[发明专利]增强的硬化构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及复合结构，更具体地说涉及用于增强的多件复合硬化构件以增进其拉开(pull off)强度的技术。

背景技术

各种轻量的复合梁和硬化构件可以用于诸如飞行器等交通工具，以便支撑或增强诸如机翼和机身区段的特征。例如，具有“I”形截面形状的硬化构件可以用于硬化形成机翼组件一部分的翼板。这些轻量的I形截面硬化构件通常可以由具有相当高的轴向硬度的石墨纤维带层压板形成，但是这种石墨纤维带层压板具有相当低的层间韧性，特别是在幅板和基底/顶盖的相交处。

I形截面硬化构件可以用两个预成型的C形槽板制造，其中槽板的凸缘由半径结合到幅板。由于这个半径，基底和顶盖与幅板的相交形成填充物可以放置在其中的空腔或“半径填充区”，以便增强这个区域中的硬化构件。对于指定的应用，硬化构件在半径填充区的区域中必需具有足够的拉开强度，以抵抗施加于硬化构件上的拉伸载荷。为了实现足够的拉开强度，可能必需增加硬化构件的尺寸，因而增加飞行器的重量。可选地，为了增加拉开强度，可以对硬化构件添加半径块，但是半径块也增加飞行器的不希望的重量。

因此，需要一种硬化构件结构，其在围绕半径填充区的区域中具有增进的拉开强度，但是没有实质性地增加该硬化构件的重量。

发明内容

本发明实施例提供一种由层压复合带形成的硬化构件，该硬化构件通过利用一层或多层复合织物和粘合剂包裹的填充物在半径填充区的区域中被增强。增加的复合织物的韧性和粘合剂包裹物增强了所述硬化构件，得到增进的拉开强度，同时改善冲击(onset)载荷和最大破坏载荷两者。公开的实施例可以用来形成用于各种用途的增强的硬化构件，例如包括但不限于，在飞行器应用中将肋条附加于桁条顶盖(stringer cap)。

根据一个公开的实施例，一种复合硬化构件包括：由层压复合带形成的第一、第二和第三部件，该第一和第二部件限定幅板和从该幅板延伸的一对凸缘，该第三部件被结合到凸缘并且大致垂直于该幅板延伸，该第一、第二和第三复合部件相交以形成空腔；设置在该空腔中并基本填充该空腔的填充物；在所述填充区域中的每个部件上的至少一层复合织物；以及围绕该填充物并将该填充物结合到所述复合织物的粘合剂层。该复合织物和粘合剂两者可以局部地延伸至幅板并且在两个方向上沿着所述凸缘延伸，以增加所述硬化构件的韧性。

根据另一个公开的实施例，一种复合硬化构件，包括：结合在一起的一对复合槽板，每个槽板包括幅板、从该幅板延伸的凸缘，和在该幅板和每个凸缘之间的半径区域；垂直于该幅板延伸并且结合到每个凸缘的基底，该槽板的半径区域和所述基底形成至少一个半径填充区；填充该半径填充区的增强部件；覆盖该槽板的半径区域和基底的复合织物层；以及围绕该填充物并将该填充物结合到该复合织物层的粘合剂层。在一个实施例中，该复合织物层可以包括纺织的双向增强纤维，该纺织的双向加强纤维可以包括石墨。填充物可以是下述其中之一：成型的单向复合带、复合层压制品、混合的带状织物部件、以及钛部件。粘合剂层可以包括围绕该填充物包裹的结构粘合剂薄片。在一个实施例中，粘合剂层可以延伸到超过所述半径填充区进入到槽板之间和基底与每个凸缘之间的界面层中。

根据所公开的方法实施例，制造复合硬化构件，包括：利用复合纤维带形成一对复合槽板，每个槽板具有凸缘和半径部分；将复合纤维织物层设置在每个槽板的半径部分上；利用复合纤维带形成基底；将复合纤维织物层设置在该基底的至少一部分上；围绕填充物设置粘合剂层；组装该槽板和基底；在该槽板的半径部分和该基底之间的半径填充区中设置填充物和粘合剂层；以及固化该组件。

根据另一个方法实施例，制造增强的复合硬化构件，包括：形成具有幅板和从该幅板沿着相反方向延伸的一对凸缘的复合结构，包括在该幅板和凸缘之间的区域中的层压复合带层片(ply)上施加复合织物层；将顶盖的表面结合到所述凸缘；对结合到所述凸缘的顶盖的表面施加复合织物层；将增强的填充物设置在幅板、凸缘和顶盖之间；以及利用粘合剂将增强的填充物结合到复合结构和顶盖上的复合织物层。

7.一种复合硬化构件，包括：

结合在一起的一对复合槽板，每个槽板包括幅板、从该幅板延伸的凸缘和在该幅板和每个凸缘之间的半径区域；

垂直于该幅板延伸并且结合到每个凸缘的基底，所述槽板的半径区域和该基底形成至少一个半径填充区；

填充所述半径填充区的增强部件；

覆盖所述槽板的半径区域和所述基底的复合织物层；以及

围绕该填充物并将该填充物结合到所述复合织物层的粘合剂层。