[发明专利]复合层压件、包括其的机身升力面及其制造方法

说明书

本发明提供一种用于机身升力面的复合层压件，其由预浸材料制成，并且包括至少两个侧边以及由沿着斜面方向延伸的减少的交错层压件限定的一个斜面区域，其包括：由平行于斜面方向布置的带形成的第一片层，由正交于斜面方向布置的带形成的第二片层，由在第一铺设方向上布置的带形成的第三片层，第一铺设方向与斜面方向以及与斜面方向正交的方向不同，以及由在第二铺设方向上布置的带形成的第四片层，第二铺设方向与斜面方向、与斜面方向正交的方向以及第一铺设方向不同，其中，在斜面区域中，形成第三片层和/或第四片层的带从一个层压件侧边延伸到另一个层压件侧边。本发明还提供一种包括该复合层压件的机身升力面以及用于制造该复合层压件的方法。

技术领域

本发明属于在航空结构中使用的复合层压件的领域、并且具体地属于包括斜面的那些复合层压件的领域。特别地，本发明提供了一种具有用于机身升力面的具有斜面的复合层压件、包括该复合层压件的机身升力面及用于制造该复合层压件的方法。

因此，本发明的目的是提供一种用于机身升力面的改善的层压件，该层压件也适用于由高沉积预浸(HD浸渍)材料形式制成，当用作与其他飞行器零件或部件的界面时其效果比现有技术的层压件更好。

背景技术

如图1所示，复合机身升力面(1)通常由蒙皮构成，该蒙皮呈由桁梁(8)加固的复合层压件(2)的形式。此复合机身升力面(1)可以由抗扭箱、水平尾翼平面、垂直尾翼平面、方向舵、升降舵、副翼、扰流板或翻板构成。

通常，这些复合机身升力面是藉由“自动纤维铺放”(AFP)或“自动胶带铺设”(ATL)技术用标准的预浸材料制造而成的。ATL和AFP过程二者在功能上相似，都施加树脂浸渍的纤维材料(所谓的“预浸”)，尽管它们中的每一个都被不同地应用于实现特定的结构构造目标，以在需要时提供强度或刚度。一个或另一个过程的使用主要取决于要制造的零件的几何复杂度，其中AFP允许较高的曲率。然而，在两种方法中，尽管过程是自动化的，但铺设过程仍需要大量的劳动时间。因此，根据高生产率情形，要求在机器和车间方面进行大量投资，以补偿所述铺设过程中涉及的大量交付时间。

在航空领域中，高沉积预浸材料形式是已知的那些能够大大减少获得这些复合结构所需的铺设时间的形式和技术。这些高沉积的预浸材料是预浸渍的复合纤维材料，其中已经存在热固性聚合物基体材料或热塑性树脂。这些材料形式的技术设计允许快速铺放预浸材料带(丝束)，因为这些带以比传统的标准预浸材料形式更宽(1.5英寸宽-3.81cm-)的形式提供；并且在某些情况下，这些带比传统的标准预浸材料形式更厚。然而，由于在升力面的复合层压件固化后出现不规则性和质量损失，如今不考虑将高沉积预浸技术用于当前的复合机身升力面的制造。

另外，由于所谓的锯齿效应，包括斜面部分的大多数的复合机身升力面的当前设计会在斜面中包含一些不规则性。当与层压斜面的每一片层相符的带的端部没有对齐或不垂直于斜面方向时，会在斜面区域中产生锯齿效应，从而留下形成“锯齿”的三角形。参见图2。斜面的方向应理解为升力面沿着斜面部分层压件厚度减小的方向。

与理论上的升力面相比，斜面的这种锯齿效应会在所获得的复合机身升力面上产生偏差。当采用当前材料形式制造机身升力面时，锯齿效应很小。然而，当用高沉积预浸形式制造复合机身升力面时，齿效应恶化(齿的深度和尺寸)，因为符合该高沉积预浸形式的带的宽度(有时是厚度)会增加。

因此，经常获得的低质量表面可能会影响部件设计，从而不会为其他零件或部件界面提供受控制的表面。图3示出了这些不规则表面的示例，其中截面AA形成峰，截面BB形成谷。

部件或零件之间的这些界面可以共固化、共粘合或紧固。界面处的不规则表面可能会在共固化过程中产生压实问题(孔隙和褶皱)；在共粘合过程中产生不规则的粘合剂厚度分布(粘合问题)；并且在紧固的界面中填入不规则的间隙，从而使交付时间很长并增加了人工。

发明内容