制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统。在一个实施例中，提供了一种制造复合结构的方法。该方法包括以下步骤：将短切纤维材料以不同厚度施加在第一复合填料的第一片层表面上，以形成分层复合结构。该方法还包括以下步骤：折叠分层复合结构。该方法还包括以下步骤：将第二复合填料与折叠的分层复合填料组装以形成复合结构。该短切纤维材料在复合结构中形成间隙填充物。该间隙填充物与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该方法还包括处理该复合结构。
【专利说明】制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统
【技术领域】
[0001]本公开总体涉及制造复合结构的方法和系统，更具体地涉及制造具有间隙填充物的复合结构例如飞行器机翼中的纵梁复合结构的方法和系统。
【背景技术】
[0002]复合结构被用在多种应用中，包括制造飞行器、宇宙飞船、旋翼飞机、船只、汽车、卡车以及其它的交通工具和结构，这是由于复合结构的高强度重量比、耐腐蚀性以及其它有利的特性。在飞行器构建中，复合结构被用于增加数量以形成机翼、机身、尾部以及其它部件。
[0003]例如，飞行器机翼可以由包括复合蒙皮面板或腹板的复合加强面板结构制成，增强加强件或“纵梁”可以附连到或粘合于复合蒙皮面板或腹板，以提高复合蒙皮面板或腹板的强度、刚度、压曲抗力和稳定性。附连到或粘合于复合蒙皮面板或腹板上的纵梁可以被配置为承载各种载荷并且可以以许多不同的横截面形状提供，例如T型加强件、J型加强件和I型梁。
[0004]存在于飞行器复合机翼结构中的已知的纵梁具有较低的拉脱强度。因此，这种纵梁可以不通过纵梁叶片部分进行加载。这可能需要在机翼蒙皮上钻孔，并且需要紧固件穿过机翼蒙皮附连，例如将翼肋配件附连到机翼蒙皮。然而，这会在飞行器上产生遭受可能的燃料泄漏或制造问题或复杂度的附加区域。而且，为了进行雷击保护，这种紧固件可能需要被处理并且需要三重保护，并且这些紧固件孔可能需要液密密封，使得它们不遭受燃料泄漏。例如，突出进入机翼中的燃料电池的这些紧固件可能需要被钻埋头孔，在其外部用绝缘塞涂覆，在内部用绝缘密封剂涂覆，并且接地以防止燃料电池内部的火花。安装这些紧固件需要的时间可能增加，这继而可能增加制造的复杂性和成本。另外，额外的紧固件的存在会增加飞行器的重量，这继而会减小飞行器的有效负载能力，并且可能增加燃料消耗，这可能会导致燃料成本增加。
[0005]当纵梁被垂直地附连到或结合到复合蒙皮面板或腹板时，纵梁的弯曲部分的半径可能形成间隙或空隙区域。这些间隙或空隙区域通常可以被称为“间隙或半径填充物区域”或“条状物区域”。纵梁内部的这种间隙或半径填充物区域或条状物区域易于断裂，因为它们被三维地限制。由复合材料或粘合剂/环氧树脂材料制成的具有大致三角形的横截面的间隙或半径填充物或“条状物”可以用来填充间隙或半径填充物区域或条状物区域，以便使这些区域的结构进一步加强。然而，已知的间隙或半径填充物或条状物可能由不同于或不相容于包围该间隙或半径填充物或条状物的复合结构的材料制成。这可能导致材料的性能不同，这继而可能需要对固化周期、处理压力和温度和/或纤维和树脂基质的相对量进行修改。这些修改可能增加生产时间、劳动力和成本。
[0006]另外，已知的间隙或半径填充物或者条状物的长度可以很长(例如，60-80英尺长)，并且薄且易碎。因此，这些间隙或半径填充物或者条状物可能难以储存和运输，并且可能需要增加人力以及需要昂贵的储存和运输设施，以避免对该间隙或半径填充物或者条状物造成损坏或者将该损坏最小化。
[0007]另外，已知的单向/层压间隙或半径填充物或条状物可能在间隙或半径填充物或者条状物的三个拐角上具有相对钝的顶端。预浸的零度(0° )片层(即，浸溃有树脂材料的增强纤维)可以重复地折叠在自身之上以形成圆形间隙或半径填充物或者条状物。随后，间隙或半径填充物或者条状物在加热和真空下可以形成三角形形状。钝的条状物顶端可以在间隙或半径填充物或者条状物的顶端处形成树脂富集的袋状物(pocket)，并且这些区域可能容易引发裂纹传播。裂纹可能会在复合片层之间扩展，并且该裂纹可能过早地引起纵梁拉脱强度问题。低的拉脱强度会阻止纵梁被用作机翼盒内部的结构附连点。如上所述，这继而可能需要在机翼蒙皮上钻孔，并且需要紧固件穿过机翼蒙皮而被附连，以将翼肋配件附连到机翼蒙皮。
[0008]因此，在本领域中需要制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统，其与已知方法、系统和结构相比具有优点。
【发明内容】
[0009]可以满足对于制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统的需求。如在下面的详细描述中所述的，制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统的实施例可以相对于已知方法、系统和结构提供显著的优点。
[0010]在本发明的一个实施例中，提供了一种制造复合结构的方法。该方法包括以下步骤:将短切纤维材料以不同厚度施加到第一复合填料的第一片层表面上以形成分层复合填料。该方法还包括以下步骤:将分层复合填料折叠。该方法还包括以下步骤:将第二复合填料和折叠的分层复合填料进行组装以形成复合结构。该短切纤维材料在复合结构中形成间隙填充物。该间隙填充物与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该方法还包括以下步骤:处理该复合结构。
[0011]在本公开的另一个实施例中，提供了一种制造具有一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层的复合结构的方法。该方法包括以下步骤:将包含短切纤维材料的短切纤维间隙填充物层以不同厚度施加到包含复合织物的第一承载层。该方法还包括以下步骤:通过将第一承载层和多个复合片层堆叠来形成分层复合填料，以获得第一复合填料，该第一承载层被定位在短切纤维间隙填充物层和第一复合填料之间。该方法还包括以下步骤:将包含复合织物的第二承载层和多个复合片层堆叠以获得第二复合填料。该方法还包括以下步骤:将分层复合填料和第二复合填料组装以形成复合结构。短切纤维材料在复合结构中形成一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层。短切纤维材料包括与包含复合结构的材料相同的材料，或包括与包含该复合结构的材料相容的材料。该方法还包括以下步骤:对该复合结构进行处理。
[0012]在本公开的另一个实施例中，提供了一种用于制造复合结构的系统。该系统包括分层复合填料。该分层复合填料包括第一复合填料，其包括多个第一堆叠的复合片层并且具有第一片层表面。该分层复合填料还包括施加到第一片层表面的短切纤维间隙填充物层。短切纤维间隙填充物层包括不同厚度的短切纤维材料。该系统还包括复合材料处理组件，其适于折叠该分层复合填料。该系统还包括第二复合填料，其包括多个第二堆叠的复合片层。第二复合填料与折叠的分层复合填料组装在一起以形成复合结构。该系统还包括形成在复合结构中的至少一个间隙填充物。该间隙填充物是由短切纤维材料制成的，这种短切纤维材料包括与包含包围间隙填充物的复合结构的材料相同或相容的材料。该间隙填充物是准各向同性的且与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该系统还包括形成在复合结构中的至少一个层间层。该层间层由短切纤维材料制成。该系统还包括真空打包组件和固化设备，用于处理该复合结构。
[0013]根据本公开的一个方面，提供了一种制造具有一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层的复合结构的方法，该方法包括如下步骤:将包括短切纤维材料的短切纤维间隙填充物层以不同厚度施加到包括复合织物的第一承载层上；通过将第一承载层与多个复合片层堆叠在一起来形成分层复合填料以获得第一复合填料，该第一承载层被定位在短切纤维间隙填充物层和第一复合填料之间；将包含复合织物的第二承载层以及多个复合片层堆叠在一起以获得第二复合填料；将分层复合填料和第二复合填料组装以形成复合结构，该短切纤维材料在复合结构中形成一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层，该短切纤维材料包括与包含该复合结构的材料相同的材料，或包括与包含该复合结构的材料相容的材料；以及处理该复合结构。
[0014]有利的是，该方法还包括在堆叠第二承载层之前将短切纤维间隙填充物层施加到
第二承载层上。
[0015]进一步有利地是，前面所述的方法，其中将短切纤维间隙填充物层施加到第一承载层和第二承载层包括将短切纤维材料引导在第一承载层和第二承载层上，使得短切纤维材料的大量不连续的纤维以期望的纤维取向被引导。
[0016]进一步有利地是，其中组装步骤包括使用复合材料处理组件来折叠分层复合填料，并且当通过复合材料处理组件来折叠分层复合填料时，加热分层复合填料。
[0017]已经讨论过的特征、功能、和优点可独立地在本公开的各种实施例中获得，或者可在其它实施例中结合使用，进一步的细节将参考下列说明和附图而见到。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]参照下面结合附图而进行的详细说明可以更好地理解本公开，这些附图表示了优选的以及示例性的实施例，但是这些附图并不需要按比例绘制，其中:
[0019]图1是示例性飞行器的透视图的图示，该飞行器可以包括具有间隙填充物的一个或多个复合结构，该复合结构可以根据本公开的系统和方法的一个或多个实施例进行制造;
[0020]图2是飞行器生产和维护方法的流程图的图示；
[0021]图3是飞行器的功能框图的图示；
[0022]图4A是可用于本公开的系统和方法的一个实施例的分层复合填料的示意性正视图的图不;
[0023]图4B是可用于本公开的系统和方法的一个实施例的分层的复合填料的一个实施例的局部正剖面图的图示，并且其示出了位于成形工具组件下方的分层复合填料；
[0024]图4C是图4B的圆4C中所示的短切纤维材料的放大图的图示；
[0025]图4D是可用于本公开的系统和方法的一个实施例中的带有承载层的分层复合填料的另一个实施例的局部正剖面图的图不;
[0026]图5是可用于本公开的系统和方法的一个实施例的分层复合填料的示意性局部正剖面图的图示，并且其示出了使用成形工具组件的凸形部分来折叠分层复合填料；
[0027]图6是可用于本公开的系统和方法的一个实施例的折叠的分层复合填料的示意性局部正剖面图的图示，并且其示出了折叠之后被卸下的成形工具组件的凸形部分；
[0028]图7A是折叠的分层复合填料的局部正剖面图的图示，该复合填料与第二复合填料组装在一起以形成复合结构的一个实施例，该复合结构可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0029]图7B是折叠的分层复合填料的局部正剖面图的图示，该复合填料与第二复合填料以及承载层组装在一起以形成复合结构的另一个实施例，该复合结构可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0030]图8是复合结构的一个实施例的正剖面图的图示，该复合结构可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0031]图9是复合结构的另一个实施例的透视图的图示，该复合结构可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0032]图1OA是J形纵梁的一个实施例的正剖面图的图示，该J形纵梁可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0033]图1OB是I形纵梁的一个实施例的正剖面图的图示，该I形纵梁可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0034]图1OC是球茎形纵梁的一个实施例的正剖面图的图示，该球茎形纵梁可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0035]图11是球茎形纵梁的局部正剖面图的图示，该球茎形纵梁可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造，并且其示出了层间层；
[0036]图12是具有半径填充物的夹芯面板组件的一个实施例的局部正剖面图的图示，其可以根据本公开的系统和方法的一个实施例来制造；
[0037]图13是本公开的系统的一种示例性实施例的功能框图的图示；以及
[0038]图14是本公开的方法的一种示例性实施例的流程图的图示。
【具体实施方式】
[0039]现在将参照附图较充分地说明所公开的实施例，附图只是示出了所公开的实施例中的一些，而不是所有的所公开的实施例。实际上，可以提供几个不同的实施例，并且不应理解为限制于文中所述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的并且将把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0040]现在参照附图，图1是示例性飞行器10的透视图的图示，该示例性的飞行器10可以包含具有带短切纤维材料72 (见图4A)的间隙填充物124 (见图8)的一个或多个复合结构26，其可以根据本文所公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个或多个实施例来制造。如图1所示，该飞行器10包括机身12、机首14、驾驶舱16、机翼18、一个或多个推进单元20、垂直尾翼部分22和水平尾翼部分24。如图1所示，复合结构26可以包括机翼18中的纵梁28。尽管图1中所示的飞行器10总体表示具有一个或多个复合结构26的商用客运飞行器，但是所公开的实施例的教导可以应用于其它的客用飞行器、货运飞行器、军用飞行器、旋翼飞行器和其它类型的飞行器或空中交通工具，以及航空交通工具、卫星、太空运载火箭、火箭、和其它航空交通工具，还有船舶和其它水运工具、火车、汽车、卡车、公共汽车，或者具有可以根据本文所公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个或多个实施例制造的具有带短切纤维材料72 (见图4A)的间隙填充物124 (见图8)的一个或多个复合结构26的其它合适的结构。
[0041]图2是飞行器生产和维护方法30的流程图的图示。图3是飞行器50的功能框图的图示。参照图2至图3，本公开的实施例可以在如图2中所示的飞行器制造和维护方法30和如图3中所示的飞行器50的背景中进行描述。在预制造期间，示例性方法30可以包括飞行器50的规范和设计32以及材料采购34。在生产期间，进行飞行器50的部件和子组件制造36以及系统集成38。然后，飞行器50可以经受验证并交付40以便投入使用42。当由客户进行使用42时，可以安排对飞行器50进行例行的维护和保养44 (其还可以包括改进、重新配 置、整修以及进行其它适当的保养)。
[0042]方法30的每一个过程可以由系统集成者、第三方和/或操作者(例如，客户)来执行或实现。为了描述目的，该系统集成者可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；而操作者可以是航空公司、租赁公司、军事机构、服务组织以及其他合适的运营商。
[0043]如图3所示，利用示例性方法30生产的飞行器50可以包括机身52以及多个系统54和内部56。高层次系统54的不例可以包括推进系统58、电气系统60、液压系统62以及环境系统64中的一个或多个。可以包括任何数量的其它系统。尽管示出了航空示例，但是本发明的原理可以应用到其它行业，例如汽车工业。
[0044]此处所体现的方法和系统可以在生产和维护方法30的任何一个或多个阶段期间采用。例如，对应于部件和子组件制造36的部件或组件可以以类似于当飞行器50投入使用时生产的部件或子组件的方式来构造或制造。同样，例如为了充分加速飞行器50的组装或降低飞行器50的成本，可以在组件和子组件制造36和系统集成38期间采用一个或多个设备实施例、方法实施例或它们的组合。类似地，可以当飞行器50投入使用时采用装置实施例、方法实施例或它们的组合中的一个或多个，从而例如但不限于进行维护和保养44。
[0045]在本公开的一个实施例中，提供了一种用于制造复合结构26 (见图1、图8、图13)的系统68，该复合结构26具有用短切纤维材料72 (见图4A)形成的间隙填充物124 (见图8)。图13是本公开的系统68的一个示例性实施例的功能框图的图示。
[0046]在本公开的另一个实施例中，提供了一种用于制造复合结构26 (见图1、图8、图13)的方法200，该复合结构26具有用短切纤维材料72 (见图4A)形成的间隙填充物124(见图8和图13)。图14是本公开的方法200的一个示例性实施例的流程图的图示。
[0047]如图4A和图13所不,系统68包括分层复合填料(layered composite charge)90?图4A是分层复合填料90的示意性正视图的图示，其可用于本公开的系统68和方法200的一个实施例中。该分层复合填料90包括第一复合填料80 (参见图4A)。该第一复合填料80优选地由复合材料82 (见图4B和图13)制成，并且优选地包括多个复合片层82a (见图13)，例如可以使用铺叠装置83 (见图13)堆叠或层叠的多个第一堆叠复合片层。第一复合填料80还包括具有第一片层表面84a (见图4A)的第一复合片层82b (见图13)。该第一复合填料80还包括第二表面84b (见图4A)。第一复合填料80优选地包括纵梁填料80a(见图4B和4D)。
[0048] 多个复合片层82a (见图13)可以优选地由基质材料例如预浸材料包围的并且支撑在基质材料内的加固材料制成。该加固材料可以包括高强度纤维，例如玻璃或碳纤维、石墨、芳香族聚酰胺纤维、玻璃纤维或其它合适的加固材料。基质材料可以包括热塑性或热固性聚合物树脂。示例性热固性树脂可以包括烯丙基、醇酸聚酯、双马来酰亚胺(BMI)、环氧树月旨、酚醛树脂、聚酯、聚氨酯(PUR)、聚脲甲醛、氰酸酯以及乙烯基酯树脂。示例性热塑性树脂可以包括陶瓷；液晶聚合物(LCP);氟塑料，包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)以及聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚(MFA);酮基树脂，包括聚醚醚酮；聚酰胺，例如尼龙-6/6，30%的玻璃纤维；聚醚砜(PES);聚酰胺酰亚胺(PAIS)、聚乙烯(PE);聚酯热塑性塑料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以及聚(亚苯基对苯二甲酸酯)；聚砜(PSU);或聚(亚苯基硫化物)(PPS)0
[0049]如在这里所使用的，“预浸”指的是已经浸溃有未固化或部分固化的树脂的经织造的或编织的织物或布类的带状材料，例如，玻璃纤维或碳纤维，其柔性足够形成为期望的形状，然后“固化”，例如通过在炉子或高压釜中施加热量以将树脂硬化成一种坚固、刚性、纤维增强的结构。多个复合片层82a可以是下述形式:预浸单向带、单向纤维带、碳纤维增强塑料(CFRP)带或其它适合的带；碳纤维增强塑料(CFRP)织物、预浸织物、包括织造的碳纤维织物在内的织造织物或其它合适的织物；带或其织物的组合；或其它合适的复合材料。间隙填充物124的实施例优选地增加了拉脱负荷并且增强了拉脱强度。如在这里所使用的，“拉脱负荷”是指施加到例如纵梁的复合结构的在该复合结构附连或粘合到例如复合蒙皮面板或腹板的另一复合结构的位置处的剪切负荷和/或力矩，使得剪切负荷和/或力矩可能导致加固加强件从附连的复合结构分层或分离。
[0050]可以至少部分地根据该复合结构26的预期用途选择用于复合结构26的材料作为结构面板，用于飞行器10或其它的航空结构、汽车、水上交通工具、其它交通工具、建筑物和其它结构等。
[0051]如图4A和图13进一步所示,分层复合填料90还包括施加到第一片层表面84a的短切纤维间隙填充物层70。如图4A所示，该短切纤维间隙填充物层70具有第一表面76a和第二表面76b。该短切纤维间隙填充物层70优选地包括短切纤维材料72 (见图4A)，例如短切碳纤维材料。短切纤维材料72可以更优选包括带有短切长纤维的预浸碳纤维材料，不同尺寸和形状的薄片元件。短切纤维材料可以预浸溃有与纵梁填料和蒙皮面板填料材料良好对接的热固性树脂材料，或者其可以与适合的热塑性树脂一起使用。
[0052]该短切纤维材料72形成了间隙填充物124 (见图8)，其为准各向同性材料75 (见图9)。优选地，短切纤维材料72以不同厚度施加到第一片层表面84a，例如厚度^ (见图4B)和厚度t2 (见图4B)或其它合适的不同的或可变的厚度。短切纤维材料72优选地包括不连续纤维74 (见图4C)。图4C是图4B的圆4C中所示的短切纤维材料72的放大图的图不。该短切纤维材料72优选地被引导(steer)在第一复合填料80的第一片层表面84a上，使得短切纤维材料72的大量不连续纤维74 (见图4C)以期望的纤维取向88 (见图4C和图13)被引导。期望的纤维取向88可以包括在任何轴线上的有利的方向，例如，该纤维可以被取向为X轴方向、y轴方向或Z轴方向，例如纵长取向，当纵梁28形成时，纵梁28可以在半径填充物124a或条状物的半径部分126处折叠的情况下垂直于长度的取向。与连续的纤维或连续的纤维材料相比，不连续的短切纤维材料72的取向可以更容易地被引导或控制。
[0053]通过短切纤维施加工艺86 (见图4A和图13)，短切纤维材料72优选地可以被施加到第一复合填料80的第一片层表面84a。短切纤维施加工艺86可以包括自动化施加工艺86a (见图13)，例如使用机械臂、自动化加压喷涂装置或具有沿着第一复合填料80的第一片层表面84a的长度以不同厚度淀积或喷涂短切纤维材料72的能力的其它合适的装置或设备的自动化施加工艺。短切纤维施加工艺86还可以包括手工施加工艺86b (参见图13)，例如借助于切碎机喷枪或通过具有沿着第一复合填料80的第一片层表面84a的长度以不同厚度淀积或喷涂短切纤维材料72的能力的其它合适的手工操作装置，操作者用手施加该短切纤维材料72。图4A示出了短切纤维材料72通过短切纤维施加工艺86被施加或者被淀积在第一复合填料80的第一片层表面84a上。优选地，当该短切纤维材料72正在被施加时，该第一复合填料80基本上是平坦的。
[0054]图4B是可用于本公开的系统68和方法200的一个实施例的分层复合填料90的一个实施例的局部正剖面图的图示，并且其示出了位于例如成形工具组件102的形式的复合材料处理组件100下方的分层复合填料90。如图4A所示，优选地，短切纤维材料72以至少两个凸起(mount)部分78 (也参见图4A)的方式被施加或者被淀积在第一复合填料80的第一片层表面84a上。优选地，每个凸起部分78具有足够的厚度t2以便形成间隙填充物124 (见图7A)并且填充该复合结构26的间隙填充物区域122 (见图8)。
[0055]如图4B所示，优选地，例如呈纵梁填料80a的形式的第一复合填料80将具有例如呈短切碳纤维材料形式的短切纤维材料72，使用短切纤维施加工艺86(见图4A)，例如喷涂技术，该短切纤维材料72在形成例如纵梁28 (见图1)的复合结构26之前以不同厚度被施加到第一复合填料80的第一片层表面84a。诸如使用机器人和机械臂的自动化施加工艺86a (见图13)可以用于施加短切纤维材料72。优选地,该机器人在第一复合填料80上提供一致的纤维随机性和足够的短切纤维材料72的厚度控制。一旦例如呈短切碳纤维预浸材料形式的短切纤维材料72被加热并且被形成为复合结构26的形状(例如纵梁28的形状)，这种短切纤维材料72优选地被施加成具有足够厚度用于待填充的复合结构26的间隙填充物区域122 (参见图8)。例如呈短切碳纤维材料形式的短切纤维材料72的薄层优选地被用于整个第一复合填料80，例如纵梁填料80a (见图4B)，以便一旦该分层复合填料90(见图4B)形成时，不形成间隙填充物124的硬顶端部分129 (见图8)。
[0056]图4D是可用于本公开的系统68和方法200的一个实施例的带有承载层92或遮盖层的分层复合填料90a的另一个实施例的局部正剖面图的图示。如图4D所示，承载层92可以包括第一表面96a和第二表面96b。承载层92优选地包括复合织物82c (见图13),例如松散的碳纤维织造织物，其可以用在第一复合填料80和短切纤维间隙填充物层70之间的对接表面上。这允许从短切纤维材料72回到带状材料的一致的表面过渡。
[0057]如图4D进一步所示，例如呈第一承载层92a (见图4D)形式的承载层92可以位于第一复合填料80的第一片层表面84a和短切纤维间隙填充物层70的第二表面76b之间。例如呈第一承载层92a形式的承载层92的第一表面96a可以与短切纤维间隙填充物层70的第二表面76b对接，并且例如呈第一承载层92a形式的承载层92的第二表面96b可以与第一复合填料80的第一片层表面84a对接。
[0058]在一个实施例中，在将承载层92定位在第一复合填料80的第一片层表面84a(见图4D)上的步骤之前或之后，短切纤维材料72可以被施加到例如呈第一承载层92a形式(见图4D)的承载层92 (见图4D)。例如，承载层92可以被定位在第一复合填料80的第一片层表面84a上，然后可以将短切纤维材料72施加到承载层92。
[0059]在另一个实施例中，短切纤维材料72可以被施加到承载层92以代替或替代该第一复合填料80，包括第一复合填料80的第一片层表面84a。例如，短切纤维材料72可以在不同的位置被施加到承载层92，随后具有短切纤维材料72的承载层92可以被运输或传送到第一复合填料80上并且定位在第一复合填料80的第一片层表面84a上。在该实施例中，短切纤维材料72可以被施加到承载层92以形成分层承载层，然后该分层承载层可以被折叠，与第二复合填料98进行组装，以形成复合结构26，然后进行处理。
[0060]在本公开的另一个实施例中，短切纤维间隙填充物层70可以被施加到第一承载层92a (见图4D)。该第一承载层92a可以随后被堆叠有多个复合片层82a (见图13)以获得第一复合填料80，其中承载层92a被定位在短切纤维间隙填充物层70和第一复合填料80之间。
[0061]如图5和图13所示，系统68还包括复合材料处理组件100，其适于折叠分层复合填料90。图5是可用于本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例中的分层复合填料90的示意性局部正剖面图的图示，并且其示出了使用成形工具组件102的凸形部分102a来折叠分层复合填料90。优选地，当该分层复合填料90由复合材料处理组件100进行折叠时，该分层复合填料90通过加热装置103 (见图13)被加热。
[0062]复合材料处理组件100 (见图5和图13)可以包括成形工具组件102 (见图5)、拉挤工艺组件142 (见图13)、挤出工艺组件144 (见图13)，压模组件145 (见图13)或其它合适的复合材料处理组件。如图5所示，该成形工具组件102可以包括凸形部分102a和凹形部分102b。如图5进一步所示，凸形部分102a可以具有T形结构104和纵向部分106，该纵向部分被设计成接触该分层复合填料90的区域108a并且沿向下的方向dl对该区域108a施加作用力。如图5所示，由凸形部分102a向区域108a所施加的向下的作用力向着成形工具组件102的凸形部分102a的纵向部分106推动分层复合填料90的区域108b，并且将由短切纤维材料72构成的拐角部分110推动在一起且向着凸形部分102a的纵向部分106推动。如图5所示，该分层复合填料90的区域108c邻近成形工具组件102的凹形部分102b。
[0063]如图6所示，例如呈成形工具组件102形式的复合材料处理组件100形成具有内部分离面部分112的折叠部分113，并形成折叠的分层复合填料91。图6是可用于本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例的折叠的分层复合填料91的示意性局部正剖面图的图示，并且其示出了折叠分层复合填料90之后从该折叠部分113卸下成形工具组件102的凸形部分102a，以形成折叠的分层复合填料91。如图6所示，成形工具组件102的凹形部分102b沿方向d3和d4被向内推动，以进一步推动拐角部分110在一起。
[0064]如图7A-7B所示，系统68还包括第二复合填料98，其包括例如呈多个第二堆叠的复合片层形式的多个复合片层82a。图7A是折叠的分层复合填料91的局部正剖面图的图示，其与第二复合填料98组装在一起以形成例如呈纵梁28形式的复合结构26的一个实施例，该复合结构26可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例来制造。图7B是折叠的分层复合填料91的局部正剖面图的图示，其与第二复合填料98以及例如呈第二承载层92b形式的承载层92组装在一起以形成复合结构26的另一个实施例，该复合结构26可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例来进行制造。
[0065]如图7A-7B所示，该第二复合填料98与折叠的分层复合填料91组装在一起以形成例如呈纵梁28形式的复合结构26。如图7A所示，该复合结构26包括具有例如呈折叠的腹板116形式的折叠部分113以及具有凸缘118的T区段114。第二复合填料98包括第一表面99a (见图7A)以及第二表面99b (见图7A)。如图7A所示，第二复合填料98的第一表面99a被施加到或被附连到形成间隙填充物124的短切纤维材料72，并且被进一步施加或附连到凸缘118。成形工具组件102的凹形部分102b沿方向屯和d4被向内推动，以便进一步将短切纤维材料72推动在一起并且在间隙填充物区域122内累积(见图8)，以形成间隙填充物124。
[0066]图7B示出例如呈第二载体层92b形式的承载层92或遮盖层，其可以被定位在第二复合填料98和形成复合结构26的间隙填充物12的短切纤维材料72之间。具体地，图7B示出例如呈第二承载层92b形式的承载层92的第一表面96a，其邻近短切纤维间隙填充物层70的短切纤维材料72。图7B还示出邻近第二复合填料98的第一表面99a的第二承载层92b的第二表面96b。优选地，例如呈承载层92b形式的承载层92包括复合织物82c(见图13)(例如松散的碳纤维织造织物)，其可用在第二复合填料98和短切纤维间隙填充物层70之间的对接表面上。这允许从短切纤维材料72回到带状材料的一致的表面过渡。
[0067]如图8和9所示，系统68还包括形成于复合结构26中的至少一个间隙填充物124。图8是例如呈纵梁28形式的复合结构26的一个实施例的正剖面图的图示，该复合结构26可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例进行制造。图9是例如呈纵梁28形式的复合结构26的另一个实施例的透视图的图示，该复合结构26可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例进行制造。该复合结构26优选地包括飞行器10中的纵梁28 (见图1)，第一复合填料80优选地包括纵梁填料80a (见图13)，并且第二复合填料98优选地包括纵梁盖填料98a (见图13)或蒙皮面板填料98b (见图13)。
[0068]如图8和9所示，该间隙填充物124优选地呈由足够量的短切纤维材料72组成以填充该间隙填充物区域122的半径填充物124a或条状物的形式。如图8进一步所示，该间隙填充物124具有半径部分126和顶端部分129(也参见图11)。间隙填充物124优选地由短切纤维材料72形成并且包括与包括包围该间隙填充物124的复合结构26的材料相同的材料，或包括与包括包围该间隙填充物124的复合结构26的材料相容的材料。间隙填充物124优选是准各向同性材料75 (见图9)并且与包围该间隙填充物124的复合结构26的形状133 (见图9)相符。更优选地，如图9所示，间隙填充物124具有与复合结构26的折叠的腹板116和凸缘118的邻近的堆叠的连续纤维预浸片层132的径向取向133a (见图9)相符或基本匹配的半径部分126。
[0069]如图8进一步所示，例如呈纵梁28和T区段114形式的复合结构26具有凸缘厚度tflange、腹板厚度t?b以及蒙皮面板厚度tskin panelo图8中所示的复合结构26包括凸缘118，其在粘结部分120a、120b处与例如呈蒙皮面板填料98b形式的第二复合填料98粘合。图8所示的复合结构26还包括粘合在粘结部分120c处的折叠的腹板116。
[0070]如图9所示，例如呈纵梁28形式的复合结构26具有折叠的腹板116的高度H1、例如呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124的宽度Wl以及堆叠的连续纤维预浸片层132的长度LI。该复合结构26还包括具有不连续的纤维74的开口 131。如图9所示，间隙填充物124包括不连续的纤维74的短切纤维材料72，并且包括准各向同性材料75。如图9所示，间隙填充物124不仅包括半径填充物124a或条状物，而且包括包含短切纤维材料72的折叠填充物124b。
[0071]如图9所示，系统68还包括形成于复合结构26中的至少一个层间层128。该层间层128是由短切纤维材料72形成的。优选地，该层间层128 (见图11)最小化或消除了间隙填充物124的顶端部分129处(见图11)的树脂富集的袋状物的形成。如这里所使用的，“树脂富集”指的是具有过量的树脂且含有多于最大允许树脂含量的区域，并且可能由于例如不适当的固化或压实等引起，并且“树脂富集”进一步是指不足量的纤维，如按“纤维体积”测量的，“纤维体积”可以按重量计或者按体积计。给定不同形式(随机的、短切的、带状和织物型的)以及不同的重量性质的纤维(玻璃、碳和芳族聚酰胺)，纤维体积值可以变化。一般而言，测试可以确定什么样的纤维体积对于纤维形式和类型是最佳的。另外，如此处所使用的，“树脂不足”指的是纤维过量以及树脂量不足以完全地浸湿增强材料，如按纤维体积测量的，纤维体积可以按重量计或者按体积计。例如，缺乏粘合可以通过低光泽、干点或纤维显示来证实。例如，“树脂不足”情况可能由不适当的润湿或浸溃或通过过大的模制压力等引起。另外，如此处所用的，“标准纤维与树脂比率”指的是可以产生最佳的机械和物理性质的可接受的纤维与树脂比率或者纤维与树脂含量(例如，纤维体积与树脂体积，或纤维重量与树脂重量)的百分比。例如，用于复合物的标准纤维与树脂比率可以落在某个范围内，例如按产品体 积计从70/30%到30/70%之间，或者其可以具有起点或优选的比率，例如对于预浸溃，碳纤维与树脂比率是60/40，或者纤维与树脂比率是70/30。
[0072]系统68还包括压缩设备160 (见图13)、压盘134 (见图13)、薄板136 (见图13)、真空打包(bag)组件138 (见图13)和用于处理复合结构26的固化设备140 (见图13)。固化设备140可以包括炉子140a (见图13)、高压釜140b (参见图13)或其它合适的固化设备或装置。
[0073]图1OA是J形纵梁146的一个实施例的正剖面图的图示，该J形纵梁可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例来制造。图1OA示出J形纵梁146，其具有弯曲的球茎形部分130a并且包括凸缘118、折叠的腹板116、呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124以及呈折叠填充物124b形式的间隙填充物124。J形纵梁146可用于飞行器10 (见图1)或其它合适的交通工具或结构。
[0074]图1OB是I形纵梁148的一个实施例的正剖面图的图示，该I形纵梁可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例来制造。图1OB示出了 I形梁148，其具有上凸缘和下凸缘118、折叠的腹板116以及呈半径填充物124a或条状物形式的上间隙填充物和下间隙填充物124。该I形纵梁148可用于飞行器10 (见图1)或其它合适的交通工具或结构中。[0075]图1OC是球茎形纵梁150的一个实施例的正剖面图的图示，该球茎形纵梁可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例来制造。图1OC示出球茎形纵梁150，其具有球茎形部分130并且包括凸缘118、折叠腹板116、呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124以及呈折叠填充物124b形式的间隙填充物124。球茎形纵梁150可用于飞行器10 (见图1)或其它合适的交通工具或结构中。
[0076]可以根据本公开的系统68和方法200的一个实施例进行制造的其它合适的纵梁可以包括帽形纵梁、叶片纵梁、Z形纵梁、C形纵梁，H形纵梁或其它合适的纵梁结构或形状。
[0077]图11是呈纵梁28 (例如球茎形纵梁)形式的复合结构26的另一个实施例的局部正剖面图的图示，该复合结构26可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例进行制造，并且示出层间层128。如图11所示，纵梁28包括凸缘18、折叠的腹板116、呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124、呈折叠填充物124b形式的间隙填充物124以及第二复合填料98。呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124包括不连续的纤维74和顶端部分129。呈半径填充物124a形式的间隙填充物124填充间隙填充物区域122。呈折叠填充物124b形式的间隙填充物124也可以被填充过量的不连续的纤维74。不连续的纤维74可以被用于形成层间层128以填充所有的间隙填充物区域122或空隙。不连续的纤维74可以继续通过层间层128以形成混合类型的复合结构26。
[0078]图12是具有由不连续的纤维74组成的半径填充物124a或条状物的夹芯面板复合结构组件152的一个实施例的局部正剖面图的图示，该夹芯面板复合结构组件152可以根据本公开的系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的一个实施例进行制造并且可以与夹芯材料156—起使用。优选地，夹芯材料156是呈蜂巢形夹芯材料156a的形式。如图12所示,夹芯面板复合结构组件152还包括在夹芯材料156的每一侧上以及在半径填充物124a或条状物的每一侧上的层压制件154a、154b。图12进一步示出在半径填充物124a或条状物上方的层压制件154a处的脱胶位置158。
[0079]制造具有由短切纤维材料72 (见图4A)形成的间隙填充物124 (见图8和图13)的复合结构26 (见图1、图8和图13)的方法200被示于图14中。如图14所示，方法200包括步骤202:将不同厚度的短切纤维材料72 (见图4A和图13)施加在第一复合填料80(见图4A和图13)的第一片层82b (见图13)的第一片层表面84a (见图4A)上以形成分层复合填料90 (见图4A和图13)。施加步骤202可以优选地包括将短切纤维材料72引导在第一复合填料80的第一片层表面84a上，使得该短切纤维材料72的大量不连续的纤维74(见图4B)以期望的纤维取向88 (见图4B和图13)被引导。
[0080]施加步骤202可以通过短切纤维施加工艺86 (见图4A和图13)来执行。短切纤维施加工艺86可以包括自动化施加工艺86a (见图13)，例如使用机械臂、自动化加压喷涂装置或具有沿着第一复合填料80的第一片层表面84a的长度以不同厚度淀积或喷涂短切纤维材料72的能力的其它合适的装置或设备的自动化施加工艺。短切纤维施加工艺86还可包括手工施加工艺86b (参见图13)，例如借助于切碎机喷枪或通过具有沿着第一复合填料80的第一片层表面84a的长度以不同厚度淀积或喷涂短切纤维材料72的能力的其它合适的手工操作装置，操作者用手施加短切纤维材料72。
[0081]优选地，施加步骤202包括:将包括短切碳纤维预浸材料的短切纤维材料72以至少两个凸起部分78 (见图4A)的方式施加到第一复合填料80的第一片层表面84a上。优选地，每个凸起部分78具有足够的厚度以形成间隙填充物124 (见图7A)并且填充该复合结构26的间隙填充物区域122 (见图8)。例如呈短切碳纤维预浸材料形式的短切纤维材料72优选地形成间隙填充物124，该间隙填充物124包括准各向同性材料75 (见图9)，其与复合结构26的折叠的腹板116和凸缘118的邻近的堆叠的连续纤维预浸片层132的径向取向133a (见图9)相符或基本匹配。
[0082]如图14所示，方法200还包括步骤204:将分层复合填料90 (见图5)折叠以形成折叠的分层复合填料91。折叠步骤204优选地包括采用复合材料处理组件100 (见图5)来折叠分层复合填料90 (见图5)。折叠步骤204优选地还包括当通过复合材料处理组件100折叠分层复合填料90时使用加热装置103 (见图13)来加热该分层复合填料90。复合材料处理组件100可以包括成形工具组件102 (见图5)、拉挤工艺组件142 (见图13)、挤出工艺组件144 (见图13)、压模组件145 (见图13)或其它合适的复合材料处理组件。如图5所示，成形工具组件102可以包括凸形部分102a和凹形部分102b。如图5进一步所示，凸形部分102a可以具有T形结构104和纵向部分106，该纵向部分106被设计成接触该分层复合填料90的区域108a并且沿向下的方向Cl1对该区域108a施加作用力。如图5所示，由凸形部分102a向区域108a所施加的向下的作用力向着成形工具组件102的凹形部分102b推动分层复合填料90的区域108b，并且将短切纤维拐角部分110推动在一起且朝着凸形部分102a的纵向部分106推动。例如呈成形工具组件102形式的复合材料处理组件100形成具有内部分离面部分112 (见图6)的折叠部分113 (见图6)并形成折叠的分层复合填料91 (见图6)。
[0083]如图14所示，方法200还包括步骤206:组装第二复合填料98 (见图7A和图13)和折叠的分层复合填料91以形成复合结构26(见图7A)。例如，第二复合填料98和折叠的分层复合填料91可以用压模组件145挤压在一起，以将第二复合填料组装和接合到折叠的分层复合填料91。如图7A所示，短切纤维材料72形成复合结构26中的间隙填充物124。如图9所示，优选地，间隙填充物124与包围该间隙填充物124的复合结构26的形状133相符。更优选地，如图9所示，该间隙填充物124具有与复合结构26的折叠的腹板116和凸缘118的邻近的堆叠的连续纤维预浸片层132的径向取向133a (见图9)相符或基本匹配的半径部分126。
[0084]组装步骤206还可以包括短切纤维材料72形成层间层128 (见图11)，该层间层128 (见图11)使间隙填充物124的顶端部分129处(见图11)的树脂富集的袋状物的形成最小化或消除。优选地，形成间隙填充物124的短切纤维材料72包括与包括包围该间隙填充物124的复合结构26的材料相同的材料,或者优选地,其包括与包括包围该间隙填充物124的复合结构26的材料相容的材料。
[0085]如图14所示，方法200还包括步骤208:处理该复合结构26。如此处所使用的，“处理”通常是指形成或操作该复合材料，例如分层复合材料填料91和第二复合填料98，以及加固该复合材料或复合结构26，这包括固化复合材料或复合结构26的形状或形式。形成或操作该复合材料可以包括在例如纵梁28 (见图1)的复合结构26形成之前以有利且期望的纤维取向88 (见图13)来铺覆短切纤维材料72。形成或操作可以进一步包括预热每个短切纤维材料72的一部分，以便在形成例如纵梁28 (见图1)的复合结构26之前，可以以期望的纤维取向88 (见图13)来粘附并固定每个短切纤维材料72的部分，同时进行堆叠或铺覆。加固该复合材料包括在热和/或压力下硬化或韧化复合材料，并且在加固过程中，热和/或压力导致树脂的流动以及复合材料的增强纤维的润湿。
[0086]处理还可以包括将该复合结构26 (见图7A)从复合材料处理组件100上移除并且将其放置在压盘134 (见图13)上。薄板136 (见图13)可以被安装在纵梁上，并且随后在一个处理实施例中，整个组件可以被真空打包并且被放置在高压釜中进行固化。处理步骤208还可以包括如下步骤:在真空打包组件138 (图13)下将热和压力施加到该复合结构26。处理步骤208还可以包括如下步骤:在固化设备140 (见图13)中固化该复合结构26。固化设备140可以包括炉子140a (见图13)、高压釜140b (参见图13)或其他合适的固化设备或装置。固化设备140可以使用能够固化复合结构的任何机器来实现。在固化发生之后，从固化设备140中移走复合结构26。
[0087]如图14所示，方法200还可以包括可选步骤210:在将承载层92定位在第一复合填料80的第一片层表面84a (见图4D)上的步骤之前或之后，将短切纤维材料72施加到例如呈第一承载层92a (见图4D)形式的承载层92 (见图4D)，或将该短切纤维材料72施加到承载层92以代替第一片层表面84a和第一复合填料80。例如，承载层92可以被定位于第一复合填料80的第一片层表面84a上，然后将短切纤维材料72施加到承载层92。替换地，短切纤维材料72可以在不同的位置施加到承载层92，然后具有短切纤维材料72的承载层92可以被定位于第一复合填料80的第一片层表面84a上。在另一个实施例中，承载层92可以被用来代替或替代第一复合填料80，包括第一复合填料80的第一片层表面84a。短切纤维材料72可以被施加到承载层92以形成分层承载层，然后其可以被折叠，并与第二复合填料98 —起被组装，以形成复合结构26，然后进行处理。
[0088]如图14所示，方法200还可以包括可选的步骤212:将例如呈第二承载层92b (见图7B)形式的承载层92施加在第二复合填料98与形成该复合结构26的间隙填充物124的短切纤维材料72之间。
[0089]在本公开的另一实施例中，提供了一种制造复合结构26(见图1和图8)的方法，该复合结构具有带短切纤维材料72 (见图8)的一个或多个间隙填充物124 (见图8)以及带短切纤维材料72的一个或多个层间层128(见图11)。该方法包括以下步骤:将包含短切纤维材料72的短切纤维间隙填充物层70 (见图4A)以不同厚度施加到包含复合织物82c (见图13)的第一承载层92a (见图4D)。该方法还包括以下步骤:通过将第一承载层92a和多个复合片层82a (见图13)堆叠来形成分层复合填料90 (见图4A)，以获得第一复合填料80(见图13)，该第一承载层92a被定位在短切纤维间隙填充物层70和第一复合填料80(见图4A)之间。该方法还包括以下步骤:将包含复合织物82c (见图13)的第二承载层92b (见图7B)和多个复合片层82a (见图13)堆叠以获得第二复合填料98 (见图13)。该方法还包括以下步骤:将分层复合填料90和第二复合填料98组装以形成复合结构26 (见图7B)。在飞行器10 (见图1)中，该复合结构26 (见图1)优选地包括纵梁复合结构28 (见图1)。第一复合填料80优选地包括纵梁填料80a (见图4B和图13)。该第二复合填料98优选地包括纵梁盖填料98a (见图7A和图13)或蒙皮面板填料98b (见图8和图13)。
[0090]短切纤维材料72在复合结构26中形成一个或多个间隙填充物124和一个或多个层间层128 (见图11)。优选地，该短切纤维材料124包含与包含复合结构26的材料相同的材料，或包含与包含该复合结构26的材料相容的材料。该方法还包括以下步骤:对该复合结构26进行处理。该方法还包括在堆叠第二承载层92b之前，将短切纤维间隙填充物层70施加在第二承载层92b上。将短切纤维间隙填充物层70施加到第一承载层92a以及施加到第二承载层92b的步骤优选地包括将短切纤维材料72引导在第一承载层92a以及第二承载层92b上，使得短切纤维材料72的大量不连续的纤维74(见图4C)以期望的取向88(见图4C)被引导。组装步骤优选地包括使用复合材料处理组件100 (见图5)折叠该分层复合填料90，并且当通过复合材料处理组件100折叠该分层复合填料90时，加热该分层复合填料90。
[0091]系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的所公开的实施例提供了具有由短切纤维材料72形成的间隙填充物124和层间层128的复合结构26 (见图1)，其中，形成例如呈半径填充物124a或条状物形式的间隙填充物124，以在复合结构26 (例如纵梁28)的形成期间填充复合结构26 (例如纵梁28)中的间隙填充物区域122 (见图11)和其它空隙，而不是形成复合结构26 (例如纵梁28)，以配合间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)。使用短切纤维材料72来形成一个或多个间隙填充物124允许在组装期间具有更加一致的层间接合并且人为误差的可能性较小。
[0092]另外，系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的所公开的实施例提供了具有由短切纤维材料72形成的间隙填充物124和层间层128的复合结构26 (见图1)，其设计没有提供使裂纹容易生长的路径，因为该裂纹必须通过带有不一致的纤维间树脂线路的短切纤维材料扩展，这与带有间隙填充物的复合结构的已知设计相反，该已知设计允许裂纹生长扩展至整个复合部件，因为这些纤维以平行于该复合结构(例如纵梁)的方向延伸。另外，该短切纤维材料72不允许直线裂纹传播通过不连续的纤维74，这与在某些已知的单向纤维半径填充物或条状物上所呈现的状况类似。
[0093]此外，系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的所公开的实施例提供了具有由短切纤维材料72形成的间隙填充物124和层间层128的复合结构26 (见图1)，与已知的半径填充物或条状物的设计相比，其设计具有的拉脱强度得到改善，因为所公开的设计消除了间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)的顶端部分129 (见图11)处的树脂富集的袋状物。一致的层间层128 (见图11)提供了整个纵梁28上纵梁填料80a (见图4B)和蒙皮面板填料98b (见图8)之间的一致的层间接合。优选地，该短切碳纤维材料形成具有可变厚度的短切纤维间隙填充物层，其不允许在间隙填充物124的顶端部分129(见图11)处形成树脂富集的袋状物。不连续的纤维74通常勾画的轮廓(contour to)导引负载通过间隙填充物124并且将负载分散到蒙皮面板。因此，所公开的设计不允许在间隙填充物124 (例如半径填充物124a)的顶端部分处形成不牢固的树脂富集的袋状物。
[0094]由于充分提高的拉脱强度，纵梁28能够被用作翼肋的结构元件，并且随后可以将翼肋紧固到翼盒内部的纵梁28。这会使得使用较少的紧固件，这可以降低复合结构的重量，并且如果该复合结构26用于飞行器10(见图1)中，这种重量上的减少可以使得燃料消耗减小，这继而使得燃料成本减小。另外，更少的紧固件会穿过机翼蒙皮而伸出，从而在组装过程中节约了时间，有助于雷击防护，并且产生了会导致燃料泄漏的更少的紧固件孔或区域。
[0095]另外，系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的所公开的实施例提供了具有由短切纤维材料72形成的间隙填充物124和层间层128的复合结构26 (见图1)，其允许直接在该复合填料或部件上形成间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)，这消除或者最小化储存和运输间隙填充物124 (例如半径填充物124或条状物)的需要，并且这继而可以避免可能由这种储存或运输引起的对该间隙填充物124造成的损坏。另外，与已知的条状物设计相比，该间隙填充物124 (例如半径填充物124或条状物)的制造可能需要较少的密集劳动，并且接合表面可以变得更加一致，因为间隙填充物124 (例如半径填充物124或条状物)与复合结构26的形状相符，而不是复合结构26不得不与间隙填充物124 (例如半径填充物124或条状物)相符。
[0096]此外，系统68 (见图13)和方法200 (见图14)的所公开的实施例提供了具有由短切纤维材料72形成的间隙填充物124和层间层128的复合结构26 (见图1)，其中该短切纤维材料72形成准各向同性间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)，其大致跟随从蒙皮面板填料98b到纵梁填料80a的复合结构26的径向取向133a。优选地，该短切纤维材料72通过不连续的纤维74 (见图9)来负载不同尺寸和形状的薄片元件。另外，间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)可以通过一致的自动化施加工艺86a (见图13)(例如机器人工艺)快速地形成。与不允许纤维在纵梁形成期间移动太多的已知条状物设计相比，还可以通过等待形成间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)直至IJ纵梁28形成，间隙填充物124 (例如半径填充物124a或条状物)可以填充全部的存在的空隙。另外，由短切纤维材料72形成的间隙填充物可以更容易制造，同时也满足不是太硬或太软的结构标准。
[0097]从以上的说明和相关的附图给出的教导获益的、与本公开内容有关的领域的技术人员将想起本公开内容的许多修改和其它实施例。这里所描述的实施例是用于说明而不是意图限制或排它。虽然这里使用了特定的术语，但它们只用于一般性和说明性含义，并非出于限制的目的。
【权利要求】
1.一种制造复合结构的方法，所述方法包括以下步骤: 将短切纤维材料以不同厚度施加到第一复合填料第一片层表面上，以形成分层复合填料； 折叠所述分层复合填料； 将第二复合填料与折叠的分层复合填料组装，以形成复合结构，所述短切纤维材料在所述复合结构中形成间隙填充物，所述间隙填充物与包围所述间隙填充物的所述复合结构的形状相符；以及 处理所述复合结构。
2.如权利要求1所述的方法，其中施加步骤进一步包括以下步骤中的一个:在将承载层定位在所述第一复合填料的所述第一片层表面上的步骤之前或之后，将所述短切纤维材料施加到承载层，或者将所述短切纤维材料施加到承载层来代替包括所述第一片层表面在内的所述第一复合填料。
3.如任一前述权利要求所述的方法，其中组装步骤还包括在所述第二复合填料与形成所述复合结构的间隙填充物的所述短切纤维材料之间施加承载层。
4.如任一前述权利要求所述的方法，其中施加步骤包括将所述短切纤维材料引导到所述第一复合填料的所述第一片层表面上，使得所述短切纤维材料的大量不连续的纤维以期望的纤维取向被引导。
5.如任一前述权利要求所述的方法，其中施加步骤是通过手工施加工艺或自动施加工艺来执行的。
6.如任一前述权利要求所述的方法，其中施加步骤包括将短切碳纤维预浸材料以至少两个凸起部分的方式施加到所述第一复合填料的所述第一片层表面上，每个凸起部分具有足够的厚度以形成所述间隙填充物并填充所述复合结构的间隙填充物区域。
7.如任一前述权利要求所述的方法，其中折叠步骤包括采用复合材料处理组件来折叠所述分层复合填料，并且当通过所述复合材料处理组件折叠所述分层复合填料时，加热所述分层复合填料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述复合材料处理组件包括成形工具组件、拉挤工艺组件、挤出工艺组件以及压模组件中的一个。
9.如任一前述权利要求所述的方法，其中组装步骤包括所述短切纤维材料形成层间层，所述层间层最小化或消除所述间隙填充物的顶端部分处的树脂富集的袋状物的形成。
10.如任一前述权利要求所述的方法，其中形成所述间隙填充物的所述短切纤维材料包括与包含包围所述间隙填充物的所述复合结构的材料相同的材料，或包括与包含包围所述间隙填充物的所述复合结构的材料相容的材料。
11.如任一前述权利要求所述的方法，其中处理步骤包括以下步骤: 在真空打包组件下将热和压力施加到所述复合结构；以及 在固化设备中固化所述复合结构。
12.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述复合结构包括飞行器中的纵梁复合结构，所述第一复合填料包括纵梁填料，并且所述第二复合填料包括纵梁盖填料或蒙皮面板填料。
13.一种用于制备复合结构的系统，所述系统包括:分层复合填料，其包括: 第一复合填料，其包括多个第一堆叠的复合片层并且具有第一片层表面；以及短切纤维间隙填充物层，其被施加到所述第一片层表面，所述短切纤维间隙填充物层包括不同厚度的短切纤维材料； 复合材料处理组件，其适于折叠所述分层复合填料； 第二复合填料，其包括多个第二堆叠的复合片层，所述第二复合填料与折叠的分层复合填料组装以形成复合结构； 形成在所述复合结构中的至少一个间隙填充物，由所述短切纤维材料形成的间隙填充物包括与包含包围所述间隙填充物的所述复合结构的材料相同或相容的材料，并且所述间隙填充物是准各向同性的且与包围所述间隙填充物的所述复合结构的形状相符； 形成在所述复合结构中的至少一个层间层，所述层间层由所述短切纤维材料形成；以及 真空打包组件和固化设备，用于处理所述复合结构。
14.如权利要求13所述的系统，还包括以下中的一个或多个:定位在所述短切纤维间隙填充物层和所述第一复合填料之间的承载层，以及定位在所述第二复合填料和形成所述复合结构的间隙填充物的所述短切纤维材料之间的承载层。
15.如权利要求13或14所述的系统，其中所述复合结构包括飞行器中的纵梁复合结构，所述第一复合填料包括纵梁填料，并且所述第二复合填料包括纵梁盖填料或蒙皮面板填料。
【文档编号】B64C3/18GK103979099SQ201410045159
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月7日
【发明者】D·P·维特, M·J·格拉夫, K·H·格里斯 申请人:波音公司