[发明专利]用于提高抗冲击损伤性能的具有层间波纹部的层压复合结构以及形成该结构的系统及方法

说明书

本申请公开了一种用于提高抗冲击损伤性能的具有层间波纹部的层压复合结构以及形成该结构的系统及方法。层压复合结构具有由复合材料组成的多个堆叠层。多个堆叠层具有形成在多个堆叠层内的一个或多个层间波纹部。每个层间波纹部具有大体上正弦曲线形轮廓，并具有取决于所形成的层压复合结构的尺寸的深度以及长度。当层压复合结构的暴露边缘遭受冲击力时，具有一个或多个层间波纹部的层压复合结构在该暴露边缘处具有改善的强度及改善的抗冲击损伤性能。

技术领域

本公开总体上涉及层压复合结构以及制造该结构的系统及方法，并且更具体地，涉及层压复合叶片形桁条、翼梁和其他飞机结构以及制造这些结构的系统及方法。

背景技术

复合结构可在多种应用中使用。复合结构因其高强度和低重量的结构特性而日益广泛地用于飞机制造中，以形成机身、机翼、尾翼部分以及其他部件。飞机机翼可包括可由复合物(例如，层压复合物)制成的桁条(例如，叶片形桁条)、翼梁、翼肋以及蒙皮面板。层压复合物通常由通过粘接材料(例如，粘合剂)结合在一起的多层纤维增强复合材料组成，以提供有益性能，例如，强度、弯曲刚度、面内刚度以及承载效率。特别地，飞机结构设计标准要求，在出现目视勉强可见冲击损伤(BVID)(即由常规目视检测可能遗漏的损伤)的情况下，机翼结构能够承受极限载荷。

然而，在制造和使用中维修期间，当暴露或未受保护的边缘遭受冲击时，层压复合物可能易受损。例如，当遭受所具有的能量足以引起BVID的物体的冲击时，层压复合物可能会出现内部损伤(例如，纤维断裂、分层等)，由此降低层压复合物的结构性能。对于层压复合叶片形桁条几何结构而言，BVID特别受关注，这是因为叶片形桁条的竖直外边缘是暴露或未受保护的。虽然层压复合物所遭受的这种冲击损伤的可见度可能较低，但内部损伤可能相当显著。因此，层压复合结构通常需要被设计成说明相当显著的损伤，这可能提高制造成本，可能增加重量，而且总的来说，可能降低性能。

存在用于减轻层压复合物的BVID的已知装置及方法。一种这样的已知装置及方法涉及一种由多个材料层(例如，玻璃纤维层)组成的边缘或罩盖覆盖物，该覆盖物被设计成覆盖物压复合物(例如，层压复合叶片形桁条)的暴露竖直外边缘。这可改善损伤指示，这进而提高检测阈值，由此使得层压复合物能够针对降低的损伤程度而设计。然而，这种已知边缘或罩盖覆盖物可能需要在层压复合物的制造期间使用额外的材料，这进而可能提高制造成本。此外，这种已知边缘或罩盖覆盖物可能需要额外的制造步骤，这进而可能增加制造时间、劳动以及制造成本。

此外，存在用于减轻层压复合物的BVID的其他已知装置及方法。这种已知装置及方法涉及通过将辅助结构(例如，结构外包装和缝纫)应用至层压复合物来提高抗损伤性能。结构外包装可包括有助于在层压复合物遭受冲击时将其保持在一起的机械装置(例如，夹片)，或者可包括指示或显示初始损伤的开始的机械指示器。缝纫涉及在固化之前将高强度纤维缝制在层压复合物的层之间，以减少分层现象。然而，这种已知结构外包装及缝纫可能需要在层压复合物的制造期间使用额外的材料，这进而可能提高制造成本。此外，这种已知结构外包装及缝纫可能需要额外的制造步骤，这进而可能增加制造时间、劳动以及制造成本。

因此，在本领域中需要一种用于提供具有改善的抗冲击损伤性能的层压复合结构的改进设备、系统及方法，其可在无需额外的材料、辅助结构以及额外的制造步骤的情况下容易地结合到制造工艺中，并且其提供优于已知装置、系统及方法的优点。

发明内容

本公开的示例性实施方式提供了一种用于提供具有改善的抗冲击损伤性能的层压复合结构的改进设备、系统及方法。如在下文的详细描述中进行讨论的，各种形式的用于提供具有改善的抗冲击损伤性能的层压复合结构的改进设备、系统及方法可提供优于已知装置、系统及方法的显著优点。