加强梁以及用于制造加强梁的方法和纤维层压材料技术

本发明专利技术涉及一种加强坯料（１，６，２２，２３，３６），特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段，所述加强坯料包括由至少一种纤维层压材料（９，２５，３７）加强的合成材料。所述纤维层压材料（９，２５，３７）包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层（１０，２９，３９）和至少一层具有第二纤维方向的全面积层（１１，３１，４０），其中，至少一层具有第三纤维方向的再一层（１２，３４，４１）被布置在纤维层压材料（９，２５，３７）的外围区域（１６，２６，３８）中。本发明专利技术还涉及一种用于制造加强梁（１，６，２２，２３）的方法以及纤维层压材料（９，２５，３７），所述纤维层压材料（９，２５，３７）用于制造本发明专利技术的加强梁（１，６，２２，２３，３６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种加强梁，特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段(segment)，所述加强梁含有由至少一种纤维层压材料增强的合成材料。 此外，本专利技术涉及一种制造加强梁、特别是一种用于航空器机身舱室 的弯曲环框架节段的方法，所述加强梁含有由至少一种纤维层压材料增强 的合成材料。此外，本专利技术涉及一种用于制造加强梁、特别是环状框架节段的纤维 层压材料，其中该纤维层压材料含有具有第一纤维方向的至少一层和具有 第二纤维方向的至少一层，以及具有第三纤维方向的再一层。
技术介绍
通常，将环状框架使用于飞机中以加强机身舱室。这些环状框架大部 分由铝梁制成。用铝梁制造更长的环状框架节段或圆形环状框架通常不引 起特别的问题，因为可以通过弯曲铝梁而使它们比较容易地适于机身舱室 的机身曲率。在飞行期间，这样的用于加强航空器机身舱室、具有例如Z-形横截面 的环状框架在垂直梁的区域中主要承受剪切和/或横向力。另一方面，弧形 梁部分主要承受拉伸和/或压縮力。在铝环状框架的情况下，在环状框架的 不同部分中，在一方面的剪切和/或横向力和在另一方面的拉伸和/或压縮 力之间的区别在很大程度上不相关，因为金属材料通常具有各向同性的材 料性质。然而，为了进一步实现重量减轻，在航空器构造中日益增加地使用了 纤维加强的复合物材料，特别是碳纤维加强的环氧树脂的单独部件。纤维 加强的复合物材料的机械性能通常是强各向异性的，从而主机械负荷的方 向优选应当与主纤维方向相一致。为了实现最佳的机械性能，因此必须具体地将纤维加强的取向适应或调节到施加力的方向。为了在例如圆形的、椭圆形的或具有环的节段形状的部件的情况下实 现纤维加强，通过引入织物、纤维束或这些的组合在这方面造成了相当大 的困难。其原因在于，在这些情况下，为了实现最佳刚性，经常不可缺少 的是至少使主纤维方向平行于部件的圆周轮廓。一旦形成纤维加强，就使用本领域中已知的方法，例如所谓的树脂传 递成型(RTM)法来制造实际部件，例如用于形成环状框架或环状框架节段 的加强梁。可选地，还可以使用连续注射成型来制造。如果要用织物等实现这样的部件的加强，则可以在沿圆周或周长的截 面中排列短的织物条。然而，由于必须分成部分，这导致了相对大的数目 的接缝的缺点。可以通过织物条的重叠布置来减少接缝的数目，但是这导 致在重叠区域中的加厚部分。此外，可以通过将长纤维或长纤维束缠绕在整个部件的周围好几次来 实现这样的纤维加强。此方法需要更高的成本，但是避免了纤维加强中的 不必要的接缝。最后，存在的可能性是，从织物横列(fabriccourse)的一部分切下基本 上对角的条。可以将这些从织物层对角地切下的条悬垂(draped)，即，在 没有巻起形成鮍褶或折痕的情况下，在平面中以弯曲的方式展开。因此， 这些织物条原则上适于具有小尺寸的部件的周长加强，所述部件是圆形 的、椭圆形的或具有环节段的形状，因为在理想的情况下，仅导致一个接 缝。然而，这些条具有的缺点在于，由于织物层有限的宽度，仅可以将它 们制成具有有限的长度，从而不能以此方式制造更大的部件，例如环状框 架等。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种大几何尺寸的由纤维加强的合成 材料制成的部件，特别是一种用于弯曲环框架、弯曲环框架节段等的加强 梁，特别是一种含有碳纤维加强的环氧树脂并且具有基本上最佳的机械性 能的加强梁。可选地，还可以使用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等来增强 (armoring)。另外，还可以使用其它的可固化合成材料，即树脂体系。关于这点，应当提及的有聚酯类树脂、BMI树脂等。这里，表述"最佳机械性能"特别是指部件在最小重量下的最大机械强 度。为了实现这些最佳机械性能，部件不同区域中的纤维加强的取向应当 始终如一地沿着各个施加力的不同方向，并且如果可能，不显示接缝。 此目的由具有专利权利要求1的特征的加强梁所解决。 由于下列事实 一种纤维层压材料或多种纤维层压材料包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层(foll-area layer)和至少一层具有第二纤维方 向的全面积层，其中在该一层纤维层压材料或多层纤维层压材料的外围区 域中布置有至少一层具有第三纤维方向的再一层，因此可以通过弯曲或折 叠该外围区域来形成加强梁，所述加强梁的基部部分(base portion)或基部 截面(base section)对于接受或接收剪切和/或横向力是最佳的，并且所述加 强梁的外部部分(outer portion)或外部截面(outer section)对于接受拉伸禾口/ 或压縮力是同样理想的，其中，所述加强梁可以是弯曲的。由于这样的纤维层压材料的利用，所述层压材料的外围区域包含具有 第三纤维方向的层，因此本专利技术的加强梁可以基本上被制造成为任意的长 度，它的长度仅受限于所使用的可以最大化地制造的纤维层压材料的横向 长度(course length)。在加强梁的一个优选实施例中，纤维层压材料由许多纤维，特别是具 有碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料制成。使用多轴向纤维层压材料使得可以在纤维层压材料的外围区域中具 体布置一层或几层具有第三纤维方向的额外层，第三纤维方向例如为0° 的纤维方向，以最佳地接收或接受剪切和/或压縮力，而其它的全面积层例 如具有士45。的纤维方向，以用于剪切和/或横向力的理想接受。其它的纤维 方向还可以在+20°和+70°之间，以及在-70°和-20。之间。此外，由碳纤维 制成的"环形的"多轴区域层压材料(multi-axial areal laminate)的使用使得可 以形成在空间上延长的加强梁，所述加强梁可以具体用作环状框架或环状 框架节段。考虑到要制造的加强梁的需求，可以形成不同的纤维类型。此外，本专利技术的目的由根据专利权利要求13的方法所解决。此用于制造加强梁、特别是航空器机身舱室的弯曲环框架节段的方 法，所述加强梁包括由至少一种纤维层压材料加强的合成材料，其中，所 述纤维层压材料包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层和至少一层 具有第二纤维方向的全面积层，以及至少一层布置在外围区域中的具有第 三纤维方向的再一层，所述方法包括下列步骤-将至少一层纤维层压材料的外围区域放置在弯曲支撑件上，-弯曲该纤维层压材料的基部区域，以形成具有L-形横截面的L-坯件(blank)的外部部分。-用可固化的合成材料浸渍该L-坯件，并且固化该L-坯件。根据本专利技术方法，可以例如使用"树脂传递成型"(RTM)法制造加强梁， 所述加强梁实际上为任意的曲率、例如由碳纤维加强的合成材料制成，并 且具有例如为L-形的截面形状，其中，所述加强梁在它的基部部分中特别 适于接收或接受剪切和/或横向力，并且所述加强梁对于在它的外部中接收 或接受拉伸和/或压缩力是特别适宜的。表述"悬垂(draping)"是指，在没有 形成皱褶或折痕的情况下，可以将其中仅布置有具有士45。的纤维方向的层 的纤维层压材料的基部部分，以弧形或弯曲方式放置在水平平面中的支撑 件上，从而也可以容易地制造具有更小曲率半径的弯曲环框架节段。这里，由于实际上环形带状纤维层压材料的使用，所以可以制造具有 几乎任意长度的加强梁，具体而言，就可以制造仅具有一个接头的大的环 状框架。以此方式形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯曲加强梁（１，６，２２，２３，３６），特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段，所述加强梁包括由至少一种纤维层压材料（９，２５，３７）加强的合成材料，其特征在于，所述纤维层压材料（９，２５，３７）包含在所述加强梁（１，６，２２，２３，３６）的基部部分（３，２１，２８，４４）中的至少一层具有第一纤维方向的全面积层（１０，２９，３９）和至少一层具有第二纤维方向的全面积层（１１，３１，４０），所述基部部分（３，２１，２８，４４）主要承受剪切力和／或横向力，其中，在所述纤维层压材料（９，２５，３７）的外围区域（１６，２６，３８）中，至少一层具有第三纤维方向的再一层（１２，３４，４１）被布置在加强梁（１，６，２２，２３，３６）的外部部分（４，５，２０，３３，４５）中，所述外部部分（４，５，２０，３３，４５）主要承受拉伸力和／或压缩力，并且所述纤维层压材料（９，２５，３７）的基部部分（１９）能够悬垂，其中所述纤维层压材料（９，２５，３７）的基部部分（１９）和外围部分（１６，２６，３８）限定了约９０°的角，以形成具有Ｌ－形横截面的加强梁（１，６，２２，２３，３６）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯埃德尔曼，延斯博尔德，
申请(专利权)人：空中客车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]