圆角填料及制造圆角填料和复合结构的方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体上涉及复合结构，更具体地，涉及用于复合结构的复合的圆角填料 (radius filler)及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 复合结构由于其高的强度重量比、耐腐蚀性和其它有利性质而用在各种各样的应 用中。在飞行器构造中，复合物用于增加量以形成机身、机翼、水平和垂直稳定器以及其它 组件。例如，飞行器的水平稳定器可由复合的蒙皮壁板形成，蒙皮壁板被共结合或共固化于 诸如复合加强件或翼梁的内部复合结构。复合翼梁可从水平稳定器的底部延伸到顶部并且 大体沿着翼展方向在厚度上是减缩的，以提高水平稳定器的硬度特性并且减轻重量。
[0003] 复合加强件或翼梁可被设置成各种横截面形状。例如，复合加强件或翼梁可通过 按背对背布置将两个C形复合通道的垂直幅材结合或固化在一起而形成I梁形状。C形通 道中的每个可具有从幅材的上端和下端向外延伸的水平凸缘。各水平凸缘可按圆角幅材凸 缘过渡（radiused web-flange transition)而过渡到幅材中。当C形通道背对背地接合 以形成I梁形加强件时，圆角幅材凸缘过渡产生沿着I梁加强件的上端和下端的纵向槽口。 纵向槽口可被称为圆角填料区或糊料条（noodle)区。为了提高复合结构的强度、硬度和耐 久性，可用由复合材料形成的圆角填料或糊料条填充圆角填料区。
[0004] 遗憾的是，现有的圆角填料具有有损其功用的许多缺陷。例如，现有的圆角填料由 于在制造过程期间（诸如，在固化后进行冷却期间）会出现的剩余应力而表现出破裂。由 于圆角填料和环绕圆角填料的相邻复合层合物之间的热不匹配，导致会出现剩余应力。另 外，某些圆角填料会导致在结构负荷下在加强件和蒙皮壁板之间的结合处出现次佳的拉脱 强度。
[0005] 如可明白的，在本领域中需要使复合物制造过程期间出现裂缝最少并且提供有利 的拉脱强度并且可按及时且有成本效益的方式制造的圆角填料。
【发明内容】
[0006] 与连接复合物组件关联的上述需要具体是由提供一种制造圆角填料或糊料条的 方法的本公开解决的。该方法可包括提供多根纤维并且将多根纤维编织成编织的预成形 物。该方法还可包括将编织的预成形物成形为编织的圆角填料，并且将编织的圆角填料切 割成所需长度。如以下更详细描述的，在一些示例中，纤维可以是可被施用树脂或基质材料 的加固纤维（例如，碳纤维、玻璃纤维、Kevlar?;纤维等）。基质材料可以是热固性基质材料 (例如，环氧化物）或热塑性基质材料（例如，聚醚酮酮、聚醚醚酮等）。在一些示例中，纤 维可包括与热塑性纤维编织在一起的加固纤维，热塑性纤维当被加热时会熔融，与加固纤 维浸渍在一起，如以下描述的。在其它示例中，纤维可只包括热塑性纤维，这些热塑性纤维 可被编织在一起并且可在加热、成形和硬化圆角填料的过程期间熔融和浸渍在一起。
[0007] 另外，公开了一种制造复合结构的方法。所述方法可包括将编织的圆角填料安装 在对置的加强件层合物之间的圆角填料区中。所述方法可另外包括组装基底层合物与加强 件层合物，以将编织的圆角填料包封在所述圆角填料区内并且形成层合物组件。所述方法 还可包括通过施加热来固化层合物组件，以形成复合结构。
[0008] 在其它实施方式中，公开了一种制造圆角填料的方法。所述方法可包括提供圆角 填料芯并且制造衬套。所述方法可另外包括用衬套覆盖圆角填料芯，以形成带衬套的圆角 填料。
[0009] 另外公开了一种制造复合结构的方法。所述方法可包括将带衬套的圆角填料安装 在对置的加强件层合物之间的圆角填料区中；组装基底层合物与所述加强件层合物，以将 所述带衬套的圆角填料包封在所述圆角填料区内以形成层合物组件。所述方法还可包括通 过施加热来固化所述层合物组件，以形成复合结构。
[0010] 另外公开了一种用于安装在层合物组件的圆角填料区中的圆角填料。该圆角填料 可包括包封在树脂中并且编织成编织的圆角填料的多根纤维。编织的圆角填料可具有大体 三角形形状，即，具有凹形的圆角填料侧表面和大体平坦的圆角填料底表面。
[0011] 另外公开了一种圆角填料。该圆角填料可包括圆角填料芯。圆角填料可另外包括 覆盖圆角填料芯的衬套。带衬套的圆角填料可具有圆角填料底表面和对置的圆角填料侧表 面。圆角填料侧表面可以是凹形的。圆角填料底表面可以是大体平坦的。
[0012] 已经讨论的特征、功能和优点可独立地在本公开的各种实施方式中实现或者可被 这在其它实施方式中，可参照下面的描述和以下的附图明白实施方式的其它细节。
【附图说明】
[0013] 参照附图，本公开的这些和其它特征将变得更清楚，在附图中，类似的标号始终表 示类似的部件，其中：
[0014] 图1是飞行器的立体图；
[0015] 图2是沿着图1的线2截取的水平稳定器的立体图；
[0016] 图3是沿着图2的线3截取的复合加强件和圆角填料的立体图并且示出将圆角填 料安装到图2的复合加强件的圆角填料区内；
[0017] 图4是沿着图3的线4截取的示意图并且示出作用于加强件层合物和基底层合物 之间的界面的拉脱负荷；
[0018] 图5是编织的圆角填料的实施方式的立体图；
[0019] 图6是示出制造编织的圆角填料的方法中可包括的一个或多个操作的流程图；
[0020] 图7是用于制造编织的圆角填料的制造系统的实施方式的示意图；
[0021] 图8是具有圆柱形构造的编织的预形成物的立体图；
[0022] 图9是沿着图7的线9截取的编织的预形成物的剖视图；
[0023] 图10是沿着图7的线10截取的第一辊模具组的剖视图；
[0024] 图11是沿着图7的线11截取的第二辊模具组的剖视图；
[0025] 图12是沿着图7的线12截取的第三辊模具组的剖视图；
[0026] 图13是用于制造编织的圆角填料的制造系统的其它实施方式的示意图，制造系 统具有用于制造芯的芯制造工位，编织的圆角填料可被编织在所述内芯上；
[0027] 图14是具有分开的上成形模具与下成形模具的最终成形工位的示意性侧视图；
[0028] 图15是具有编织的预成形物的图14的最终成形工位的示意性侧视图，其中编织 的预成形物被夹在上成形模具和下成形模具之间，用于固结和/或固化编织的圆角填料；
[0029] 图16是沿着图14的线16截取的最终成形工位的剖视图并且示出具有粘合剂填 充口的上成形模具和下成形模具并且还示出具有内芯的编织的圆角填料的实施方式；
[0030] 图17是沿着图15的线17截取的最终成形工位的剖视图并且示出将粘合剂注入 粘合剂填充口中以在编织的圆角填料的各个圆角填料角部上形成粘合剂顶端（adhesive tip)；
[0031] 图18是在各个圆角填料角部处具有粘合剂顶端的编织的圆角填料的剖视图；
[0032] 图19是由于纤维的偏置角变化而导致其横截面尺寸局部变化的编织的预成形物 的立体图；
[0033] 图20是图19的编织的预成形物的侧视图并且示出以第一偏置角和第二偏置角 (例如，不同的偏置角）形成从而导致有编织的预成形物的横截面尺寸局部变化区域的纤 维；
[0034] 图21是最终轮廓形状（contoured shape)的编织的圆角填料的立体图，该最终轮 廓形状在与编织的预成形物横截面尺寸的局部变化对应的位置的横截面尺寸局部减小；
[0035] 图22是在安装到由一对加强件层合物限定的圆角填料区中期间编织的圆角填料 的立体图，加强件层合物沿着加强件层合物的一部分长度具有局部层片添加物；
[0036] 图23是卷绕有粘合剂层的编织的圆角填料的实施方式的分解视图；
[0037] 图24是用于制造编织的圆角填料并且包括位于编织工位下游的心轴形成系统并 且还包括固结工位和检验工位的制造系统的其它实施方式的示意图；
[0038] 图25是沿着图24的线25截取的心轴形成系统的剖视图并且示出具有被编织的 圆角填料占据的心轴模具腔体的可移动心轴模具；
[0039] 图26是在将陶瓷基质注入心轴模具腔体期间心轴形成系统的剖视图；
[0040] 图27是带有处于硬化状态的陶瓷基质的心轴形成系统的剖视图；
[0041] 图28是具有安装在施压系统中的心轴形成系统的图24的制造系统的示意图；
[0042] 图29是沿着图28的线29截取的施压系统的剖视图并且示出心轴形成系统被捕 获在施压系统的可移动上压件和施压基底之间；
[0043] 图30是示出在编织的圆角填料固结之后将心轴模具与心轴形成基座分开的施压 系统的剖视图；
[0044] 图31是在心轴模具腔体中溶解并且去除硬化的陶瓷基质之后心轴形成系统的剖 视图；
[0045] 图32是图28的制造系统的其它实施方式的示意图并且示出心轴形成系统脱离编 织工位；
[0046] 图33是示出暂时安装在心轴模具腔体中的虚拟圆角填料（du_y radius filler) 的心轴形成系统的剖视图；
[0047] 图34是示出将粘合剂注入心轴模具腔体的里面和虚拟圆角填料的周围的心轴形 成系统的剖视图；
[0048] 图35是带有硬化状态的陶瓷基质的心轴形成系统的剖视图；
[0049] 图36是在从心轴模具腔体中去除虚拟圆角填料之后心轴形成系统的分解剖视图 并且示出成形为硬化陶瓷基质的所得轮廓；
[0050] 图37是示出在将圆角填料与复合层合物组装以形成复合结构的方法中可包括的 一个或多个操作的流程图；
[0051] 图38是限定圆角填料区的一对背对背加强件层合物的示意性侧视图；
[0052] 图39是加强件层合物的示意性侧视图并且示出被施加到对置的一对加强件外圆 角的粘合剂层；
[0053] 图40是将粘合剂层卷绕到圆角填料底表面上的示意性侧视图；
[0054] 图41是正被组装到加强件层合物上的基底层合物的示意性侧视图；
[0055] 图42是通过固化包含被粘合剂卷绕的编织的圆角填料的层合组件而制作的复合 结构的示意性侧视图；
[0056] 图43是示出在制造带衬套的圆角填料的方法中可包括的一个或多个操作的流程 图；
[0057] 图44是圆角填料芯的实施方式的立体图；
[0058] 图45是编织的衬套的实施方式的立体图；
[0059] 图46是编织的衬套施用在圆角填料芯上以形成带衬套的圆角填料的立体图；
[0060] 图47是安装在层合物组件的圆角填料区内的带衬套的圆角填料的剖视图；
[0061] 图48是具有由织造材料形成的带腿部的衬套的带衬套的圆角填料的实施方式的 立体图；
[0062] 图49是在连接到主衬套部分的圆角填料角部之前的多个腿部的分解侧视图；
[0063] 图50是组装后的带腿部的衬套圆角填料的示意性侧视图，示出腿部与主衬套部 分的结点或缝合连