圆角填料及制造圆角填料和复合结构的方法_2

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接;
[0064] 图51是在将带腿部的衬套编织到圆柱形形状的虚拟圆角填料上之后带腿部的衬 套的示意性侧视图;
[0065] 图52是编织在三角形形状的虚拟圆角填料上的带腿部的衬套的示意性侧视图; [0066] 图53是覆盖圆角填料内芯的组装后带腿部的衬套的示意性侧视图;
[0067] 图54是在与一对背对背加强件层合物和基底层合物组装之前的带腿部的衬套圆 角填料的分解视图;
[0068] 图55是组装之后的加强件层合物、基底层合物和圆角填料的侧视图;以及 [0069] 图56是具有上圆角填料和下圆角填料的I梁复合结构的侧视图,该结构带有将上 圆角填料和下圆角填料互连的垂直腿部。
【具体实施方式】
[0070] 现在,参照示出了本公开的各种实施方式的附图,图1中示出飞行器100的立体 图,飞行器100具有从飞行器100的前端延伸到飞行器100的后端的机身102。后端可包括 尾翼110,尾翼Iio具有用于飞行器100的方向控制的一个或多个尾翼面,诸如,垂直稳定器 112和一对水平稳定器114。飞行器100还可包括从机身102和一个或多个推进单元104 向外延伸的一对机翼108。机身102、机翼108、垂直稳定器112、水平稳定器114和/或其 它飞行器组件可形成为复合结构106。
[0071] 参照图2,示出图1的飞行器100的水平稳定器114的一部分的局部剖视图。水平 稳定器114可沿着飞行器外侧方向从稳定器底部延伸到稳定器顶部。如以上指明的,水平 稳定器114可由复合蒙皮壁板150形成,复合蒙皮壁板150可共固化或共结合于一个或多 个复合加强件152或翼梁。在图2中,复合加强件152被示出为I梁160,尽管复合加强件 152可设置成各种其它横截面形状。
[0072] 参照图3,示出图2的复合加强件152的部分分解视图。复合加强件152可由成背 对背关系的一对C通道164构成,以形成I梁160。各C通道164包括在C通道164的上端 和下端具有凸缘168的幅材166。各凸缘168在圆角幅材凸缘过度处从幅材166过渡并且 导致形成沿着I梁160的上部和下部延伸的纵向圆角填料区158。在本文公开的许多实施 方式中的一个中,可用糊料条或圆角填料填充上部和下部的各圆角填料区158。
[0073] 在图4中,示出复合结构106的一部分的示意图并且示出作用于加强件层合物 162和基底层合物172之间的界面的拉脱负荷178。拉脱负荷178是可经由C通道164 的幅材166传递从而在编织的圆角填料230的相对侧形成反作用力180的平面外负荷 (out-of-plane load)。拉脱负荷178和反作用力180可与基底层合物172的平面垂直取 向并且往往会将凸缘168与基底层合物172分开或将凸缘168与基底层合物172剥离和/ 或将组成加强件凸缘168和基底层合物172的复合层分层。拉脱负荷178可在凸缘168与 对应的加强件外圆角154的切点156的位置具有最大的幅值。
[0074] 在图5中,示出处于其最终形状的编织的圆角填料230的实施方式。编织的圆角 填料230可由在多个方向(替代传统圆角填料典型的单轴方向)上编织的连续纤维308形 成。编织的圆角填料230的多根纤维方向可有利地防止或减少环绕圆角填料区158的复 合物中的裂缝的传播或者将该传播减至最少。如以上指示的,由于加工中的不匹配或者由 于处理(例如,固化)操作造成的残余应变,导致制造圆角填料期间会出现圆角填料中的裂 缝。在这点上,由于圆角填料的热膨胀系数相对于围绕圆角填料的复合层合物的热膨胀系 数而言不匹配,所以会导致在圆角填料中出现残余应变。有利地,如本文公开的编织的圆角 填料230可提供提高的抗裂纹开裂性和/或提高的抗裂缝生长性。通过减少裂缝开裂或裂 缝生长,复合加强件152可表现出提高的相对于传统复合加强件的拉脱负荷能力。
[0075] 在图5中,编织的圆角填料230可由多个复合增强纤维308形成。纤维308可以 是借助编织机304编织并随后在树脂浴330中润湿的干纤维324。另选地,纤维308可被提 供为预浸料纤维,预浸料纤维可被诸如热塑性树脂或热固性树脂的树脂预浸渍或预涂布。 热塑性树脂的类型可包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酮酮(即,PEKK)、聚醚醚酮 (即,PEEK)、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺(即,PEI)、聚酰胺以及其它类型的热塑性树脂。热固性 树脂的类型可包括环氧化物或其它热固性树脂复合物。如以上指示的,纤维308沿着编织 的圆角填料230的长度一般是连续的。在一个实施方式中,纤维308可被形成为诸如单向 裂膜带的连续复合带310。纤维308可包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维、KcvlarK:纤维、玻璃纤 维或任何其它类型的加固纤维材料或这些材料的组合。
[0076] 编织的圆角填料230可被形成为具有对置的凹形圆角填料侧表面232的大体三角 形形状,并且编织的圆角填料可具有大体平面的圆角填料底表面234。圆角填料侧表面232 的尺寸和形状可与复合加强件152的对置的加强件外圆角154互补。在这点上,本文公开 的任何一个圆角填料实施方式可应用于除了 I梁160构造外的加强件形状。例如,本文公 开的圆角填料实施方式中的任一个可被安装在帽形截面加强件、L形加强件、Z形加强件以 及各种其它加强件构造中的任一种的圆角填料区158中。此外,本文公开的圆角填料实施 方式可用于制造用于任何应用的复合结构,而不受限制,并且不限于用于诸如图2中示出 的水平稳定器114的复合飞行器结构中。
[0077] 参照图6,示出在制造编织的圆角填料230的方法500中可包括的一个或多个操作 的流程图。可使用图7中示出的制造系统300执行方法500的任一个步骤(全部或部分)。 方法500的步骤502可包括:在制造系统300的编织工位302处提供多根纤维308。纤维 308可设置在安装于编织机304的纱架上的编织线轴306上。纤维308可按各种不同形式 中的任一种设置。例如,在实施方式中,纤维308可被设置为可被如上所述的热塑性树脂预 浸渍的预浸渍单向裂膜带。然而,在其它实施方式中,纤维308可被设置为干纤维324,干纤 维324可在编织成编织的预成形物200之前或在编织成编织的预成形物200之后在树脂浴 330中被润湿。如以下更详细描述的,对于干纤维324,所述方法可包括加热涂布干纤维324 的树脂、在成形之后至少部分固化树脂、压实、和/或在将编织的圆角填料230安装在复合 加强件152的圆角填料区158中之前将编织的预成形物200并入编织的圆角填料230中。
[0078] 图7示出用于制造编织的圆角填料230的制造系统300的实施方式。制造系统 300可包括任何数量的编织机304。各编织机304可包括包含干纤维324的多个编织线轴 306。制造系统300可包括拉动机构382,用于从编织线轴306连续牵引出纤维308并且借 助编织引导件312组装编织纤维308,以形成双轴编织构造的编织的预成形物200。拉动机 构382可通过制造系统300的不同级连续地拉动编织的预成形物200。尽管未示出,编织机 304可被构造成提供被组装为单轴纤维的纤维308。单轴纤维可与交叉编织纤维编织在一 起,以形成编织的预成形物200的三轴编织构造。
[0079] 在一些实施方式中,干纤维324可穿过一组供料辊328并且进入位于编织工位302 下游的树脂浴330中,树脂浴330用于用树脂涂布干纤维324。在其它实施方式中,如下所 述,可在内芯242(参见图19)上编织纤维308。在其它实施方式中,可省略树脂浴330并且 纤维308可被设置为被树脂预浸渍的预浸渍纤维308 (诸如,复合带310)。例如,复合带可 被提供为诸如裂膜带的预浸渍单向带。复合带可被设置成任何宽度(诸如八分之一英寸、 四分之一英寸),或被设置成任何其它宽度。复合带中的纤维可由包括石墨或碳、玻璃、陶 瓷、芳族聚酰胺的任何材料和如上提到的任何其它类型的加固纤维材料形成。在本文公开 的任一个示例中,纤维308可包括加固纤维和热塑性纤维的共混物。加固纤维可包括高强 度纤维,诸如,上述的碳纤维、石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、Kevlar?;纤维、玻璃纤维、和其它 加固和/或高强度纤维材料。
[0080] 在一些实施方式中,诸如,通过如上所述将加固纤维与热塑性纤维编织在一起,加 固纤维可与热塑性纤维组合或共混。在一些示例中,加固纤维可与热塑性纤维组合,以形成 芯,可围绕芯编织加固纤维和/或热塑性纤维。热塑性纤维可在形成圆角填料的过程期间 经受加热。热塑性纤维的加热可至少部分地熔融热塑性纤维并且减少其粘度,从而允许在 形成圆角填料的过程期间将熔融后的热塑性材料灌注到加固纤维中。在其它实施方式中, 纤维308可基本上是如本文可公开地编织在一起的所有热塑性纤维。热可应用于基本上所 有热塑性纤维,从而允许在将编织的圆角填料230成形和固化(例如,硬化)的过程期间将 热塑性纤维一起熔融和熔化。
[0081] 图6的方法500的步骤504可包括使用一个或多个编织机304将多根纤维308编 织成编织的预成形物200。尽管图7中的制造系统300包括单个编织机304,但可提供任何 数量的编织机304。在一些实施方式中,编织机304可将纤维308编织成编织筒202,如图 8至图9中所示。在其它实施方式中,编织机304可被构造成将纤维308编织成编织的预 成形物200,编织的预成形物200具有带有大体直边的三角形横截面形状(未示出)。在其 它实施方式中,纤维308可被编织到内芯242上,如图16至图19中所示并且如以下更详细 描述的。内芯242的横截面尺寸小于编织的圆角填料230。内芯242可由与编织的圆角填 料230的纤维308相同的材料或不同的材料形成。在一些实施方式中,内芯242的材料可 具有特定功能。例如,内芯242可由提供相对高导电率的材料形成。在其它实施方式中,内 芯242可由提供声阻尼能力、耐冲击性的材料形成,或内芯242可由可用作用于通信信号或 数据信号的导管的材料形成。
[0082] 图6的方法500的步骤506可包括:通过使编织的预成形物200经过压实工位 338,将编织的预成形物200成形和/或压实成编织的圆角填料230。在压实工位338中,编 织的预成形物200可被成形为具有凹形圆角填料侧表面232和大体平坦的圆角填料底表面 234的大体三角形横截面形状,如图12中所示。在这点上,压实工位338可包括用于将编织 的预成形物200成形的一个或多个成形模具。例如,图7示出包括一系列辊组的压实工位 338,所述辊组用于逐步将编织筒202成形成具有凹形圆角填料侧表面232的三角形形状。
[0083] 图10示出通过使编织筒202穿过第一辊模具组340将编织筒202初始化成形成 倒圆三角形横截面形状。第一辊模具组340可包括第一上模具342和第一下模具344,第 一上模具342和第一下模具344中的每个可绕着各个旋转轴旋转。第一上模具342可具有 第一模具腔体346,第一模具腔体346具有带有三角形构造的第一横截面形状348。在一些 实施方式中,可加热第一辊模具组340,以允许加热和软化涂布编织的预成形物200的纤维 308的树脂,以便于将编织的预成形物200成形。在其它
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