備了相應的周邊套筒，則力的所述平滑也會在這些楔塊之間發(fā)生。

21、在特定實施例中，保持元件由金屬材料制成，例如鈦、鋁或不銹鋼，或者由復合材料制成，例如碳纖維或玻璃纖維增強復合材料。

22、在特定實施例中，至少一個楔塊有間隙地布置在相關(guān)聯(lián)的腔體中。

23、以這樣的方式，楔塊在其放置的腔體內(nèi)可以具有一定程度的旋轉(zhuǎn)自由度，這不僅能進一步促進膜力在結(jié)構(gòu)層片上的均勻分布，還能避免出現(xiàn)可能產(chǎn)生分層問題的彎矩(所述彎矩是指疊層玻璃窗上的應力，其與相對于保持元件在其中延伸的平面的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián))。

24、在特定實施例中，所述組結(jié)構(gòu)層片包括至少三個結(jié)構(gòu)層片，例如四個結(jié)構(gòu)層片，優(yōu)選的是四個成對分布在保持元件兩側(cè)的結(jié)構(gòu)層片，且每對結(jié)構(gòu)層片之間布置有夾層。

25、如上所述，具有多于兩個的結(jié)構(gòu)層片進一步加強了對“失效安全”要求的合規(guī)性。

26、在特定實施例中，結(jié)構(gòu)層片具有相同的厚度，或至少兩個結(jié)構(gòu)層片具有不同的厚度。

27、在特定實施例中，疊層玻璃窗中嚴格包括至少一個容納楔塊的腔體，該腔體或者穿過單個結(jié)構(gòu)層片開口，或者穿過所有結(jié)構(gòu)層片開口。

28、在特定實施例中，當所述至少一個腔體穿過所有結(jié)構(gòu)層片開口時，布置在所述至少一個腔體中的楔塊主體是中空的。

29、這種布置的優(yōu)點在于它們允許電氣元件(加熱器、傳感器等)穿過疊層玻璃窗的厚度進行傳輸。

30、在特定實施例中，結(jié)構(gòu)層片的玻璃片由礦物玻璃或有機玻璃制成。

31、在特定實施例中，每個夾層都是由熱塑性聚氨酯(tpu)、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)、離聚物樹脂或澆注樹脂制成的粘合劑層。

32、在特定實施例中，疊層玻璃窗還包括涂覆有加熱層的玻璃片，其旨在與外部環(huán)境接觸，并通過粘合劑夾層附接至該組結(jié)構(gòu)層片。

33、這種加熱玻璃片的優(yōu)點是其保護疊層玻璃窗免受霜凍，并且還可以為該組結(jié)構(gòu)層片提供額外的保護，使其免受沙子飛濺、礫石、雨刷劃痕等的影響。

34、在特定實施例中，保持元件的第一部分嵌入夾層中，第一結(jié)構(gòu)層片通過夾層粘接至第二結(jié)構(gòu)層片。

35、在特定實施例中，保持元件的第一部分通過粘接固定在周邊凹槽中，周邊凹槽加工在所述夾層中、或者甚至在所述第一和第二結(jié)構(gòu)層片中的至少一者中，例如對稱地在所述第一和第二結(jié)構(gòu)層片中。

36、這些布置的優(yōu)點在于，一旦疊層玻璃窗已完全組裝好，就可以制作周邊凹槽。換言之，與其中將保持元件的第一部分嵌入夾層的情況不同，此處無需考慮在玻璃窗組件的層壓階段固定所述第一部分。

37、在特定實施例中，結(jié)構(gòu)層片的玻璃片由聚合物材料制成，腔體布置在所述玻璃片中。

38、在特定實施例中，結(jié)構(gòu)層片的玻璃片由礦物玻璃制成，每個結(jié)構(gòu)層片包括：

39、-由復合材料制成的跟部和由柔性材料制成的墊片，跟部和墊片在玻璃片的邊緣處環(huán)繞玻璃片的整個周邊布置，所述墊片還定位于玻璃片和跟部之間，

40、-由復合材料制成的插入件，其布置在結(jié)構(gòu)層片的兩側(cè)，并抵靠跟部、墊片和一部分玻璃片固定。

41、此外，腔體穿過跟部以及插入件延伸，保持元件嵌入夾層中，第一結(jié)構(gòu)層片通過夾層粘接至第二結(jié)構(gòu)層片。

42、在特定實施例中，保持元件的第二部分是用于將疊層玻璃窗附接至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分。換言之，將第一部分延伸到疊層玻璃窗外部的保持元件的第二部分被構(gòu)造為用于附接至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

43、保持元件的第二部分設計為通過緊固系統(tǒng)附接至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

44、根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的玻璃窗組件的方法。所述方法包括以下步驟：

45、-將結(jié)構(gòu)層片相互組裝以形成所述疊層玻璃窗，

46、-將保持元件與所述疊層玻璃窗組裝在一起，使得所述第一部分固定地插入至少所述夾層中，通過所述夾層，第一結(jié)構(gòu)層片在疊層玻璃窗的邊緣處及環(huán)繞其整個周邊固定至第二結(jié)構(gòu)層片，并使得所述第二部分將第一部分延伸到疊層玻璃窗之外，

47、-在疊層玻璃窗和保持元件上鉆孔，形成所述腔體，

48、-將所述楔塊布置在所述腔體中。

49、在特定實施例中，制造方法可進一步單獨地或根據(jù)任何技術(shù)上可行的組合包括一個或多個以下特征。

50、在特定實施例中，組裝保持元件與疊層玻璃窗的步驟在將第一和第二結(jié)構(gòu)層片相互組裝的步驟期間通過將固定元件的第一部分嵌入夾層進行的，第一結(jié)構(gòu)層片通過該夾層附接至第二結(jié)構(gòu)層片。

51、在特定實施例中，組裝保持元件與疊層玻璃窗的步驟是一旦將第一和第二結(jié)構(gòu)層片相互組裝的步驟完成后進行的，且包括：

52、-在所述夾層中，或者甚至在所述第一和第二結(jié)構(gòu)層片中的至少一者中(例如對稱地在所述第一和第二結(jié)構(gòu)層片中)加工周邊凹槽，

53、-將保持元件的第一部分粘接至所述周邊凹槽中。

54、根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種飛行器，其包括根據(jù)本發(fā)明的玻璃窗組件，玻璃窗組件布置為與所述飛行器的封殼具有空氣動力學連續(xù)性，保持元件的第二部分(被稱為“附接部分”)固定至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。

55、在特定實施例中，飛行器可進一步單獨地或以任何技術(shù)上可行的組合包括若干以下特征。

56、在特定實施例中，附接部分固定至飛行器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的所謂“支撐”部分上，所述支撐部分布置為朝向疊層玻璃窗的邊緣，所述附接部分布置在飛行器的封殼和所述支撐部分之間。

57、在特定實施例中，附接部分緊固至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的所謂“支撐”部分上，所述支撐部分朝向飛行器內(nèi)部布置在距離第二結(jié)構(gòu)層片一定距離處，所述附接部分布置在飛行器封殼和所述支撐部分之間，附接部分通過位于所述附接部分和支撐部分之間的墊片固定，在支撐部分和第二結(jié)構(gòu)層片之間還插入了由比玻璃窗更具韌性的材料制成的接觸元件。

58、在特定實施例中，附接部分固定至飛行器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的所謂“支撐”部分上，所述支撐部分布置在飛行器的封殼和所述附接部分之間。