專利名稱：與復(fù)合結(jié)構(gòu)有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于構(gòu)造諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯材。具體地，本發(fā)明涉及適于鋪覆以便與上述復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率保持一致的芯材以及包括這種芯材的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的風(fēng)輪機(jī)葉片通常由加強(qiáng)的復(fù)合材料制造而成。典型的葉片由兩個(gè)殼制成， 這兩個(gè)殼隨后被結(jié)合而形成單個(gè)單元。這樣的殼在特定的位置包括夾層板區(qū)域，該夾層板區(qū)域具有由諸如泡沫或輕木的輕質(zhì)材料形成的芯。風(fēng)輪機(jī)葉片的不同區(qū)域會受到不同的力。因此，出于結(jié)構(gòu)性的原因，所述芯的厚度通常在整個(gè)葉片中是變化的。通常，芯的厚度在5mm至45mm的范圍。圖Ia中示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的芯10。參照圖la，所述芯10包括若干個(gè)平行的縫12，這些縫有利于所述芯10的鋪覆，以使得芯10可以與葉片殼的曲率保持一致，如圖 Ib中示意性地示出的。葉片的不同區(qū)域具有不同的曲率。因此，所述芯10可能需要在葉片的不同區(qū)域中進(jìn)行不同程度的鋪覆。期望將雷達(dá)吸收材料引入(RAM)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這樣做的一個(gè)原因是旋轉(zhuǎn)的葉片具有類似于航空器的雷達(dá)信號，這種雷達(dá)信號會使空中交通管制員或其它雷達(dá)操作者難以區(qū)分航空器和風(fēng)輪機(jī)。將RAM引入葉片可以確保所得到的葉片具有減少的雷達(dá)信號，這種減少的雷達(dá)信號可以容易地與航空器區(qū)別開，并且將在雷達(dá)操作者的屏幕上產(chǎn)生較少的不想要的結(jié)果(也被稱為“雜波”)。圖Ib示出了將RAM引入葉片的已知技術(shù)。參照圖lb，葉片14包括靠近其外表面的雷達(dá)吸收層16。圖Ia的可鋪覆的芯10設(shè)置在雷達(dá)吸收層16的內(nèi)側(cè)，并且在芯10的下方設(shè)置有雷達(dá)反射層18。RAM可以是“電路模擬”(CA)吸收器，在該吸收器中，雷達(dá)吸收層 16包括設(shè)置在適當(dāng)?shù)囊r底上的電路，所述襯底例如是玻璃纖維布，并且雷達(dá)反射層18可合適地包括碳布。雷達(dá)吸收層16和雷達(dá)反射層18之間的間隔是吸收性能的重要參數(shù)，并且必須仔細(xì)地控制以獲得具有期望的吸收特性的葉片。由于葉片的變化的幾何尺寸，尤其是芯厚度中的上述變化，對層之間的間隔的仔細(xì)控制將變得更難。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括功能性層和芯，所述芯包括第一芯層；第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間；其中，所述第一芯層布置在所述功能性層和所述功能性中間層之間； 所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致均勻的；并且所述功能性層和所述功能性中間層之間的距離在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致恒定的。因此，本發(fā)明在于這樣一種拼合芯(split core)結(jié)構(gòu)，在這種拼合芯結(jié)構(gòu)中，所述芯的厚度在靠近功能性中間層布置的第一芯層和第二芯層之間劃分。
還根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括外表面和芯，所述芯包括第一芯層；第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間；其中，所述第一芯層布置在所述外表面和所述功能性中間層之間； 所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致均勻的；并且所述功能性中間層相對于所述外表面的深度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致恒定的。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以是夾層板結(jié)構(gòu)，其中，所述芯是夾層板的芯。在本文描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)形成風(fēng)輪機(jī)葉片的一部分。然而，將易于明顯的是，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于風(fēng)輪機(jī)葉片，而且還可應(yīng)用于下述任何復(fù)合結(jié)構(gòu)，在這種復(fù)合結(jié)構(gòu)中，期望將功能性層維持在與另一功能性層相距大致恒定距離處或相對于復(fù)合結(jié)構(gòu)的外表面位于大致恒定的深度處。如果在復(fù)合結(jié)構(gòu)中結(jié)合了 RAM，則功能性中間層可包括RAM反射層，例如，碳素紙層。此外，復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能層可以是或可以包括RAM吸收層。RAM吸收層可以被定位成靠近復(fù)合結(jié)構(gòu)的外表面。RAM吸收層和RAM反射層由于具有大致恒定厚度的第一芯層而隔開大致恒定的距離。這可確保一致的RAM性能。所述芯的總厚度可以通過改變第二芯層的厚度來改變，而不用改變第一芯層的厚度。因此，第二芯層的厚度在整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)中可以是變化的，以改變所述芯的總厚度。因?yàn)閷τ谒行竞穸葋碚f，第一芯層的厚度保持不變，所以可以在整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)中獲得一致的雷達(dá)吸收性能。此外，RAM設(shè)計(jì)較少程度地受到預(yù)定芯厚度的限制。因?yàn)檫@種拼合芯設(shè)計(jì)在全部芯厚度上具有一致的RAM性能，所以功能性得到了改進(jìn)。芯層優(yōu)選由輕質(zhì)材料形成。適當(dāng)?shù)牟牧习ň哂虚_孔或閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫、復(fù)合泡沫、輕木以及復(fù)合蜂窩材料。所述芯優(yōu)選具有一體的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述芯被預(yù)制成使得功能性中間層在制造所述復(fù)合結(jié)構(gòu)之前被嵌入在芯內(nèi)。所述芯可用于預(yù)浸料坯或樹脂注入模制或其它相容的模制方案。對于在風(fēng)輪機(jī)葉片中的應(yīng)用，第一芯層的厚度通常在10至15mm 的范圍內(nèi)，并且第二芯層的厚度通常在5至35mm的范圍內(nèi)。這些厚度適于吸收1至3千兆赫(GHz)范圍內(nèi)的航空雷達(dá)信號。然而，應(yīng)理解，可能需要不同的厚度以便吸收更高或更低的頻率。RAM吸收層可包括承載電路的布襯底，所述電路可使用導(dǎo)電材料通過已知的沉積技術(shù)來提供。布可由玻璃或其它適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)性纖維織造而成。優(yōu)選地，布具有低運(yùn)動交織， 以使得可以將導(dǎo)致電路元件損壞的纖維運(yùn)動減到最少。平紋是低運(yùn)動交織的一個(gè)例子。在本發(fā)明的稍后描述的實(shí)施例中，布是平紋E玻璃。如前所述，復(fù)合結(jié)構(gòu)可以是風(fēng)輪機(jī)葉片。因此，本發(fā)明的概念包括具有這種葉片的風(fēng)輪機(jī)，以及包括一個(gè)或更多個(gè)這種風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)電場。本發(fā)明的概念還包括一種具有夾層板結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，夾層板的芯包括 第一芯層和第二芯層；以及布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間的雷達(dá)反射層；其中，所述第一芯層的厚度在整個(gè)風(fēng)輪機(jī)葉片中是大致均勻的，使得所述雷達(dá)反射層被維持在與所述風(fēng)輪機(jī)葉片的雷達(dá)吸收層相距大致恒定的距離處。所述第二芯層的厚度可以整個(gè)葉片中變化以改變所述芯的總厚度。所述雷達(dá)吸收層可在不同芯厚度的葉片的整個(gè)區(qū)域中具有相同的設(shè)計(jì)。此外，同樣，本發(fā)明的概念包括具有這種葉片的風(fēng)輪機(jī)，或包括一個(gè)或更多個(gè)這種風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)電場。
可能期望將其它功能嵌入在所述芯內(nèi)。盡管有可能在所述芯中的不同位置具有兩種或更多種功能，但期望在同樣的位置具有所述功能。例如，可以代替RAM反射層，或者除了 RAM反射層之外，在兩個(gè)芯層之間包括光纖。在風(fēng)輪機(jī)葉片的情況下，光纖可用于測量葉片中不同位置處承受的負(fù)荷。方便地，任何嵌入的功能都受到第一芯層和第二芯層的保護(hù)。還根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，該芯包括第一芯層； 第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間； 其中，所述第一芯層和所述第二芯層以及所述功能性中間層結(jié)合在一起形成一體的芯材； 并且所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述芯中是均勻的。應(yīng)理解，以上關(guān)于復(fù)合結(jié)構(gòu)描述的其他優(yōu)選和/或可選特征同樣可適用于該芯，但是出于簡要的原因而沒有重復(fù)描述。例如，可以在芯中嵌入RAM反射層和/或光纖，并且第二芯層的厚度可以在整個(gè)芯中是變化的，以改變芯的總厚度，并因此適于諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求。諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的彎曲的復(fù)合結(jié)構(gòu)是在下述模具中制造的，這種模具具有對應(yīng)于所述結(jié)構(gòu)所要求的曲率的彎曲表面。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)所要求的曲率，模具的表面可具有凸曲形和/或凹曲形的區(qū)域。在鋪設(shè)彎曲的所述結(jié)構(gòu)時(shí)，所述芯與組成所述結(jié)構(gòu)的其它層一起鋪設(shè)在模具中。所述芯的柔性必須足以使得它們可被鋪覆以便與模具的曲率保持一致，并因此與所得到的結(jié)構(gòu)的曲率保持一致。為此，如以下關(guān)于本發(fā)明的第二方面更詳細(xì)地描述的，上述芯可適于方便地鋪覆。重要的是，結(jié)合在中間層區(qū)域中的任何功能均應(yīng)在制造所述芯的過程中、制造所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的過程中以及在使用所述復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)保持完整。例如，在RAM應(yīng)用中，當(dāng)中間層包括碳布時(shí)，不期望刺穿所述碳布，因?yàn)檫@將不利地影響其作為RAM反射器的性能。而且， 如果在中間層區(qū)域中包括光纖，則這些光纖必須也保持完整，以使得它們能夠?qū)崿F(xiàn)其功能。為了滿足這些要求，根據(jù)本發(fā)明的第二方面在于一種用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，該芯包括第一芯層；第二芯層；以及在所述第一芯層和所述第二芯層之間的中間層區(qū)域；其中， 所述第一芯層和所述第二芯層這兩者中的至少一者具有不中斷所述中間層區(qū)域的鉸鏈部。鉸鏈部有利于所述芯的鋪覆，同時(shí)還能維持中間層區(qū)域以及布置在中間層區(qū)域中的任何材料的連續(xù)性。這對于RAM應(yīng)用是重要的，因?yàn)槠茐奶疾紝拥倪B續(xù)性會不利地影響其RAM性能。這在光纖被布置在中間層區(qū)域中時(shí)也是重要的，因?yàn)楸仨毦S持光纖的連續(xù)性以使得它們可以實(shí)現(xiàn)其功能。鉸鏈部是增強(qiáng)第一芯層和第二芯層的柔性的鉸接裝置。鉸鏈部可包括芯層中的弱化線或局部變薄的部分。例如，鉸鏈部可由促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形限定，所述促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形例如是芯層中的不連續(xù)部、凹槽、溝道、縫或槽。鉸鏈部用作接頭。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在芯層中設(shè)置有縫以利于鋪覆。所述縫可通過從芯層去除材料或不去除材料來設(shè)置。在第一芯層中可設(shè)置有多個(gè)第一縫，并且在第二芯層中可設(shè)置有多個(gè)第二縫。多個(gè)第一縫在第一芯層中延伸的深度均不超過第一芯層的厚度。類似地，多個(gè)第二縫在第二芯層中延伸的深度均不超過第二芯層的厚度。優(yōu)選地，多個(gè)第一縫在第一芯層中延伸的深度均小于第一芯層的厚度。還優(yōu)選的是，多個(gè)第二縫在第二芯層中延伸的深度均小于第二芯層的厚度。因此，多個(gè)第一縫和多個(gè)第二縫不穿過中間層區(qū)域。因此，這種芯拼合方案有利于所述芯的鋪覆，同時(shí)還有利于維持中間層區(qū)域的連續(xù)性。
可將功能嵌入在所述芯內(nèi)。例如，中間層區(qū)域可包括光纖和/或RAM反射中間層， 比如，碳素紙。方便地，任何這種被嵌入的功能都受到第一芯層和第二芯層的保護(hù)。芯層優(yōu)選由輕質(zhì)材料形成。適當(dāng)?shù)牟牧习ň哂虚_孔或閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫、復(fù)合泡沫、輕木以及復(fù)合蜂窩材料。所述芯優(yōu)選具有一體的結(jié)構(gòu)。所述鋪覆方案對于非功能性應(yīng)用也是有利的，所述非功能性應(yīng)用也就是中間層區(qū)域不包括諸如碳布或光纖的功能的應(yīng)用。例如，所述芯可以是第一芯層和第二芯層借助于設(shè)置在中間層區(qū)域(也就是“粘合性中間層”)中的粘合劑結(jié)合在一起的結(jié)合芯。結(jié)合芯通常比同樣厚度的單層芯的強(qiáng)度大，并且所述鋪覆方案有利于鋪覆，而不會刺穿或以其它方式破壞粘合性中間層的連續(xù)性。因此，有利于結(jié)合芯的鋪覆，而不會減少所述芯層之間的結(jié)合區(qū)域或降低結(jié)合強(qiáng)度。在以下的描述中，術(shù)語“最內(nèi)側(cè)”和“最外側(cè)”將用于以芯層的相對布置來表示芯層相對于鋪覆曲率半徑的區(qū)域。將變得清楚的是，根據(jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的局部曲率，給定的芯層， 例如，第一芯層，可以是所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域中的最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)。當(dāng)在鋪設(shè)復(fù)合體的過程中在模具中鋪覆芯時(shí)，所述芯層中的一個(gè)芯層變?yōu)橄鄬τ阡伕睬拾霃絹碚f的最內(nèi)側(cè)，并且另一個(gè)芯層變?yōu)橄鄬τ阡伕睬拾霃絹碚f的最外側(cè)。例如，如果第二芯層相對于模具的凸曲形區(qū)域中的鋪覆曲率半徑來說是最內(nèi)側(cè)，則第一芯層相對于前述鋪覆曲率半徑來說將是最外側(cè)；于是，第一芯層相對于模具的凹曲形區(qū)域中的鋪覆曲率半徑來說是最內(nèi)側(cè)，第二芯層相對于前述鋪覆曲率半徑來說將是最外側(cè)。復(fù)合結(jié)構(gòu)的曲率可以在整個(gè)結(jié)構(gòu)中是不同的。實(shí)際上，曲率可在整個(gè)結(jié)構(gòu)上變動的凹曲率和凸曲率之間轉(zhuǎn)換；現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)葉片也是如此。因此，如上所述，芯層可在結(jié)構(gòu)的一個(gè)區(qū)域中相對于鋪覆曲率半徑位于最內(nèi)側(cè)，并且在該結(jié)構(gòu)的另一區(qū)域中相對于鋪覆曲率半徑位于最外側(cè)。如以下作為實(shí)施例所描述的，所述芯層中的鉸鏈部可適當(dāng)?shù)貥?gòu)造為針對給定的芯厚度獲得所需的鋪覆高度。在這方面，“低鋪覆”是指鋪覆曲率半徑相對較大的情形；而“高鋪覆”是指鋪覆曲率半徑相對較小的情形。對于低鋪覆，第一芯層中的鉸鏈部的寬度和間隔可類似于第二芯層中的鉸鏈部的寬度和間隔。較高的鋪覆高度可通過增加芯層的柔性和/或通過增加所述芯變短和/或變長的能力以獲得給定的曲率半徑來實(shí)現(xiàn)。為此，可以增加芯層區(qū)域中的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形的尺寸。 當(dāng)促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形是縫的形式時(shí)，縫可以加寬以增加該縫的尺寸。如果芯層的最內(nèi)側(cè)區(qū)域的厚度增加了，則可能需要增加所述芯層的那個(gè)區(qū)域中的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形的尺寸以便獲得所需的鋪覆高度。一般而言，當(dāng)增加促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形的尺寸時(shí)，期望增加該促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形之間的間隔，以使得芯層中有足夠的芯材以獲得所述芯的結(jié)構(gòu)目標(biāo)。芯層中的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形可具有V形橫截面(本文中也被稱為“V形截面”)或以其它方式向內(nèi)朝向中間層區(qū)域向內(nèi)漸縮的橫截面。對于給定的鋪覆能力來說，在防止流入過多的樹脂方面是令人滿意的。例如，由V形截面的縫限定的鉸鏈部的運(yùn)動能力類似于由具于同樣尺寸的縫開口的側(cè)邊平行的縫限定的鉸鏈部的運(yùn)動能力。然而，V形截面的縫的體積將小于側(cè)邊平行的縫的體積，因此，V形截面的縫中流入的樹脂較少，同時(shí)芯的鋪覆能力卻是相似的。在芯層的在被鋪覆時(shí)將相對于鋪覆曲率半徑位于最內(nèi)側(cè)的區(qū)域中，V形截面的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形或以其它方式朝向中間層區(qū)域漸縮的構(gòu)形也是令人滿意的；這可以防止這些區(qū)域中的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形靠得太近而因此在鋪覆所述芯時(shí)趨于阻止進(jìn)一步的彎曲。然而， 如果在芯層的最外側(cè)區(qū)域中也設(shè)置這些形狀的構(gòu)形，則當(dāng)鋪覆所述芯時(shí)這些構(gòu)形可能會不令人滿意地變寬。因此，可能期望在整個(gè)給定的芯層中具有不同輪廓的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形。例如，可以在芯層在被鋪覆時(shí)位于最內(nèi)側(cè)的區(qū)域中設(shè)置V形截面或以其它方式適當(dāng)?shù)貪u縮的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形，同時(shí)可以在同一芯層在被鋪覆時(shí)位于最外側(cè)的區(qū)域中設(shè)置非漸縮的構(gòu)形。由以上的實(shí)施例可知，將變得明顯的是，第一芯層中促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形可以不同于第二芯層中促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形和/或第一芯層中促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形構(gòu)造可以不同于第二芯層中促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形構(gòu)造。例如，一個(gè)芯層可具有V形截面的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形，而另一芯層可具有側(cè)邊平行的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形。還將變得明顯的是，在整個(gè)第一芯層和/或第二芯層中，促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形在類型和/或構(gòu)造方面可以不同。例如，至少一個(gè)芯層可具有包括V形截面的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形的區(qū)域以及包括平行狀的截面的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形的區(qū)域。所述芯可具有一體的結(jié)構(gòu)，并且可以是分離的板或片的形式。這些板或片的邊緣可以被倒角以提供板之間的倒角的接頭。當(dāng)具有較高的鋪覆時(shí)，倒角的邊緣的益處尤其明
Mo可以在所述芯層中設(shè)置平行的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形以有利于在單個(gè)方向鋪覆?？商鎿Q地，促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形可例如以十字交叉圖案相互交叉，以有利于在不止一個(gè)方向鋪覆。應(yīng)理解，本發(fā)明的第二方面的優(yōu)選和/或可選特征可同樣應(yīng)用于本發(fā)明的第一方面，并且本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選和/或可選特征可同樣應(yīng)用于本發(fā)明的第二方面。具體地，以上關(guān)于本發(fā)明的第二方面描述的鋪覆方案可被應(yīng)用以方便鋪覆關(guān)于本發(fā)明的第一方面描述的所述芯。


已經(jīng)對附圖中的圖Ia和圖Ib進(jìn)行了說明，這兩幅圖中圖Ia是設(shè)置有縫以便于鋪覆的現(xiàn)有技術(shù)泡沫芯的示意性側(cè)視剖視圖；以及圖Ib是鋪覆在風(fēng)輪機(jī)葉片中的RAM吸收器和反射器層之間的圖Ia泡沫芯的示意性側(cè)視剖視圖。為了使本發(fā)明更易于理解，現(xiàn)在將以舉例的方式對圖2至圖6進(jìn)行說明，這些圖中圖加是包括第一芯層和第二芯層的拼合芯的示意性側(cè)視剖視圖，第一芯層和第二芯層均設(shè)置有縫以便于在制造如圖2b所示的復(fù)合結(jié)構(gòu)期間鋪覆拼合芯，其中，在第一芯層和第二芯層之間示出了功能性中間層；圖2b是諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視剖視圖，其中，圖加的拼合芯以鋪覆構(gòu)型示出，并且布置在復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能性層的內(nèi)側(cè)；圖3a是類似于圖加的拼合芯但具有較厚的第二芯層的拼合芯的示意性側(cè)視剖視圖；圖北是諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視剖視圖，其中，圖3a的拼合芯以鋪覆構(gòu)型示出，并且布置在復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能性層的內(nèi)側(cè)；圖如是具有夾層板結(jié)構(gòu)并且包括拼合芯的風(fēng)輪機(jī)葉片的示意性側(cè)視剖視圖；圖4b是圖如的葉片在轉(zhuǎn)子轂附近的區(qū)域的放大的示意性側(cè)視剖視圖，在所述區(qū)域中，拼合芯具有相對較厚的第二芯層；圖如是圖如的葉片在葉片尖端附近的區(qū)域的放大的示意性側(cè)視剖視圖，在所述區(qū)域中，拼合芯具有相對較薄的第二芯層；圖5是結(jié)合芯的示意性側(cè)視剖視圖，所述結(jié)合芯包括通過粘合性中間層接合在一起的第一芯層和第二芯層，第一芯層和第二芯層均包括多個(gè)縫以便于鋪覆；圖6a是與圖加的拼合芯類似的拼合芯的示意性側(cè)視剖視圖，該圖中示出了表示縫的寬度以及縫之間的間隔的標(biāo)記；以及圖6b是圖6a的拼合芯的示意性側(cè)視剖視圖，其中，拼合芯鋪覆在模具的凸曲形區(qū)域中，并且示出了鋪覆曲率的半徑。
具體實(shí)施例方式圖加示出了用于構(gòu)造諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)的拼合芯20。參照圖加，拼合芯 20是一體的結(jié)構(gòu)，并且包括第一芯層22和第二芯層對，這兩個(gè)芯層均由輕質(zhì)芯材(例如， 泡沫)制成。在第一芯層22和第二芯層M之間布置有功能性中間層沈。這三個(gè)層22、24、 26通過適當(dāng)?shù)恼澈蟿┙Y(jié)合在一起，使得功能性中間層沈被嵌入在所得到的芯20內(nèi)。在該實(shí)施例中，功能性中間層沈是碳布層，該碳布層用作雷達(dá)的背反射器，并且在后文將被稱為“RAM反射器層”。如圖2b所示以及后文更詳細(xì)地描述的，拼合芯20適于鋪覆以便與結(jié)合該拼合芯的復(fù)合結(jié)構(gòu)的所要求的曲率保持一致。所述曲率由在制造復(fù)合結(jié)構(gòu)期間供鋪設(shè)拼合芯20 的模具(未示出)的曲率限定。參照圖2b，拼合芯20被示出為布置在諸如風(fēng)輪機(jī)葉片的復(fù)合結(jié)構(gòu)30的功能性中間層觀的內(nèi)側(cè)。在該實(shí)施例中，功能性層觀是在后文被稱為“RAM 吸收器層”的雷達(dá)吸收層。RAM吸收器層觀包括設(shè)置在平紋E玻璃層中的電路。RAM吸收器層觀被布置為靠近復(fù)合結(jié)構(gòu)30的外表面(未示出)。如本發(fā)明的背景中所描述的，RAM吸收器層觀與RAM反射器層沈之間的相對間隔是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且影響RAM的性能。在該實(shí)施例中，RAM吸收器層觀與RAM反射器層沈之間的相對間隔由在復(fù)合結(jié)構(gòu)30中隔開這兩層的第一芯層22的厚度決定。對于 RAM吸收器層觀的給定設(shè)計(jì)來說，一致的RAM性能是通過確保第一芯層22在整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu) 30中具有大致均勻的厚度來實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意，圖2b中的拼合芯20已被鋪覆。在第一芯層22和第二芯層M中設(shè)置有縫32a、32b，以利于以后文參照圖6a和圖6b所描述的方式鋪覆。忽略RAM反射器層沈的通常很小的厚度，拼合芯20的總厚度(T’)等于第一芯層 22的厚度(V )和第二芯層M的厚度(V )的總和，即，T’ = V +V。現(xiàn)在參照圖3a，示出了拼合芯40，該拼合芯具有一體的結(jié)構(gòu)，并且包括第一芯層 42、第二芯層44以及布置在第一芯層42和第二芯層44之間的呈RAM反射層形式的功能性中間層46。第一芯層42的厚度(t/，)與圖2的拼合芯20的第一芯層22的厚度U1，)相同。但是，第二芯層44的厚度(t2”)大于圖2的拼合芯20的第二芯層M的厚度(t2’)。 因此，圖3的拼合芯40的總厚度(T”)大于圖2的拼合芯20的總厚度(T’ )。圖2和圖3的對比表明，拼合芯20、40的總厚度T可以通過僅改變第二芯層M、44 的厚度t2來改變；第一芯層22、42的厚度、可以保持不變，而不管芯的總厚度T。因此，拼合芯的這種設(shè)計(jì)允許改變芯的總厚度T，而不會影響RAM反射器層沈、46和RAM吸收器層 28,48之間的間隔，該間隔將由第一芯層M、44的厚度、決定。因此，簡化了均勻的RAM的設(shè)計(jì)方案而與總厚度T無關(guān)。這與圖Ib中的現(xiàn)有技術(shù)形成了對比，圖Ib中的現(xiàn)有技術(shù)需要針對每種芯厚度進(jìn)行不同的RAM吸收器設(shè)計(jì)。本發(fā)明的拼合芯20、40減少了鋪設(shè)的復(fù)雜性，有利于庫存管理，并且消除了在復(fù)合結(jié)構(gòu)的給定區(qū)域中使用錯(cuò)誤的RAM布的風(fēng)險(xiǎn)。圖如中示意性地示出了具有夾層板結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機(jī)葉片50，該風(fēng)輪機(jī)葉片包括大致如上所述的拼合芯52。葉片50從連接至轉(zhuǎn)子輪轂56的葉片根端M延伸到葉片尖端58。 如圖4b和圖如所示，拼合芯52具有第一芯層60、第二芯層62以及布置在第一芯層60和第二芯層62之間的雷達(dá)反射中間層64。雷達(dá)吸收層66布置為靠近葉片50的外表面68。與葉片尖端58相比，葉片根端M需要更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，芯52在葉片根端 54(圖4b)處的厚度大于在葉片尖端58(圖4c)處的厚度。參照圖4b和圖如，第二芯層62 在靠近葉片根端M的區(qū)域(圖4b)相對較厚(例如，大約30mm)，而在靠近葉片尖端58的區(qū)域(圖4c)相對較薄(例如，大約5mm)。然而，第一芯層60在上述兩個(gè)區(qū)域(圖4b和圖 4c)中具有相同的厚度(例如，大約IOmm)。因此，RAM吸收器層66和RAM反射器層64之間的間隔在葉片50的上述兩個(gè)區(qū)域中是相同的。這可便于在上述兩個(gè)區(qū)域中具有一致的 RAM性能。更確切地講，使用于芯的總厚度不同的葉片50的不同區(qū)域中的RAM吸收器的設(shè)計(jì)得以簡化，只要第一芯層60在這些區(qū)域中的厚度相同即可。進(jìn)一步擴(kuò)展思路，單種設(shè)計(jì)的RAM布可以用于整個(gè)葉片50，只要第一芯層60在整個(gè)葉片60上具有大致一致的厚度即可。還應(yīng)注意，在接近風(fēng)輪機(jī)葉片50的葉片根端M的位置，鋪覆得相對較高，而在接近葉片尖端58的位置，鋪覆得相對較低。為了適應(yīng)這些特性，第二芯層62中的縫在不同的位置是不相同的，而第一芯層60的縫結(jié)構(gòu)則保持不變。具體地，在靠近葉片根端M的高鋪覆區(qū)域中第二芯層62相對較厚的情況下，與靠近葉片尖端58的相對較薄的第二芯層62相比，相對較厚的第二芯層中的縫相對來說更寬，并且間隔更大。將在下文參照圖6a和圖6b 更詳細(xì)地描述芯層厚度、縫寬度以及縫間距之間的優(yōu)選關(guān)系。這種拼合芯設(shè)計(jì)的額外益處是，嵌入的RAM反射器層沈、46、64在兩側(cè)分別受到第一芯層和第二芯層的保護(hù)。在本發(fā)明的未在圖中示出的另一實(shí)施例中，可在芯20、40、52中嵌入其他材料。例如，可在第一芯層和第二芯層之間的區(qū)域(此處也被稱為“中間層區(qū)域”) 中包括光纖。在風(fēng)輪機(jī)葉片的情況下，光纖可用于測量葉片中不同位置處承受的負(fù)荷。有利地，光纖將受到拼合芯結(jié)構(gòu)的保護(hù)。重新參照圖Ib中示出的現(xiàn)有技術(shù)芯10，延伸通過芯10的大部分厚度的縫12有利于鋪覆。如果將這種鋪覆方案應(yīng)用于圖2至圖4的拼合芯結(jié)構(gòu)，則縫將延伸穿過碳布沈、 46、64，并將破壞其作為RAM反射器的性能。因此，已經(jīng)開發(fā)出了一種便于鋪覆拼合芯20、 40,52而不會破壞中間層的連續(xù)性的替代性方案。將參照圖2、3、5和6描述該替代性鋪覆方案。重新參照圖2，在第一芯層22和第二芯層M中設(shè)置有多個(gè)鉸鏈部68。鉸鏈部68 由呈縫32a、32b的形式的促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形70限定；具體地，每個(gè)鉸鏈部68均正好位于相應(yīng)的縫32a、32b的下方。多個(gè)第一縫3 設(shè)置在第一芯層22中，多個(gè)第二縫32b設(shè)置在第二芯層M中。為了不破壞中間層沈的連續(xù)性，縫32a、32b在未到達(dá)中間層沈時(shí)就已停止； 換句話說，多個(gè)第一縫3 在第一芯層22中延伸的深度均小于第一芯層22的厚度、(圖 2)，并且多個(gè)第二縫32b在第二芯層M中延伸的深度均小于第二芯層M的厚度t2 (圖2)。 縫的這種結(jié)構(gòu)有利于鋪覆而不會切斷RAM反射器層沈，如果切斷RAM反射器層沈，則會破壞其RAM性能。上述鋪覆方案對于非功能性應(yīng)用也是有利的，所述非功能性應(yīng)用也就是中間層不包括諸如碳布或光纖的功能的應(yīng)用。例如，上述鋪覆方案也可用于結(jié)合芯，以便有利于鋪覆而不會切穿芯層之間的粘合性層，并因此不會減少結(jié)合區(qū)域或降低芯層之間的結(jié)合強(qiáng)度。 結(jié)合芯通常比同樣厚度的單層芯的強(qiáng)度大。圖5中示出了結(jié)合芯80的實(shí)施例。參照圖5，結(jié)合芯80包括通過粘合性中間層86 結(jié)合在一起的第一芯層82以及第二芯層84。為了便于鋪覆，第一芯層82包括多個(gè)第一縫 88a,并且第二芯層84包括多個(gè)第二縫88b。多個(gè)第一縫88a在第一芯層82中延伸的深度小于第一芯層82的厚度，同時(shí)多個(gè)第二縫88b在第二芯層84中延伸的深度小于第二芯層 84的厚度?？p的這種結(jié)構(gòu)有利于鋪覆，而不會破壞粘合性中間層86，也不會弱化芯層82、84 之間的結(jié)合。如下文中參照圖6a和圖6b更詳細(xì)地描述的，以上針對拼合芯20、40、52、80描述的鋪覆方案在實(shí)現(xiàn)所要求的鋪覆高度以適應(yīng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的不同曲率方面具有進(jìn)一步的挑戰(zhàn)， 所述不同曲率例如是不同程度的凸曲率和凹曲率。首先參照圖6b，當(dāng)在模具90中鋪覆時(shí)，拼合芯20彎曲以與模具90的曲率保持一致。圖6b中示出了模具90的凸曲形區(qū)域。拼合芯20的曲率半徑由字母“R”表示，并且在后文中將被稱為“鋪覆曲率”半徑。在圖6b中，模具90的凸曲形區(qū)域中的第二芯層對相對于鋪覆曲率半徑R在后文被稱為“最內(nèi)側(cè)”，同時(shí)，該區(qū)域中的第一芯層22相對于該鋪覆曲率半徑R在后文被稱為“最外側(cè)”。應(yīng)理解，在模具具有凹曲率的那些區(qū)域中，第二芯層M相對于鋪覆曲率半徑將是最外側(cè)，同時(shí)，第一芯層22相對于前述鋪覆曲率半徑將是最內(nèi)側(cè)。參照圖6a，最內(nèi)側(cè)芯層M中的縫32b的寬度由al表示；最外側(cè)芯層22中的縫32a 的寬度由a2表示；最內(nèi)側(cè)芯層M中相鄰的縫32b之間的間隔由bl表示；并且最外側(cè)芯層 22中相鄰的縫3 之間的間隔由1^2表示。再次參照圖6b，對于最外側(cè)芯層22中縫3 的給定結(jié)構(gòu)(例如，對于給定的a2和 1^2)，最內(nèi)側(cè)芯層M中縫32b的結(jié)構(gòu)(例如，al和bl)將取決于最內(nèi)側(cè)芯層M的厚度和所需要的鋪覆高度。例如，如果需要低鋪覆，則多個(gè)第二縫32b的寬度和間隔可類似于多個(gè)第一縫32a的寬度和間隔(S卩，a2和1^2可類似于al和bl)；這是以假定縫3 被構(gòu)造為低鋪覆為前提的。對于較高的鋪覆高度(再次針對最外側(cè)芯層22中縫32a的給定結(jié)構(gòu))，最內(nèi)側(cè)芯層對中的縫32b可以加寬(即，al可以增加)。為了使最內(nèi)側(cè)芯層對包含足夠的芯材，力口寬最內(nèi)側(cè)芯層M中的縫32b可能又會要求增加這些縫之間的間隔(即，增加al可能又會要求增加bl)。一般而言，對于最外側(cè)芯層22中縫3 的給定結(jié)構(gòu)、最內(nèi)側(cè)芯層M中給定的縫深度以及給定的鋪覆高度，那么隨著最內(nèi)側(cè)芯層M的厚度增加，該層中需要更寬的縫32b，以便防止那些縫32b靠得太近而阻礙鋪覆。還有其它方式來防止縫32b在鋪覆拼合芯時(shí)靠得太近?？p不是必須具有平行的側(cè)邊。例如，再次參照圖3a和圖北，在拼合芯40被鋪覆時(shí)相對于鋪覆曲率半徑來說位于最內(nèi)側(cè)的第二芯層44的一部分中，拼合芯40具有V形截面的縫43 (圖北)。V形截面的縫可提供與具有相當(dāng)寬度的縫開口的側(cè)邊平行的縫類似的柔性。然而，V形截面的縫的體積小于這種側(cè)邊平行的縫的體積，這在復(fù)合體制造期間可減少流入的樹脂。因此，如果利用V形截面的縫，則可以使用較寬的縫而不會導(dǎo)致流入過多的樹脂；較寬的縫允許更大程度地?cái)D壓最內(nèi)側(cè)的芯層44且因此便于增加鋪覆高度。如果在鋪覆時(shí)位于最外側(cè)的芯層的一部分中設(shè)置V形截面的縫，則這些V形截面的縫可能會變得過寬。為此，在圖3a和圖北的拼合芯40的最外側(cè)的芯層42中設(shè)置了側(cè)邊平行的縫45。拼合芯20、40、52、80可形成為分離的板。這些板可設(shè)置有倒角的邊緣以有利于鋪覆。盡管圖中示出了平行的縫，但應(yīng)理解，為了在不止一個(gè)的平面中實(shí)現(xiàn)鋪覆，其它結(jié)構(gòu)的縫也是可能的；例如，可以利用交叉的縫(比如，采用網(wǎng)格構(gòu)形的十字交叉的縫)來便于在二維方向進(jìn)行鋪覆。應(yīng)理解，對于促進(jìn)鋪覆來說，縫不是必須的。實(shí)際上，芯層可具有其它適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)鋪覆的構(gòu)形，例如，不連續(xù)部、凹槽、溝道或槽?？梢愿淖冄刂o定芯層的促進(jìn)鋪覆構(gòu)形的類型。例如，芯層可以在鋪覆芯時(shí)相對于局部鋪覆曲率半徑來說位于最內(nèi)側(cè)的區(qū)域中具有V形槽，并且在鋪覆芯時(shí)相對于其他局部鋪覆曲率半徑來說位于最外側(cè)的區(qū)域中具有側(cè)邊平行的槽。在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述實(shí)施例作出多種其它修改。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括功能性層和芯，所述芯包括第一層芯；第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間；其中，所述第一芯層布置在所述功能性層和所述功能性中間層之間；所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致均勻的；并且所述功能性層和所述功能性中間層之間的距離在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致恒定的。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的所述功能性層包括雷達(dá)吸收材料。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述雷達(dá)吸收材料包括織布襯底上的電路。
4.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括外表面和芯，所述芯包括第一層芯；第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間；其中，所述第一芯層布置在所述外表面和所述功能性中間層之間；所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致均勻的；并且所述功能性中間層相對于所述外表面的深度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致恒定的。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述第二芯層的厚度在整個(gè)所述復(fù)合結(jié)構(gòu)中是變化的，以改變所述芯的總厚度。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)采用夾層板構(gòu)造。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)是風(fēng)輪機(jī)葉片的一部分。
8.一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有包括權(quán)利要求6所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉片；或者一種風(fēng)電場，該風(fēng)電場包括至少一個(gè)這種風(fēng)輪機(jī)。
9.一種用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，該芯包括第一層芯；第二芯層；以及功能性中間層，該功能性中間層布置在所述第一芯層和所述第二芯層之間；其中，所述第一芯層和所述第二芯層以及所述功能性中間層結(jié)合在一起而成為一體的芯材；并且所述第一芯層的厚度在整個(gè)所述芯中是均勻的。
10.如權(quán)利要求9所述的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，其中，所述第二芯層的厚度在整個(gè)所述芯中是變化的。
11.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)或者如權(quán)利要求9或10所述的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，其中，所述功能性中間層包括雷達(dá)反射層。
12.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)或芯，其中，所述雷達(dá)反射層包括碳素紙層。
13.如權(quán)利要求1至8、11、12中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)或者如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，其中，所述功能性中間層包括一根或更多根光纖。
14.如權(quán)利要求1至8、11至13中任一項(xiàng)所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)或者如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯，其中，所述第一芯層和所述第二芯層這兩者中的至少一者具有鉸鏈部以便于鋪覆所述芯。
15.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)或芯，其中，所述鉸鏈部包括所述芯層中的弱化線或局部變薄的部分，所述鉸鏈部由促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形限定，所述促進(jìn)鋪覆的構(gòu)形選自不連續(xù)部、凹槽、溝道、縫或槽。
全文摘要
描述了一種用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的拼合芯。拼合芯包括第一芯層、第二芯層以及布置在第一芯層和第二芯層之間的功能性中間層。第一芯層將功能性中間層從復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能性層和/或復(fù)合結(jié)構(gòu)的外表面分開。第一芯層的厚度在整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致均勻的，并且功能性中間層與復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能性層和/或外表面之間的距離在整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)中是大致恒定的。
文檔編號B32B5/22GK102458823SQ201080024775
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
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