具有复合物-金属接头的复合结构及其制造方法_5

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有限制的情况下,当结构1402可以是机翼时,骨架结构可以是机翼翼盒,并 且框架1404可以是机翼的翼肋。在没有限制的情况下,当框架1404可以是机翼的翼肋时, 顶侧1408可以是沿着翼肋顶侧的凸缘,并且底侧1412可以是沿着翼肋底侧的凸缘。
[0136] 叠层1414可以是机翼的机翼前缘。叠层1414可以是通过结合层结合在一起的金 属板。叠层1414中的每个金属板1416可以是钛合金。叠层1414中的每个金属板1416可 以是形状记忆合金。
[0137] 图14B描述在叠层1414的形状改变之后的结构1402。触发事件可以引起叠层 1414改变形状。叠层1414可以连接到电源。电流可以触发叠层1414改变形状。
[0138] 叠层1414可以连接到热源。叠层1414中的金属板的温度变化可以触发叠层1414 改变形状。可以引起叠层1414改变其形状的触发事件可以是电流或可以是热能的应用,但 并没有限制。
[0139] 进一步,对于图14A和/或图14B的任一个或两者,可以包括金属板1416的任何 一个或所有的叠层1414的每个构件可具有使叠层1414的每个构件能够用作用于无损检测 的波导的厚长比。在没有限制的情况下,无损检测可以是单侧无损检测。在没有限制的情 况下,无损检测可以是超声波检测。因为超声波裂纹检测可能不能够检测具有小于超声波 波长一半的厚度的裂纹,所以叠层1414的每个构件的厚度可能影响叠层1414的每个构件 用作波导的能力。当叠层1414的每个构件的厚度可能小于一个波长时,可能需要兰姆导波 检测,使得兰姆波填充叠层1414的每个相应构件的整个横截面。
[0140] 现在参考图15,图15是根据示例性实施方式的发动机的截面侧视图,发动机具有 连接到复合发动机涡轮截面整流罩的含形状记忆合金的喷嘴。更具体地,喷嘴1500可具有 包括结合到复合结构1508的金属板1504和金属板1506的部分1502。喷嘴1500也可以具 有包括结合到复合结构1516的金属板1512和金属板1514的部分1510。
[0141] 每个金属板可以是可改变相应的金属板形状的形状记忆合金。每个金属板可以响 应于触发而改变形状。因此,部分1502可以改变形状,使得部分1502的端部可以移动至沿 着弧形1518表示的位置(诸如但不限于位置1524)。类似地,部分1510可以改变形状,使 得部分1510的端部可以移动至沿着弧形1520表示的位置(诸如但不限于位置1526)。因 此,喷嘴1500可以改变形状以从渐缩喷嘴至扩散喷嘴改变其形式和性能。
[0142] 如果金属板1504和金属板1506通过结合剂层彼此结合,贝lj部分1502可以形成叠 层。部分1502可以以与如上所述使叠层1232作为交错的指状接头结合至图12B中的第二 复合层压板1210的方式非常相同的方式结合至复合结构1508。
[0143] 复合结构1508可以结合至复合结构1516。复合结构1508和复合结构1516可以 是连接到喷嘴1500的部分1504和部分1510的单一结构的不同截面。
[0144] 与图14B中的叠层1414类似,触发事件可以引起部分1502和/或部分1510改变 形状。部分1502和/或部分1510均可以连接至电源、和/或分离电源、和/或在单独的控 制下连接至单个电源。电流可以触发部分1502和/或部分1510改变形状。
[0145] 部分1502和/或部分1510均可以连接至热源、和/或分离热源、和/或在单独的 控制下连接至单个热源。温度的变化可以触发部分1502和/或部分1510改变形状。可以 引起部分1502和/或部分1510改变形状的触发事件可以是电流或可以是热能的应用,但 没有限制。
[0146] 进一步,对于部分1502和/或部分1510的任一个或两者,可以包括金属板1504、 金属板1506、金属板1512和/或金属板1514中的至少一个的叠层1414的每个构件可具有 使部分1502和/或部分1510的任一个或两者能够用作用于无损检测的波导的厚长比。无 损检测在没有限制的情况下可以是单侧无损检测。在没有限制的情况下,无损检测可以是 超声波检测。因为超声波裂纹检测可能不能够检测厚度小于超声波波长一半的裂纹,所以 部分1502和/或部分1510的任一个或两者的每个构件的厚度可能影响部分1502和/或 部分1510的任一个或两者的每个相应构件用作波导的能力。当部分1502和/或部分1510 的任一个或两者的每个构件的厚度可能小于一个波长时,可能需要兰姆导波检测,以使得 兰姆波填充部分1502和/或部分1510的任一个或两者的每个相应构件的整个横截面。
[0147] 现在参考图16,图16是描述将铝结构连接至复合结构的钛复合板层接头的示例 性实施方式的立体图。铝结构1602利用通过开口 1608安装在托架1610中的紧固件1606 连接到钛复合板层接头1604。紧固件1606和开口 1608的数量可以不同于图16中示出的 数量。
[0148] 复合结构1616利用通过开口 1614安装在托架1610中的紧固件1612连接到钛复 合板层接头1604。紧固件1612和开口 1614的数量可以不同于图16中示出的数量改变。 为了说明清楚起见,紧固件1606和紧固件1612仅被示出用于托架1610的尾部的大部分。 托架1610可以由不与复合结构1616起电化反应的材料制成。在没有限制的情况下,托架 1610由钛、钛合金或涂覆的钛制成。
[0149] 在没有限制的情况下,紧固件1606可以属于与紧固件1612不同的类型。在没有 限制的情况下,紧固件1606可以具有与紧固件1612不同的复合物。
[0150] 钛复合板层接头1604可以形成复合结构1616的端部分(section,部分)。在没有 限制的情况下,可以形成与以上描述图12D类似的钛复合板层接头1604。复合结构1616可 以包括石墨纤维。可以形成复合结构1616,以使得复合结构1616的端部分包括叠层1618。 叠层1618可以由通过每个板之间的结合层而结合一起的金属板制成,诸如以上对于图12C 或图12D描述的,但是非限制性的。叠层1618可以是钛板。与叠层1618中的每个相应金 属板的、在交错的指状接头中结合至复合结构1616的端部相对,叠层1618中的每个相应金 属板的端部可以彼此对齐以形成叠层1618的单一边缘1620,但非限制性的。
[0151] 铝结构1602可以被对齐并且连接到叠层1618,使得铝结构1602可以不接触复合 结构1616,但是相反接触钛复合板层接头1604的叠层1618部分。因此,通过结合到复合结 构1616的叠层1618防止铝结构1602接触复合结构1616并且连接至铝结构1602。
[0152] 虽然未在图16中不出,但是错结构1602可以在钦复合板层接头1604中直接连接 到叠层1618而不使用托架1610。可以使用连接设备、和结合剂或通过另一个结合方法来进 行铝结构1602至叠层1618的连接,而不使用托架1610。连接设备可以与紧固件1606类 似。当没有使用托架1610时,不需要紧固件1612。因此,钛复合板层接头1604可以将铝结 构1602接合至复合结构1616,而不使复合结构1616中的碳纤维接触铝结构1602。因此, 钛复合板层接头1604可以以防止铝结构1602的电化腐蚀的方式将铝结构1602接合至复 合结构1616,并且比使用如图12B所示的接合板的方法使用更少的紧固件。
[0153] 根据示例性实施方式,图16中的复合结构1616可以表示复合机翼结构,并且铝结 构1602可以表示机翼安装结构。初始检测指明与将复合结构直接接合到钛结构的先前方 法相比,使用钛复合板层接头1604(Ti-板层接头)时,铝结构(诸如但不限于铝结构1602) 可替换之前需要使用的钛,该钛与铝结构1602具有相同的功能。因此,对于典型的宽机身 飞机翼根,与将复合机翼直接接合到钛结构相比,使用钛复合板层接头1604将复合机翼连 接到机翼翼盒可以将翼根接头的重量降低250-350英镑。进一步,如图16所示,将钛结构 进行机械加工以接收且直接紧固至复合机翼可比将铝结构1602进行机械加工以接收且固 定至叠层1618更困难且更昂贵。
[0154] 进一步,当将复合板(诸如但不限于复合结构1616)直接连接至服务铝结构1602 功能的钛结构时,复合板通常需要衬垫、复合板的厚度沿着复合板至钛结构的连接的长度 增加。此外,部件至叠层1618的连接提供对于在叠层1618中使用的每个金属板的众所周 知的负荷、疲劳和/或故障特性的益处。因此,用于叠层1618的合金组合物的选择以及叠 层1618中的每个金属板的厚度可以消除将厚度加入复合接头部件的当前实践从而提供针 对潜在地不可预计的负荷、疲劳和/或故障特性的加固。
[0155] 此外,叠层1618可以延伸但不连接至另一个结构(诸如但不限于,铝结构1602), 因此形成复合结构(诸如但不限于复合结构1616)的钛边缘。与使用形成复合结构1616 的复合组合物的延续来形成边缘相对,通过使用钛复合板层接头1604利用钛组合物的叠 层1618形成复合结构1616的边缘,可以在使用叠层1618厚度的边缘处提供具有抗冲击 韧性和/或弹性的边缘,叠层1618的厚度可以是对于复合结构1616的相同抗冲击韧性和 /或弹性而没有钛边缘所需要的厚度的一半。因此,在此,具有1/4英寸厚复合蒙皮的纯复 合蒙皮飞机中的开口(诸如但不限于舱门框架)可能需要衬垫,其将复合蒙皮厚度增加至 1/2英寸以用于在舱门框架周围的复合蒙皮的边缘,从而满足需要的抗冲击性,通过使用钛 复合板层接头1604由钛形成的边缘可以允许舱门周围的边缘保持与复合蒙皮的厚度基本 上相同的1/4英寸厚。使用钛复合板层接头1604形成复合蒙皮或结构(诸如但不限于复 合结构1616)的边缘的另一益处可以在于,消除了向边缘加入加固和相关联的紧固件以附 接舱门或舱口从而密封可在边缘处形成的开口所需要的重量和制造时间和/或工具、和/ 或成本。
[0156] 进一步,叠层1618的每个构件可具有使叠层1618的每个构件能够用作用于无损 检测的波导的厚长比。无损检测可以是单侧无损检测,但没有限制。在没有限制的情况下, 无损检测可以是超声波检测。因为超声波裂纹检测可能不能够检测厚度小于超声波波长一 半的裂纹,所以叠层1618的每个构件的厚度可能影响叠层1618的每个构件用作波导的能 力。当叠层1618的每个构件的厚度可能小于一个波长时,可能需要兰姆导波检测,使得兰 姆波填充叠层1618的每个相应构件的整个横截面。
[0157] 现在转向图17A、图17B和图17C。在图17A中,根据示例性实施方式描述了源自 图16中的视点A的金属板的叠层的钛复合板层接头的立体截面图,金属板的叠层结合有 Griesson脱结限制器并且结合至复合层压板。在图17B中,修改图17A以示出Griesson脱 结限制器的可替换构造。在图17C中,修改图17B以示出Griesson脱结限制器的另一个可 替换构造。
[0158] 现在参考图17A,钛复合板层接头1700的立体截面图可以与如图16所示的钛复合 板层接头1604的视点A对应,但没有限制。叠层1702可以与如图16中的视点A所示的金 属板的叠层1618对应,但没有限制。复合结构1704可以与如图16所示的复合结构1616 对应,但没有限制。Griesson脱结限制器1706可以包括多个分割部,每个分割部在金属板 的叠层1702中的多个金属板中包括多个间隙。
[0159] 通过Griesson脱结限制器1706提供的脱结限制的有效值可以通过在包括钛复合 板层接头1700的板之间蔓延脱结所需要的负荷值的上升来测量。检测示出Griesson脱结 限制器1706可以将结合(诸如在钛复合板层接头1700中结合)中蔓延脱结所需要的负荷 值提高多达57%。可以通过在第一分割部1708和第二分割部1710之间的距离1712、第一 分割部1708的宽度、第二分割部1710的宽度和/或从叠层1702内的每个金属板移除的部 分之间的关系和数量来确定Griesson脱结限制器1706提供的脱结限制量。Griesson脱结 限制器1706的每个分割部可以是形成为叠层1702和/或叠层1704中的扩展接头。扩展 接头或分割部可以形成到叠层1702中而不延伸入复合结构1704,但没有限制。扩展接头或 分割部可以延伸穿过叠层1702延伸且延伸入复合结构1704的复合层中,而没有限制。
[0160] 如图17A所示但非限制性的,形成Griesson脱结限制器1706的分割部(诸如第 一分割部1708和第二分割部1710)可以被定位为与复合结构1704的边缘(诸如如图17C 所示的边缘1734)基本上垂直,但非限制性的。
[0161] 可以通过移除叠层1702中的至少一个金属板的一些部分来形成第一分割部1708 和/或第二分割部1710。如图17A所示,在使上金属板1714完整保留之后,间隙1716已经 被切割入第一分割部1708中所有其他金属板,然而在第二分割部1710中,间隙1718已经 被切入每个金属板,每个金属板在第一分割部1708中不具有间隙,包括上金属板1714。
[0162] 参考图17B,图17B修改图17A以示出Griesson脱结限制器的可替换构造。在图 17B中,在第一分割部1708和第二分割部1710之间的Griesson脱结限制器1706的距离 1712与图17A的距离1712不同之处在于更小,使得第一分割部1708比如图17A所示地更 靠近第二分割部1710。图17B的Griesson脱结限制器1706与图17A的Griesson脱结限 制器1706的不同之处在于,对于第一分割部1708,间隙1716仅存在于两个金属板中,以及 对于第二分割部1710,间隙1718仅存在于两个金属板中,该两个金属板与在第一分割部中 具有间隙的金属板不同。图17B中的Griesson脱结限制器1706与图17A中的Griesson 脱结限制器1706的不同之处在于,增加了第三分割部1720。第三分割部1720可具有存在 于每个金属板中的间隙1722,每个金属板在第一分割部1708和第二分割部1710中不具有 任何间隙。进一步,第三分割部1720可以在结构的翼肋1724上居于中心,诸如但不限于, 如图12C所示的结构1250的腹板(web) 1254。
[0163] 参考图17C,在图17C中,图17B被修改以示出Griesson脱结限制器1706的另一 个可替换的构造。在图17C中,Griesson脱结限制器1706可以仅包括第一分割部1708,间 隙1726被切入叠层1702中的每个金属板。进一步,间隙1726可以延伸穿过钛复合板层接 头1700的过渡部分1728而延伸至复合结构1704并且通过过渡终止于开口 1730。
[0164] 也可以应用在图17A至图17C中示出的构造的组合,使得叠层1702可以包括间隙 1716、间隙1718和/或间隙1722中的一些,但并不局限于此,然而过渡部分1728和复合结 构1704可以包括延伸穿过叠层1702的所有厚度且通过复合结构1704的所有厚度延伸的 间隙1726,并且可以过渡为包括开口 1730。可以通过改变叠层1702内的间隙的数量和相 对定位,来改变金属板的叠层1702内的板的脱结、和/或金属板至复合结构的脱结和/或 复合结构内的层压板的脱结的限制。
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