用于復合結構的圓角填料及形成其的方法
【技術領域】
[0001]本公開總體上涉及可用于填充復合結構內的空隙空間的圓角填料，更特別地，涉及材料性能與周圍復合結構的材料性能對應的圓角填料和/或形成該圓角填料的系統和方法。
【背景技術】
[0002]復合結構常包括層合結構，在該層合結構中，諸如預浸漬(或預浸)材料的復合材料的片材可彎曲、卷曲和/或以其它方式在第一平面或表面和第二平面或表面之間延伸。復合材料的片材的有限厚度和/或機械剛性導致第一表面和第二表面之間的過渡區(qū)中的有限彎曲或曲率半徑；并且在一些幾何結構中，空隙空間中的這個有限曲率半徑導致復合材料的相鄰片材之間的空隙空間或腔體。
[0003]這個空隙空間可被諸如圓角填料的填料材料填充或以其它方式被占據。圓角填料可被構造成為與之毗鄰的復合材料片材提供機械支承和/或減小在復合結構正在卷曲時復合材料片材變形的可能性。雖然圓角填料的存在可為復合結構提供各種益處，但圓角填料的幾何結構、橫截面形狀和/或材料性能與限定空隙空間的復合材料的幾何結構、橫截面形狀和/或材料性能之間的差異會在形成和/或固化復合結構期間使復合結構和/或圓角填料變形。因此，可有利的是，使圓角填料的形狀緊密地匹配空隙空間的形狀或期望的形狀。另外，還可有利的是，使圓角填料的材料性能匹配復合材料的片材和/或所得復合結構的材料性能。
[0004]傳統的圓角填料常常利用單段復合材料，該復合材料在多個位置起皺從而形成可折疊形狀，然后成型為最終的期望形狀。另選地，傳統的圓角填料可利用堆疊在彼此之上的多段復合材料，以形成多個平行平面的復合材料。這些方法都無法允許密切控制圓角填料的形狀和/或材料性能，更別提使形狀和/或材料性能匹配周圍疊層的形狀和/或材料性能。因此，存在改進的用于復合結構的圓角填料以及改進的用于制造圓角填料的系統和方法的需要。

【發(fā)明內容】

[0005]本文中公開了用于復合結構的圓角填料、包括圓角填料的復合結構、形成其的系統和方法。所述方法包括:確定細長空隙空間的橫截面形狀，所述細長空隙空間在由復合材料的多個層片限定的過渡區(qū)內延伸；以及確定所述過渡區(qū)的材料性能域。所述方法還包括通過以下步驟形成圓角填料:組合多段復合帶以限定與所述細長空隙空間的橫截面形狀對應的圓角填料橫截面形狀；以及至少部分地基于所述過渡區(qū)的所述材料性能域來確定所述多段復合帶中的每段復合帶的多段增強纖維的取向。
[0006]在一些實施方式中，確定所述細長空隙空間的橫截面形狀的步驟包括:對所述復合結構進行建模；和/或確定所述細長空隙空間的期望的橫截面形狀。在一些實施方式中，確定所述過渡區(qū)的所述材料性能域的步驟包括:對所述復合結構的至少一部分進行建模。
[0007]在一些實施方式中，確定所述多段復合帶中的每段復合帶的多段增強纖維的取向的步驟包括:確定取向，使得所述圓角填料的材料性能域對應于所述過渡區(qū)的所述材料性能域。在一些實施方式中，確定所述多段復合帶中的每段復合帶的多段增強纖維的取向的步驟包括:確定取向，使得所述圓角填料的所述材料性能域在閾值材料性能域差異內匹配于所述過渡區(qū)的所述材料性能域。
[0008]在一些實施方式中，確定所述過渡區(qū)的所述材料性能域的步驟包括:確定所述過渡區(qū)的二維材料性能域和/或三維材料性能域。在一些實施方式中，所述過渡區(qū)的所述材料性能域包括所述過渡區(qū)的剛性域、所述過渡區(qū)的熱膨脹系數域、和/或所述過渡區(qū)的應力域。
[0009]在一些實施方式中，確定所述過渡區(qū)的所述材料性能域的步驟包括:確定所述過渡區(qū)內的主應力區(qū)和/或確定所述主應力區(qū)內的主應力方向。在一些實施方式中，確定所述多段復合帶中的每段復合帶的多段增強纖維的取向的步驟包括:確定取向，使得所述多段復合帶中的至少一段復合帶限定相應的纖維軸方向，該相應的纖維軸方向在所述圓角填料的位于所述主應力區(qū)內的一部分內延伸和/或至少基本上平行于所述主應力方向延伸。
[0010]在一些實施方式中，所述方法還包括:至少部分地基于所述細長空隙空間的所述橫截面形狀和/或所述過渡區(qū)的所述材料性能域來確定所述多段復合帶中的每段復合帶內的纖維軸方向。在一些實施方式中，所述方法還包括:至少部分地基于所述細長空隙空間的所述橫截面形狀和/或所述過渡區(qū)的所述材料性能域來建立所述圓角填料內的所述多段復合帶中的每段復合帶的相對位置。
[0011]在一些實施方式中，組合多段復合帶的步驟包括:進行組合，使得限定所述圓角填料的外表面的各段復合帶的纖維軸方向的取向被確定成平行于所述圓角填料的縱軸。在一些實施方式中，組合多段復合帶的步驟包括:將多段復合帶接納在成形模具的多個第一開口中；將多段復合帶按壓成在所述成形模具內抵靠著彼此，以形成所述圓角填料；以及從所述成形模具的第二開口取出所述圓角填料。在一些實施方式中，所述方法還包括:將圓角填料定位在復合結構內。
[0012]圓角填料包括具有選擇性取向的增強纖維的圓角填料。圓角填料包括多段復合帶并且多段復合帶中的每段復合帶均包括相應的多段增強纖維。多段復合帶中的每段復合帶中的多段增強纖維限定基于過渡區(qū)的材料性能域選擇的相應的纖維軸方向。
[0013]在一些實施方式中，所述圓角填料的所述材料性能域對應于所述過渡區(qū)的所述材料性能域。在一些實施方式中，所述圓角填料的所述材料性能域在閾值材料性能域差異內匹配于所述過渡區(qū)的所述材料性能域。
[0014]復合結構包括會合于過渡區(qū)內以限定細長空隙空間的復合材料的多個層片和圓角填料。在一些實施方式中，復合結構包括航空器和/或航空器的一部分。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據本公開的可包括可利用圓角填料的一個或多個復合結構的航空器的例證性非排他性示例的示意性表現。
[0016]圖2是根據本公開的復合結構的例證性非排他性示例的示意性表現。
[0017]圖3是根據本公開的可包括和/或利用圓角填料的復合結構的過渡區(qū)的示意性剖視圖。
[0018]圖4是可用于根據本公開的系統和方法的一段復合帶的示意性頂視圖。
[0019]圖5是可用于根據本公開的系統和方法的一段復合帶的另一個示意性頂視圖。
[0020]圖6是可用于根據本公開的系統和方法的一段復合帶的另一個示意性頂視圖。
[0021]圖7是根據本公開的圓角填料的剖視圖。
[0022]圖8是根據本公開的用于形成圓角填料的系統和/或根據本公開的可在成形模具中相組合以制作圓角填料的多段復合帶的纖維軸方向的示意性表現。
[0023]圖9是根據本公開的成形模具的示意性表現。
[0024]圖10是圖9的成形模具的另一個示意性表現。
[0025]圖11是圖10的成形模具的另一個示意性表現。
[0026]圖12是示出根據本公開的形成圓角填料的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]圖1至圖12提供了圓角填料390、包括圓角填料390的復合結構30、和/或制造圓角填料的系統100和方法400的示例。在圖1至圖12中的每個圖中，用類似的標號標記用于類似或基本上類似目的的元件，并且本文中可能不會參照圖1至圖12中的每個圖都詳細地討論這些元件。類似地，在圖1至圖12中的每個圖中，可能不會標記所有元件，但為了一致，在本文中可利用與這些元件關聯的參考標號。在不脫離本公開的范圍的情況下，本文中參照圖1至圖12中的一個或多個討論的元件、組件和/或特征可被包括在圖1至圖12中的任一個中和/或被用于圖1至圖12中的任一個。
[0028]總體上，用實線示出有可能被包括在給定(即，特定)實施方式中的元件，而用虛線示出對于給定實施方式來說可選的元件。然而，用實線示出的元件不是所有實施方式都必需的，并且在不脫離本公開的范圍的情況下，在特定實施方式中可省略用實線示出的元件。
[0029]圖1是可包括一個或多個復合結構30的航空器20的例證性非排他性示例的示意性表現。復合結構30可包括和/或利用根據本公開的圓角填料390。復合結構30可形成航空器20的任何合適部分。作為例證性非排他性示例，復合結構30可形成航空器20的駕駛艙21、機身22、機翼23、尾部24、垂直安定面25、水平安定面26、控制表面27和/或內部28的任何合適部分。
[0030]類似地，復合結構30可包括圖2中示出的任何合適形式的、例證性非排他性示例。圖2的復合結構包括蒙皮32和多個幅材34，幅材34均可由復合材料31的一個或多個片材、層片和/或疊層48形成。復合結構30可包括單個蒙皮32，帶有由幅材34形成的多個帽形加強件36。另選地，并且如圖2中用虛線示出的，復合結構30還可包括兩個蒙皮32，并且幅材34在其間延伸。
[0031]不管復合結構30的特定構造如何，蒙皮32和/或幅材34均會限定出空隙38，空隙38在本文中還可被稱為細長空隙38、空隙空間38和/或細長空隙空間38?？障?8可被限定在蒙皮32和幅材34之間的過渡區(qū)40內和/或復合結構30的第一平面或表面42和第二平面或表面44之間的任何合適的過渡區(qū)40中?？障?8可被可在其中延伸的圓角填料390填充或者以其它方式被圓角填料390占據；并且圓角填料390的形狀和/或一種或多種材料性能可影響復合結構30的形狀和/或一種或多種材料性能。
[0032]圖3是根據本公開的可包括和/或利用圓角填料390的復合結構30的過渡區(qū)40的示意性剖視圖。如圖3中所示，可由復合材料31的第一層片50、復合材料31的第二層片52和復合材料31的第三層片54限定過渡區(qū)40。然而，其它過渡區(qū)40也在本公開的范圍內，包括由復合材料31的少于三個的層片、復合材料31的不止三個的層片、和/或復合材料31的多個堆疊和/或層合的層片限定的過渡區(qū)40。
[0033]在圖3的例證性非排他性示例中，第一層片50和第二層片52會合于過渡區(qū)40內，以在其間限定第一接觸區(qū)56。類似地，第二層片52和第三層片54會合于過渡區(qū)40內，以在其間限定第二接觸區(qū)58。另外，第三層片54和第一層片50會合于過渡區(qū)40內，以在其間限定第三接觸區(qū)60。如所示出的，第一接觸區(qū)56、第二接觸區(qū)58和第三接觸區(qū)60終止于限定在過渡區(qū)40內的空隙空間38內和/或進入空隙空間38中。
[0034]如用虛線示出的，圓角填料390可在空隙空間38內延伸，可基本上和/或完全地填充空隙空間38，可接觸第一層片50、第二層片52和/或第三層片54，可附著于和/或可操作地附連于第一層片50、第二層片52和/或第三層片54，和/或可與第一層片50、第二層片52和/或第三層片54形成交界面70?？障犊臻g38和/或圓角填料390可具有和/或限定任何合適的橫截面形狀，其例證性非排他性示例包括三角形橫截面形狀、楔形形狀的橫截面形狀、和/或限定底邊和多個會聚的成角度的側邊的橫截面形狀。
[0035]第一層片50、第二層片52和第三層片54在本文中可總體上被稱為復合材料31的層片48并且可具有或限定過渡區(qū)40的一種或多種材料性能?？赏ㄟ^和/或基于復合結構30和/或過渡區(qū)40的整體形狀和/或幾何結構和/或復合結構30和/或限定過渡區(qū)40的層片48的構造的材料來控制這些材料性能。層片48可由包括多個增強纖維90的復合材料31形成