復合半徑填料及其形成方法技術

本發明專利技術的名稱是復合半徑填料及其形成方法。在實施方式中提供了用于復合結構的復合半徑填料。該復合半徑填料具有兩個或更多半徑層板。每個半徑層板具有以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成的堆疊復合片的層板，該堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞兩個或更多半徑層板的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向。將每個半徑層板優選地修剪為使至少一側鄰近其它對齊，從而形成具有基本上相應于復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術的名稱是。在實施方式中提供了用于復合結構的復合半徑填料。該復合半徑填料具有兩個或更多半徑層板。每個半徑層板具有以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成的堆疊復合片的層板，該堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞兩個或更多半徑層板的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向。將每個半徑層板優選地修剪為使至少一側鄰近其它對齊，從而形成具有基本上相應于復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料。【專利說明】
本公開一般涉及復合結構，并且更具體地涉及在復合結構中諸如飛機中的使用的復合半徑(composite radius)填料以及用于形成其的方法。
技術介紹
由于它們的高強度重量比、耐腐蝕性以及其它有利的性能，復合結構諸如碳纖維增強塑料(CFRP)復合結構用在各種應用中，包括飛機、宇宙飛船、旋翼機、船舶、汽車、卡車以及其它交通工具和結構的制造。在飛機構造中，以增加數量使用復合結構來形成機身、機翼、尾部以及其它部件。例如，飛機機翼可由包括復合蒙皮板或腹板的復合加筋板結構形成，增強加強筋或桁條可被連接或結合到該復合蒙皮板或腹板從而提高復合蒙皮板或腹板的強度、剛度、抗彎性以及穩定性。連接或結合到復合蒙皮板或腹板的增強加強筋或桁條可被配置以承載各種負荷并且可以以各種不同的橫截面形狀諸如T加強筋、J加強筋以及I橫梁提供。為協助機翼的負荷承載能力，一系列的肋條可使用剪切帶連接到桁條。圖4A是用于飛機機翼18 (見圖1)的已知剪切帶和單片肋條組件68的透視圖的圖解。圖4A示出具有與桁條74和蒙皮板76接合的剪切帶72的單片肋條70。圖4B是用于飛機機翼18 (見圖1)的已知剪切帶和氣動力負載肋條組件78的透視圖的圖解。圖4B示出具有肋條82的剪切帶80。當它們垂直連接或結合到復合蒙皮板或腹板時，通過諸如T加強筋、J加強筋以及I橫梁的增強加強筋的每個彎曲件的半徑可形成間隙或空隙區域。這種間隙或空隙區域通常可稱為“半徑填料區域”或“面條狀物區域”(“noodle region”)。在增強加強筋內的這種半徑填料區域或面條狀物區域可易于開裂，因為它們可以是三維限制的。由復合材料或粘合劑/環氧樹脂材料制成并且具有大致三角形的橫截面的半徑填料元件或“面條狀物”可用于填充半徑填料區域或面條狀物區域，以便對這種區域提供額外的結構增強。存在已知的半徑填料元件或面條狀物的構造。例如，這種已知的半徑填料元件或面條狀物的構造可包括擠出的CFRP半徑填料元件或面條狀物并且捆綁具有單向纖維的所有零度片。然而，這種擠出的所有零度片CFRP半徑填料元件或面條狀物可具有高的厚度方向的熱膨脹和樹脂收縮率，其可導致高的殘余應力，即在制造期間的組件內產生的內部應力，諸如可在熱固化期間產生的熱殘余應力。此外，作為在高溫即諸如350華氏度或更高下的熱固化以及隨后暴露于低溫即諸如小于-65 (零下六十五)華氏度的期間產生的高殘余應力的結果——其可進而在CFRP半徑填料元件或面條狀物中產生應力或疲勞開裂，這種擠出的所有零度片CFRP半徑填料元件或面條狀物的單向纖維可具有低的拉脫強度并且可拉開。為了減少由于低的拉脫強度和高拉脫負荷導致的這種應力或疲勞開裂的可能性，可能需要在機翼肋條上使用剪切帶。然而，由于在肋條相交桁條的每個位置處可能需要剪切帶，這種剪切帶的使用可能給飛機添加重量。在每個肋條桁條相交處的剪切帶的添加重量可減少飛機的有用負荷能力，并且可增加燃料消耗和燃料成本。此外，在每個肋條-桁條相交處添加剪切帶可能增加制造復雜性、成本和生產時間。此外，存在已知的層壓半徑填料元件或面條狀物，其具有大致三角形的橫截面并且使用在單一方向中的多片的金字塔來構造。然而，這種已知的層壓半徑填料元件或面條狀物可能最小化已知層壓半徑填料元件或面條狀物的僅兩個點或峰處而不是已知的層壓半徑填料元件或面條狀物的全部三個點或峰處的殘余熱應力。因此，在本領域中存在提供優于已知元件、組件和方法的改進復合半徑填料和形成其的方法的需求。
技術實現思路
滿足了改進的復合半徑填料和形成其的方法的這種需求。如以下【具體實施方式】中所討論的，改進的復合半徑填料和形成其的方法的實施方式可提供顯著優于已知元件、組件和方法的優勢。在本公開的一個實施方式中，提供了用于復合結構的復合半徑填料。該復合半徑填料包括兩個或更多半徑層板。每個半徑層板包括以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成的堆疊復合片的層板，所述堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞該兩個或更多半徑層板的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向。優選地，將每個半徑層板修剪為使至少一側鄰近其它對齊，從而形成具有基本上相應于復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料。在本公開的另一個實施方式中，提供了飛機的復合組件。該飛機復合組件包括具有半徑填料區域的復合結構。該飛機復合組件進一步包括填充半徑填料區域的復合半徑填料。該復合半徑填料包括兩個或更多半徑層板。每個半徑層板包括以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成的堆疊復合片的層板，所述堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞該兩個或更多半徑層板的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向。優選地，將每個半徑層板修剪為使至少一側鄰近其它對齊，從而形成具有基本上相應于復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料。在本公開的另一個實施方式中，提供了形成復合半徑填料的方法。該方法包括在具有所需半徑的成形工具周圍包裹堆疊復合片的層板一次或多次，從而形成所需厚度的復合層板鋪疊(Iayup)的步驟。該方法進一步包括壓實(debulk)該復合層板鋪疊從而去除空隙的步驟。該方法進一步包括在待從該復合層板鋪疊中移出的一個或多個所需部分處對齊該復合層板鋪疊的所有拼接(splice)。該方法進一步包括在與該成形工具的一個或多個表面相切的一個或多個切口中從該復合層板鋪疊中移出該一個或多個所需部分的步驟。該方法進一步包括從該成形工具中移出該復合層板鋪疊的兩個或更多半徑層板的步驟。該方法進一步包括將該兩個或更多半徑層板對齊到一起，從而形成具有基本上相應于復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料的步驟。每個半徑層板以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成，堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞該復合半徑填料的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向。已經討論的特征、功能和優點可在本公開的各種實施方式中獨立地實現，或在其它實施方式中組合，參考以下說明和附圖可見其進一步的細節。【專利附圖】【附圖說明】結合附圖參考以下的【具體實施方式】可更好地理解本公開，該附圖示出優選和示例性的實施方式，但是該附圖不必按比例繪制，其中:圖1是可并入具有一個或多個復合結構的一個或多個復合組件的飛機的透視圖的圖解，該一個或多個復合結構具有本公開的復合半徑填料的實施方式；圖2是飛機生產和使用方法的流程圖的圖解；圖3是飛機的框圖的圖解；圖4A是用于飛機機翼的已知剪切帶和單片肋條組件的透視圖的圖解；圖4B是用于飛機機翼的已知剪切帶和氣動力負載肋條組件的透視圖的圖解；圖5A是以具有本公開的復合半徑填料的實施方式填充的半徑填料區域的T加強筋形式的復合結構的透視圖的圖解。；圖5B是并入具有復合半徑填料的圖5A的T加強筋的復合組件的放大的局部正面剖視圖的圖解；圖6A是成形工具本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于復合結構的復合半徑填料，其包括：兩個或更多半徑層板，每個半徑層板包括以所需半徑用所需徑向取向的堆疊復合片形成的堆疊復合片的層板，所述堆疊復合片的所需徑向取向基本上匹配圍繞所述兩個或更多半徑層板的復合結構的相鄰堆疊復合片的徑向取向，以及每個半徑層板被修剪為使至少一側鄰近其它對齊，從而形成具有基本上相應于所述復合結構的半徑填料區域的形狀的復合半徑填料。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：G·A·巴特勒，P·S·努德曼，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：