[发明专利]内部加强的管状复合支杆及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种复合杆状结构，更具体地说涉及一种内部被加强以最大化其强度重量比的复合管状支杆。

背景技术

由复合材料制成的柱状结构因其良好的强度重量比而被用于各种应用中。例如：复合管状支杆可以作为支撑件或支架用在航空航天工业中，用于在沿支杆纵轴线的两个方向上传递载荷，因此会将支杆置于压缩或拉伸状态。支杆端部上的配件在该支杆附接至结构件的附接点处提供附加强度。

在公知的复合支杆中，常常由金属制成的端部配件通过结合而不是通过紧固件被附接到管状复合主体。该管状主体具有基本上恒定的横截面以及相对厚的壁以满足设计载荷的标准。可以通过双阶式接头将配件连接到管状主体的端部，该双阶式接头会导致向管壁的内层和外层所施加的剥离力大于所期望的剥离力。由于需要精确手动铺放叠层并且需要用于分别固化接头的内层和外层的两个压热器固化周期，制造这些类型的复合支杆是劳动密集型并且费时的。

因此，存在对于可以快速制造并且使用不太熟练的手工劳动者的管状复合支杆的需求。也存在对于具有改进的强度重量比的上述复合支杆的需求。

发明内容

所公开的实施方式提供了一种管状复合支杆以及相关的制造方法，其通过使用定制的横截面管结构来优化支杆的结构强度重量比，该管结构采用与管体共固化的内部加强件，其也优化了定制表皮厚度的能力。利用内部型芯来制造支杆，内部型芯允许内部加强件的层合体被设计为导致理想的惯性矩值并最大化支杆性能。该内部型芯允许使用自动铺丝机来铺叠管体和加强件的叠层，这可以降低为实现所需压实而对压热器固化周期的需求。利用阶梯式接头以单侧结合将管体结合到端部配件。该内部加强件可以被定位并设计为抵抗取决于附接载荷平面的弯曲力，从而允许减小管体的壁厚。

根据一个公开的实施方式，支杆被设置为包括具有基本中空的内部的层压复合管状主体。至少一对加强件穿过管状主体的内部纵向延伸并且被附接到该管状主体的相对两侧。该管体包括适于将支杆附接到结构件的端部配件。该配件包括具有中心轴线的开口，该开口适于接纳将该配件连接到该结构件的细长的销。每个加强件关于基本垂直于该销的轴线延伸的平面基本对称。每个配件包括一对多个外部阶梯，并且管状主体包括分别叠盖并结合到这些阶梯的多个叠层组。该支杆还包括位于各个配件与管状主体的相应端部之间的单个剪切接头。每个加强件为与该管状主体共固化的层压复合件。

根据另一实施方式，支杆被设置为用于传递压缩或拉伸载荷。该支杆包括：细长的管状主体，其具有由多重层压复合叠层形成的壁；以及适于用销将该管状主体附接到结构件的端部配件。该支杆还包括位于各个配件与管状主体之间的单个剪切结合的接头以及在该管状主体内附接到所述壁上以加强该主体的复合加强件。各个端部配件围绕相应销的纵轴线将载荷传递到管状主体。该复合加强件至少包括沿着与销的轴线基本垂直的轴线排布的第一对对置的加强件。

根据再一实施方式，提供了一种制造支杆的方法，该方法包括制造细长的型芯，这包括沿着型芯的长度在型芯中形成腔部。该方法还包括：将配件置于型芯的各端部上；将复合加强件层合体定位在型芯的腔部中；并且通过叠盖加强件层合体和所述配件地将复合叠层铺叠在型芯上而形成复合的管状主体。该方法还包括：共固化管状主体和加强件并去除该型芯。形成型芯的步骤包括：在所述型芯的各个端部上形成轴部，并且将配件置于型芯上的步骤通过将所述配件放置在所述轴部上来执行。可离线形成所述加强件并将其作为完整的部件层合体置于所述型芯中。将加强件层合体定位在型芯的腔部中的步骤包括：铺叠并成形加强件，以及将所形成的加强件层合体放置在腔部中。形成管状主体的步骤可通过使用自动铺丝机在所述型芯的表面上铺放复合带形成的条并将其压实来执行。将加强件层合体定位在型芯的腔部中的步骤可以包括：使用自动铺丝机将复合带形成的条铺放在腔部内并将其压实。形成复合的管状主体的步骤可以包括：在管状主体与各个配件之间形成单个剪切接头。去除型芯的步骤可以包括用液体溶解型芯。该方法还可以包括：将加强件型芯插入加强件层合体内，以及在管状主体和加强件已共固化之后去除加强件型芯。

综上所述，根据本发明的一个方面提供了一种支杆，该支杆包括:层压复合管，所述管具有基本中空的内部；附接至所述管的相对两侧的至少一对纵向加强件；以及在所述管的各端部上的配件，所述配件适于被附接到结构件。

所述支杆有利的是，其中所述加强件被定位于所述管的所述中空的内部中。