用于形成复合材料的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于形成复合材料的系统及方法。复合膜组件(900)可包括多个堆叠式复合层片(500)。每个复合层片(500)可包括由用树脂连接到一起的增强纤维(502)制成的主体(501)。主体(501)可包括经由相对两端(508，510)和相对两侧(511)连接到相对边界表面(506)的基部(504)。至少一个非正交切口(514)被形成为从基部(504)到边界表面(506)穿过主体(501)的厚度。所述非正交切口(514)相对于相邻复合层片(500)的至少一个其它非正交切口(514)交错，使得非正交切口(514)不与相邻复合层片(500)的其它非正交切口(514)形成连续的线性切口(514)。

【技术实现步骤摘要】

本公开的实施方式总体涉及用于形成复合材料的系统及方法，并且更具体地涉及用于形成可用于形成飞行器结构的复合材料的系统及方法。
技术介绍
各种结构部件用于形成典型的飞行器。例如，飞行器的机翼和尾翼表面通常包括联接到位于机翼和尾翼表面上的蒙皮构件的纵梁，为机翼和尾翼表面协作地提供期望的弯曲和扭转刚度。飞行器结构可由复合材料形成，特别是在期望重量相对较低且机械强度较高的应用中，复合材料一般使用增强聚合物基材料来代替金属。因此，复合材料广泛用于各种商业和军用飞行器、陆地车辆以及消费产品中。复合材料可包括：一般施加在各层中的增强纤维网络；以及大幅润湿增强纤维以在树脂和增强纤维之间形成结合接触的聚合树脂。然后，复合材料可通过各种公知形成方法(诸如挤出工艺或其它形成工艺)形成到结构部件中。例如，在飞行器中，纵梁可用于传递蒙皮面板的弯曲载荷，并且加强蒙皮面板以便防止翘曲。纵梁和蒙皮面板可由诸如碳纤维增强塑料(CFRP)的复合材料制成。复合纵梁可由多个增强纤维层片制造。经常，诸如复合纵梁的复合部分包括至少具有一定程度的曲率的一个或多个部分。甚至具有轻微曲率的复合部分也难以用0°单向纤维带构建，因为带内的层片无法拉伸而符合长的宽高比轮廓。形成带轮廓纵梁(诸如具有纤维带)的当前方法会在纵梁上或纵梁中产生褶皱。例如，沿着带轮廓(即，弯曲、非直线)表面悬垂复合膜组件(包括多个层的层片)导致层片拉伸和/或压缩。当层片被迫拉伸时，可形成桥接和树脂池化。另一方面，当层片被迫收缩时，可形成褶皱。在拉伸和收缩两种情况下，检查和维修成本增加。使用纤维带以形成或以其它方式适形于弯曲表面的公知方法包括：在纤维带中形成90°切口，以及使层片重叠以维持强度。切口与纤维带的0°方向成90°(即，垂直)。特别是，切口垂直于纤维带的纵向平面。然而，通过形成带的切口和重叠部，纤维带的厚度、重量和复杂性增加。此外，重叠部在纤维带中形成隆起。另外，虽然90°切口为纤维带提供一定量的柔性，但是无法克服收缩和压缩的问题。所以，这样的方法确实仍容易起皱。复合部分的整体强度随着褶皱数量的增加而降低。确实，已发现，复合部分的褶皱可降低该部分的强度达80％以上。当用于形成平坦表面时，复合膜组件一般铺放得平坦而不起皱。在铺放复合膜组件而形成平坦表面或折叠在90°边缘上时(例如，单一曲率形状)，膜一般很少存在或不存在张紧或压缩，并且因此复合膜组件不会起皱。然而，如指出的，当用于形成弓形的弯曲表面(例如，双曲率形状)时，复合膜组件受压缩和/或张紧的影响，并因此起皱。由此，存在这样一种对于改进的系统和方法的需要，即所述系统和方法形成能够拉伸以容纳弯曲表面而不起皱的复合材料，同时基本上维持强度。
技术实现思路
本公开的某些实施方式提供了一种构造成连同多个其它复合层片形成复合膜组件的复合层片。所述复合层片可包括由用树脂连接到一起的增强纤维制成的主体，其中所述主体包括基部，所述基部经由相对两端和相对两侧连接到相对边界表面。至少一个非正交切口被形成为从所述基部到所述边界表面穿过所述主体的厚度。所述非正交切口可相对于相邻复合层片的至少一个其它非正交切口交错，使得所述非正交切口不形成与所述相邻复合层片的所述其它非正交切口连续的线性切口。所述非正交切口可相对于所述复合层片的纵向平面形成非正交角度。所述纵向平面可在相对两端之间延伸并且可与所述基部和所述相对边界表面中的一者或两者平行。在至少一个实施方式中，所述非正交角度可至少为5°且不超过80°。特别是，所述非正交角度可至少为10°且不超过20°。所述非正交切口可形成拼接到一起的层片段。在至少一个实施方式中，所述复合层片包括多个非正交切口。所述多个非正交切口都可形成相同的角度。在至少一个其它实施方式中，所述非正交切口中的至少两个可形成不同的角度。此外，所述非正交切口中的至少两个可在不同的方向上取向。本公开的某些实施方式提供了一种可包括多个堆叠式复合层片的复合膜组件。所述堆叠式复合层片中的每个均可包括由用树脂连接到一起的增强纤维制成的主体。所述主体可包括基部，所述基部经由相对两端和相对两侧连接到相对边界表面。至少一个非正交切口被形成为从所述基部到所述边界表面穿过所述主体的厚度。所述非正交切口可相对于相邻复合层片的至少一个其它非正交切口交错，使得所述非正交切口不形成与所述相邻复合层片的所述其它非正交切口连续的线性切口。本公开的某些实施方式提供了一种形成复合膜组件的方法。所述方法可包括：形成多个复合层片；避免切割所述多个复合层片的形成或适形于平坦表面的第一部分；在所述多个复合层片的形成或适形于双曲面的第二部分中形成至少一个非正交倾斜切口；以及将所述复合层片堆叠到一起，使得相邻复合层片的所述非正交切口相对于彼此交错。附图说明图1是根据本公开的实施方式的飞行器的侧视图的图示。图2是根据本公开的实施方式具有主要飞行器组件的飞行器的示意图。图3是根据本公开的实施方式的蒙皮面板和纵梁的端视图的图示。图4是根据本公开的实施方式的不同类型的飞行器纵梁几何形状的图示。图5是根据本公开的实施方式的复合层片的侧视图的图示。图6是根据本公开的实施方式形成在复合层片中的倾斜切口的侧视图的图示。图7是根据本公开的实施方式的复合层片的侧视图的图示。图8是根据本公开的实施方式的复合层片的侧视图的图示。图9是根据本公开的实施方式由多个复合层片形成的堆叠式复合膜组件的侧视图的图示。图10是根据本公开的实施方式由多个复合层片形成的堆叠式复合膜组件的侧视图的图示。图11A是根据本公开的实施方式形成的堆叠式复合膜组件的侧视图的图示。图11B是根据本公开的实施方式沿着线性边缘折叠的复合材料的俯视立体图的图示。图11C是根据本公开的实施方式具有单个弯曲表面的复合材料的俯视立体图的图示。图11D是根据本公开的实施方式沿着弯曲边缘折叠的复合材料的俯视立体图的图示。图11E是根据本公开的实施方式具有双曲面的复合材料的俯视立体图的图示。图11F是根据本公开的实施方式具有拼合和弯曲的过渡边缘的复合材料的俯视立体图的图示。图12示出了根据本公开的实施方式形成复合膜组件的方法的流程图。具体实施方式当结合附图阅读时，将更好地理解前面的
技术实现思路
以及某些实施方式的以下详细说明。如本文所使用的，以单数叙述且冠以词语“一”或“一个”的元件或步骤应该被理解为不必排除多个元件或步骤。此外，提及“一个实施方式”并非旨在被解释为排除还整合有所叙述特征的附加实施方式的存在。而且，除非明确陈述与此相反，否则“包括”或“具有”一个或多个元件(具有特定属性)的实施方式可能包括不具有该属性的附加元件。本公开的某些实施方式提供了一种通过交错(例如，非重叠)的角切口形成复合膜组件的层片的方法。角切口可以是非正交的。例如，角切口可关于每个层片的0°方向介于5°到80°之间。已发现，10°到20°的角切口可提供柔性增加以及强度损失相对较低的合适组合。已发现，例如，这样的角切口增加柔性或拉伸达到例如2％，同时仅影响带强度小于5％。本公开的实施方式提供的复合层片包括横跨相对较长的距离扩散的角切口(使得每个切口未集中在沿着层片的长度的特定位置处)，从而允许其它取向的邻接层片通过剪切来拾取(pick up)载荷。这样，重量可减轻，并且因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合层片(500)，该复合层片构造成连同多个其它复合层片(500)形成复合膜组件，所述复合层片(500)包括：由利用树脂连接到一起的增强纤维(502)制成的主体(501)，其中所述主体(501)包括基部(504)，所述基部(504)经由相对两端(508，510)和相对两侧(511)连接到相对边界表面(506)，其中至少一个非正交切口(514)被形成为从所述基部(504)到所述边界表面(506)穿过所述主体(501)的厚度。

【技术特征摘要】
2015.05.14 US 14/711,8361.一种复合层片(500)，该复合层片构造成连同多个其它复合层片(500)形成复合膜组件，所述复合层片(500)包括：由利用树脂连接到一起的增强纤维(502)制成的主体(501)，其中所述主体(501)包括基部(504)，所述基部(504)经由相对两端(508，510)和相对两侧(511)连接到相对边界表面(506)，其中至少一个非正交切口(514)被形成为从所述基部(504)到所述边界表面(506)穿过所述主体(501)的厚度。2.根据权利要求1所述的复合层片(500)，其中，所述至少一个非正交切口(514)相对于相邻复合层片的至少一个其它非正交切口(514)交错，使得所述至少一个非正交切口(514)不与所述相邻复合层片的所述至少一个其它非正交切口(514)形成连续的线性切口。3.根据权利要求1或2所述的复合层片(500)，其中，所述非正交切口(514)相对于所述复合层片的纵向平面(512)形成非正交角度，其中所述纵向平面(512)在所述相对两端(508，510)之间延伸并且与所述基部(504)和所述相对边界表面(506)中的一者或两者平行。4.根据权利要求3所述的复合层片(500)，其中，所述非正交角度至少为5°且不超过80°。5.根据权利要求3所述的复合层片(500)，其中，所述非正交角度至少为10°且不超过20°。6.根据权利要求1、2、4或5所述的复合层片(500)，其中，所述至少一个非正交...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·凯斯马顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US