具有穩(wěn)定元件的復合結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開大體涉及復合材料和方法，并且更特別地，涉及具有穩(wěn)定元件的混合復合材料層壓板。
【背景技術】
[0002]復合材料被用于廣泛的各種結構中。在飛行器構造中，復合材料可以被用于形成機身、機翼、尾部以及其他組件。例如，飛行器機身可以由復合材料蒙皮面板構造，例如帽型桁條的復合結構構件可以被附連到該復合蒙皮面板。帽型桁條可以增加蒙皮面板的強度和剛度。
[0003]在復合結構的制作期間，復合層片的層可以被疊加在工具或模具之上。工具或模具可以被提供成最終的復合結構的期望形狀。復合層片可以包括多個高模量或高強度纖維，例如碳、玻璃或者其他纖維。纖維可以預填充例如環(huán)氧樹脂或熱塑性樹脂的聚合基體材料以形成預浸潰復合層片。復合層片內的纖維可以通常被校準或取向在單一方向(如，單向的)內，或者復合層片內的纖維可以在組織排列中在兩個或多個方向內被編排在一起。復合結構可以被設計成沿著纖維的長度傳遞主要載荷。在這方面，由單向纖維形成的復合結構可以沿纖維的縱長方向具有相對高的拉伸強度。
[0004]在預浸潰復合層片被疊加在工具或模具上之后，固化周期可以在疊層上進行。固化周期可以包括向疊層施加熱量和壓實壓力。施加熱量可以減小樹脂的粘度進而允許樹脂流動并且與鄰近復合層片內的樹脂混合在一起。施加壓實壓力可以包含在疊層之上安裝真空袋和/或將疊層定位在熱壓器內。壓實壓力可以將復合層片抵靠工具或模具壓實以便最小化或減小最終復合結構內的氣孔率和空隙。此外，壓實壓力可以將疊層壓向工具或模具以建立復合結構的最終形狀和表面光潔度。
[0005]盡管真空袋可以向預浸潰復合層片的大部分疊層施加基本均勻的壓力，但是在施加壓實壓力期間樹脂粘度的減小可以導致樹脂流向真空袋下的低壓實壓力的區(qū)域。低壓實壓力的區(qū)域可以發(fā)生在與疊層相關的幾何斷點的位置處。幾何斷點可以在固化期間導致平面外纖維移動。例如，幾何斷點可以發(fā)生在結構構件(如，桁條、加強件等)的邊緣處，所述結構構件可以被安裝或接合(相互固化、相互粘接、相互合并)到形成為未固化的預浸潰復合層片的層壓板的蒙皮面板。加強件邊緣處的幾何斷點可以導致從加強件邊緣到疊層表面的真空袋的橋接。
[0006]橋接之下的面積可以包括低壓實壓力區(qū)域。樹脂可以流向低壓實壓力區(qū)域并且可以導致復合層片內的纖維也轉向低壓實壓力區(qū)域。纖維的移動可以導致纖維聚在一起進而導致平面外纖維變形。一旦樹脂固化和凝固之后，平面外纖維變形可以成為復合結構內的永久性調整。平面外纖維變形可以影響纖維的承載能力，當所述纖維被取向在層或層片內的共同方向中時，該纖維一般被設計成提供最大的強度。在這方面，平面外纖維變形可以對最終的復合結構的特性具有低于期望的影響。
[0007]正如能夠看到的，在本領域內存在一種用于使復合結構內的平面外纖維變形最小化的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內容】

[0008]以上指出的與復合結構內的平面外纖維變形有關的需求通過本公開而被具體地處理并且緩解，本公開提供了可以包含層壓板和穩(wěn)定元件的復合結構。層壓板可以具有多個復合層片。復合結構可以包含可與層壓板相關的壓縮斷點。穩(wěn)定元件可以被包含在復合層片內并且可以位于靠近壓縮斷點。
[0009]在進一步的實施例中，所公開的是可以包含層壓板和穩(wěn)定元件的復合結構，并且其中層壓板可以具有多個復合層片。復合結構可以包含可與層壓板相關的幾何斷點。穩(wěn)定元件可以包含在復合層片中并且可以位于靠近幾何斷點。
[0010]層片穩(wěn)定器也被公開。層片穩(wěn)定器可以包含用于具有多個復合層片的層壓板的穩(wěn)定元件。層壓板可以具有與其相關的壓縮斷點。穩(wěn)定元件可以包含在復合層片中并且可以位于靠近壓縮斷點。
[0011]制造復合結構的方法也被公開。該方法可以包括將層壓板與多個復合層片疊加。層壓板可以具有與其相關的壓縮斷點或幾何斷點。該方法可以進一步包含向所述復合層片中施加穩(wěn)定元件并且使穩(wěn)定元件定位為靠近壓縮斷點或幾何斷點。
[0012]已經被論述的特征、功能和優(yōu)點能夠被獨立地實現在本公開的不同實施例中，或者可以與另一些其他的實施例結合，通過參考下文描述和以下附圖，其更多細節(jié)能夠被獲知。
【附圖說明】
[0013]參考附圖，本公開的這些和其他特征將會更加明顯，其中全文中相同的標號指的是同樣的零件，并且其中:
[0014]圖1是飛行器的透視圖；
[0015]圖2是沿圖1中的線2所取的飛行器機身的圓筒區(qū)段的透視圖；
[0016]圖3是沿圖2中的線3所取的圓筒區(qū)段的一部分的透視圖并且其說明了該圓筒區(qū)段由具有例如被裝配到其上的帽形加強件的結構性構件的面板(如，蒙皮面板)組成；
[0017]圖4是沿圖3的線4所取的圓筒區(qū)段的一部分的橫截面圖并且其說明了被耦接到面板的帽形加強件；
[0018]圖5是沿圖4的線5所取的結構構件半徑(即帽形加強件)、面板以及粘合層的分解橫截面圖示并且其說明了帽形加強件到面板的接合；
[0019]圖6是圖5中與面板相互接合的結構構件的橫截面圖示，并且其說明了通過真空袋施加壓力進而在結構構件的結構構件邊緣處(即帽形加強件的邊緣處)造成低壓實壓力區(qū)域并且導致面板的纖維的平面外變形；
[0020]圖7是圖6中結構構件和面板的橫截面圖示，所述面板具有在面板內靠近結構構件的邊緣處安裝的穩(wěn)定元件并且導致面板內平面外纖維變形的最小化；
[0021]圖8是沿圖7中的線8所取的結構構件的半徑的橫截面圖示并且其說明了通過真空袋施加壓力進而在結構構件半徑處造成高壓實壓力區(qū)域并且由于樹脂從結構構件半徑中流出而在結構構件半徑內導致半徑變薄；
[0022]圖9是圖8中的結構構件(如，帽形加強件)的結構構件半徑的橫截面圖示，所述結構構件具有被安裝在靠近結構構件半徑處的穩(wěn)定元件并且在結構構件半徑內導致半徑變薄的最小化；
[0023]圖10是沿圖7中的線10所取的結構構件半徑的半徑填充物(即條狀物)的橫截面圖示并且其說明了在靠近半徑填充物的位置處的平面外纖維變形；
[0024]圖11是圖10中的結構構件的半徑填充物的橫截面圖示，所述結構構件具有被安裝到靠近半徑填充物處的穩(wěn)定元件并且導致了平面外纖維變形的最小化；
[0025]圖12是沿圖2中的線12所取的復合圓筒的端視圖圖示并且其說明了用于裝配到圓筒區(qū)段的蒙皮面板的多個胎膜板；
[0026]圖13是被裝配到沿圖12中的線13所取的面板的加強件的橫截面圖示并且說明了發(fā)生在胎膜板的胎膜板邊緣間的間隙處的平面外纖維變形；
[0027]圖14是圖13中的帽形加強件和面板的橫截面圖示，所述面板具有被安裝在靠近胎膜板邊緣處的面板內的穩(wěn)定元件；
[0028]圖15是沿圖3的線15所取的面板內的墊片的橫截面圖示并且其說明了發(fā)生在墊片的周邊邊緣處的平面外纖維變形；
[0029]圖16是圖15內的墊片的橫截面圖示并且其導致了面板內平面外纖維變形的最小化；
[0030]圖17是穩(wěn)定元件和復合層片的橫截面圖示，所述穩(wěn)定元件和復合層片被排列使得穩(wěn)定元件邊緣和層片邊緣以彼此相對的關系布置；
[0031]圖18是穩(wěn)定元件和復合層片的橫截面圖示，所述穩(wěn)定元件和復合層片被布置使得穩(wěn)定元件邊緣和層片邊緣以彼此重疊的關系布置；
[0032]圖19是具有可以被包含在制造復合結構的方法內的一個或多個操作的流程圖的圖示；
[0033]圖20是具有至少一個穩(wěn)定元件的復合結構的方塊圖的圖示；
[0034]圖21是飛行器生產和維護方法的流程圖的圖示；
[0035]圖22是飛行器的方塊圖；
【具體實施方式】
[0036]現在參考附圖，其中所顯示的內容是出于說明本公開中優(yōu)選的和不同實施例的目的，圖1中所顯示的是由一個或多個復合結構200形成的客運飛行器100的透視圖。例如，飛行器100可以包含機身102和從機身102向外延伸的一對機翼106。機身102可以由一個或多個圓筒區(qū)段104組成，其中每個圓筒區(qū)段104可以被形成為復合結構200。每一個機翼106也可以被形成為復合結構200。尾翼108可以包含可以另外地形成為復合結構200的水平安定面110、升降舵112、垂直安定面114以及方向舵116。盡管本公開被描述在如圖1所說明的固定翼客運飛行器100的背景中，但是所公開的實施例可以被應用到不具有限制的任何配置的飛行器中。在這方面進一步地，所公開的實施例可以被實施在任何車載或非車載應用上(無限制)并且不局限于實施在飛行器100上。
[0037]參考圖2，所顯示的是機身102 (圖1)的圓筒區(qū)段104的一部分的透視圖。圓筒區(qū)段104可以被形成為復合結構200并且可以包含一個或多個面板206 (如，蒙皮面板)。每個面板206可以被形成為由多個復合層片214組成的層壓板204。面板206可以由多個結構構件400支撐。每一個結構構件400也可以被形成為由多個復合層片214組成的層壓板204。在圖2中，支撐一個或多個面板206(如，蒙皮面板)的結構構件400可以包括多個周向間隔、縱向延伸的桁條402或帽形加強件404和多個軸向間隔的框架202。在一個實施例中，帽形加強件404可以承受軸向力(未顯示)，例如軸向拉伸載荷(未顯示)、彎曲載荷(未顯示)以及其他載荷。框架202可以維持機身102的形狀并且可以承受周向或箍筋載荷(hoop load)(未顯示)和其他載荷。框架202和帽形加強件404可以增強機身102在彎曲(未顯示)下的屈曲強度(未顯示)。框架202和帽形加強件404也可以一起增加一個或多個面板206的扭轉和彎曲剛度(未顯示)以及由框架202和帽形加強件404提供的其他品質。
[0038]參考圖3，所顯示的是圓筒區(qū)段104(圖1)的一部分的透視圖，其說明了面板206具有被裝配到面板206的多個結構構件400 (如，帽形加強件404)并且形成了復合結構200。在一個實施例中，一個或多個結構構件400 (如，帽形加強件404)可以被形成為如上提到的復合層片214的層壓板204。一個或多個結構構件400可以通過將結構構件400接合、相互接合或相互固化到下文更詳細地描述的面板206而被固定到面板206。正如在此所使用的，結構構件400可以包含帽形加強件404、框架202(圖2)、桁條(未顯示)或者可以被結合到面板206的任何配置或幾何結構而無限制的任何其他結構構件400。有利的是，復合結構200可以包含包括穩(wěn)定兀件300的一個或多個層片穩(wěn)定器,所述穩(wěn)定兀件300被配置為向復合層片214提供剛性并且減輕或防止壓實、合并或固化(未顯示)復合結構200期間例如在壓實、合并或固化復合結構200期間的平面外纖維變形244(圖6)。
[0039]參考圖4，所顯示的是圓筒區(qū)段104(圖1)的橫截面圖，其說明了被裝配到面板206的多個結構構件400 (如，帽形加強件404)。每一個結構構件400可以表示與面板206相關聯的至少一個壓縮斷點258。在一個實施例中，壓縮斷點258可以發(fā)生在不均勻的壓實壓力329被施