[发明专利]用于制造具有变化厚度的复合材料的工件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造复合材料工件的方法，并且更具体而言，涉及用于具有边缘区域的航空结构的由复合材料制成的工件的制造方法，具有最小的厚度和/或厚度急剧变化。

背景技术

目前，尤其在航空工业中，在大量不同的结构元件内，大规模地使用包括有机基质和连续纤维的材料，尤其例如，碳纤维增强塑料或CFRP，以及玻璃纤维增强塑料或GRFP。

例如，使用CFRP，可制造包括飞机升力面（肋条、桁条、翼梁（spar）、以及蒙皮）的载荷传递箱（load transfer box）的所有元件。

沿着翼展的方向，使用桁条加强形成载荷传递箱的一部分的蒙皮，这就提高了蒙皮的屈曲特性以及阻力，具有不同的横断面，例如，T、I或J形的横断面。由于增强板元件具有更大的惯性，所以桁条（stringer）元件的整个高度有利于稳定面板。

通常，桁条部署成彼此平行，从而形成所确定的角度，均具有前翼梁和后翼梁。这种配置能够使桁条处于主载荷方向，并且在最重要的结构区域内，增大桁条的数量。

桁条具有这种平行的配置以及这两个翼梁彼此不平行的事实，使得桁条接近翼梁时，由于存在所述翼梁，所以桁条受到干扰。

由于桁条抵靠前翼梁向上延伸或者由于任何其他原因，所以在结束之后且在延伸出（未加强的）蒙皮面板之前，桁条的端部使得载荷的重新分布由桁条和蒙皮所支撑。这就产生了两个主要的影响：

-由于向上或向下弯曲加强的蒙皮，会产生张紧和压缩的情况，所以桁条伸出（脱离）时，蒙皮的结构配置的离散变化会产生桁条脱离的力矩，该力矩易于剥离桁条和蒙皮之间的连接线。

-同时，必需通过连接线，重新分布载荷，从而在桁条脱离之后，将桁条所承受的载荷移动到蒙皮中。高载荷级别（例如，机翼上经受的载荷级别）的情况会损害连接线的阻力。

在机翼的侧向载荷传递箱的盖体内，蒙皮和桁条之间的共同结合的接点在高载荷的情况下承受几百吨的高载荷，接近一些临界区域内其最大的结构载荷，例如，机翼内桁条的脱离区域的情况。由于两个主要的影响造成的高剥离载荷，所以这些共同结合的接头可就在桁条基部（foot，底部）处断裂：第一个影响在于，消除了桁条芯部，这就在桁条脱离时，引起剥离力，在完全消除芯部的位置具有载荷峰值；第二个影响在于，由于桁条基部脱离，这就在桁条基部结束的位置，产生切割载荷峰值。在普通的桁条脱离的配置中，桁条的基部和芯部在相同的位置中结束，并且所述负荷重叠，影响到接头的结构可靠性。

从结构上看，在其边缘区域逐渐减小桁条的基部和芯部的厚度，这有助于解决所述问题，然而，由于这涉及到厚度的减小与通常用于制造桁条的成形工具不匹配，所以这会引起制造问题。

在由复合材料制成的其他工件（在某个区域内，其厚度急剧变化）内，可发现相似的问题。

本发明的目的在于解决这些问题。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种用于制造复合材料的工件（11）的方法，所述工件在其一区域中具有厚度变化，并且尤其在厚度非常小的接近其端部的边缘区域上。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于制造由复合材料制成的工件方法，所述工件在工件的区域内具有厚度变化，并且尤其在边缘区域上，相同设备用于制造不具有厚度变化的工件。

利用用于制造在其区域内具有厚度变化的复合材料的工件的方法，获得这些和其他目的，所述方法包括第一堆叠阶段和第二定形和干燥阶段，在所述第二定形和干燥阶段中，在受到所述厚度变化影响的所述区域之外，使用成形工具，所述成形工具适合于所述工件的构造；。在所述堆叠阶段的第一子阶段中，利用具有产生所述厚度变化所需的尺寸的一些织物来堆叠所述工件的一个或多个预成型件。在所述堆叠阶段的第二子阶段中，具有可剥离材料的压层使用在所述第一子阶段得到的堆叠上。在所述堆叠阶段的第三子阶段中，在受到所述厚度变化影响的区域内，在所述复合材料压层堆叠一些补充的织物，其方式使得所获得的堆叠具有适于成形工具的必需厚度。在所述定形和干燥阶段结束后，分离了成形工具之后，移除从所述补充的织物和可剥离材料的压层（35）得到的压层。

为了获得最好的优点，工件的织物为由CFRP制成的织物，并且补充的织物为由CFRP或GFRP制成的织物。

可适用本方法的复合材料的工件是由芯部和基部构造的航空结构的加强桁条，在桁条的区域内，其厚度变化，并且尤其地，在桁条的边缘区域内，其厚度减小。