[发明专利]复合半径填料及其形成方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及复合结构，并且更具体地涉及在复合结构中诸如飞机中的使用的复合半径(composite radius)填料以及用于形成其的方法。

背景技术

由于它们的高强度重量比、耐腐蚀性以及其它有利的性能，复合结构诸如碳纤维增强塑料(CFRP)复合结构用在各种应用中，包括飞机、宇宙飞船、旋翼机、船舶、汽车、卡车以及其它交通工具和结构的制造。在飞机构造中，以增加数量使用复合结构来形成机身、机翼、尾部以及其它部件。

例如，飞机机翼可由包括复合蒙皮板或腹板的复合加筋板结构形成，增强加强筋或桁条可被连接或结合到该复合蒙皮板或腹板从而提高复合蒙皮板或腹板的强度、刚度、抗弯性以及稳定性。连接或结合到复合蒙皮板或腹板的增强加强筋或桁条可被配置以承载各种负荷并且可以以各种不同的横截面形状诸如T加强筋、J加强筋以及I横梁提供。为协助机翼的负荷承载能力，一系列的肋条可使用剪切带连接到桁条。图4A是用于飞机机翼18(见图1)的已知剪切带和单片肋条组件68的透视图的图解。图4A示出具有与桁条74和蒙皮板76接合的剪切带72的单片肋条70。图4B是用于飞机机翼18(见图1)的已知剪切带和气动力负载肋条组件78的透视图的图解。图4B示出具有肋条82的剪切带80。

当它们垂直连接或结合到复合蒙皮板或腹板时，通过诸如T加强筋、J加强筋以及I横梁的增强加强筋的每个弯曲件的半径可形成间隙或空隙区域。这种间隙或空隙区域通常可称为“半径填料区域”或“面条状物区域”(“noodle region”)。在增强加强筋内的这种半径填料区域或面条状物区域可易于开裂，因为它们可以是三维限制的。由复合材料或粘合剂/环氧树脂材料制成并且具有大致三角形的横截面的半径填料元件或“面条状物”可用于填充半径填料区域或面条状物区域，以便对这种区域提供额外的结构增强。

存在已知的半径填料元件或面条状物的构造。例如，这种已知的半径填料元件或面条状物的构造可包括挤出的CFRP半径填料元件或面条状物并且捆绑具有单向纤维的所有零度片。然而，这种挤出的所有零度片CFRP半径填料元件或面条状物可具有高的厚度方向的热膨胀和树脂收缩率，其可导致高的残余应力，即在制造期间的组件内产生的内部应力，诸如可在热固化期间产生的热残余应力。此外，作为在高温即诸如350华氏度或更高下的热固化以及随后暴露于低温即诸如小于-65(零下六十五)华氏度的期间产生的高残余应力的结果——其可进而在CFRP半径填料元件或面条状物中产生应力或疲劳开裂，这种挤出的所有零度片CFRP半径填料元件或面条状物的单向纤维可具有低的拉脱强度并且可拉开。为了减少由于低的拉脱强度和高拉脱负荷导致的这种应力或疲劳开裂的可能性，可能需要在机翼肋条上使用剪切带。然而，由于在肋条相交桁条的每个位置处可能需要剪切带，这种剪切带的使用可能给飞机添加重量。在每个肋条桁条相交处的剪切带的添加重量可减少飞机的有用负荷能力，并且可增加燃料消耗和燃料成本。此外，在每个肋条-桁条相交处添加剪切带可能增加制造复杂性、成本和生产时间。

此外，存在已知的层压半径填料元件或面条状物，其具有大致三角形的横截面并且使用在单一方向中的多片的金字塔来构造。然而，这种已知的层压半径填料元件或面条状物可能最小化已知层压半径填料元件或面条状物的仅两个点或峰处而不是已知的层压半径填料元件或面条状物的全部三个点或峰处的残余热应力。

因此，在本领域中存在提供优于已知元件、组件和方法的改进复合半径填料和形成其的方法的需求。

发明内容

满足了改进的复合半径填料和形成其的方法的这种需求。如以下具体实施方式中所讨论的，改进的复合半径填料和形成其的方法的实施方式可提供显著优于已知元件、组件和方法的优势。

在本公开的一个实施方式中，提供了用于复合结构的复合半径填料。该复合半径填料包括两个或更多半径层板。每个半径层板包括以所需半径用所需径向取向的堆叠复合片形成的堆叠复合片的层板，所述堆叠复合片的所需径向取向基本上匹配围绕该两个或更多半径层板的复合结构的相邻堆叠复合片的径向取向。优选地，将每个半径层板修剪为使至少一侧邻近其它对齐，从而形成具有基本上相应于复合结构的半径填料区域的形状的复合半径填料。