[发明专利]具有几何成形填料元件的叠层复合圆角填料及其形成方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及复合结构(composite structure)和方法，并且更具体地，涉及用于复合结构(诸如用于飞机的结构)的叠层复合圆角填料(radius filler)和形成该叠层复合圆角填料的方法。

背景技术

由于它们的高强度重量比、耐腐蚀性和其它有利的性能，复合结构(诸如由碳纤维加强塑料(CFRP)材料制成的结构)可以用在广泛的各种应用中，包括用在飞机、宇宙飞船、旋翼机、船舶、汽车、卡车及其它交通工具和结构的制造中。具体地，在飞机构造中，复合结构可以用来形成尾部、机翼、机身和其它部件。

当诸如接合至复合蒙皮板的增强加强筋或桁条的复合结构构件被接合在一起时，通常被称为“圆角填料区域”或“面条状物区域(noddle region)”的间隙或空隙区域可以沿着复合结构构件的接合线存在。由复合材料或粘合剂/环氧树脂材料制成并且具有通常三角形的横截面的圆角填料元件或“面条状物”可以用来填充圆角填料区域或面条状物区域以向这种区域提供附加的结构加强。

用来填充圆角填料区域或面条状物区域的圆角填料元件或面条状物可以是叠层复合圆角填料的形式。这种已知的叠层复合圆角填料可以由堆叠(stack)的复合层片(ply)形成的叠层制成。然而，在诸如在包括增强加强筋或桁条的复合结构中使用的这种已知的叠层复合圆角填料的制造固化和热循环阶段期间，可能在叠层复合圆角填料中发生分层或层分离。通常，这种分层发生在靠近叠层复合圆角填料的尖端的上部三分之一区域中并且可能更频繁地发生在更大的叠层复合圆角填料中。这种分层通常是由邻近叠层复合圆角填料的层片(即，包裹层片(wrap ply))与该叠层复合圆角填料之间的热膨胀系数(CTE)的差引起的。

存在解决叠层复合圆角填料的这种分层的已知解决方案。例如，一个这种已知解决方案涉及表明叠层复合圆角填料的分层不是有害的。然而，这种已知解决方案可能增加风险，因为它可能难以表明分层将不在复合结构的整个寿命中在所有环境和负载条件下增长至有害尺寸。

因此，期望能够解决在诸如增强加强筋和桁条的复合结构中使用的叠层复合圆角填料的分层的问题。因此，在本领域中存在对于相对于已知元件、组件和方法提供优点的改进的叠层复合圆角填料和形成该改进的叠层复合圆角填料的方法的需要。

发明内容

对于改进的叠层复合圆角填料和形成该改进的叠层复合圆角填料的方法的这个需要被满足。如在下面的具体描述中所讨论的，改进的叠层复合圆角填料和形成该改进的叠层复合圆角填料的方法的实施方式可以相对于已知元件、组件和方法提供显著优点。

在本公开的一个实施方式中，提供了一种用于复合结构的叠层复合圆角填料。该叠层复合圆角填料包括堆叠层片组件。该堆叠层片组件包括被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠。

所述叠层复合圆角填料还包括设置在所述堆叠层片组件的第一部分上的期望位置处的几何成形填料元件。所述几何成形填料元件使堆叠在所述几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的第二部分变形，使得所述堆叠层片组件的所述第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量。所述叠层复合圆角填料具有与所述复合结构的圆角填料区域基本上对应的形状。

在本公开的另一实施方式中，提供了一种飞机复合组件。该飞机复合组件包括复合结构。该复合结构包括圆角填料区域和邻近该圆角填料区域的多个包裹层片。

所述飞机复合组件还包括具有与所述圆角填料区域基本上对应的形状并且填充所述圆角填料区域的叠层复合圆角填料。所述叠层复合圆角填料包括堆叠层片组件。所述堆叠层片组件包括被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠。

所述叠层复合圆角填料还包括设置在所述堆叠层片组件的第一部分上的期望位置处的几何成形填料元件。所述几何成形填料元件使堆叠在所述几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的第二部分变形，使得所述堆叠层片组件的所述第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量。

在本公开的另一实施方式中，提供了一种形成用于复合结构的叠层复合圆角填料的方法。所述方法包括以下步骤：组装被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠，以形成堆叠层片组件。所述方法还包括以下步骤：将所述堆叠层片组件的第一部分铺叠(lay up)在形成设备上。所述方法还包括以下步骤：将几何成形填料元件设置在所述堆叠层片组件的所述第一部分上的期望位置处。