专利名称：机翼和形成所述机翼的一部分的纤维金属层压板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维金属层压板(fiber metal laminate),所述纤维金属层压板包括多个金属层以及位于所述金属层之间的多个纤维增强塑料层，其中所述金属层和所述纤维增强塑料层被粘合在一起，以及其中所述纤维增强塑料层的纤维被布置在第一组和第ニ组中，由此所述第一组的纤维相对于所述第二组的纤维成ー个角度。本发明还涉及ー种机翼，包括ー个或多个所述纤维金属层压板。
背景技术：
从US-A-5, 547, 735已知前序部分所述的纤维金属层压板。这种已知的纤维金属层压板包括一个双向增强层，该双向增强层包含约45-70体积百分比的高強度玻璃纤维。所述双向增强层包括:ー个中心层，所述中心层包含大体平行于第一方向定向的玻璃纤维；以及，第一外层和第二外层，姆ー个都用在大体横切于所述第一方向延伸的第二方向上定向的玻璃纤维增强。所述双向层压板适用在飞行器地板和其他要求改进的冲击强度的应用中。W02004/071761公开了ー种层压板，该层压板具有由铝合金形成的至少两个板，所述板中的每ー个具有小于1_的厚度，在所述板之间定位有ー个基于塑料的中间层，该中间层连接至所述金属板，并且包含至少两组优选地连续、相互平行的纤维，由此两个不同的组中的纤维优选地以约90度的角度相交。所述纤维可以由聚芳酰胺、玻璃或碳制成。根据该引文的层压板可应用作为飞行器或航天器的机身的蒙皮板(skin plate)。现有技术没有描述纤维金属层压板用作机翼的蒙皮壁板(skin panel)时的使用和相关联的问题。已知的包括上部翼蒙皮壁板和下部翼蒙皮壁板的机翼(aircraft wing)结构主要承受朝上的疲劳弯曲和扭转载荷。对于机翼的下部翼蒙皮壁板，这意味着单轴向拉伸荷载和剪切荷载。为了满足单轴向拉伸荷载，并且向层压板和应用有层压板的机翼提供足够的弯曲刚度和強度，已知的是使用具有在翼展方向上定向的纤维的纤维金属层压板。然而，问题是此时剪切刚度和剪切强度很低。还已提出，将纤维以例如45度的角度定向在纤维金属层压板中，但是这样会以减小的弯曲刚度和强度为代价。作为另ー变体，已提出，削减纤维增强塑料层的体积，以用通常由铝制成的金属层的体积取代。铝层呈现出较高的剪切刚度，但是与常规的纤维金属层压板相比，这个解决方案大大降低了层压板的疲劳性能。
发明内容
因而，本发明g在提供一种纤维金属层压板以及ー种包括所述纤维金属层压板的机翼，其中提高了所述剪切刚度，同时拉伸刚度有优势地保持在对应于从现有技术得知的ー个值处。为此目的，根据本发明，提出了根据随附权利要求中的一个或多个所述的层压板和机翼。本质上，提出了一种纤维金属层压板和ー个机翼，所述机翼具有包括所述纤维金属层压板的上部翼蒙皮壁板和下部翼蒙皮壁板，其中所述纤维金属层压板具有多个金属层和位于所述金属层之间的多个纤维增强塑料层，其中所述金属层和所述纤维增强塑料层被接合在一起，其中所述层压板呈现第一类型的纤维和第二类型的纤维，其中所述第一类型的纤维在所述层压板的(以及所述翼的)纵向方向上被设置在所述层压板的ー个或多个所述纤维增强塑料层中，以及其中所述第二类型的纤维被设置在所述层压板的对称平面处或附近的纤维增强塑料层中。与常规的纤维金属层压板相比，本发明的纤维金属层压板的拉伸刚度从而可大体保持在同一水平或更好水平，同时可改进剪切刚度。在以下情况中实现了最好的結果:所述第二类型的纤维以第一纤维组被布置在所述层压板的对称平面处或附近的相邻的纤维增强塑料层中的第一层中以及以第二纤维组被布置在所述层压板的对称平面处或附近的相邻的纤维增强塑料层中的第二层中，由此第一组的纤維和第二组的纤维相对于所述层压板的纵向方向被定位为成ー个预定角度，所述预定角度在正或者负10-40度的范围内选定。还优选的是，第二类型的纤维具有比第一类型的纤维更高的強度和刚度。根据第一类型的纤维和第二类型的纤维的刚度差，选择第一组中的第二类型的纤維和第二组中的第二类型的纤维之间的角度值，从而可以适当地调节本发明的层压板的规格。在一个优选实施方案中，所述第二类型的纤维相对于在纵向方向上的所述第一类型的纤维的预定角度被选定为正或负10度的值。这不仅改进了层压板的剪切刚度和翼的扭转刚度，而且显著地提高了层压板的拉伸刚度和翼的弯曲刚度。在另ー优选实施方案中，所述第二类型的纤维相对于在纵向方向上的所述第一类型的纤维的预定角度被选定为正或负40度的值。这在层压板的剪切刚度和翼的扭转刚度方面做出了最大的改进，同时可将层压板的拉伸刚度和翼的弯曲刚度近似保持在现有技术的纤维金属层压板的值处。优选的是，金属层是铝层，纤维增强塑料层中的第一类型的纤维选自包括玻璃纤維、聚酰胺纤维、PBO纤维的组，以及纤维增强塑料层中的第二类型的纤维选自包括聚酰胺纤维、PBO纤维、碳纤维的组。有利地,所述招层包括5xxx系列的合金和/或2xxx系列的合金,优选地所述合金包含至少0.1重量百分比的锂，所述合金可根据本领域普通技术人员已知的铝业协会的规则来限定。
实施例为了显示剪切刚度的改进同时保持或者甚至増大拉伸刚度，将根据本发明的若干纤维金属层压板与常规纤维金属层压板进行比较，所述常规纤维金属层压板包括五个铝层且其间具有四个纤维增强塑料层，所述纤维增强塑料层在纵向方向上包含玻璃纤维，所述常规纤维金属层压板在文献中称为Glare2_5/4_0.4。
与常规的纤维金属层压板进行比较的本发明的纤维金属层压板具有:处于所述层压板的纵向方向上第一类型的纤维，以及，相对于所述层压板的纵向方向以第一角度定向的第二类型的纤维，以及相对于所述层压板的纵向方向以第二角度定向的第二类型的纤維。所述角度分别被选定为正或负10度、25度或40度。下面的表格提供了所测量的結果。
权利要求
1.用于机翼(I)的纤维金属层压板(4)，具有纵向方向，并且包括多个金属层(5)和位于所述金属层(5)之间的多个纤维增强塑料层(6，7 ;6’，7’ ；6’ ’，7’ ’);所述金属层(5)和所述纤维增强塑料层(6，7，6’，7’，6’ ’，7’ ’)被接合在一起；以及至少ー些所述纤维增强塑料层(6，7，6’，7’，6’ ’，7’ ’)的纤维以第一组被布置在第一塑料层(6)中以及以第二组被布置在第二塑料层(7)中，由此所述第一组的纤维相对于所述第二组的纤维成ー个角度；其特征在于: 所述层压板(4)呈现第一类型的纤维和第二类型的纤维，所述第一类型的纤维在所述层压板(4)的纵向方向上被布置在所述层压板(4)的ー个或多个所述纤维增强塑料层(6，，7，；6，，，7，’)中； 所述层压板(4)在其对称平面处或附近具有相邻的纤维增强塑料层(6，7)，所述相邻的纤维增强塑料层(6，7)设有所述第二类型的纤维。
2.根据权利要求1所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述第二类型的纤维以第一纤维组被布置在所述层压板(4)的对称平面处或附近的所述相邻的纤维增强塑料层(6，7)的第一层(6)中，以及以第二纤维组被布置在所述层压板(4)的对称平面处或附近的所述相邻的纤维增强塑料层(6，7)的第二层(7)中，由此所述第一组的纤維和所述第二组的纤维相对于所述层压板(4)的纵向方向以ー个预定角度定向，所述预定角度在正或负10-40度的范围内选定。
3.根据权利要求1或2所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述第二类型的纤维具有比所述第一类型的纤维更高的強度和刚度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，根据所述第一类型的纤维和所述第二类型的纤维的刚度差，选择所述第一组的纤維和所述第二组的纤维之间的角度值。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述预定角度被选定为正或负10度的值。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述预定角度被选定为正或负40度的值。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述金属层是铝层，所述纤维增强塑料层中的第一类型的纤维选自包括玻璃纤维、聚酰胺纤維、PBO纤维的组，所述纤维增强塑料层中的第二类型的纤维选自包括聚酰胺纤维、PBO纤维、碳纤维的组。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的纤维金属层压板(4)，其特征在于，所述金属层是铝层，所述铝层包括5xxx系列的合金和/或2xxx系列的合金，所述合金优选地包含至少0.1重量百分比的锂。
9.机翼(I)，具有上部翼蒙皮壁板和下部翼蒙皮壁板，其特征在于:至少所述下部翼蒙皮壁板包括一个纤维金属层压板(4)，所述纤维金属层压板(4)具有多个金属层(5)和位于所述金属层(5)之间的相邻的纤维增强塑料层(6，7);所述金属层(5)和所述纤维增强塑料层被接合在一起；所述层压板(4)呈现第一类型的纤维和第二类型的纤维；所述第一类型的纤维在所述翼(I)的纵向方向上被设置在所述层压板(4)的ー个或多个所述纤维增强塑料层(6’，7’，6’ ’，7’ ’)中 ，以及所述第二类型的纤维被设置在层压板(4)的对称平面处或附近的相邻的纤维增强塑料层(6，7)中。
10.根据权利要求9所述的机翼，其特征在于，所述第二类型的纤维以第一纤维组被布置在所述层压板(4)的对称平面中的所述相邻的纤维增强塑料层(6，7)的第一层(6)中，以及以第二纤维组被布置在所述层压板(4)的对称平面中的所述相邻的纤维增强塑料层(6，7)的第二层(7)中，由此所述第一组的纤維和所述第二组的纤维相对于所述翼的纵向方向以ー个角度定向，所述角度在正或负10-40度的范围内选定。
11.根据权利要求9或10所述的机翼，其特征在于，所述第二类型的纤维具有比所述第一类型的纤维更高的強度和刚度。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的机翼，其特征在于，根据所述第一类型的纤维和所述第二类型的纤维的刚度差，选择所述第一组的纤維和所述第二组的纤维之间的角度值。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的机翼(1)，其特征在于，所述预定角度被选定为正或负10度。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的机翼(1)，其特征在于，所述预定角度被选定为正或负40度。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的机翼(1)，其特征在于，所述金属层是铝层，所述纤维增强塑料层( 6，7)中的所述第一类型的纤维选自包括玻璃纤维、聚酰胺纤維、PBO纤维的组，所述纤维增强塑料层(6，7)中的所述第二类型的纤维选自包括聚酰胺纤维、PBO纤维、碳纤维的组。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的机翼(1)，其特征在于，所述金属层是铝层，所述招层包括5xxx系列的合金和/或2xxx系列的合金,所述合金优选地包含至少0.1重量百分比的锂。
全文摘要
纤维金属层压板(4)和机翼(1)，具有纵向方向，包括多个金属层(5)和位于所述金属层(5)之间的多个纤维增强塑料层(6,7,6',7',6'',7'')；所述金属层(5)和所述纤维增强塑料层(6,7,6',7',6'',7'')被接合在一起；以及至少一些所述纤维增强塑料层(6,7,6',7',6'',7'')的纤维的以第一组被布置在第一塑料层(6)中以及以第二组被布置在第二塑料层(7)中，由此所述第一组的纤维相对于所述第二组的纤维成一个角度；所述层压板(4)呈现第一类型的纤维和第二类型的纤维；所述第一类型的纤维在所述层压板(4)的所述纵向方向上被布置在所述层压板(4)的一个或多个所述纤维增强塑料层(6',7',6'',7'')中；其特征在于，所述层压板(4)在其对称平面处或附近具有相邻的纤维增强塑料层(6,7)，所述相邻的纤维增强塑料层(6,7)设有所述第二类型的纤维。
文档编号B29C70/08GK103140349SQ201180046822
公开日2013年6月5日 申请日期2011年10月14日 优先权日2010年10月15日
发明者R·C·阿尔德里埃斯滕, R·贝内迪克特斯 申请人:法国肯联铝业