细长复合结构件及其改进制造技术

一种用在航天航空结构中的、诸如翼梁（１０２）之类的复合材料细长结构件包括设置在上凸缘和下凸缘（１０４，１０６）的腹板（１０８）。腹板（１０８）可包括在朝向翼梁（１０２）的翼根端的第一部分围绕平行于长度Ｌ的轴线（１６４）的顺时针扭转、以及在朝向翼梁（１０２）的翼梢端的第二部分的逆时针扭转。翼梁（１０２）的几何形状可沿其长度（Ｌ）非线性地变化，从而从上凸缘（１０４）的远边经由腹板（１０８）到下凸缘（１０６）的远边测得的翼梁展开宽度随着沿长度（Ｌ）增大距离而线性变化。在结构件（１０２）的几何形状非线性变化的区域中，借助这种结构可减少在翼梁（１０２）制造过程中引起复合材料层不合需要的皱纹、应力或拉伸的风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用在航空航天应用中的复合材料结构。更具体地说，但非排它性地，本专利技术涉及细长复合结构件，例如呈复合翼梁、复合翼肋、复合桁条等的形式。本专利技术还涉及 设计该细长复合结构件的方法和制造该细长复合结构件的方法，例如使用合适编程的计算 机。
技术介绍
诸如翼梁、翼肋、桁条等的细长复合结构件通常用来在全部或局部的尺度上在结 构中提供结构支承。翼梁和翼肋例如为翼盒或机身结构提供主结构框架。桁条例如用作加 劲件。 细长复合结构件因此具有适于邻抵另一部件的部分，例如用来对该另一部件进行 加劲、加强和/或支承。细长复合结构件所邻抵的部件例如可以呈限定飞行器表面的壁板 或蒙皮部分的形式。 这种细长复合结构件可具有呈U形、T形、L形或其它合适形状的形式的横截面。 通常，结构件会具有基部和腹板，基部具有适于邻抵待加劲/支承的结构/部件的表面的形 状，腹板从该待加劲/支承的结构/部件的表面远离基部突出，腹板增大结构件的劲度/强 度。腹板有时称作结构件的叶片。 待加劲/支承的结构/部件的表面的厚度或几何形状可变化，由此在与结构件相 邻的结构/部件的表面中形成局部特征件。因此，结构件的几何形状中的对应变化可能是 必需的。然而，在制造复合结构件时，结构件的几何形状中的局部变化会引入制造问题。例 如，为了增大飞行器翼板的局部强度或劲度，通常的实践是在需要额外的劲度或强度之处 局部地改变翼板的厚度。这导致从翼盒内侧观察时在翼板中发生加衬。因此，随着沿相关 翼梁或桁条的长度方向增大，翼板的厚度可倾斜向上至局部较厚的区段，然后倾斜向下至 较薄的区段。为了适应翼板厚度的变化，相关翼梁/桁条的基部必须相应地倾斜向上和倾 斜向下。翼梁/桁条的形状因此可以包括根据沿其长度的距离而在其横截面几何形状中的 局部变化。 在加劲壁板时使用的结构件的所需形状因此可能是较复杂的，并可能偏离线性对 称的几何形状。制造具有复杂几何形状的复合结构件会是较为困难的。假如在结构件的横 截面几何形状中需要局部变化，则可能会在制造过程中引入缺陷。这些缺陷通常是因为纤 维材料层在从局部几何形状来看有太多材料之处被压縮或折叠。这会在最终的产品中产生 皱纹，通常呈横向皱纹的形式。这些缺陷也可能是因为纤维材料层在从局部几何形状来看 有太少材料之处被拉伸和/或加压。这也会在最终的产品中产生皱纹，通常呈纵向皱纹的 形式。前述类型缺陷(太少材料或太多材料)中的任一种可导致在这些区域在复合材料中 产生不合需要的削弱和/或局部内应力。这些缺陷通常允许和适于通过在这些区域添加额 外的材料来形成裕度，从而抵消这些削弱强度的缺陷。尽管因此不会削弱最终部件的强度， 但是该技术引入了不利的重量和额外的结构体积。 本专利技术寻求减轻上述问题中一个或多个问题。替代地或附加地，本专利技术寻求提供 一种改进形状的细长复合结构件和/或一种改进的设计和/或制造该细长复合结构件的方 法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用在航空航天结构中的细长结构件，其中， 所述结构件是由包括多层的复合材料来制成的， 所述结构件具有基部和从所述基部延伸的腹板， 所述结构件限定 所述基部上的第一表面，所述第一表面成形为邻抵一结构， 所述基部上的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反， 所述腹板上或所述腹板中的第三表面，所述第三表面与所述第一表面处于所述复 合材料中的同一层，以及 所述腹板上的第四表面，所述第四表面与所述第二表面处于所述结构件的同一侧 上， 所述结构件的横截面几何形状沿其长度的至少一部分变化，从而第一假想基准线 和第二假想基准线之间的测地距离随着沿所述结构件长度的所述至少一部分的纵向距离 而基本上线性地增大，所述第一假想基准线和第二假想基准线都是测地线，且延伸经过所 述结构件长度的所述至少一部分的整个长度，所述第一假想线位于所述第一表面上，而所 述第二假想线位于所述第三表面上，所述测地距离是沿着所述结构件的所述第一表面和第 三表面测得的。 因此，根据本专利技术第一方面的一实例的细长结构件可具有如下的形状其横向展 开宽度随着沿其长度的距离而线性变化。在本实例中的横向展开宽度是沿着第一表面和第 三表面从结构件基部的远端位置到结构件腹板的远端位置的测地距离。具有这种线性变化 的展开宽度，允许在制造结构件的过程中叠置形成结构件的多层复合材料，从而减小局部 皱纹或局部拉伸的风险。这是因为，在制造过程中，在从纤维形成平(平坦)片材料的状 态被处理到用来形成结构件的模具的不平坦几何形状时，纤维材料不会聚集在一起或拉伸 开。横截面几何形状较佳地随着沿结构件长度的距离以非线性的方式变化。例如，在横截 面中观察时，腹板的高度可随着沿结构件的长度而非线性地变化。 将结构件设计成具有线性变化的展开宽度可借助使基部位置的位移与腹板位 置的位移相匹配来实现。这种技术在下文中参照附图进行简要描述，还在申请人的参 考号为XA2343、与本申请具有同一申请日的、题为"复合壁板加劲件(Composite Panel Stiffener)"的共同待审查英国专利申请中进行描述和要求保护。在此以参见的方式完整 引入该申请的内容。本专利技术的权利要求可包括在该专利申请中公开的任何特征。具体地说， 本申请的权利要求可比修改成包括与以下有关的特征结构件的几何形状沿其长度的至少 一部分变化，从而随着沿给定方向沿着结构件的长度增大距离，第一表面朝向第二表面移 位，而第四表面朝向第三表面移位。本专利技术的结构件(其可呈翼梁、翼肋、桁条或其它细长 结构件的形式)还可参照在上述相关专利申请中所描述或要求保护的桁条的特征来进行 限定。 替代地或附加地，将结构件设计成具有线性变化的展开宽度可借助在腹板和基部 之间引入斜面/弧形部分来实现，该斜面/弧形部分的尺寸例如随着基部沿结构件长度向 上和向下移位而变化。这种技术在下文中参照附图进行简要描述，还在申请人的参考号 为XA2345、与本申请具有同一申请日的、题为"细长复合结构件的改进(Improvements in Elongate Composite St潔turalMembers)，，的共同待审查英国专利申请中进行描述禾口要 求保护。在此以参见的方式完整引入该申请的内容。本专利技术的权利要求可包括在该专利申 请中公开的任何特征。具体地说，可将本申请的权利要求修改成包括与在结构件的腹板和 基部之间引入诸如斜面/弧形部分之类的形状有关的特征，该斜面/弧形部分的尺寸随着 基部沿结构件长度向上和向下移位而变化。本专利技术的结构件还可参照在上述相关专利申请 中所描述或要求保护的结构件的特征来进行限定。 替代地或附加地，将结构件设计成具有线性变化的展开宽度可借助使腹板从基部 延伸的角度随着沿结构件长度的距离变化而实现。在本专利技术的某些实施例中，结构件的几 何形状随着沿其长度沿给定方向增大距离而变化，从而第三表面围绕与结构件长度大体对 准的轴线扭转。第三表面的扭转可以如下对于沿结构件长度的第一部分来说，扭转主要沿 一个方向，而对于沿结构件长度的第二部分来说，扭转主要沿相反方向。 第三表面的扭转可以基本上是逐级的，例如，第三表面包括不同斜率的相邻表面 部分，在相邻部分之间的界面处有较大的斜率变化。第三表面的扭转可以包括随着沿结构 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在航空航天结构中的细长结构件，其中，所述结构件是由包括多层的复合材料来制成的，所述结构件具有基部和从所述基部延伸的腹板，所述结构件限定：所述基部上的第一表面，所述第一表面成形为邻抵一结构，所述基部上的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反，所述腹板上或所述腹板中的第三表面，所述第三表面与所述第一表面处于所述复合材料中的同一层，以及所述腹板上的第四表面，所述第四表面与所述第二表面处于所述结构件的同一侧上，所述结构件的横截面几何形状沿其长度的至少一部分变化，从而第一假想基准线和第二假想基准线之间的测地距离随着沿所述结构件长度的所述至少一部分的纵向距离而基本上线性地增大，所述第一假想基准线和第二假想基准线都是测地线，且延伸经过所述结构件长度的所述至少一部分的整个长度，所述第一假想线位于所述第一表面上，而所述第二假想线位于所述第三表面上，所述测地距离是沿着所述结构件的所述第一表面和第三表面测得的，由此，在所述细长结构件的几何形状随着沿其长度增大距离而变化的区域中，减少在所述细长结构件的制造过程中引起复合材料层不合需要的皱纹、应力或拉伸的风险。

【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：IL格雷，
申请(专利权)人：空中客车英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]