[发明专利]复合结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括多层纤维加强复合材料的结构。

背景技术

在这种类型的复合结构中，每一层具有由该层的主要刚性方向限定的层取向。例如，该结构可以具有铺叠，该铺叠具有：主层，具有基本上垂直于所述主层的层取向的横向层，具有与所述主层成正锐角的层取向的正角度偏斜层，和具有基本上垂直于所述正角度偏斜层的层取向的负角度偏斜层。典型地，所述主层的层取向比所述横向层或所述偏斜层更紧密地与所述结构的主要弯曲轴线对齐。已知改变该铺叠以便实现希望的物理性质。例如，主层的比例可以增加以便增加该结构沿其主要弯曲轴线的刚性。在这种情况中，主层和横向层被说成是“不平衡的”。典型地，正角度和负角度偏斜层的数量是相等的，以便防止不希望的弯扭耦联，由于正和负角度偏斜层之间的热膨胀的不匹配，该弯扭耦联可导致在固化之后部件的扭曲。在这种情况中，偏斜层被说成是“平衡的”。

发明内容

本发明的第一方面提供一种包括多层纤维加强的复合材料的结构，每一层具有由所述层的主要刚性方向限定的层取向，所述结构具有第一区域和第二区域，每一个区域包括：N1主层，具有基本上垂直于所述主层的层取向的N4横向层，具有与所述主层成正锐角的层取向的N2正角度偏斜层，和具有基本上垂直于所述正角度偏斜层的层取向的N3负角度偏斜层。在每一个区域中所述主层的层取向比所述横向层或所述偏斜层更紧密地与所述结构的主轴线对齐。在第一区域中但不是在第二区域中N1=N4，并且在第二区域中但不是在第一区域中N2=N3。

在两个区域的每一个中，一个层组是平衡的并且另一层组是不平衡的。这提供使用不平衡层组（例如用来提供弯扭耦联或沿一个弯曲方向的较大刚性）的优点和不平衡的层组可在制造期间引入热导致的扭曲的缺点之间的折中。

该结构典型地包括准各向同性第三区域，在该第三区域中，N1=N4，N2=N3。这种准各向同性区域在大多数情况中将是优选的，以便提供该区域之间的平滑过渡，但这不是严格地必须的。

每一个层中的纤维可以是弯曲的，但更优选地，至少在第一和第二区域中，它们是基本上直的。

通常，每一个层的主要刚性方向将由该层内的纤维的平均方向限定。每一个层可以具有沿不同方向延伸的纤维，但更典型地，每一个层中的纤维至少主要地沿单个方向延伸，该单个方向将对齐该层的主要刚性方向。

横向层具有基本上垂直于主层的层取向。优选地，主层和横向层是在垂直的5°内，即它们之间的角度可以在85°和95°之间变化。

偏斜层也具有基本上垂直的层取向。优选地，偏斜层在垂直的5°内，即它们之间的角度可以在85°和95°之间变化。

典型地，偏斜层具有与主层成+/-45°的层取向，虽然其它角度是可能的。

与具有+/-45°层一样，该结构可以具有以其它角度的另外的偏斜层。然而，优选地，至少在第一和第二区域中，该结构具有仅仅四个层取向，以便简化设计。

典型地，所述第一区域中的主层的层取向基本上与所述第二区域中的主层的层取向平行，虽然它们可以是不同的。

典型地，所述第一区域中的偏斜层的层取向基本上与所述第二区域中的偏斜层的层取向平行，虽然它们可以是不同的。

所述结构可以是用来形成翼、风力涡轮机叶片或其它空气动力学结构的外部空气动力学表面的蒙皮面板。替代地，该结构可以包括腹板和从该腹板侧向延伸的凸缘，其中第一区域在翼梁的凸缘中并且第二区域在翼梁的腹板中。

所述结构可以包括诸如翼或风力涡轮机叶片的空气动力学结构。

主轴线可以被任意地选择，例如它可以是该结构的长度轴线，该结构的主要弯曲轴线，或者在空气动力学结构的情况中其四分之一翼弦线。

优选地，尽管不排他地，所述结构是具有安装到支撑结构的根部和从所述根部向着外侧延伸的主轴线的悬臂式结构，所述第一区域是布置成比所述第二区域从所述根部更加向着外侧的外侧区域，所述偏斜层在所述外侧区域中引起弯扭耦联。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是飞机的平面图；

图2是沿翼弦方向的截面取得的翼盒的剖视图；

图3是机翼蒙皮的平面图；

图4是复合堆叠序列的示意图；

图5是根据第一实施例的曲线图，该曲线图示意性地示出铺叠如何可以沿翼展方向变化；

图6是根据第二实施例的曲线图，该曲线图示意性地示出铺叠如何可以沿翼展方向变化；并且