具有稳定元件的复合结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及复合材料和方法，并且更特别地，涉及具有稳定元件的混合复合材料层压板。
【背景技术】
[0002]复合材料被用于广泛的各种结构中。在飞行器构造中，复合材料可以被用于形成机身、机翼、尾部以及其他组件。例如，飞行器机身可以由复合材料蒙皮面板构造，例如帽型桁条的复合结构构件可以被附连到该复合蒙皮面板。帽型桁条可以增加蒙皮面板的强度和刚度。
[0003]在复合结构的制作期间，复合层片的层可以被叠加在工具或模具之上。工具或模具可以被提供成最终的复合结构的期望形状。复合层片可以包括多个高模量或高强度纤维，例如碳、玻璃或者其他纤维。纤维可以预填充例如环氧树脂或热塑性树脂的聚合基体材料以形成预浸溃复合层片。复合层片内的纤维可以通常被校准或取向在单一方向(如，单向的)内，或者复合层片内的纤维可以在组织排列中在两个或多个方向内被编排在一起。复合结构可以被设计成沿着纤维的长度传递主要载荷。在这方面，由单向纤维形成的复合结构可以沿纤维的纵长方向具有相对高的拉伸强度。
[0004]在预浸溃复合层片被叠加在工具或模具上之后，固化周期可以在叠层上进行。固化周期可以包括向叠层施加热量和压实压力。施加热量可以减小树脂的粘度进而允许树脂流动并且与邻近复合层片内的树脂混合在一起。施加压实压力可以包含在叠层之上安装真空袋和/或将叠层定位在热压器内。压实压力可以将复合层片抵靠工具或模具压实以便最小化或减小最终复合结构内的气孔率和空隙。此外，压实压力可以将叠层压向工具或模具以建立复合结构的最终形状和表面光洁度。
[0005]尽管真空袋可以向预浸溃复合层片的大部分叠层施加基本均匀的压力，但是在施加压实压力期间树脂粘度的减小可以导致树脂流向真空袋下的低压实压力的区域。低压实压力的区域可以发生在与叠层相关的几何断点的位置处。几何断点可以在固化期间导致平面外纤维移动。例如，几何断点可以发生在结构构件(如，桁条、加强件等)的边缘处，所述结构构件可以被安装或接合(相互固化、相互粘接、相互合并)到形成为未固化的预浸溃复合层片的层压板的蒙皮面板。加强件边缘处的几何断点可以导致从加强件边缘到叠层表面的真空袋的桥接。
[0006]桥接之下的面积可以包括低压实压力区域。树脂可以流向低压实压力区域并且可以导致复合层片内的纤维也转向低压实压力区域。纤维的移动可以导致纤维聚在一起进而导致平面外纤维变形。一旦树脂固化和凝固之后，平面外纤维变形可以成为复合结构内的永久性调整。平面外纤维变形可以影响纤维的承载能力，当所述纤维被取向在层或层片内的共同方向中时，该纤维一般被设计成提供最大的强度。在这方面，平面外纤维变形可以对最终的复合结构的特性具有低于期望的影响。
[0007]正如能够看到的，在本领域内存在一种用于使复合结构内的平面外纤维变形最小化的系统和方法的需要。
【发明内容】
[0008]以上指出的与复合结构内的平面外纤维变形有关的需求通过本公开而被具体地处理并且缓解，本公开提供了可以包含层压板和稳定元件的复合结构。层压板可以具有多个复合层片。复合结构可以包含可与层压板相关的压缩断点。稳定元件可以被包含在复合层片内并且可以位于靠近压缩断点。
[0009]在进一步的实施例中，所公开的是可以包含层压板和稳定元件的复合结构，并且其中层压板可以具有多个复合层片。复合结构可以包含可与层压板相关的几何断点。稳定元件可以包含在复合层片中并且可以位于靠近几何断点。
[0010]层片稳定器也被公开。层片稳定器可以包含用于具有多个复合层片的层压板的稳定元件。层压板可以具有与其相关的压缩断点。稳定元件可以包含在复合层片中并且可以位于靠近压缩断点。
[0011]制造复合结构的方法也被公开。该方法可以包括将层压板与多个复合层片叠加。层压板可以具有与其相关的压缩断点或几何断点。该方法可以进一步包含向所述复合层片中施加稳定元件并且使稳定元件定位为靠近压缩断点或几何断点。
[0012]已经被论述的特征、功能和优点能够被独立地实现在本公开的不同实施例中，或者可以与另一些其他的实施例结合，通过参考下文描述和以下附图，其更多细节能够被获知。
【附图说明】
[0013]参考附图，本公开的这些和其他特征将会更加明显，其中全文中相同的标号指的是同样的零件，并且其中:
[0014]图1是飞行器的透视图；
[0015]图2是沿图1中的线2所取的飞行器机身的圆筒区段的透视图；
[0016]图3是沿图2中的线3所取的圆筒区段的一部分的透视图并且其说明了该圆筒区段由具有例如被装配到其上的帽形加强件的结构性构件的面板(如，蒙皮面板)组成；
[0017]图4是沿图3的线4所取的圆筒区段的一部分的横截面图并且其说明了被耦接到面板的帽形加强件；
[0018]图5是沿图4的线5所取的结构构件半径(即帽形加强件)、面板以及粘合层的分解横截面图示并且其说明了帽形加强件到面板的接合；
[0019]图6是图5中与面板相互接合的结构构件的横截面图示，并且其说明了通过真空袋施加压力进而在结构构件的结构构件边缘处(即帽形加强件的边缘处)造成低压实压力区域并且导致面板的纤维的平面外变形；
[0020]图7是图6中结构构件和面板的横截面图示，所述面板具有在面板内靠近结构构件的边缘处安装的稳定元件并且导致面板内平面外纤维变形的最小化；
[0021]图8是沿图7中的线8所取的结构构件的半径的横截面图示并且其说明了通过真空袋施加压力进而在结构构件半径处造成高压实压力区域并且由于树脂从结构构件半径中流出而在结构构件半径内导致半径变薄；
[0022]图9是图8中的结构构件(如，帽形加强件)的结构构件半径的横截面图示，所述结构构件具有被安装在靠近结构构件半径处的稳定元件并且在结构构件半径内导致半径变薄的最小化；
[0023]图10是沿图7中的线10所取的结构构件半径的半径填充物(即条状物)的横截面图示并且其说明了在靠近半径填充物的位置处的平面外纤维变形；
[0024]图11是图10中的结构构件的半径填充物的横截面图示，所述结构构件具有被安装到靠近半径填充物处的稳定元件并且导致了平面外纤维变形的最小化；
[0025]图12是沿图2中的线12所取的复合圆筒的端视图图示并且其说明了用于装配到圆筒区段的蒙皮面板的多个胎膜板；
[0026]图13是被装配到沿图12中的线13所取的面板的加强件的横截面图示并且说明了发生在胎膜板的胎膜板边缘间的间隙处的平面外纤维变形；
[0027]图14是图13中的帽形加强件和面板的横截面图示，所述面板具有被安装在靠近胎膜板边缘处的面板内的稳定元件；
[0028]图15是沿图3的线15所取的面板内的垫片的横截面图示并且其说明了发生在垫片的周边边缘处的平面外纤维变形；
[0029]图16是图15内的垫片的横截面图示并且其导致了面板内平面外纤维变形的最小化；
[0030]图17是稳定元件和复合层片的横截面图示，所述稳定元件和复合层片被排列使得稳定元件边缘和层片边缘以彼此相对的关系布置；
[0031]图18是稳定元件和复合层片的横截面图示，所述稳定元件和复合层片被布置使得稳定元件边缘和层片边缘以彼此重叠的关系布置；
[0032]图19是具有可以被包含在制造复合结构的方法内的一个或多个操作的流程图的图示；
[0033]图20是具有至少一个稳定元件的复合结构的方块图的图示；
[0034]图21是飞行器生产和维护方法的流程图的图示；
[0035]图22是飞行器的方块图；
【具体实施方式】
[0036]现在参考附图，其中所显示的内容是出于说明本公开中优选的和不同实施例的目的，图1中所显示的是由一个或多个复合结构200形成的客运飞行器100的透视图。例如，飞行器100可以包含机身102和从机身102向外延伸的一对机翼106。机身102可以由一个或多个圆筒区段104组成，其中每个圆筒区段104可以被形成为复合结构200。每一个机翼106也可以被形成为复合结构200。尾翼108可以包含可以另外地形成为复合结构200的水平安定面110、升降舵112、垂直安定面114以及方向舵116。尽管本公开被描述在如图1所说明的固定翼客运飞行器100的背景中，但是所公开的实施例可以被应用到不具有限制的任何配置的飞行器中。在这方面进一步地，所公开的实施例可以被实施在任何车载或非车载应用上(无限制)并且不局限于实施在飞行器100上。
[0037]参考图2，所显示的是机身102 (图1)的圆筒区段104的一部分的透视图。圆筒区段104可以被形成为复合结构200并且可以包含一个或多个面板206 (如，蒙皮面板)。每个面板206可以被形成为由多个复合层片214组成的层压板204。面板206可以由多个结构构件400支撑。每一个结构构件400也可以被形成为由多个复合层片214组成的层压板204。在图2中，支撑一个或多个面板206(如，蒙皮面板)的结构构件400可以包括多个周向间隔、纵向延伸的桁条402或帽形加强件404和多个轴向间隔的框架202。在一个实施例中，帽形加强件404可以承受轴向力(未显示)，例如轴向拉伸载荷(未显示)、弯曲载荷(未显示)以及其他载荷。框架202可以维持机身102的形状并且可以承受周向或箍筋载荷(hoop load)(未显示)和其他载荷。框架202和帽形加强件404可以增强机身102在弯曲(未显示)下的屈曲强度(未显示)。框架202和帽形加强件404也可以一起增加一个或多个面板206的扭转和弯曲刚度(未显示)以及由框架202和帽形加强件404提供的其他品质。
[0038]参考图3，所显示的是圆筒区段104(图1)的一部分的透视图，其说明了面板206具有被装配到面板206的多个结构构件400 (如，帽形加强件404)并且形成了复合结构200。在一个实施例中，一个或多个结构构件400 (如，帽形加强件404)可以被形成为如上提到的复合层片214的层压板204。一个或多个结构构件400可以通过将结构构件400接合、相互接合或相互固化到下文更详细地描述的面板206而被固定到面板206。正如在此所使用的，结构构件400可以包含帽形加强件404、框架202(图2)、桁条(未显示)或者可以被结合到面板206的任何配置或几何结构而无限制的任何其他结构构件400。有利的是，复合结构200可以包含包括稳定兀件300的一个或多个层片稳定器,所述稳定兀件300被配置为向复合层片214提供刚性并且减轻或防止压实、合并或固化(未显示)复合结构200期间例如在压实、合并或固化复合结构200期间的平面外纤维变形244(图6)。
[0039]参考图4，所显示的是圆筒区段104(图1)的横截面图，其说明了被装配到面板206的多个结构构件400 (如，帽形加强件404)。每一个结构构件400可以表示与面板206相关联的至少一个压缩断点258。在一个实施例中，压缩断点258可以发生在不均匀的压实压力329被施