制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统。在一个实施例中，提供了一种制造复合结构的方法。该方法包括以下步骤：将短切纤维材料以不同厚度施加在第一复合填料的第一片层表面上，以形成分层复合结构。该方法还包括以下步骤：折叠分层复合结构。该方法还包括以下步骤：将第二复合填料与折叠的分层复合填料组装以形成复合结构。该短切纤维材料在复合结构中形成间隙填充物。该间隙填充物与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该方法还包括处理该复合结构。

【技术实现步骤摘要】
制造具有带短切纤维材料的间隙填充物的复合结构的方法和系统
本公开总体涉及制造复合结构的方法和系统，更具体地涉及制造具有间隙填充物的复合结构例如飞行器机翼中的纵梁复合结构的方法和系统。
技术介绍
复合结构被用在多种应用中，包括制造飞行器、宇宙飞船、旋翼飞机、船只、汽车、卡车以及其它的交通工具和结构，这是由于复合结构的高强度重量比、耐腐蚀性以及其它有利的特性。在飞行器构建中，复合结构被用于增加数量以形成机翼、机身、尾部以及其它部件。例如，飞行器机翼可以由包括复合蒙皮面板或腹板的复合加强面板结构制成，增强加强件或“纵梁”可以附连到或粘合于复合蒙皮面板或腹板，以提高复合蒙皮面板或腹板的强度、刚度、压曲抗力和稳定性。附连到或粘合于复合蒙皮面板或腹板上的纵梁可以被配置为承载各种载荷并且可以以许多不同的横截面形状提供，例如T型加强件、J型加强件和I型梁。存在于飞行器复合机翼结构中的已知的纵梁具有较低的拉脱强度。因此，这种纵梁可以不通过纵梁叶片部分进行加载。这可能需要在机翼蒙皮上钻孔，并且需要紧固件穿过机翼蒙皮附连，例如将翼肋配件附连到机翼蒙皮。然而，这会在飞行器上产生遭受可能的燃料泄漏或制造问题或复杂度的附加区域。而且，为了进行雷击保护，这种紧固件可能需要被处理并且需要三重保护，并且这些紧固件孔可能需要液密密封，使得它们不遭受燃料泄漏。例如，突出进入机翼中的燃料电池的这些紧固件可能需要被钻埋头孔，在其外部用绝缘塞涂覆，在内部用绝缘密封剂涂覆，并且接地以防止燃料电池内部的火花。安装这些紧固件需要的时间可能增加，这继而可能增加制造的复杂性和成本。另外，额外的紧固件的存在会增加飞行器的重量，这继而会减小飞行器的有效负载能力，并且可能增加燃料消耗，这可能会导致燃料成本增加。当纵梁被垂直地附连到或结合到复合蒙皮面板或腹板时，纵梁的弯曲部分的半径可能形成间隙或空隙区域。这些间隙或空隙区域通常可以被称为“间隙或半径填充物区域”或“条状物区域”。纵梁内部的这种间隙或半径填充物区域或条状物区域易于断裂，因为它们被三维地限制。由复合材料或粘合剂/环氧树脂材料制成的具有大致三角形的横截面的间隙或半径填充物或“条状物”可以用来填充间隙或半径填充物区域或条状物区域，以便使这些区域的结构进一步加强。然而，已知的间隙或半径填充物或条状物可能由不同于或不相容于包围该间隙或半径填充物或条状物的复合结构的材料制成。这可能导致材料的性能不同，这继而可能需要对固化周期、处理压力和温度和/或纤维和树脂基质的相对量进行修改。这些修改可能增加生产时间、劳动力和成本。另外，已知的间隙或半径填充物或者条状物的长度可以很长（例如，60-80英尺长），并且薄且易碎。因此，这些间隙或半径填充物或者条状物可能难以储存和运输，并且可能需要增加人力以及需要昂贵的储存和运输设施，以避免对该间隙或半径填充物或者条状物造成损坏或者将该损坏最小化。另外，已知的单向/层压间隙或半径填充物或条状物可能在间隙或半径填充物或者条状物的三个拐角上具有相对钝的顶端。预浸的零度（0°）片层（即，浸渍有树脂材料的增强纤维）可以重复地折叠在自身之上以形成圆形间隙或半径填充物或者条状物。随后，间隙或半径填充物或者条状物在加热和真空下可以形成三角形形状。钝的条状物顶端可以在间隙或半径填充物或者条状物的顶端处形成树脂富集的袋状物（pocket），并且这些区域可能容易引发裂纹传播。裂纹可能会在复合片层之间扩展，并且该裂纹可能过早地引起纵梁拉脱强度问题。低的拉脱强度会阻止纵梁被用作机翼盒内部的结构附连点。如上所述，这继而可能需要在机翼蒙皮上钻孔，并且需要紧固件穿过机翼蒙皮而被附连，以将翼肋配件附连到机翼蒙皮。因此，在本领域中需要制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统，其与已知方法、系统和结构相比具有优点。
技术实现思路
可以满足对于制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统的需求。如在下面的详细描述中所述的，制造具有间隙或半径填充物或条状物的复合结构的改进的方法和系统的实施例可以相对于已知方法、系统和结构提供显著的优点。在本专利技术的一个实施例中，提供了一种制造复合结构的方法。该方法包括以下步骤：将短切纤维材料以不同厚度施加到第一复合填料的第一片层表面上以形成分层复合填料。该方法还包括以下步骤：将分层复合填料折叠。该方法还包括以下步骤：将第二复合填料和折叠的分层复合填料进行组装以形成复合结构。该短切纤维材料在复合结构中形成间隙填充物。该间隙填充物与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该方法还包括以下步骤：处理该复合结构。在本公开的另一个实施例中，提供了一种制造具有一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层的复合结构的方法。该方法包括以下步骤：将包含短切纤维材料的短切纤维间隙填充物层以不同厚度施加到包含复合织物的第一承载层。该方法还包括以下步骤：通过将第一承载层和多个复合片层堆叠来形成分层复合填料，以获得第一复合填料，该第一承载层被定位在短切纤维间隙填充物层和第一复合填料之间。该方法还包括以下步骤：将包含复合织物的第二承载层和多个复合片层堆叠以获得第二复合填料。该方法还包括以下步骤：将分层复合填料和第二复合填料组装以形成复合结构。短切纤维材料在复合结构中形成一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层。短切纤维材料包括与包含复合结构的材料相同的材料，或包括与包含该复合结构的材料相容的材料。该方法还包括以下步骤：对该复合结构进行处理。在本公开的另一个实施例中，提供了一种用于制造复合结构的系统。该系统包括分层复合填料。该分层复合填料包括第一复合填料，其包括多个第一堆叠的复合片层并且具有第一片层表面。该分层复合填料还包括施加到第一片层表面的短切纤维间隙填充物层。短切纤维间隙填充物层包括不同厚度的短切纤维材料。该系统还包括复合材料处理组件，其适于折叠该分层复合填料。该系统还包括第二复合填料，其包括多个第二堆叠的复合片层。第二复合填料与折叠的分层复合填料组装在一起以形成复合结构。该系统还包括形成在复合结构中的至少一个间隙填充物。该间隙填充物是由短切纤维材料制成的，这种短切纤维材料包括与包含包围间隙填充物的复合结构的材料相同或相容的材料。该间隙填充物是准各向同性的且与包围该间隙填充物的复合结构的形状相符。该系统还包括形成在复合结构中的至少一个层间层。该层间层由短切纤维材料制成。该系统还包括真空打包组件和固化设备，用于处理该复合结构。根据本公开的一个方面，提供了一种制造具有一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层的复合结构的方法，该方法包括如下步骤：将包括短切纤维材料的短切纤维间隙填充物层以不同厚度施加到包括复合织物的第一承载层上；通过将第一承载层与多个复合片层堆叠在一起来形成分层复合填料以获得第一复合填料，该第一承载层被定位在短切纤维间隙填充物层和第一复合填料之间；将包含复合织物的第二承载层以及多个复合片层堆叠在一起以获得第二复合填料；将分层复合填料和第二复合填料组装以形成复合结构，该短切纤维材料在复合结构中形成一个或多个间隙填充物以及一个或多个层间层，该短切纤维材料包括与包含该复合结构的材料相同的材料，或包括与包含该复合结构的材料相容的材料；以及处理该复合结构。有利的是，该方法还包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造复合结构的方法，所述方法包括以下步骤：将短切纤维材料以不同厚度施加到第一复合填料第一片层表面上，以形成分层复合填料；折叠所述分层复合填料；将第二复合填料与折叠的分层复合填料组装，以形成复合结构，所述短切纤维材料在所述复合结构中形成间隙填充物，所述间隙填充物与包围所述间隙填充物的所述复合结构的形状相符；以及处理所述复合结构。

【技术特征摘要】
2013.02.07 US 13/762,3391.一种制造复合结构的方法，所述方法包括以下步骤：将短切纤维材料以不同厚度施加到第一复合填料第一片层表面上，以形成分层复合填料；折叠所述分层复合填料；将第二复合填料与折叠的分层复合填料组装，以形成复合结构，所述短切纤维材料在所述复合结构中形成间隙填充物，所述间隙填充物与包围所述间隙填充物的所述复合结构的形状相符；以及处理所述复合结构。2.如权利要求1所述的方法，其中施加步骤进一步包括以下步骤中的一个：在将承载层定位在所述第一复合填料的所述第一片层表面上的步骤之前或之后，将所述短切纤维材料施加到承载层，或者将所述短切纤维材料施加到承载层来代替包括所述第一片层表面在内的所述第一复合填料。3.如任一前述权利要求所述的方法，其中组装步骤还包括在所述第二复合填料与形成所述复合结构的间隙填充物的所述短切纤维材料之间施加承载层。4.如权利要求3所述的方法，其中施加步骤包括将所述短切纤维材料引导到所述第一复合填料的所述第一片层表面上，使得所述短切纤维材料的大量不连续的纤维以期望的纤维取向被引导。5.如权利要求4所述的方法，其中施加步骤是通过手工施加工艺或自动施加工艺来执行的。6.如权利要求5所述的方法，其中施加步骤包括将短切碳纤维预浸材料以至少两个凸起部分的方式施加到所述第一复合填料的所述第一片层表面上，每个凸起部分具有足够的厚度以形成所述间隙填充物并填充所述复合结构的间隙填充物区域。7.如权利要求6所述的方法，其中折叠步骤包括采用复合材料处理组件来折叠所述分层复合填料，并且当通过所述复合材料处理组件折叠所述分层复合填料时，加热所述分层复合填料。8.如权利要求7所述的方法，其中所述复合材料处理组件包括成形工具组件、拉挤工艺组件、挤出工艺组件以及压模组件中的一个。9.如权利要求8所述的方法，其中组装步骤包括所述短切纤维材料形成层间层，所述层间层...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·维特，M·J·格拉夫，K·H·格里斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US