专利名称：与复合结构有关的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于构造诸如风轮机叶片的复合结构的芯材。具体地，本发明涉及适于铺覆以便与上述复合结构的曲率保持一致的芯材以及包括这种芯材的复合结构。
背景技术：
现有的风轮机叶片通常由加强的复合材料制造而成。典型的叶片由两个壳制成， 这两个壳随后被结合而形成单个单元。这样的壳在特定的位置包括夹层板区域，该夹层板区域具有由诸如泡沫或轻木的轻质材料形成的芯。风轮机叶片的不同区域会受到不同的力。因此，出于结构性的原因，所述芯的厚度通常在整个叶片中是变化的。通常，芯的厚度在5mm至45mm的范围。图Ia中示意性地示出了现有技术的芯10。参照图la，所述芯10包括若干个平行的缝12，这些缝有利于所述芯10的铺覆，以使得芯10可以与叶片壳的曲率保持一致，如图 Ib中示意性地示出的。叶片的不同区域具有不同的曲率。因此，所述芯10可能需要在叶片的不同区域中进行不同程度的铺覆。期望将雷达吸收材料引入(RAM)叶片的复合结构。这样做的一个原因是旋转的叶片具有类似于航空器的雷达信号，这种雷达信号会使空中交通管制员或其它雷达操作者难以区分航空器和风轮机。将RAM引入叶片可以确保所得到的叶片具有减少的雷达信号，这种减少的雷达信号可以容易地与航空器区别开，并且将在雷达操作者的屏幕上产生较少的不想要的结果(也被称为“杂波”)。图Ib示出了将RAM引入叶片的已知技术。参照图lb，叶片14包括靠近其外表面的雷达吸收层16。图Ia的可铺覆的芯10设置在雷达吸收层16的内侧，并且在芯10的下方设置有雷达反射层18。RAM可以是“电路模拟”(CA)吸收器，在该吸收器中，雷达吸收层 16包括设置在适当的衬底上的电路，所述衬底例如是玻璃纤维布，并且雷达反射层18可合适地包括碳布。雷达吸收层16和雷达反射层18之间的间隔是吸收性能的重要参数，并且必须仔细地控制以获得具有期望的吸收特性的叶片。由于叶片的变化的几何尺寸，尤其是芯厚度中的上述变化，对层之间的间隔的仔细控制将变得更难。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种复合结构，该复合结构包括功能性层和芯，所述芯包括第一芯层；第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间；其中，所述第一芯层布置在所述功能性层和所述功能性中间层之间； 所述第一芯层的厚度在整个所述复合结构中是大致均勻的；并且所述功能性层和所述功能性中间层之间的距离在整个所述复合结构中是大致恒定的。因此，本发明在于这样一种拼合芯(split core)结构，在这种拼合芯结构中，所述芯的厚度在靠近功能性中间层布置的第一芯层和第二芯层之间划分。
还根据本发明的第一方面，提供了一种复合结构，该复合结构包括外表面和芯，所述芯包括第一芯层；第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间；其中，所述第一芯层布置在所述外表面和所述功能性中间层之间； 所述第一芯层的厚度在整个所述复合结构中是大致均勻的；并且所述功能性中间层相对于所述外表面的深度在整个所述复合结构中是大致恒定的。所述复合结构可以是夹层板结构，其中，所述芯是夹层板的芯。在本文描述的本发明的实施例中，复合结构形成风轮机叶片的一部分。然而，将易于明显的是，本发明不仅可应用于风轮机叶片，而且还可应用于下述任何复合结构，在这种复合结构中，期望将功能性层维持在与另一功能性层相距大致恒定距离处或相对于复合结构的外表面位于大致恒定的深度处。如果在复合结构中结合了 RAM，则功能性中间层可包括RAM反射层，例如，碳素纸层。此外，复合结构的功能层可以是或可以包括RAM吸收层。RAM吸收层可以被定位成靠近复合结构的外表面。RAM吸收层和RAM反射层由于具有大致恒定厚度的第一芯层而隔开大致恒定的距离。这可确保一致的RAM性能。所述芯的总厚度可以通过改变第二芯层的厚度来改变，而不用改变第一芯层的厚度。因此，第二芯层的厚度在整个复合结构中可以是变化的，以改变所述芯的总厚度。因为对于所有芯厚度来说，第一芯层的厚度保持不变，所以可以在整个复合结构中获得一致的雷达吸收性能。此外，RAM设计较少程度地受到预定芯厚度的限制。因为这种拼合芯设计在全部芯厚度上具有一致的RAM性能，所以功能性得到了改进。芯层优选由轻质材料形成。适当的材料包括具有开孔或闭孔结构的泡沫、复合泡沫、轻木以及复合蜂窝材料。所述芯优选具有一体的结构。优选地，所述芯被预制成使得功能性中间层在制造所述复合结构之前被嵌入在芯内。所述芯可用于预浸料坯或树脂注入模制或其它相容的模制方案。对于在风轮机叶片中的应用，第一芯层的厚度通常在10至15mm 的范围内，并且第二芯层的厚度通常在5至35mm的范围内。这些厚度适于吸收1至3千兆赫(GHz)范围内的航空雷达信号。然而，应理解，可能需要不同的厚度以便吸收更高或更低的频率。RAM吸收层可包括承载电路的布衬底，所述电路可使用导电材料通过已知的沉积技术来提供。布可由玻璃或其它适当的加强性纤维织造而成。优选地，布具有低运动交织， 以使得可以将导致电路元件损坏的纤维运动减到最少。平纹是低运动交织的一个例子。在本发明的稍后描述的实施例中，布是平纹E玻璃。如前所述，复合结构可以是风轮机叶片。因此，本发明的概念包括具有这种叶片的风轮机，以及包括一个或更多个这种风轮机的风电场。本发明的概念还包括一种具有夹层板结构的风轮机叶片，其中，夹层板的芯包括 第一芯层和第二芯层；以及布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间的雷达反射层；其中，所述第一芯层的厚度在整个风轮机叶片中是大致均勻的，使得所述雷达反射层被维持在与所述风轮机叶片的雷达吸收层相距大致恒定的距离处。所述第二芯层的厚度可以整个叶片中变化以改变所述芯的总厚度。所述雷达吸收层可在不同芯厚度的叶片的整个区域中具有相同的设计。此外，同样，本发明的概念包括具有这种叶片的风轮机，或包括一个或更多个这种风轮机的风电场。
可能期望将其它功能嵌入在所述芯内。尽管有可能在所述芯中的不同位置具有两种或更多种功能，但期望在同样的位置具有所述功能。例如，可以代替RAM反射层，或者除了 RAM反射层之外，在两个芯层之间包括光纤。在风轮机叶片的情况下，光纤可用于测量叶片中不同位置处承受的负荷。方便地，任何嵌入的功能都受到第一芯层和第二芯层的保护。还根据本发明的第一方面，提供了一种用于复合结构的芯，该芯包括第一芯层； 第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间； 其中，所述第一芯层和所述第二芯层以及所述功能性中间层结合在一起形成一体的芯材； 并且所述第一芯层的厚度在整个所述芯中是均勻的。应理解，以上关于复合结构描述的其他优选和/或可选特征同样可适用于该芯，但是出于简要的原因而没有重复描述。例如，可以在芯中嵌入RAM反射层和/或光纤，并且第二芯层的厚度可以在整个芯中是变化的，以改变芯的总厚度，并因此适于诸如风轮机叶片的复合结构的结构要求。诸如风轮机叶片的弯曲的复合结构是在下述模具中制造的，这种模具具有对应于所述结构所要求的曲率的弯曲表面。根据所述结构所要求的曲率，模具的表面可具有凸曲形和/或凹曲形的区域。在铺设弯曲的所述结构时，所述芯与组成所述结构的其它层一起铺设在模具中。所述芯的柔性必须足以使得它们可被铺覆以便与模具的曲率保持一致，并因此与所得到的结构的曲率保持一致。为此，如以下关于本发明的第二方面更详细地描述的，上述芯可适于方便地铺覆。重要的是，结合在中间层区域中的任何功能均应在制造所述芯的过程中、制造所述复合结构的过程中以及在使用所述复合结构时保持完整。例如，在RAM应用中，当中间层包括碳布时，不期望刺穿所述碳布，因为这将不利地影响其作为RAM反射器的性能。而且， 如果在中间层区域中包括光纤，则这些光纤必须也保持完整，以使得它们能够实现其功能。为了满足这些要求，根据本发明的第二方面在于一种用于复合结构的芯，该芯包括第一芯层；第二芯层；以及在所述第一芯层和所述第二芯层之间的中间层区域；其中， 所述第一芯层和所述第二芯层这两者中的至少一者具有不中断所述中间层区域的铰链部。铰链部有利于所述芯的铺覆，同时还能维持中间层区域以及布置在中间层区域中的任何材料的连续性。这对于RAM应用是重要的，因为破坏碳布层的连续性会不利地影响其RAM性能。这在光纤被布置在中间层区域中时也是重要的，因为必须维持光纤的连续性以使得它们可以实现其功能。铰链部是增强第一芯层和第二芯层的柔性的铰接装置。铰链部可包括芯层中的弱化线或局部变薄的部分。例如，铰链部可由促进铺覆的构形限定，所述促进铺覆的构形例如是芯层中的不连续部、凹槽、沟道、缝或槽。铰链部用作接头。在本发明的优选实施方式中，在芯层中设置有缝以利于铺覆。所述缝可通过从芯层去除材料或不去除材料来设置。在第一芯层中可设置有多个第一缝，并且在第二芯层中可设置有多个第二缝。多个第一缝在第一芯层中延伸的深度均不超过第一芯层的厚度。类似地，多个第二缝在第二芯层中延伸的深度均不超过第二芯层的厚度。优选地，多个第一缝在第一芯层中延伸的深度均小于第一芯层的厚度。还优选的是，多个第二缝在第二芯层中延伸的深度均小于第二芯层的厚度。因此，多个第一缝和多个第二缝不穿过中间层区域。因此，这种芯拼合方案有利于所述芯的铺覆，同时还有利于维持中间层区域的连续性。
可将功能嵌入在所述芯内。例如，中间层区域可包括光纤和/或RAM反射中间层， 比如，碳素纸。方便地，任何这种被嵌入的功能都受到第一芯层和第二芯层的保护。芯层优选由轻质材料形成。适当的材料包括具有开孔或闭孔结构的泡沫、复合泡沫、轻木以及复合蜂窝材料。所述芯优选具有一体的结构。所述铺覆方案对于非功能性应用也是有利的，所述非功能性应用也就是中间层区域不包括诸如碳布或光纤的功能的应用。例如，所述芯可以是第一芯层和第二芯层借助于设置在中间层区域(也就是“粘合性中间层”)中的粘合剂结合在一起的结合芯。结合芯通常比同样厚度的单层芯的强度大，并且所述铺覆方案有利于铺覆，而不会刺穿或以其它方式破坏粘合性中间层的连续性。因此，有利于结合芯的铺覆，而不会减少所述芯层之间的结合区域或降低结合强度。在以下的描述中，术语“最内侧”和“最外侧”将用于以芯层的相对布置来表示芯层相对于铺覆曲率半径的区域。将变得清楚的是，根据复合结构的局部曲率，给定的芯层， 例如，第一芯层，可以是所述复合结构的不同区域中的最内侧和最外侧。当在铺设复合体的过程中在模具中铺覆芯时，所述芯层中的一个芯层变为相对于铺覆曲率半径来说的最内侧，并且另一个芯层变为相对于铺覆曲率半径来说的最外侧。例如，如果第二芯层相对于模具的凸曲形区域中的铺覆曲率半径来说是最内侧，则第一芯层相对于前述铺覆曲率半径来说将是最外侧；于是，第一芯层相对于模具的凹曲形区域中的铺覆曲率半径来说是最内侧，第二芯层相对于前述铺覆曲率半径来说将是最外侧。复合结构的曲率可以在整个结构中是不同的。实际上，曲率可在整个结构上变动的凹曲率和凸曲率之间转换；现代风轮机叶片也是如此。因此，如上所述，芯层可在结构的一个区域中相对于铺覆曲率半径位于最内侧，并且在该结构的另一区域中相对于铺覆曲率半径位于最外侧。如以下作为实施例所描述的，所述芯层中的铰链部可适当地构造为针对给定的芯厚度获得所需的铺覆高度。在这方面，“低铺覆”是指铺覆曲率半径相对较大的情形；而“高铺覆”是指铺覆曲率半径相对较小的情形。对于低铺覆，第一芯层中的铰链部的宽度和间隔可类似于第二芯层中的铰链部的宽度和间隔。较高的铺覆高度可通过增加芯层的柔性和/或通过增加所述芯变短和/或变长的能力以获得给定的曲率半径来实现。为此，可以增加芯层区域中的促进铺覆的构形的尺寸。 当促进铺覆的构形是缝的形式时，缝可以加宽以增加该缝的尺寸。如果芯层的最内侧区域的厚度增加了，则可能需要增加所述芯层的那个区域中的促进铺覆的构形的尺寸以便获得所需的铺覆高度。一般而言，当增加促进铺覆的构形的尺寸时，期望增加该促进铺覆的构形之间的间隔，以使得芯层中有足够的芯材以获得所述芯的结构目标。芯层中的促进铺覆的构形可具有V形横截面(本文中也被称为“V形截面”)或以其它方式向内朝向中间层区域向内渐缩的横截面。对于给定的铺覆能力来说，在防止流入过多的树脂方面是令人满意的。例如，由V形截面的缝限定的铰链部的运动能力类似于由具于同样尺寸的缝开口的侧边平行的缝限定的铰链部的运动能力。然而，V形截面的缝的体积将小于侧边平行的缝的体积，因此，V形截面的缝中流入的树脂较少，同时芯的铺覆能力却是相似的。在芯层的在被铺覆时将相对于铺覆曲率半径位于最内侧的区域中，V形截面的促进铺覆的构形或以其它方式朝向中间层区域渐缩的构形也是令人满意的；这可以防止这些区域中的促进铺覆的构形靠得太近而因此在铺覆所述芯时趋于阻止进一步的弯曲。然而， 如果在芯层的最外侧区域中也设置这些形状的构形，则当铺覆所述芯时这些构形可能会不令人满意地变宽。因此，可能期望在整个给定的芯层中具有不同轮廓的促进铺覆的构形。例如，可以在芯层在被铺覆时位于最内侧的区域中设置V形截面或以其它方式适当地渐缩的促进铺覆的构形，同时可以在同一芯层在被铺覆时位于最外侧的区域中设置非渐缩的构形。由以上的实施例可知，将变得明显的是，第一芯层中促进铺覆的构形可以不同于第二芯层中促进铺覆的构形和/或第一芯层中促进铺覆的构形构造可以不同于第二芯层中促进铺覆的构形构造。例如，一个芯层可具有V形截面的促进铺覆的构形，而另一芯层可具有侧边平行的促进铺覆的构形。还将变得明显的是，在整个第一芯层和/或第二芯层中，促进铺覆的构形在类型和/或构造方面可以不同。例如，至少一个芯层可具有包括V形截面的促进铺覆的构形的区域以及包括平行状的截面的促进铺覆的构形的区域。所述芯可具有一体的结构，并且可以是分离的板或片的形式。这些板或片的边缘可以被倒角以提供板之间的倒角的接头。当具有较高的铺覆时，倒角的边缘的益处尤其明
Mo可以在所述芯层中设置平行的促进铺覆的构形以有利于在单个方向铺覆。可替换地，促进铺覆的构形可例如以十字交叉图案相互交叉，以有利于在不止一个方向铺覆。应理解，本发明的第二方面的优选和/或可选特征可同样应用于本发明的第一方面，并且本发明的第一方面的优选和/或可选特征可同样应用于本发明的第二方面。具体地，以上关于本发明的第二方面描述的铺覆方案可被应用以方便铺覆关于本发明的第一方面描述的所述芯。
已经对附图中的图Ia和图Ib进行了说明，这两幅图中图Ia是设置有缝以便于铺覆的现有技术泡沫芯的示意性侧视剖视图；以及图Ib是铺覆在风轮机叶片中的RAM吸收器和反射器层之间的图Ia泡沫芯的示意性侧视剖视图。为了使本发明更易于理解，现在将以举例的方式对图2至图6进行说明，这些图中图加是包括第一芯层和第二芯层的拼合芯的示意性侧视剖视图，第一芯层和第二芯层均设置有缝以便于在制造如图2b所示的复合结构期间铺覆拼合芯，其中，在第一芯层和第二芯层之间示出了功能性中间层；图2b是诸如风轮机叶片的复合结构的示意性侧视剖视图，其中，图加的拼合芯以铺覆构型示出，并且布置在复合结构的功能性层的内侧；图3a是类似于图加的拼合芯但具有较厚的第二芯层的拼合芯的示意性侧视剖视图；图北是诸如风轮机叶片的复合结构的示意性侧视剖视图，其中，图3a的拼合芯以铺覆构型示出，并且布置在复合结构的功能性层的内侧；图如是具有夹层板结构并且包括拼合芯的风轮机叶片的示意性侧视剖视图；图4b是图如的叶片在转子毂附近的区域的放大的示意性侧视剖视图，在所述区域中，拼合芯具有相对较厚的第二芯层；图如是图如的叶片在叶片尖端附近的区域的放大的示意性侧视剖视图，在所述区域中，拼合芯具有相对较薄的第二芯层；图5是结合芯的示意性侧视剖视图，所述结合芯包括通过粘合性中间层接合在一起的第一芯层和第二芯层，第一芯层和第二芯层均包括多个缝以便于铺覆；图6a是与图加的拼合芯类似的拼合芯的示意性侧视剖视图，该图中示出了表示缝的宽度以及缝之间的间隔的标记；以及图6b是图6a的拼合芯的示意性侧视剖视图，其中，拼合芯铺覆在模具的凸曲形区域中，并且示出了铺覆曲率的半径。
具体实施例方式图加示出了用于构造诸如风轮机叶片的复合结构的拼合芯20。参照图加，拼合芯 20是一体的结构，并且包括第一芯层22和第二芯层对，这两个芯层均由轻质芯材(例如， 泡沫)制成。在第一芯层22和第二芯层M之间布置有功能性中间层沈。这三个层22、24、 26通过适当的粘合剂结合在一起，使得功能性中间层沈被嵌入在所得到的芯20内。在该实施例中，功能性中间层沈是碳布层，该碳布层用作雷达的背反射器，并且在后文将被称为“RAM反射器层”。如图2b所示以及后文更详细地描述的，拼合芯20适于铺覆以便与结合该拼合芯的复合结构的所要求的曲率保持一致。所述曲率由在制造复合结构期间供铺设拼合芯20 的模具(未示出)的曲率限定。参照图2b，拼合芯20被示出为布置在诸如风轮机叶片的复合结构30的功能性中间层观的内侧。在该实施例中，功能性层观是在后文被称为“RAM 吸收器层”的雷达吸收层。RAM吸收器层观包括设置在平纹E玻璃层中的电路。RAM吸收器层观被布置为靠近复合结构30的外表面(未示出)。如本发明的背景中所描述的，RAM吸收器层观与RAM反射器层沈之间的相对间隔是关键的设计参数，并且影响RAM的性能。在该实施例中，RAM吸收器层观与RAM反射器层沈之间的相对间隔由在复合结构30中隔开这两层的第一芯层22的厚度决定。对于 RAM吸收器层观的给定设计来说，一致的RAM性能是通过确保第一芯层22在整个复合结构 30中具有大致均勻的厚度来实现的。应注意，图2b中的拼合芯20已被铺覆。在第一芯层22和第二芯层M中设置有缝32a、32b，以利于以后文参照图6a和图6b所描述的方式铺覆。忽略RAM反射器层沈的通常很小的厚度，拼合芯20的总厚度(T’)等于第一芯层 22的厚度(V )和第二芯层M的厚度(V )的总和，即，T’ = V +V。现在参照图3a，示出了拼合芯40，该拼合芯具有一体的结构，并且包括第一芯层 42、第二芯层44以及布置在第一芯层42和第二芯层44之间的呈RAM反射层形式的功能性中间层46。第一芯层42的厚度(t/，)与图2的拼合芯20的第一芯层22的厚度U1，)相同。但是，第二芯层44的厚度(t2”)大于图2的拼合芯20的第二芯层M的厚度(t2’)。 因此，图3的拼合芯40的总厚度(T”)大于图2的拼合芯20的总厚度(T’ )。图2和图3的对比表明，拼合芯20、40的总厚度T可以通过仅改变第二芯层M、44 的厚度t2来改变；第一芯层22、42的厚度、可以保持不变，而不管芯的总厚度T。因此，拼合芯的这种设计允许改变芯的总厚度T，而不会影响RAM反射器层沈、46和RAM吸收器层 28,48之间的间隔，该间隔将由第一芯层M、44的厚度、决定。因此，简化了均勻的RAM的设计方案而与总厚度T无关。这与图Ib中的现有技术形成了对比，图Ib中的现有技术需要针对每种芯厚度进行不同的RAM吸收器设计。本发明的拼合芯20、40减少了铺设的复杂性，有利于库存管理，并且消除了在复合结构的给定区域中使用错误的RAM布的风险。图如中示意性地示出了具有夹层板结构的风轮机叶片50，该风轮机叶片包括大致如上所述的拼合芯52。叶片50从连接至转子轮毂56的叶片根端M延伸到叶片尖端58。 如图4b和图如所示，拼合芯52具有第一芯层60、第二芯层62以及布置在第一芯层60和第二芯层62之间的雷达反射中间层64。雷达吸收层66布置为靠近叶片50的外表面68。与叶片尖端58相比，叶片根端M需要更大的结构强度。因此，芯52在叶片根端 54(图4b)处的厚度大于在叶片尖端58(图4c)处的厚度。参照图4b和图如，第二芯层62 在靠近叶片根端M的区域(图4b)相对较厚(例如，大约30mm)，而在靠近叶片尖端58的区域(图4c)相对较薄(例如，大约5mm)。然而，第一芯层60在上述两个区域(图4b和图 4c)中具有相同的厚度(例如，大约IOmm)。因此，RAM吸收器层66和RAM反射器层64之间的间隔在叶片50的上述两个区域中是相同的。这可便于在上述两个区域中具有一致的 RAM性能。更确切地讲，使用于芯的总厚度不同的叶片50的不同区域中的RAM吸收器的设计得以简化，只要第一芯层60在这些区域中的厚度相同即可。进一步扩展思路，单种设计的RAM布可以用于整个叶片50，只要第一芯层60在整个叶片60上具有大致一致的厚度即可。还应注意，在接近风轮机叶片50的叶片根端M的位置，铺覆得相对较高，而在接近叶片尖端58的位置，铺覆得相对较低。为了适应这些特性，第二芯层62中的缝在不同的位置是不相同的，而第一芯层60的缝结构则保持不变。具体地，在靠近叶片根端M的高铺覆区域中第二芯层62相对较厚的情况下，与靠近叶片尖端58的相对较薄的第二芯层62相比，相对较厚的第二芯层中的缝相对来说更宽，并且间隔更大。将在下文参照图6a和图6b 更详细地描述芯层厚度、缝宽度以及缝间距之间的优选关系。这种拼合芯设计的额外益处是，嵌入的RAM反射器层沈、46、64在两侧分别受到第一芯层和第二芯层的保护。在本发明的未在图中示出的另一实施例中，可在芯20、40、52中嵌入其他材料。例如，可在第一芯层和第二芯层之间的区域(此处也被称为“中间层区域”) 中包括光纤。在风轮机叶片的情况下，光纤可用于测量叶片中不同位置处承受的负荷。有利地，光纤将受到拼合芯结构的保护。重新参照图Ib中示出的现有技术芯10，延伸通过芯10的大部分厚度的缝12有利于铺覆。如果将这种铺覆方案应用于图2至图4的拼合芯结构，则缝将延伸穿过碳布沈、 46、64，并将破坏其作为RAM反射器的性能。因此，已经开发出了一种便于铺覆拼合芯20、 40,52而不会破坏中间层的连续性的替代性方案。将参照图2、3、5和6描述该替代性铺覆方案。重新参照图2，在第一芯层22和第二芯层M中设置有多个铰链部68。铰链部68 由呈缝32a、32b的形式的促进铺覆的构形70限定；具体地，每个铰链部68均正好位于相应的缝32a、32b的下方。多个第一缝3 设置在第一芯层22中，多个第二缝32b设置在第二芯层M中。为了不破坏中间层沈的连续性，缝32a、32b在未到达中间层沈时就已停止； 换句话说，多个第一缝3 在第一芯层22中延伸的深度均小于第一芯层22的厚度、(图 2)，并且多个第二缝32b在第二芯层M中延伸的深度均小于第二芯层M的厚度t2 (图2)。 缝的这种结构有利于铺覆而不会切断RAM反射器层沈，如果切断RAM反射器层沈，则会破坏其RAM性能。上述铺覆方案对于非功能性应用也是有利的，所述非功能性应用也就是中间层不包括诸如碳布或光纤的功能的应用。例如，上述铺覆方案也可用于结合芯，以便有利于铺覆而不会切穿芯层之间的粘合性层，并因此不会减少结合区域或降低芯层之间的结合强度。 结合芯通常比同样厚度的单层芯的强度大。图5中示出了结合芯80的实施例。参照图5，结合芯80包括通过粘合性中间层86 结合在一起的第一芯层82以及第二芯层84。为了便于铺覆，第一芯层82包括多个第一缝 88a,并且第二芯层84包括多个第二缝88b。多个第一缝88a在第一芯层82中延伸的深度小于第一芯层82的厚度，同时多个第二缝88b在第二芯层84中延伸的深度小于第二芯层 84的厚度。缝的这种结构有利于铺覆，而不会破坏粘合性中间层86，也不会弱化芯层82、84 之间的结合。如下文中参照图6a和图6b更详细地描述的，以上针对拼合芯20、40、52、80描述的铺覆方案在实现所要求的铺覆高度以适应复合结构的不同曲率方面具有进一步的挑战， 所述不同曲率例如是不同程度的凸曲率和凹曲率。首先参照图6b，当在模具90中铺覆时，拼合芯20弯曲以与模具90的曲率保持一致。图6b中示出了模具90的凸曲形区域。拼合芯20的曲率半径由字母“R”表示，并且在后文中将被称为“铺覆曲率”半径。在图6b中，模具90的凸曲形区域中的第二芯层对相对于铺覆曲率半径R在后文被称为“最内侧”，同时，该区域中的第一芯层22相对于该铺覆曲率半径R在后文被称为“最外侧”。应理解，在模具具有凹曲率的那些区域中，第二芯层M相对于铺覆曲率半径将是最外侧，同时，第一芯层22相对于前述铺覆曲率半径将是最内侧。参照图6a，最内侧芯层M中的缝32b的宽度由al表示；最外侧芯层22中的缝32a 的宽度由a2表示；最内侧芯层M中相邻的缝32b之间的间隔由bl表示；并且最外侧芯层 22中相邻的缝3 之间的间隔由1^2表示。再次参照图6b，对于最外侧芯层22中缝3 的给定结构(例如，对于给定的a2和 1^2)，最内侧芯层M中缝32b的结构(例如，al和bl)将取决于最内侧芯层M的厚度和所需要的铺覆高度。例如，如果需要低铺覆，则多个第二缝32b的宽度和间隔可类似于多个第一缝32a的宽度和间隔(S卩，a2和1^2可类似于al和bl)；这是以假定缝3 被构造为低铺覆为前提的。对于较高的铺覆高度(再次针对最外侧芯层22中缝32a的给定结构)，最内侧芯层对中的缝32b可以加宽(即，al可以增加)。为了使最内侧芯层对包含足够的芯材，力口宽最内侧芯层M中的缝32b可能又会要求增加这些缝之间的间隔(即，增加al可能又会要求增加bl)。一般而言，对于最外侧芯层22中缝3 的给定结构、最内侧芯层M中给定的缝深度以及给定的铺覆高度，那么随着最内侧芯层M的厚度增加，该层中需要更宽的缝32b，以便防止那些缝32b靠得太近而阻碍铺覆。还有其它方式来防止缝32b在铺覆拼合芯时靠得太近。缝不是必须具有平行的侧边。例如，再次参照图3a和图北，在拼合芯40被铺覆时相对于铺覆曲率半径来说位于最内侧的第二芯层44的一部分中，拼合芯40具有V形截面的缝43 (图北)。V形截面的缝可提供与具有相当宽度的缝开口的侧边平行的缝类似的柔性。然而，V形截面的缝的体积小于这种侧边平行的缝的体积，这在复合体制造期间可减少流入的树脂。因此，如果利用V形截面的缝，则可以使用较宽的缝而不会导致流入过多的树脂；较宽的缝允许更大程度地挤压最内侧的芯层44且因此便于增加铺覆高度。如果在铺覆时位于最外侧的芯层的一部分中设置V形截面的缝，则这些V形截面的缝可能会变得过宽。为此，在图3a和图北的拼合芯40的最外侧的芯层42中设置了侧边平行的缝45。拼合芯20、40、52、80可形成为分离的板。这些板可设置有倒角的边缘以有利于铺覆。尽管图中示出了平行的缝，但应理解，为了在不止一个的平面中实现铺覆，其它结构的缝也是可能的；例如，可以利用交叉的缝(比如，采用网格构形的十字交叉的缝)来便于在二维方向进行铺覆。应理解，对于促进铺覆来说，缝不是必须的。实际上，芯层可具有其它适当的促进铺覆的构形，例如，不连续部、凹槽、沟道或槽。可以改变沿着给定芯层的促进铺覆构形的类型。例如，芯层可以在铺覆芯时相对于局部铺覆曲率半径来说位于最内侧的区域中具有V形槽，并且在铺覆芯时相对于其他局部铺覆曲率半径来说位于最外侧的区域中具有侧边平行的槽。在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例作出多种其它修改。
权利要求
1.一种复合结构，该复合结构包括功能性层和芯，所述芯包括第一层芯；第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间；其中，所述第一芯层布置在所述功能性层和所述功能性中间层之间；所述第一芯层的厚度在整个所述复合结构中是大致均勻的；并且所述功能性层和所述功能性中间层之间的距离在整个所述复合结构中是大致恒定的。
2.如权利要求1所述的复合结构，其中，所述复合结构的所述功能性层包括雷达吸收材料。
3.如权利要求2所述的复合结构，其中，所述雷达吸收材料包括织布衬底上的电路。
4.一种复合结构，该复合结构包括外表面和芯，所述芯包括第一层芯；第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间；其中，所述第一芯层布置在所述外表面和所述功能性中间层之间；所述第一芯层的厚度在整个所述复合结构中是大致均勻的；并且所述功能性中间层相对于所述外表面的深度在整个所述复合结构中是大致恒定的。
5.如前述权利要求中任一项所述的复合结构，其中，所述第二芯层的厚度在整个所述复合结构中是变化的，以改变所述芯的总厚度。
6.如前述权利要求中任一项所述的复合结构，其中，所述复合结构采用夹层板构造。
7.如前述权利要求中任一项所述的复合结构，其中，所述复合结构是风轮机叶片的一部分。
8.一种风轮机，该风轮机具有包括权利要求6所述的复合结构的叶片；或者一种风电场，该风电场包括至少一个这种风轮机。
9.一种用于复合结构的芯，该芯包括第一层芯；第二芯层；以及功能性中间层，该功能性中间层布置在所述第一芯层和所述第二芯层之间；其中，所述第一芯层和所述第二芯层以及所述功能性中间层结合在一起而成为一体的芯材；并且所述第一芯层的厚度在整个所述芯中是均勻的。
10.如权利要求9所述的用于复合结构的芯，其中，所述第二芯层的厚度在整个所述芯中是变化的。
11.如权利要求1至8中任一项所述的复合结构或者如权利要求9或10所述的用于复合结构的芯，其中，所述功能性中间层包括雷达反射层。
12.如权利要求11所述的复合结构或芯，其中，所述雷达反射层包括碳素纸层。
13.如权利要求1至8、11、12中任一项所述的复合结构或者如权利要求9至12中任一项所述的用于复合结构的芯，其中，所述功能性中间层包括一根或更多根光纤。
14.如权利要求1至8、11至13中任一项所述的复合结构或者如权利要求9至13中任一项所述的用于复合结构的芯，其中，所述第一芯层和所述第二芯层这两者中的至少一者具有铰链部以便于铺覆所述芯。
15.如权利要求14所述的复合结构或芯，其中，所述铰链部包括所述芯层中的弱化线或局部变薄的部分，所述铰链部由促进铺覆的构形限定，所述促进铺覆的构形选自不连续部、凹槽、沟道、缝或槽。
全文摘要
描述了一种用于复合结构的拼合芯。拼合芯包括第一芯层、第二芯层以及布置在第一芯层和第二芯层之间的功能性中间层。第一芯层将功能性中间层从复合结构的功能性层和/或复合结构的外表面分开。第一芯层的厚度在整个复合结构中是大致均匀的，并且功能性中间层与复合结构的功能性层和/或外表面之间的距离在整个复合结构中是大致恒定的。
文档编号B32B5/22GK102458823SQ201080024775
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者K·S·尼尔森, S·阿普利顿 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司