编织的复合的翼梁制造技术

一种编织的复合翼梁或用于编织的复合翼梁的预成型件，具有编织的纤维的多个管状层片。每个层片具有第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维沿顺时针方向缠绕第一系列匝并使得在每相邻对匝之间具有间距，所述第二组纤维沿逆时针方向缠绕第二系列匝并使得在每相邻对匝之间具有间距。每个层片中的第一组纤维和第二组纤维编合在一起以形成编织的结构。该翼梁或预成型件沿长度方向从根部延伸至稍端并具有朝向稍端向内渐缩的渐缩部。每个层片的在渐缩部中的周长随着该层片向内渐缩而减小。对于所述层片中的至少一个层片而言，第一组纤维与第二组纤维的间距随着该层片在渐缩部中向内渐缩而连续地增大。该翼梁或预成型件可被用于提供用于小翼的管状主翼梁。小翼也具有前翼梁，该前翼梁具有前翼梁腹板、上前翼梁盖以及下前翼梁盖。小翼的上蒙皮连结至编织的翼梁和上前翼梁盖。小翼的下蒙皮连结至编织的翼梁和下前翼梁盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】编织的复合的翼梁
本专利技术涉及一种小翼、一种用于小翼或其他结构的编织的复合翼梁以及一种用于这种编织的复合翼梁的预成型件。
技术介绍
在大的民用飞行器航空产业中，因通过减小阻力来增大机翼效率的驱使导致的多年来翼稍装置的尺寸上的增大已经引起涉及翼稍装置与机翼之间载荷传递和高效连结技术的技术挑战。诸如在US7975965B2中所描述的之类的现存的较大的民用飞行器翼稍附接方法大致由“背对背”式肋的解决方案组成，在该解决方案中，载荷被利用局部机翼区段的翼弦深度经过接合处传递。在US2012/0112005A1中描述了一种用于摆脱通过局部翼弦深度的载荷传递的限制而创建的新颖的解决方案。该理念提出了利用“主梁”结构承载主要翼稍载荷并将这些载荷经由增大的力矩臂传递到机翼中的连结概念。然而，翼稍端装置倾向于被精心设计，特别是在附接点处被精心设计，以便保证用于使用这种紧固装置所需的机械属性，因为当前的制造方法论使得很难充分地调整复合梁的结构行为。很难使用复合材料来制造和构建能够使小翼附接至主机翼元件的复杂的翼梁几何形状。利用诸如多部件组装之类的常规方法来形成翼梁由于缺乏呈可用于加工和组装的几何形状的方法而难以实现，并且也因需要增大的数目的零部件而是无效率的，因此增大了最终部件的成本和重量，或导致了为满足制造约束而进行的结构设计上的折衷。在US8061253中描述了用于形成复杂形状的纤维预成型件的已知的编织过程。该方法包括将多个纤维编织在非圆筒形芯棒上以形成可变厚度的形状的纤维预成型件。该预成型件随后被展平并切割以形成翼梁部件。芯棒在编织过程期间以恒定的速度移动。如在J.S.Tate,A.D.Kelkar和V.A.Kelkar的“双轴向编织的复合物在疲劳载荷下的失效分析(Failureanalysisofbiaxialbraidedcompositesunderfatigueloading)”于2004年8月11日至13日瑞典的斯德哥尔摩举行的第十五届欧洲断裂会议(The15thEuropeanConferenceofFracture(ECF)，Stockholm，Sweden，August11-13，2004)中指出的，当双轴向编织管用于变截面的部件时，编织角度、厚度以及单位面积重量(产量)在点与点之间不同。White,MarkL,的“用于通过管状编织来制造复合直升机主转子翼梁的生产技术的发展”一文(DevelopmentofManufacturingTechnologyforFabricationofaCompositeHelicopterMainRotorSparbyTubularBraiding，Vol.1618.KAMANAEROSPACECORPBLOOMFIELDCT，1981)描述了用于直升机主转子的编织的翼梁。每个编织层被设计成以恒定的间距施用(即，编织物承载件每旋转一圈芯棒前进的距离)，以允许随着周长沿着渐缩的翼梁减小而使纤维取向角度减小并且层厚度增大。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种编织的复合翼梁或用于编织的复合翼梁的预成型件，其包括编织的纤维的多个管状层片，每个层片包括第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维沿顺时针方向缠绕第一系列匝并使得在每相邻对匝之间具有间距，所述第二组纤维沿逆时针方向缠绕第二系列匝并使得在每相邻对匝之间具有间距，每个层片中的第一组纤维和第二组纤维编合在一起以形成编织的结构，其中，翼梁或预成型件沿长度方向从根部延伸至稍端，翼梁或预成型件具有朝向稍端向内渐缩的渐缩部，每个层片在渐缩部中具有的周长随着该层片向内渐缩而减小，对于层片中的至少一个层片而言，第一组纤维与第二组纤维的间距随着所述层片在渐缩部中向内渐缩而增大。本专利技术的第二方面提供了一种制造用于复合翼梁的编织的预成型件的方法，该方法包括形成编织的纤维的多个管状层片，每个层片通过下述步骤形成：将来自第一组线轴的第一组纤维进给到芯棒上，其中，芯棒具有渐缩部，渐缩部向内渐缩以便随着该渐缩部沿着芯棒的长度沿外侧方向延伸而减小该渐缩部的外周长；使芯棒和/或第一组线轴旋转以产生第一组线轴与芯棒之间的转速为ω1的顺时针相对旋转；将来自第二组线轴的第二组纤维进给到芯棒上；使芯棒和/或第二组线轴旋转以产生第二组线轴与芯棒之间的转速为ω2的逆时针相对旋转；使线轴和/或芯棒横向运动以产生线轴与芯棒之间的速度为S的相对运动，使得第一组纤维和第二组纤维缠绕在芯棒上并且编合在一起以形成编织的结构，其中，该方法还包括：对于编织的层片中的至少一个层片而言，随着第一组纤维缠绕在芯棒的渐缩部上而(通常连续地)改变速度S与转速ω1之间的比率S/ω1使得该比率S/ω1随着芯棒向内渐缩而增大，并且同样随着第二组纤维缠绕在芯棒的渐缩部上而(通常连续地)改变速度S与转速ω2之间的比率S/ω2使得该比率S/ω2随着芯棒向内渐缩而增大。本专利技术的第一方面和第二方面使纤维角在翼梁或预成型件内变化而无需层片的阶跃变化并且无需停止成型过程。本专利技术的第二方面的方法产生了用于复合翼梁的编织的预成型件。在缠绕到芯棒上之后，预成型件可以用诸如环氧树脂之类的基质浸渍(以产生“湿的”预成型件)或其可以是未经基质浸渍的“干燥”预成型件。在沿向内渐缩的方向(通过增大比率S/ω1和S/ω2)增大纤维间距以及减小周长存在两个益处。首先，这使得纤维角的减小超过通过将纤维以恒定的速度和间距(如在现有技术中)缠绕在芯棒上来形成的纤维角的减小。这使翼梁或预成型件的结构属性按照需要被调整——例如提供在稍端处比在根部处更高的抗弯刚度。例如，第一组纤维和第二组纤维可以具有在渐缩部中变化大于10°或15°的纤维角。同时，这消除了芯棒渐缩逐渐地增大每个层片的单位面积重量和厚度的趋势。因此，每个层片可以具有在渐缩部中不会变化或者在渐缩部内至少不会变化大于10％或5％的单位面积重量或厚度。通常，每个层片也具有在翼梁或预成型件的整个长度上不会变化大于10％或5％的单位面积重量或厚度。提供相对恒定的单位面积重量和/或厚度(不论翼梁或预成型件的渐缩的形状如何)使得翼梁或预成型件通过计算机辅助设计被更容易地模制和分析。翼梁或预成型件的渐缩部可以从其根部至其稍端在整个长度上延伸。替代性地，翼梁或预成型件具有位于渐缩部与根部之间的内侧部(该内侧部可以是非渐缩的)。在该内侧部中可以设置一个或更多个紧固件孔。翼梁或预成型件可以具有位于渐缩部与稍端之间的外侧部(该外侧部可以是非渐缩的)。可选地，翼梁或预成型件具有沿着长度方向从根部延伸至稍端的中心线，并且中心线的至少一部分遵循未处于单个平面的弯曲路径。可选地，翼梁或预成型件沿长度方向从根部延伸至稍端，并且翼梁或预成型件具有渐缩部，在该渐缩部中，随着每个层片朝向稍端延伸，其高度减小，其宽度增大。在具有变化的周长的常规的编织的翼梁中，纤维角、厚度和单位面积重量随着周长的改变而改变。本专利技术的第四方面的编织的翼梁或预成型件的特定形状具有特别的好处，因为其使翼梁或预成型件的高度在周长未进行大的伴随的变化的情况下被减小。本专利技术的第一方面提供了一种编织的复合翼梁和用于编织的复合翼梁的预成型件。在复合翼梁的情况下，编织的纤维的管状层片用诸如环氧树脂之类的基质浸渍。就预成型件而言，该预成型件可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编织的复合的翼梁或用于编织的复合的翼梁的预成型件，包括编织的纤维的多个管状层片，每个层片包括第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维沿顺时针方向缠绕第一系列匝并使得在每相邻的成对匝之间具有间距，所述第二组纤维沿逆时针方向缠绕第二系列匝并使得在每相邻的成对匝之间具有间距，每个层片中的所述第一组纤维和所述第二组纤维编合在一起以形成编织的结构，其中，所述翼梁或所述预成型件沿长度方向从根部延伸至稍端，所述翼梁或所述预成型件具有朝向所述稍端向内渐缩的渐缩部，每个层片在所述渐缩部中的周长随着所述层片向内渐缩而减小，对于所述层片中的至少一个层片而言，所述第一组纤维与所述第二组纤维的所述间距随着所述层片在所述渐缩部中向内渐缩而增大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.18 GB 1307066.91.一种编织的复合的翼梁，包括编织的纤维的多个管状层片，每个层片包括第一组纤维和第二组纤维，所述第一组纤维沿顺时针方向缠绕第一系列匝并使得在每相邻的成对匝之间具有间距，所述第二组纤维沿逆时针方向缠绕第二系列匝并使得在每相邻的成对匝之间具有间距，每个层片中的所述第一组纤维和所述第二组纤维编合在一起以形成编织的结构，其中，所述翼梁沿长度方向从根部延伸至稍端，所述翼梁具有朝向所述稍端向内渐缩的渐缩部，每个层片在所述渐缩部中的周长随着所述层片向内渐缩而减小，对于所述层片中的至少一个层片而言，所述第一组纤维与所述第二组纤维的所述间距随着所述层片在所述渐缩部中向内渐缩而增大。2.根据权利要求1所述的翼梁，其中，每个层片在所述渐缩部中的单位面积重量或厚度在所述渐缩部内的变化不大于10％。3.根据权利要求2所述的翼梁，其中，每个层片的单位面积重量或厚度在所述翼梁的整个长度上的变化不大于10％。4.根据前述权利要求中的任一项所述的翼梁，其中，所述翼梁具有位于所述渐缩部与所述根部之间的内侧部。5.根据权利要求4所述的翼梁，还包括位于所述内侧部中的一个或更多个紧固件孔。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述翼梁具有位于所述渐缩部与所述稍端之间的外侧部。7.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述第一组纤维与所述第二组纤维的纤维角在所述渐缩部中的变化大于10°。8.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述翼梁在其稍端处比在其根部处具有更高的抗弯刚度。9.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述翼梁在其根部处比在其稍端处具有更高的抗扭刚度。10.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述翼梁具有沿长度方向从所述根部延伸至所述稍端的中心线，并且所述中心线的至少一部分遵循未处于单个平面中的弯曲路径。11.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，每个层片在所述渐缩部中的高度随着所述层片朝向所述稍端延伸而减小并且每个层片在所述渐缩部中的宽度随着所述层片朝向所述稍端延伸而增大。12.根据权利要求1至3中的任一项所述的翼梁，其中，所述第一组纤维与所述第二组纤维的纤维角在所述渐缩部中的变化大于15°。13.一种小翼，包括根据前述权利要求中的任一项所述的复合的翼梁，其中，所述复合的翼梁包括由上盖和下盖连结的前腹板和后腹板，并且所述小翼包括连结至所述复合的翼梁的所述上盖的上蒙皮以及连结至所述复合的翼梁的所述下盖的下蒙皮。14.一种飞行器的机翼，包括：具有稍端的主机翼元件；以及附接至所述主机翼元件的所述稍端的根据权利要求13所述的小翼。15.根据权利要求14所述的机翼，其中，所述复合的翼梁相对于所述主机翼元件向上或向下倾斜。16.根据权利要求14或15所述的机翼，其中，所述复合的翼梁相对于所述主机翼元件向前或向后成掠角。17.根据权利要求14或15所述的机翼，其中，所述主机翼元件包括翼梁；并且所述小翼的所述复合的翼梁附接至所述主机翼元件的所述翼梁。18.一种制造用于复合的翼梁的编织的预成型件的方法，所述方法包括形成编织的纤维的多个管状层片，通过下述步骤形成每个层片：将来自第一组线轴的第一组纤维进给到芯棒上，其中，所述芯棒具有渐缩部，所述渐缩部向内渐缩以便随着所述渐缩部沿着所述芯棒的长度沿外侧方向延伸而减小所述渐缩部的外周长；使所述芯棒和/或所述第一组线轴旋转以实现所述第一组线轴与所述芯棒之间的转速为ω1的顺时针相对旋转；将来自第二组线轴的第二组纤维进给到所述芯棒上；使所述芯棒和/或所述第二组线轴旋转以实现所述第二组线轴与所述芯棒之间的转速为ω2的逆时针相对旋转；...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尼·方，蒂莫西·阿克斯福德，
申请(专利权)人：空中客车营运有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB