[发明专利]纤维复合部件、小翼和具有纤维复合部件的飞行器

说明书

相关申请

本申请要求2011年4月20日提交的德国专利申请No.102011017460.5的申请日的优先权以及2011年4月20日提交的美国临时专利申请No.61/477494的申请日的优先权，这些申请的公开内容在此通过参引合并到本文中。

技术领域

本发明涉及一种纤维复合部件、一种具有加强部件和壳体的小翼、以及一种具有纤维复合部件的飞行器。

背景技术

纤维复合部件的使用在许多应用领域中引人关注，最重要的是因为其具有特别高的比强度。这种部件由包括嵌入在基体材料中的纤维层的层状件制成。为了实现特别高的强度，各纤维层的纤维可以以与负载相关的方式对齐。在纤维复合部件的成层的复合之后，在热量的影响下、以及如果适用的话也在压力的影响下发生基体材料的固化。可以借助于纤维复合材料实施任何需要的部件形状是特别有利的。

由于通常定向的纤维和由于成层的结构，纤维复合部件具有各向异性的材料特征。特别在弯曲的纤维复合部件——该纤维复合部件具有设置成彼此成角度的两个表面区段和位于两个表面区段之间的过渡区域——的情况下，可以检测到挠曲应力与张力在厚度方向上的强耦合。通过张力、横向力或者力矩对纤维复合部件加载导致部件在过渡区域被拉伸以及另外被逆着过渡区域的曲率方向弯曲。这导致所谓的层间展开应力（“Aufzieh-Spannungen”），层间展开应力具有挠曲应力的径向分量，该挠曲应力由于曲率不再作用在一条线上。该展开应力可以导致纤维复合部件的层状件内的各个层变得在过渡区域相对于彼此以不可逆的方式分离。

在现有技术中，通过使区域局部地变厚并且尤其是通过应用附加的局部层压层来减少这些现象。从生产工程角度来看这是非常昂贵的，尤其是在较小的纤维复合部件的情况下，因此为了达到设计方面所要求的破坏载荷，整体轮廓将不得不增厚。然而，这导致重量上的不期望的增加、尤其是在飞行器中使用的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维复合部件和一种用于制造纤维复合部件的方法，其中，该纤维复合部件具有设置成相对于彼此成角度的表面区段和位于所述表面区段之间的过渡区域，在该方法中，可以减小过渡区域中的展开应力而无需使部件的轮廓过度地变厚。

关于纤维复合部件的目的通过具有独立权利要求1的特征的纤维复合部件来实现。在从属权利要求中陈述了有利的改进。

根据本发明的纤维复合部件包括至少一个第一表面区段和至少一个第二表面区段，该至少一个第一表面区段和该至少一个第二表面区段设置成相对于彼此成角度并且与过渡区域结合。在本文件中，术语“成角度的布置”指的是在相对于彼此不为零度的角度的不同平面中延伸的表面区段。过渡区域包括平均曲率不同于彼此的至少一个第一弯曲区段和至少一个第二弯曲区段，该至少一个第一弯曲区段和该至少一个第二弯曲区段的，并且第一弯曲区段和第二弯曲区段以在切向方向上连续的方式连接至彼此，其中，在各种情况下，第一表面区段以在切向方向上连续的方式连接至过渡区域，以及过渡区域以在切向方向上连续的方式连接至第二表面区段。

平坦的和弯曲的部件彼此区别在于挠曲载荷，其导致在厚度方向上的、为展开应力σ_r形式的应力。通过小的载荷，与较大的半径相比，较小的半径会在厚度方向上产生较大的应力。在具有设置成相对于彼此成角度的表面区段的纤维复合部件中，为力矩、横向力或者法向力形式的载荷在不同的位置变化。因此，应力——即，展开应力——也在不同的位置变化。

由于作为曲率半径的倒数值的曲率，因而显著地推动了由展开引起的破坏。与较小的曲率相比，较大的曲率是较早破坏的原因。在具有第一表面区段和设置成相对于该第一表面成角度的第二表面区段的纤维复合材料的结构中，由于通常仅存在可用于纤维复合部件的有限空间，因此不能随意地增加曲率半径。这种限制可以是在表面区段中连接装置——例如铆钉、螺栓等——的具体位置的形式；然而，它们也可以通过相邻地定位的纤维复合部件的延伸部或其他本体而预先设定。