СЛОИСТЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ РАДИУСНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ С ЭЛЕМЕНТОМ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
LAMINATED COMPOSITE RADIUS FILLER WITH GEOMETRIC SHAPED FILLER ELEMENT AND METHOD OF FORMING SAME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в целом к композитным конструкциям и способам, а еще точнее к слоистым композитным радиусным заполнителям композитных конструкций, таких как конструкции воздушного судна, а также к способам их формирования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Композитные конструкции, такие как конструкции, выполненные из материалов из усиленного углеродным волокном пластика (CFRP), могут быть использованы для решения многих задач, включая производство воздушного судна, космического судна, винтокрылого судна, водного судна, автомобилей, грузовиков и других транспортных средств и конструкций вследствие их высоких соотношений прочность-вес, устойчивости к коррозии и других подходящих свойств. В частности, при конструировании воздушного судна, композитные конструкции могут быть использованы для формирования хвостовых секций, крыльев, фюзеляжа и других компонентов.
Когда композитные конструктивные элементы соединены вместе, такие как усиливающие элементы жесткости или стрингеры, соединенные с композитными панелями обшивки, вдоль линий связи между композитными конструктивными элементами могут присутствовать области промежутков или полостей, обычно называемые как "области радиусного заполнителя" или "узловые области". Элементы радиусного заполнителя или "узлы", выполненные из композитного материала или адгезивного/клеевого материала и имеющие в целом треугольное сечение, могут быть использованы для заполнения областей радиусного заполнителя или узловых областей с обеспечением дополнительного конструктивного усиления таких областей.
Элемент радиусного заполнителя или узел, используемый для заполнения области радиусного заполнителя или узловой области, может быть выполнен в виде слоистого композитного радиусного заполнителя. Такие известные слоистые композитные радиусные заполнители могут быть выполнены из пластин, сформированных из уложенных с образованием стопы композитных слоев. Однако во время выполнения этапов производственного отверждения и этапов циклического температурного воздействия по отношению к таким известным слоистым композитным радиусным заполнителям, таким как слоистые композитные радиусные заполнители, используемые в композитных конструкциях, содержащих усиливающие элементы жесткости или стрингеры, в слоистых композитных радиусных заполнителях может возникать расслоение или разделение слоев. В целом, такое расслаивание возникает в верхней одной третьей части области, расположенной рядом с наконечником слоистого композитного радиусного заполнителя, и может возникать более часто в больших слоистых композитных радиусных заполнителях. Такое расслаивание обычно вызвано разницей в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) между слоями, расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю, то есть покрывающими слоями и слоистым композитным радиусным заполнителем.
Известные решения направлены на такое существующее расслаивание слоистого композитного радиусного заполнителя. Например, одно такое известное решение включает показ того, что расслоение слоистого композитного радиусного заполнителя не является нежелательным. Однако такое известное решение может добавлять фактор риска, поскольку может быть сложно показать, что расслоение будет увеличиваться до нежелательного размера под действием всех климатических условий и условий нагружения в течение всего срока службы композитной конструкции.
Таким образом, необходимо обеспечить возможность решения проблемы расслаивания слоистых композитных радиусных заполнителей, используемых в композитных конструкциях, таких как усиливающие элементы жесткости и стрингеры. Соответственно, существует потребность в уровне техники в улучшенных слоистых композитных радиусных заполнителях и способах их формирования, которые обеспечивают преимущества над известными элементами, блоками и способами.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Удовлетворена данная потребность в улучшенных слоистых композитных радиусных заполнителях и способах их формирования. Как описано в приведенном далее разделе «Осуществление изобретения», варианты реализации улучшенных слоистых композитных радиусных заполнителей и способов их формирования могут обеспечивать значительные преимущества по сравнению с известными элементами, блоками и способами.
В одном варианте реализации настоящего изобретения предложен слоистый композитный радиусный заполнитель композитной конструкции. Слоистый композитный радиусный заполнитель содержит блок уложенных с образованием стопы слоев. Блок уложенных с образованием стопы слоев содержит множество стоп из слоев слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины и имеющих необходимую ориентацию слоев.
Слоистый композитный радиусный заполнитель дополнительно содержит элемент заполнителя геометрической формы, расположенный в необходимом месте на первой части блока уложенных с образованием стопы слоев. Элемент заполнителя геометрической формы деформирует вторую часть блока уложенных с образованием стопы слоев, уложенную с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы таким образом, что слои слоистого радиусного заполнителя второй части блока уложенных с образованием стопы слоев изменяют направление и имеют компонент направления, содержащий горизонтальное направление и вертикальное направление. Слоистый композитный радиусный заполнитель имеет форму, по существу соответствующую области радиусного заполнителя композитной конструкции.
В другом варианте реализации настоящего изобретения предложен композитный блок воздушного судна. Композитный блок воздушного судна содержит композитную конструкцию. Композитная конструкция содержит область радиусного заполнителя и множество покрывающих слоев, расположенных вплотную к области радиусного заполнителя.
Композитный блок воздушного судна дополнительно содержит слоистый композитный радиусный заполнитель, имеющий форму, по существу соответствующую области радиусного заполнителя и заполняющую эту область радиусного заполнителя. Слоистый композитный радиусный заполнитель содержит блок уложенных с образованием стопы слоев. Блок уложенных с образованием стопы слоев содержит множество стоп из слоев слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины и имеющих необходимую ориентацию слоев.
Слоистый композитный радиусный заполнитель дополнительно содержит элемент заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимое место на первой части блока уложенных с образованием стопы слоев. Элемент заполнителя геометрической формы деформирует вторую часть блока уложенных с образованием стопы слоев, уложенную с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы таким образом, что слои слоистого радиусного заполнителя второй части блока уложенных с образованием стопы слоев изменяют направление и имеют компонент направления, содержащий горизонтальное направление и вертикальное направление.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения предложен способ формирования слоистого композитного радиусного заполнителя композитной конструкции. Способ содержит этап сборки множества стоп из слоев слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины и имеющих необходимую ориентацию слоев, для формирования блока уложенных с образованием стопы слоев. Способ дополнительно включает этап укладки первой части блока уложенных с образованием стопы слоев на формирующее устройство. Способ дополнительно включает этап позиционирования элемента заполнителя геометрической формы в необходимом месте на первой части блока уложенных с образованием стопы слоев.
Способ дополнительно включает этап укладки второй части блока уложенных с образованием стопы слоев поверх элемента заполнителя геометрической формы и первой части для формирования слоистого композитного радиусного заполнителя. Элемент заполнителя геометрической формы деформирует вторую часть таким образом, что слои слоистого радиусного заполнителя второй части изменяют направление и имеют компонент направления, содержащий горизонтальное направление и вертикальное направление. Способ дополнительно включает этап сборки слоистого композитного радиусного заполнителя в области радиусного заполнителя композитной конструкции.
Особенности, функции и преимущества, которые были описаны, могут быть реализованы независимо друг от друга в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть объединены еще в одних вариантах реализации, дополнительные сведения о которых можно получить со ссылкой на приведенные далее раздел «Осуществление изобретения» и чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретения может быть лучше понятно со ссылкой на приведенный далее раздел «Осуществление изобретения» в сочетании с прилагаемыми чертежами, иллюстрирующими предпочтительные и иллюстративные варианты реализации, которые не обязательно представлены в масштабе.
На фиг. 1 показан перспективный вид воздушного судна, которое может содержать один или большее количество композитных блоков, имеющих одну или большее количество композитных конструкций с вариантом реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2А показана блок-схема способа изготовления и обслуживания воздушного судна.
На фиг. 2В показана структурная схема воздушного судна.
На фиг. 3 показана структурная схема композитного блока, иллюстрирующего вариант реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4А показан перспективный вид композитной конструкции в форме Т-образного элемента жесткости, имеющего область радиусного заполнителя, заполненную с использованием варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4В показан увеличенный разобранный вид спереди в разрезе слоистого композитного радиусного заполнителя по фиг. 4А в композитном блоке.
На фиг. 5 показан увеличенный вид спереди в разрезе одного из вариантов реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению, содержащего один элемент заполнителя геометрической формы и наконечник.
На фиг. 6 показан увеличенный вид спереди в разрезе другого варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению, имеющего два элемента заполнителя геометрической формы и наконечник.
На фиг. 7 показан увеличенный вид спереди в разрезе другого варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя согласно настоящему изобретению, имеющего два элемента заполнителя геометрической формы и не имеющего наконечник.
На фиг. 8 показана блок-схема иллюстрирующего варианта реализации способа согласно настоящему изобретению.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрытые варианты реализации будут описаны более подробно в настоящей заявке со ссылкой на прилагаемые чертежи, на некоторых из которых, однако, показаны не все из раскрытых вариантов реализации. В действительности, могут быть реализованы некоторые различные варианты реализации, и их не следует рассматривать в качестве вариантов реализации, ограниченных вариантами реализации, заданными в настоящей заявке. Скорее эти варианты реализации приведены для того, чтобы данное описание было полным и полностью передавало объем настоящего изобретения специалистам в области техники.
Согласно чертежам, на фиг. 1 показан перспективный вид воздушного судна 10, которое могут включать один или большее количество композитных блоков 26 с одной или большим количеством композитных конструкций 28. Композитная конструкция 28 (см. фиг. 1) может содержать вариант реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4А - 4В, 5-7), такого как, например, слоистый композитный радиусный заполнитель 70а (см. фиг. 5), слоистый композитный радиусный заполнитель 70b (см. фиг. 6) или слоистый композитный радиусный заполнитель 70 с (см. фиг. 7), сформированный посредством одного или большего количества вариантов реализации способа 150 (см. фиг. 8) согласно настоящему изобретению.
Как показано на фиг. 1, воздушное судно 10 содержит фюзеляж 12, носовую часть 14, кабину 16, крылья 18, один или большее количество движительных блоков 20, вертикальную хвостовую часть 2 и горизонтальные хвостовые части 24. Воздушное судно 10, показанное на фиг. 1, представляет собой в целом иллюстрацию гражданского пассажирского воздушного судна, содержащего один или большее количество композитных блоков 26 с одной или большим количеством композитных конструкций 28. Однако, принципы раскрытых вариантов реализации могут быть применены к другому пассажирскому воздушному судну, грузовому воздушному судну, военному воздушному судну, винтокрылому судну и другим типам воздушных судов или летательных транспортных средств, к аэрокосмическим транспортным средствам, спутникам, космическим транспортным средствам-носителям, ракетам и другим аэрокосмическим транспортным средствам, а также к лодкам и другим водных судам, поездам, автомобилям, грузовикам, автобусам или другим подходящим конструкциям, содержащим один или большее количество композитных блоков 26 с одной или большим количеством композитных конструкций 28, которые могут содержать вариант реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4А - 4В, 5-7), выполненного с использованием одного или большего количества вариантов реализации способа 150 (см. фиг. 8) согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2А показана блок-схема способа 30 изготовления и обслуживания воздушного судна. На фиг. 2В показана структурная схема воздушного судна 50. Согласно фиг. 2А - 2В, варианты реализации настоящего изобретения могут быть описаны в контексте способа 30 изготовления и обслуживания воздушного судна, как показано на фиг. 2А, и воздушного судна 50, как показано на фиг. 2В. Во время подготовки к производству способ 30 изготовления и обслуживания иллюстративного воздушного судна может включать проработку и проектирование 32 воздушного судна 50 и материальное снабжение 34. Во время изготовления происходит производство 36 компонентов и подблоков, а также интеграция 38 систем воздушного судна 50. Таким образом, воздушное судно 50 может пройти через сертификацию и поставку 40 для помещения этого воздушного судна на обслуживание 42. Во время нахождения на обслуживании 42 заказчиком для воздушного судна 50 может быть составлено расписание планового технического обеспечения и обслуживания 44, которое может также включать модификацию, перенастройку, восстановление и другие подходящие виды обслуживания.
Каждый из процессов способа 30 изготовления и обслуживания воздушного судна может быть осуществлен или выполнен системным интегратором, третьей стороной и/или оператором (например, заказчиком). Для целей данного описания, системный интегратор может содержать, без ограничения, любое количество производителей воздушных судов и субподрядчиков по основным системам, третья сторона может содержать, без ограничения, любое количество продавцов, субподрядчиков и поставщиков, а оператор может представлять собой авиалинию, лизинговую компанию, военную организацию, обслуживающую организацию и других подходящих операторов.
Как показано на фиг. 2В, воздушное судно 50, изготовленное способом 30 изготовления и обслуживания иллюстративного воздушного судна, может содержать несущую конструкцию 52 с множеством высокоуровневых систем 54 и внутренней частью 56. Примеры множества высокоуровневых систем 54 могут содержать одно или большее количество из движительной системы 58, электрической системы 60, гидравлической системы 62 и климатической системы 64. Может быть также включено любое количество других систем. Несмотря на то, что пример показан для аэрокосмической промышленности, принципы настоящего изобретения могут быть применены в других отраслях промышленности, таких как автомобильная промышленность.
Способы и системы, реализованные в настоящей заявке, могут быть применены во время любого одного или большего количества этапов способа 30 изготовления и обслуживания. Например, компоненты или подблоки, соответствующие производству компонентов и подблоков, могут быть изготовлены или произведены способом, схожим с компонентами или подблоками, изготовленными во время нахождения воздушного судна 50 на обслуживании 42. Кроме того, один или большее количество вариантов реализации устройства, варианты реализации способа или их сочетание могут быть использованы во время производства 36 компонентов и подблоков и во время интеграции 38 систем, например путем по существу ускорения сборки воздушного судна 50 или путем уменьшения его цены. Аналогичным образом, один или большее количество вариантов реализации устройства, варианты реализации способа или их сочетание могут быть использованы во время нахождения воздушного судна 50 на обслуживании 42, например, без ограничения, для планового технического обеспечения и обслуживания 44.
В варианте реализации настоящего изобретения предложен слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг.3, 4А - 4В, 5-7), то есть "узел" для заполнения области 72 (см. фиг. 3, 4А - 4В) радиусного заполнителя, то есть "область узла" композитной конструкции 28 (см. фиг. 3, 4А - 4В) в композитном блоке 26 (см. фиг. 3, 4В). На фиг. 3 показана структурная схема композитного блока 26, такого как композитный блок 26а воздушного судна, иллюстрирующий вариант реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 согласно настоящему изобретению.
Как показано на фиг. 3, композитный блок 26 содержит композитную конструкцию 28, имеющую область 72 радиусного заполнителя. Как дополнительно показано на фиг. 3, композитная конструкция 28 содержит слоистый композитный радиусный заполнитель 70, который расположен вплотную к покрывающим слоям 84а, покрывающим слоям 84b и покрывающим слоям 92а композитной конструкции 28.
На фиг. 4А показан перспективный вид композитной конструкции 28, такой как в форме Т-образного элемента жесткости 76, имеющего область 72 радиусного заполнителя, заполненного с использованием варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 согласно настоящему изобретению. На фиг. 4В показан увеличенный разобранный вид спереди в разрезе слоистого композитного радиусного заполнителя 70 по фиг. 4А в композитном блоке 26, таком как композитный блок 26а воздушного судна. Как показано на фиг. 4В, слоистый композитный радиусный заполнитель 70, такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а, предпочтительно имеет конфигурацию 74, по существу соответствующую форме и размеру области 72 радиусного заполнителя композитной конструкции 28.
Как показано на фиг. 4А, композитная конструкция 28, такая как в форме Т-образного элемента 76 жесткости, содержит вертикальные ребра 78, горизонтальные выступы 80 и переходы 82 выступ-ребро, радиально окружающие слоистый композитный радиусный заполнитель 70. Вертикальные ребра 78 (см. фиг. 4А - 4В) и горизонтальные выступы 80 (см. фиг. 4А - 4В) предпочтительно содержит уложенные с образованием стопы композитные слои 84 (см. фиг. 4А - 4В), такие как покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 3, 4В), расположенные вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 3, 4А - 4В). Покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 4В) предпочтительно имеют радиальную ориентацию 86 (см. фиг. 4В), проходящую в вертикальном направлении 118b (см. фиг. 4В) или по существу в вертикальном направлении. Как дополнительно показано на фиг. 4А, горизонтальные выступы 80 Т-образного элемента жесткости 76 могут быть соединены друг с другом в области 88 взаимодействия с одной или большим количеством опорных пластин 90 и/или панелями 96 обшивки, например в области взаимодействия обшивки и элемента жесткости.
Как показано на фиг. 4В, одна или большее количество опорных пластин 90 могут содержать уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92, такие как в форме покрывающих слоев 92а, расположенные вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70. Покрывающие слои 92а (см. фиг. 3, 4В) предпочтительно имеют радиальную ориентацию 94 (см. фиг. 4В, 5-7), проходящую в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 4В). Как дополнительно показано на фиг.4В, композитный блок 26, такой как в форме композитного блока 26а воздушного судна, показан слоистый композитный радиусный заполнитель 70, окруженный лонжеронами 98.
Как показано на фиг. 3 и 4В, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 содержит элемент 100 заполнителя геометрической формы, имеющий геометрическую форму 102 (см. фиг. 4В), необязательный наконечник 104, нижние части 106а, 106b (см. фиг. 4В), верхнюю часть 106 с (см. фиг. 4В) и блок 108 уложенных с образованием стопы слоев. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может содержать один или большее количество элементов 100 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) заполнителя геометрической формы, расположенных в блоке 108 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) уложенных с образованием стопы слоев слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7).
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть сформирован из композитного материала посредством любых подходящих средств, включая, без исключения, ориентирование по одной оси, экструдирование, ручную укладку, автоматизированную укладку или любой другой подходящий процесс формирования, как описано более подробно далее. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть сформирован путем первичного формирования блока 108 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) уложенных с образованием стопы слоев. Как показано на фиг. 3, блок 108 уложенных с образованием стопы слоев предпочтительно содержит множество стоп 110 (см. также фиг. 4В, 5-7) слоев 110а (см. также фиг. 4В), 110b (см. также фиг. 4В), 110с (см. также фиг. 6) и/или 110d (см. также фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины 132 и имеющих необходимую ориентацию слоев 134.
Необходимая ширина 132 (см. фиг. 3) может быть выбрана из диапазона от большой ширины до маленькой ширины и может быть выбрана для обеспечения соответствия размеру и форме радиуса 114 (см. фиг. 4В) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В), который в итоге сформирован. Необходимая ориентация 134 (см. фиг. 3) слоев может быть подогнана под любую необходимую ориентацию слоев. Например, необходимая ориентация 134 слоев может содержать, без ограничения, такие ориентации слоев как +45 градусов/ -45 градусов, +50 градусов/ -50 градусов, 0 градусов, 90 градусов или другую подходящую ориентацию слоев. Например, согласно использованию в настоящей заявке, "+45 градусов" означает, что слой повернут на 45 градусов по часовой стрелке, а "-45 градусов" означает, что слой повернут на 45 градусов против часовой стрелки. Выбор необходимой ориентации 134 (см. фиг. 3) слоев блока 108 (см. фиг. 3, 4В) уложенных с образованием стопы слоев зависит от необходимой жесткости слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В) по отношению к жесткости окружающих покрывающих слоев 84а, 84b, 92а (см. фиг. 3, 4В).
Как показано на фиг. 3, 4В, блок 108 уложенных с образованием стопы слоев предпочтительно содержит первую часть 108а и вторую часть 108b. В случаях, в которых в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 6, 7) сформированы более одного элемента 100 заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 6, 7), одна или большее количество дополнительных частей 108с (см. фиг. 6), дополнительная часть 108d (см. фиг. 7) или другие дополнительные части могут быть сформированы из второй части 108b (см. фиг. 5-7).
Блок 108 (см. фиг. 3, 4В) уложенных с образованием стопы слоев слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В) может быть выполнен из того же самого смоляного или волоконного материала, используемого для формирования компонентов композитного блока 26 (см. фиг. 3, 4В), таких как композитная конструкция 28 (см. фиг. 3, 4В), лонжероны 98 (см. фиг. 4В), опорные пластины 90 (см. фиг. 4В) и панель 96 обшивки (см. фиг. 4В). Например, уложенные с образованием стопы композитные слои 84, уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92 и множество стоп 110 (см. фиг. 3) из слоев 110а (см. фиг. 4В), 110b (см. фиг. 4В), 110с (см. фиг. 6) и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя могут быть сформированы из усиливающего материала, окруженного матричным материалом и удерживаемого в нем, такого как, например, пропитанный материал.
Усиливающий материал может содержать волокна с высокой прочностью, такие как стекловолокно или углеродное волокно, графит, ароматическое полиамидное волокно, стекловолокно или другой подходящий усиливающий материал. Матричный материал может содержать различные полимерные или смолянистые материалы, такие как клей, полиэстер, смола сложных виниловых эфиров, полиэфирэфиркетонный полимер (PEEK), полиэфиркетонкетонный полимер (PEKK), бисмалеимид или другой подходящий матричный материал. Согласно использованию в настоящей заявке, "пропитанный" означает сотканную или плетеную ткань или материал из матерчатой ленты, например стекловолокно или углеродные волокна, которые были обогащены неотвержденной или частично отвержденной смолой, которая является достаточно эластичной для формирования из нее необходимой формы, а затем "отверждены", например, путем применения тепла в печи или автоклава или других нагревающих средств для отверждения смолы в прочную, жесткую и усиленную волокном конструкцию.
Уложенные с образованием стопы композитные слои 84, уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92 и множество стоп 110 (см. фиг. 3) из слоев 110а (см. фиг. 4В), 110b (см. фиг. 4В), 110с (см. фиг. 6) и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя могут быть выполнены в форме пропитанной однонаправленной ленты, однонаправленной ленты из волокна, ленты из углепластика (CFRP) или другой подходящей ленты, ткани из углепластика (CFRP), пропитанной ткани, сотканной ткани, содержащей сотканную ткань из углеродного волокна или другое подходящее волокно, сочетания ленты или ткани из вышеперечисленного или другого подходящего композитного материала.
Как описано более подробно далее по отношению к способу 150, первая часть 108а (см. фиг. 3) блока 108 (см. фиг. 3) уложенных с образованием стопы слоев может содержать три или четыре слоя предпочтительно по меньшей мере с одним слоем, имеющим ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°). Если процесс автоматизированной укладки используют для формирования блока 108 (см. фиг. 3) уложенных с образованием стопы слоев, то множество стоп 110, содержащее слои 110а (см. фиг. 4В), 110b (см. фиг. 4В), 110с (см. фиг. 6), и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя, может быть уложено с использованием единичных слоев в любой необходимой ориентации 134 (см. фиг. 3) слоев.
Как дополнительно показано на фиг. 3, 4В и 5-6 слоистый композитный радиусный заполнитель 70 может дополнительно содержать наконечник 104. Наконечник 104 (см. фиг. 3, 4В, 5-6) предпочтительно образован из множества однонаправленных волокон, однонаправленной ленты из волокна, пропитанной однонаправленной ленты, однонаправленного композитного жгута, однонаправленной ленты с прорезями, ленты из углепластика (CFRP), ткани из углепластика (CFRP), пропитанной ткани, сотканной ткани, содержащей сотканную ткань из углеродного волокна, рубленого волокна, их сочетания или другого подходящего волоконного материала.
Наконечник 104 (см. фиг. 3, 4В, 5-6) предпочтительно имеет конфигурацию 105 (см. фиг. 4В, 5-6), содержащую одну из по существу стреловидной конфигурации 105а (см. фиг. 5), многоугольной конфигурации 105b (см. фиг. 6) или другой подходящей конфигурации. Как показано на фиг. 5, наконечник 104, такой как в форме наконечника 104а, расположен на верхней части 122 блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, такой как верхняя часть 122 второй части 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Как дополнительно показано на фиг. 5, наконечник 104а имеет конфигурацию 105 в форме по существу стреловидной конфигурации 105а.
Как показано на фиг. 6, наконечник 104, такой как в форме наконечника 104b, расположен на верхней части 122 блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, такой как верхняя часть 122 дополнительной части 108 с блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Как дополнительно показано на фиг. 6, наконечник 104b имеет конфигурацию 105 в форме многоугольной конфигурации 105b.
Как дополнительно показано на фиг. 3, 4В, 5-7, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 содержит элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 120 (см. фиг. 5-7) на первой части 108а (см. фиг. 5-7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Как показано на фиг. 5, в одном варианте реализации необходимое место 120 на первой части 108а блока 108 уложенных с образованием стопы слоев представляет собой предпочтительно центральное место 120а или по существу центральное место на первой части 108а. Однако, могут быть также выбраны и другие подходящие необходимые места. Поскольку расслоение или образование трещин в слоистых композитных радиусных заполнителях может обычно начинаться в верхней части, такой как половина верхней части или одна треть верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя, то предпочтительно один или большее количество элементов 100 (см. фиг. 4В, 5-7) заполнителя геометрической формы позиционированы или расположены в верхней части, такой как половина верхней части или одна треть верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В, 5-7).
Кроме того, предпочтительно вторая часть 108b (см. фиг. 4В, 5-7) блока 108 (см. фиг. 4В, 5-7) уложенных с образованием стопы слоев в верхней части, такой как половина верхней части или одна треть верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В, 5-7), деформирован или профилирован одним или большим количеством элементов 100 (см. фиг. 4В, 5-7) заполнителя геометрической формы. Один или большее количество элементов 100 (см. фиг. 4В, 5-7) заполнителя геометрической формы предпочтительно деформируют или сгибают вторую часть 108b (см. фиг. 4В, 5-7) и любые дополнительные части 108с (см. фиг. 6), 108d (см. фиг. 7) блока 108 (см. фиг. 4В, 5-7) уложенных с образованием стопы слоев, которые уложены с образованием стопы поверх соответствующих элементов 100 (см. фиг. 4В, 5-7) заполнителя геометрической формы. Данная деформация вызывает то, что слои 110b (см. фиг. 4В, 4-7), 110с (см. фиг. 6) и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя второй части 108b (см. фиг. 4В, 5-7), а также любые дополнительные части 108с (см. фиг. 6), 108d (см. фиг. 7) блока 108 (см. фиг. 4В, 5) уложенных с образованием стопы слоев сгибаются и изменяют направления и имеют компонент направления 116 (см. фиг. 3, 4B, 5-7), содержащий горизонтальное направление 118а (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 3, 4В, 5-7), с тем, чтобы по существу соответствовать вертикальному направлению 118b (см. фиг. 4В) покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Согласно использованию в настоящей заявке, "горизонтальное направление" означает направление, которое расположено горизонтально или по существу горизонтально и параллельно или по существу параллельно уровню земли, а также перпендикулярно или по существу перпендикулярно вертикальному направлению. Согласно использованию в настоящей заявке, "вертикальное направление" означает направление, которое расположено вертикально или по существу вертикально, а также по нормали или перпендикулярно, или по существу по нормали или по существу перпендикулярно по отношению к горизонтальному направлению.
Как показано на фиг. 3, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 может дополнительно содержать один или большее количество дополнительных элементов 100 заполнителя геометрической формы, таких как дополнительный элемент 100b (см. также фиг. 6) заполнителя геометрической формы или дополнительный элемент 100с (см. также фиг. 7) заполнителя геометрической формы, или любой другой подходящий дополнительный элемент 100 заполнителя геометрической формы. Как показано на фиг. 6, дополнительный элемент 100b заполнителя геометрической формы предпочтительно расположен в необходимом месте 124 на второй части 108b, а также в дополнительной части 108с или под ней. Кроме того, как показано на фиг. 7, дополнительный элемент 100 с заполнителя геометрической формы предпочтительно расположен в необходимом месте 126 на второй части 108b, а также в дополнительной части 108d или под ней.
Каждый из элемента 100, 100а (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы и любых дополнительных элементов 100, 100b, 100с (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы предпочтительно образован из множества однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), однонаправленной ленты из волокна, пропитанной однонаправленной ленты, однонаправленного композитного жгута, однонаправленной ленты с прорезями, ленты из углепластика (CFRP), ткани из углепластика (CFRP), пропитанной ткани, сотканной ткани, содержащей сотканную ткань из углеродного волокна, рубленого волокна, их сочетания или другого подходящего волоконного материала. Однонаправленные волокна 101 (см. фиг. 3) предпочтительно по существу сокращают длину композитной конструкции 28 (см. фиг. 4А).
В одном варианте реализации элемент 100, 100а (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы и любые дополнительные элементы 100, 100b, 100с (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы могут быть образованы из одноосно-ориентированных однонаправленных волокон 101а (см. фиг. 3), имеющих ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°). Предпочтительно, одноосно-ориентированные однонаправленные волокна 101а (см. фиг. 3) сформированы с использованием процесса ориентирования по одной оси и устройства 130 (см. фиг. 3) для ориентирования по одной оси, как описано более подробно далее.
Каждый из элемента 100, 100а (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы и любых дополнительных элементов 100, 100b, 100 с (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 4В, 5-7). Геометрическая форма 102 (см. фиг. 4В, 5-7) может содержать одну из формы 102а (см. фиг. 4В, 5) треугольника, формы 102b (см. фиг. 6) треугольника с криволинейными углами, стреловидной формы 102с (см. фиг. 7), формы треугольника с удаленными углами (не показан), формы треугольника с одной или большим количеством криволинейных сторон (не показан), форма радиусного заполнителя (не показан), формы полукруга (не показан) или другой подходящей геометрической формы.
Задача элемента 100, 100а (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы и любых дополнительных элементов 100, 100b, 100 с (см. фиг. 3) заполнителя геометрической формы, согласно приведенному выше описанию, состоит в изменении соответствующего направления слоев 100b, 100с (см. фиг. 6) и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) второй части 108b (см. фиг. 3) и любых дополнительных частей 108с, 108d (см. фиг. 3) для обеспечения сгибания и изменения направления и наличия компонента направления 116, содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 3, 4В, 5-7).
Различные варианты реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 показаны на фиг. 5-7. Такие варианты реализации не предназначены для введения ограничения.
На фиг. 5 показан увеличенный вид спереди в разрезе одного из вариантов реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а согласно настоящему изобретению. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70а, показанный на фиг. 5, содержит один элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы. Первый элемент 100а (см. фиг. 5) заполнителя геометрической формы предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 5) в виде формы 102а (см. фиг. 5) треугольника. Однако, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, может иметь другую подходящую геометрическую форму.
На фиг. 5 показаны нижние части 106а, 106b и верхняя часть 106 с слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а. На фиг. 5 дополнительно показаны уложенные с образованием стопы композитные слои 84, такие как в форме покрывающих слоев 84а, 84b, и уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92 опорной пластины 90, такие как в форме покрывающих слоев 92а. Покрывающие слои 84а, 84b а и покрывающие слои 92а окружают слоистый композитный радиусный заполнитель 70, такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 5), такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а (см. фиг. 5), предпочтительно имеет конфигурацию 74 (см. фиг. 5), по существу соответствующую форме и размеру области 72 (см. фиг. 4В) радиусного заполнителя композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В). Как показано на фиг. 5, конфигурация 74 слоистого композитного радиусного заполнителя 70 имеет по существу форму треугольника. Однако, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 5) может иметь другую подходящую форму или конфигурацию.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70а, показанный на фиг. 5, дополнительно содержит наконечник 104, такой как в форме наконечника 104а. Наконечник 104а (см. фиг. 5) имеет конфигурацию 105 (см. фиг. 5) в форме по существу стреловидной конфигурации 105а (см. фиг. 5). Как дополнительно показано на фиг. 5, наконечник 104а предпочтительно расположен в месте 112 наконечника слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как слоистый композитный радиусный заполнитель 70а. Как дополнительно показано на фиг. 5, наконечник 104а предпочтительно расположен на верхней части 122 блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, такой как верхняя часть 122 второй части 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев.
На фиг. 5 показан элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 120, таком как центральное место 120а или по существу центральное место, на первой части 108а блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Однако, элемент 100 (см. фиг. 5) заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а (см. фиг. 5) заполнителя геометрической формы, может быть расположен в другом подходящем необходимом месте 120 (см. фиг. 5) на первой части 108а (см. фиг. 5).
Как показано на фиг. 5, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, предпочтительно деформирует вторую часть 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, уложенных с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы. Это вызывает то, что множество стоп 110 (см. фиг. 5) из слоев 110b (см. фиг. 5) слоистого радиусного заполнителя второй части 108b (см. фиг. 5) изменяет направление. Как дополнительно показано на фиг. 5, каждый из слоев 110а слоистого радиусного заполнителя предпочтительно имеет компонент направления 116, содержащий горизонтальное направление 118а и вертикальное направление 118b. Предпочтительно, изменение направления слоев 110b (см. фиг. 5) слоистого радиусного заполнителя второй части 108b (см. фиг. 5) минимизирует разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 (см. фиг. 3) при межслойном растяжении между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 5) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 5), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 5).
Согласно использованию в настоящей заявке, "коэффициент теплового расширения (СТЕ)" означает меру измерения в размере или объеме материала в ответ на изменение температуры материала. Согласно использованию в настоящей заявке, "напряжение при межслойном растяжении" означает напряжение, являющееся нормальным по отношению к множеству слоев, например, ленточных или тканевых слоев, которое способствует оттягиванию слоев друг от друга или их расслаиванию. Минимизация разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 (см. фиг. 3) при межслойном растяжении предпочтительно ограничивает расслоение или приводит к уменьшению расслоения 140 (см. фиг. 3) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5). Такое расслаивание может происходить в результате напряжений, которые возникают во время этапов отверждения и этапов циклического температурного воздействия производства композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 4В).
Таким образом, вместо уложения с образованием стопы в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 4В) на всем протяжении слоистого композитного радиусного заполнителя 70, слои 110b (см. фиг. 5) слоистого радиусного заполнителя, уложенные с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 5), начинают деформироваться или сгибаться для того, чтобы обеспечить наличие компонента направления 116 (см. фиг. 5), содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 5) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 5), для обеспечения соответствия или по существу соответствия, или следования вертикальному направлению 118b (см. фиг. 4В) покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В, 5), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 5).
Это предпочтительно минимизирует разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 5) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 5), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 5). Это обусловлено тем, что слои 110b (см. фиг. 5) слоистого радиусного заполнителя слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5) и покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 5) имеют ту же самую или схожую вертикальную ориентацию. Кроме того, для слоев 110b (см. фиг. 5) слоистого радиусного заполнителя, уложенных с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы 100а (см. фиг. 5), радиальная ориентация 114 (см. фиг. 5) второго 108b (см. фиг. 5) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5) предпочтительно по существу соответствует радиальной ориентации 86 (см. фиг. 5) уложенных с образованием стопы композитных слоев 84 (см. фиг. 5), таких как покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 5).
На фиг. 6 показан увеличенный вид спереди в разрезе другого варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70b согласно настоящему изобретению. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70b, показанный на фиг. 6, содержит два элемента 100 заполнителя геометрической формы, таких как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы и дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы. Первый элемент 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 6) в виде формы 102а треугольника (см. фиг. 6). Дополнительный элемент 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 6) в виде формы 102b треугольника с криволинейными углами (см. фиг. 6). Однако, каждый из элементов 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы и дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы, могут иметь другую подходящую геометрическую форму.
На фиг.6 показаны нижние части 106а, 106b и верхняя часть 106с слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70b. На фиг. 6 дополнительно показаны уложенные с образованием стопы композитные слои 84, такие как в форме покрывающих слоев 84а, 84b, и уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92 опорной пластины 90, такие как в форме покрывающих слоев 92а. Как показано на фиг. 6, покрывающие слои 84а, 84b и покрывающие слои 92а окружают слоистый композитный радиусный заполнитель 70, такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70b.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 6), такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70b (см. фиг. 6), предпочтительно имеет конфигурацию 74 (см. фиг. 6), по существу соответствующую форме и размеру области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В). Как показано на фиг. 6, конфигурация 74 слоистого композитного радиусного заполнителя 70 имеет по существу треугольную форму. Однако, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 6) может иметь другую подходящую форму или конфигурацию.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70b, показанный на фиг. 6, дополнительно содержит наконечник 104, такой как в форме наконечника 104b. Как показано на фиг. 6, наконечник 104b имеет конфигурацию 105 в форме многоугольной конфигурации 105b. Как дополнительно показано на фиг. 6, наконечник 104b предпочтительно расположен в месте 112 наконечника слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70b. Как дополнительно показано на фиг. 6, наконечник 104b предпочтительно расположен на верхней части 122 блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, такой как верхняя часть 122 дополнительной части 108 с блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Наконечник 104b (см. фиг. 6) может быть сформирован посредством процесса ориентирования по одной оси или другого подходящего процесса. Если используют головку, то вертикальный слой 125 (см. фиг. 6) из ткани или ленты, ориентированной по высоте в вертикальном направлении 118b (см. фиг. 6) и по ширине в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 6), может быть использован, кроме того, для наконечника 104 (см. фиг. 6), который ориентирован по одной оси, или вместо него. Вертикальный слой 125 (см. фиг. 6) предпочтительно может представлять собой первую часть слоистого композитного радиусного заполнителя 70b, который должен быть помещен в головку.
На фиг. 6 показан элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 120, таком как центральное место 120а или по существу центральное место, на первой части 108а блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Однако, элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), может быть расположен в другом подходящем необходимом месте на первой части 108а (см. фиг. 6).
На фиг. 6 дополнительно показаны элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме дополнительного элемента 100Ь заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 124 на второй части 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Предпочтительно, необходимое место 124 (см. фиг. 6) представляет собой центральное место или по существу центральное место на второй части 108b (см. фиг. 6). Однако, элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг.6), такой как в форме дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), может быть расположен в другом подходящем необходимом месте на второй части 108b (см. фиг. 6).
Как показано на фиг. 6, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, предпочтительно деформирует вторую часть 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, уложенных с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы. Это вызывает то, что множество стоп 110 (см. фиг. 6) из слоев 110b (см. фиг. 6) слоистого радиусного заполнителя второй части 108b (см. фиг. 6) изменяет направление. Слои 110а слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6) ориентированы в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 6) и изменяют направление или деформируются по отношению к слоям 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6), имеющим компонент направления 116 (см. фиг. 6), содержащий горизонтальное направление 118а и вертикальное направление 118b (см. фиг. 6).
Как дополнительно показано на фиг. 6, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы, предпочтительно деформирует дополнительную часть 108 с, уложенную с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы. Это вызывает то, что множество стоп 110 (см. фиг. 6) из слоев 110с (см. фиг. 6) слоистого радиусного заполнителя дополнительной части 108с (см. фиг. 6) изменяет направление. Слои 110с слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6) деформируются или сгибаются для обеспечения наличия компонента направления 116 (см. фиг. 6), содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 6) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 6).
Предпочтительно изменение направления слоев 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6) второй части 108b (см. фиг. 6) и изменение направления слоев 110с (см. фиг. 6) слоистого радиусного заполнителя дополнительной части 108с (см. фиг. 6) помогают в минимизации разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 6) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 6), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 6). Минимизация разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) предпочтительно ограничивает расслоение или приводит к уменьшению расслоения 140 (см. фиг. 3) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5). Такое расслаивание может происходить в результате тепловых напряжений, которые возникают во время этапов отверждения и этапов циклического температурного воздействия при производстве композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 4В).
Таким образом, вместо уложения с образованием стопы в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 4В) на всем протяжении слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 6), слои ПОЬ слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6), уложенные с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), и слои 110с слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6), уложенные с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), начинают деформироваться или сгибаются для того, чтобы иметь компонент направления 116 (см. фиг. 6), содержащий горизонтальное направление 118а и вертикальное направление 118b (см. фиг. 6), с тем, чтобы соответствовать или по существу соответствовать, или следовать вертикальному направлению 118а (см. фиг. 4В) покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В, 6), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 6).
Это предпочтительно минимизирует разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 6) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 6), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 6). Это обусловлено тем, что слои 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6) и слои 110с слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 6), и также покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 6) имеют ту же самую или схожую вертикальную ориентацию.
Кроме того, для слоев 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6), уложенных с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы 100а (см. фиг. 6), и для слоев 110с слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 6), уложенных с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), радиальная ориентация 114 (см. фиг. 6) второй части 108b (см. фиг. 6) и дополнительной части 108 с (см. фиг. 6) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5) предпочтительно по существу соответствует радиальной ориентации 86 (см. фиг. 6) уложенных с образованием стопы композитных слоев 84 (см. фиг. 6), таких как покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 6).
На фиг. 7 показан увеличенный вид спереди в разрезе другого варианта реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70с согласно настоящему изобретению. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70с, показанный на фиг. 7, содержит два элемента 100 заполнителя геометрической формы, таких как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы и в форме дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы.
Первый элемент 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 7) в виде формы 102а треугольника (см. фиг. 7). Дополнительный элемент 100 с заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 7) в виде стреловидной формы 102с (см. фиг. 7). Однако, каждый элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в формах первого элемента 100а заполнителя геометрической формы и дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы, может иметь другую подходящую геометрическую форму.
На фиг. 7 показаны нижние части 106а, 106b и верхняя часть 106с слоистого композитного радиусного заполнителя 70, такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70с. На фиг. 7 дополнительно показаны уложенные с образованием стопы композитные слои 84, такие как в форме покрывающих слоев 84а, 84b, и уложенные с образованием стопы композитные основные слои 92 опорной пластины 90, такие как в форме покрывающих слоев 92а. Как показано на фиг. 7, покрывающие слои 84а, 84b и покрывающие слои 92 окружают слоистый композитный радиусный заполнитель 70, такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70с.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 7), такой как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70с (см. фиг. 7), предпочтительно имеет конфигурацию 74 (см. фиг. 7), по существу соответствующую форме и размеру области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В). Как показано на фиг. 7, конфигурация 74 слоистого композитного радиусного заполнителя 70 имеет по существу форму треугольника. Однако, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 7) может иметь другую подходящую форму или конфигурацию.
На фиг. 7 показан элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 120, таком как центральное место 120а или по существу центральное место, на первой части 108а блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Однако, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, может быть расположен в другом подходящем необходимом месте на первой части 108а (см. фиг. 7).
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 с, показанный на фиг. 7, не содержит наконечника 104 (см. фиг. 5-6). Вместо наконечника 104 (см. фиг. 5-6), на фиг. 7 показан слоистый композитный радиусный заполнитель 70 с, имеющий элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме дополнительного элемента 100 с заполнителя геометрической формы, расположенного в необходимом месте 126 на второй части 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев. Предпочтительно необходимое место 126 (см. фиг. 7) представляет собой центральное место или по существу центральное место на второй части 108b (см. фиг. 7). Однако, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы, может быть расположен в другом подходящем необходимом месте на второй части 108b (см. фиг. 7).
Как показано на фиг. 7, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме первого элемента 100а заполнителя геометрической формы, предпочтительно деформирует вторую часть 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, уложенных с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы. Это вызывает то, что множество стоп 110 (см. фиг. 7) из слоев 110b (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя второй части 108b (см. фиг. 7) изменяют направления. Множество стоп 110 (см. фиг. 7) из слоев 110а (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя ориентированы в горизонтальном направлении 118b (см. фиг. 4В) и изменяют направление или деформируются по отношению к слоям 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7), имеющим компонент направления 116 (см. фиг. 7), содержащий горизонтальное направление 118а и вертикальное направление 118b (см. фиг. 7).
Как дополнительно показано на фиг. 7, элемент 100 заполнителя геометрической формы, такой как в форме дополнительного элемента 100 с заполнителя геометрической формы, предпочтительно деформирует дополнительную часть 108d блока 108 уложенных с образованием стопы слоев, уложенных с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы. Это вызывает то, что множество стоп 110 (см. фиг. 7) из слоев 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя дополнительной части 108d (см. фиг. 7) изменяют направления. Слои 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7) деформируются или сгибаются для обеспечения наличия компонента направления 116 (см. фиг. 7), содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 7) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 7).
Предпочтительно изменение направления слоев 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7) второй части 108b (см. фиг. 7) и изменение направления слоев 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7) дополнительной части 108d (см. фиг. 7) облегчают минимизацию разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 7) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 7), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 7). Минимизация разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) предпочтительно ограничивает расслоение или приводит к уменьшению расслоения 140 (см. фиг. 3) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 7). Такое расслаивание может происходить в результате напряжений, которые возникают во время этапов отверждения и этапов циклического температурного воздействия при производстве композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 4В).
Таким образом, вместо уложения с образованием стопы в горизонтальном направлении 118а (см. фиг. 4В) на всем протяжении слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 7), слои 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7), уложенные с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7), и слои 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7), уложенные с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7), начинают деформироваться или сгибаться для обеспечения наличия компонента направления 116 (см. фиг. 7), содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 7) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 7), с тем, чтобы соответствовать или по существу соответствовать, или следовать вертикальному направлению 118b (см. фиг. 4В) покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В, 7), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 7).
Это предпочтительно минимизирует разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 7) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 7), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг.7). Это обусловлено тем, что слои 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7) и слои 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 7), и покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 7) имеют ту же самую или схожую вертикальную ориентацию.
Кроме того, для слоев 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7), уложенных с образованием стопы поверх первого элемента 100а заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7), и для слоев 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 7), уложенных с образованием стопы поверх дополнительного элемента 100с заполнителя геометрической формы (см. фиг. 7), радиальная ориентация 114 (см. фиг. 7) второй части 108b (см. фиг.7) и дополнительной части 108d (см. фиг. 7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 7) предпочтительно по существу соответствует радиальной ориентации 86 (см. фиг. 7) уложенных с образованием стопы композитных слоев 84 (см. фиг. 7), таких как покрывающие слои 84а, 84b (см. фиг. 7).
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения предложен композитный блок 26а воздушного судна (см. фиг. 1, 4В) для использования в воздушном судне 10 (см. фиг. 1). Композитный блок 26а воздушного судна (см. фиг. 1, 4В) содержит композитную конструкцию 28 (см. фиг. 1, 4В). Композитная конструкция 28 (см. фиг. 4В) содержит область 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) и множество покрывающих слоев 84а, 84b, 92а (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В).
Композитный блок 26а воздушного судна (см. фиг. 4В) дополнительно содержит слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 4В), имеющий конфигурацию 74 (см. фиг. 4В), по существу соответствующую области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) и заполняющую область 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В). Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 4В) содержит блок 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В). Блок 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В) содержит множество стоп 110 (см. фиг. 4В) из слоев 110а (см. фиг. 4В), 110b (см. фиг. 4В), 110с (см. фиг. 6), 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины 132 (см. фиг. 3) и имеющих необходимую ориентацию слоев 134 (см. фиг. 3). Характеристики блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В) подробно описаны выше и применены равнозначным образом к данному варианту реализации композитного блока 26а воздушного судна (см. фиг. 4В).
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 4В) дополнительно содержит элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 4В), расположенный в необходимом месте 120 (см. фиг. 5) на первой части 108а (см. фиг. 4В, 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В). Элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 4В) деформирует вторую часть 108b (см. фиг. 4В) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В), уложенную с образованием стопы поверх элемента заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 4В) таким образом, что слои 110b слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) второй части 108b (см. фиг. 4В) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 4В) изменяют направление и имеют компонент направления 116 (см. фиг. 4В), содержащий горизонтальное направление 118а (см. фиг. 4В, 5) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 4В, 5).
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 6-7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В) композитного блока 26а воздушного судна (см. фиг. 4В) может дополнительно содержать один или большее количество дополнительных элементов 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7). Каждый из одного или большего количества дополнительных элементов 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7) может быть предпочтительно расположен соответственно в необходимом месте 124 (см. фиг. 6) или необходимом месте 126 (см. фиг. 7) соответственно в одной или большем количестве дополнительных частей 108с (см. фиг. 6), 108d (см. фиг. 7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 6-7). Кроме того, каждый из одного или большего количества дополнительных элементов 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7) дополнительно деформирует одну или большее количество соответствующих дополнительных частей 108с (см. фиг. 6), 108d (см. фиг. 7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 6-7), уложенных с образованием стопы поверх соответствующего одного или большего количества дополнительных элементов 100b заполнителя геометрической формы (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7).
Согласно приведенному выше описанию, каждый элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 5-7) предпочтительно образован из множества однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), однонаправленной ленты из волокна, пропитанной однонаправленной ленты, однонаправленного композитного жгута, однонаправленной ленты с прорезями, ленты из углепластика (CFRP), ткани из углепластика (CFRP), пропитанной ткани, сотканной ткани, содержащей сотканную ткань из углеродного волокна, рубленого волокна, их сочетания или другого подходящего волоконного материала.
Еще предпочтительнее каждый элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 5-7) может быть образован из одноосно-ориентированных однонаправленных волокон 101а (см. фиг. 3), имеющих ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°). Предпочтительно одноосно-ориентированные однонаправленные волокна 101а (см. фиг. 3) сформированы с использованием процесса ориентирования по одной оси и устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3), как описано более подробно далее.
Согласно приведенному выше описанию, элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 4В, 5-7). Геометрическая форма 102 (см. фиг. 4В, 5-7) может иметь одну из формы 102а треугольника (см. фиг. 4В, 5), формы 102b треугольника с криволинейными углами (см. фиг. 6), стреловидной формы 102с (см. фиг. 7), формы треугольника с удаленными углами (не показан), формы треугольника с одной или большим количеством криволинейных сторон (не показан), форма радиусного заполнителя (не показан), формы полукруга (не показан) или другой подходящей геометрической формы.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 4В, 5) композитного блока 26а воздушного судна (см. фиг. 4В) может дополнительно содержать наконечник 104 (см. фиг. 4В, 5), расположенный на верхней части 122 (см. фиг. 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5), такой как верхняя часть 122 (см. фиг. 5) второй части 108b (см. фиг. 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5). Наконечник 104 (см. фиг. 4В, 5) предпочтительно образован из множества однонаправленных волокон, однонаправленной ленты из волокна, пропитанной однонаправленной ленты, однонаправленного композитного жгута, однонаправленной ленты с прорезями, ленты из углепластика (CFRP), ткани из углепластика (CFRP), пропитанной ткани, сотканной ткани, содержащей сотканную ткань из углеродного волокна, рубленого волокна, их сочетания или другого подходящего волоконного материала.
Предпочтительно изменение направления слоев 110b (см. фиг. 5), 110с (см. фиг. 6) и 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя соответствующей второй части 108b (см. фиг. 5), дополнительной части 108с (см. фиг. 6) и/или дополнительной части 108d (см. фиг. 7) минимизирует разницу в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) между слоистым композитным радиусным заполнителем 70 (см. фиг. 4В, 5) и покрывающими слоями 84а, 84b (см. фиг. 4В, 5), расположенными вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 4В, 5). Минимизация разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг.3) предпочтительно ограничивает расслоение или приводит к уменьшению расслоения 140 (см. фиг. 3) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 7). Такое расслоение может происходить в результате тепловых напряжений, которые возникают во время отверждения и этапов циклического температурного воздействия при производстве композитной конструкции 28 (см. фиг. 4В) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 4В).
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения предложен способ 150 формирования слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) композитной конструкции 28 (см. фиг. 4А - 4В). На фиг. 8 показана блок-схема иллюстрирующего варианта реализации способа 150 настоящего изобретения. Этапы, перечисленные в способе 150, могут быть выполнены в порядке, отличном от показанного порядка. Некоторые этапы могут быть выполнены одновременно. Неоторые этапы могут быть необязательными или могут быть опущены. Могут быть добавлены этапы, отличные от перечисленных этапов.
Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть сформирован из композитного материала посредством любых подходящих средств, включая, без ограничения, ориентирование по одной оси, экструдирование, ручную укладку, автоматизированную укладку или любой другой подходящий процесс формирования, как описано более подробно далее. Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) сформирован для заполения объема и принятия формы и геометрических размеров области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 3, 4А), которая должна быть заполнена. Конфигурация 74 (см. фиг. 4В, 5-7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В, 5-7) может предпочтительно иметь по существу треугольную конфигурацию и может предпочтительно иметь в целом треугольное сечение. Однако, слоистый композитный радиусный заполнитель 70 может иметь другую подходящую конфигурацию и форму разреза.
Как показано на фиг. 8, способ 150 включает этап 152 сборки множества стоп 110 (см. фиг. 3) из слоев 110а, 110b, 110с, 110d (см. фиг. 3) слоистого радиусного заполнителя, разрезанных до необходимой ширины 132 (см. фиг. 3) и имеющих необходимую ориентацию слоев 134 (см. фиг. 3), для формирования блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Множество стоп 110 (см. фиг. 3) из слоев 110а, 110b, 110с, 110d (см. фиг. 3) слоистого радиусного заполнителя могут быть уменьшены в объеме для сжатия или уплотнения этого множества стоп 110 (см. фиг. 3) с обеспечением удаления пустот, таких как воздушные пустоты или пустоты из других газов, которые могут быть сформированы между слоями множества стоп 110 (см. фиг. 3).
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает этап 154 укладки первой части 108а (см. фиг. 3, 4В, 5-7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3, 4В, 5-7) на формирующее устройство 128 (см. фиг. 3). Формирующее устройство 128 (см. фиг. 3) может содержать формирующее приспособление, пресс-форму, раскатку, платформу устройства для укладки, устройство для автоматизированного нанесения волокон (AFP) или другое подходящее формирующее устройство. Укладка множества стоп 110 (см. фиг. 3) на формирующее устройство 128 (см. фиг. 3) может быть выполнена посредством ручного процесса или посредством автоматизированного процесса с использованием известностного устройства или приспособления для укладки.
Первая часть 108а (см. фиг. 3) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3) может содержать стопу или трех или четырех слоев предпочтительно по меньшей мере с одним слоем, имеющим ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°), и другими слоями, имеющими ориентацию слоев, составляющую +50 градусов или -50 градусов, или другую необходимую ориентацию 134 слоев (см. фиг. 3). Если для формирования блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3) используют процесс автоматизированной укладки, то слои 110а слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 4В) первой части 108а (см. фиг. 3) могут быть уложены с использованием единичных слоев в любой необходимой ориентации 134 слоев (см. фиг. 3).
Множество стоп 110 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) могут быть разрезаны на полосы из партии слоев с шириной, изменяющейся от большой ширины до маленькой ширины для того, чтобы соответствовать радиальной ориентации 114 (см. фиг. 5-7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 5-7). Множество стоп 110 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть разрезано с использованием известного режущего устройства и известного процесса разрезания, такого как ультразвуковое режущее устройство и процесс ультразвукового разрезания, режущее устройство для разрезания ткани и процесс разрезания ткани, режущее лазерное устройство и процесс лазерного разрезания или другое подходящее режущее устройство и процесс разрезания.
Множество стоп 110 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть затем собрано, например начиная с наиболее широкой стопы и заканчивая последней стопой поверх одного или большего количества элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 4В, 5-7) для формирования конфигурации 74 (см. фиг. 4В, 5-7) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В, 5-7).
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает этап 156 позиционирования элемента заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 3, 4В, 5-7), например в необходимом месте 120 (см. фиг. 5) на первой части 108а (см. фиг. 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5), в необходимом месте 124 (см. фиг. 6) на второй части 108b (см. фиг. 6) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 6) и/или в необходимом месте 126 (см. фиг. 7) на второй части 108b (см. фиг. 7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 7). Предпочтительно необходимое место 120 (см. фиг. 5) представляет собой центральное место 120а или по существу центральное местом (см. фиг. 5) на первой части 108а (см. фиг. 5). Однако, также могут быть использованы другие подходящие места. Предпочтительно необходимое место 124 и необходимое место 126 также представляют собой центральные места или по существу центральные места. Предпочтительно один или большее количество элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг.3, 4В, 5-7) позиционированы в верхней части, такой как половина верхней части или одна треть верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 4В, 5-7).
Способ 150 может дополнительно включать, перед этапом 156 позиционирования элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 5) в необходимом месте 120 (см. фиг. 5), этап формирования элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) из материала, содержащего множество однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), однонаправленную ленту из волокна, пропитанную однонаправленную ленту, однонаправленный композитный жгут, однонаправленную ленту с прорезями, ленту из углепластика (CFRP), ткань из углепластика (CFRP), пропитанную ткань, сотканную ткань, содержащую сотканную ткань из углеродного волокна, рубленое волокно, их сочетание или другой подходящий композитный материал.
Способ 150 может дополнительно включать, перед этапом 156 позиционирования элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в необходимом месте 120 (см. фиг. 5), этап дополнительного формирования элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в геометрической форме 102 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Геометрическая форма 102 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может содержать одну из формы 102а треугольника (см. фиг. 4В, 5), формы 102b треугольника с криволинейными углами (см. фиг. 6), стреловидной формы 102с (см. фиг. 7), формы треугольника с удаленными углами (не показан), формы треугольника с одной или большим количеством криволинейных сторон (не показан), форма радиусного заполнителя (не показан), формы полукруга (не показан) или другой подходящей геометрической формы.
Способ 150 (см. фиг. 8) может дополнительно включать, перед этапом 156 позиционирования элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 5) в необходимом месте 120 (см. фиг. 5), этап изготовления элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3). В одном варианте реализации элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3) может быть изготовлен посредством известного процесса ориентирования по одной оси с использованием известного устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3). Известный процесс ориентирования по одной оси с использованием известного устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3) может быть использован для сборки необходимого количества однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), имеющих ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°), таких как в форме однонаправленного композитного жгута ленты с прорезями, например 1/8 дюймов в ширину (0,3175 см), и для их протягивания через нагретую головку необходимой формы. Процесс ориентирования по одной оси создает единый, непрерывный композитный профиль элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3), образованного из одноосно-ориентированных однонаправленных волокон 101а (см. фиг. 3). Элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3), который был ориентирован по одной оси, может быть использован для создания поверхности переносимого по воздуху приспособления для укладки слоев 110b, 110с, 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 3) поверх. В альтернативном варианте элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3) может быть изготовлен с использованием другого подходящего сопособа, например с использованием рубленого волокна и пресс-формы.
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает этап 158 укладки второй части 108b (см. фиг. 3, 4В, 5-7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3, 4В, 5-7) поверх элемента заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и первой части 108а (см. фиг. 3, 4В, 5-7) блока 108 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) уложенных с образованием стопы слоев для формирования слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Как показано на фиг. 5, элемент 100 заполнителя геометрической формы предпочтительно деформирует вторую часть 108b блока 108 уложенных с образованием стопы слоев таким образом, что слои 110b слоистого радиусного заполнителя второй части 108b изменяют направление и имеют компонент направления 116, содержащий горизонтальный компонент 118а и вертикальный компонент 118b.
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает необязательный этап 160 позиционирования одного или большего количества дополнительных элементов 100b (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7) заполнителя геометрической формы соответственно в необходимом месте 124 (см. фиг. 6) или необходимом месте 126 (см. фиг. 7) соответственно в дополнительной части 108с (см. фиг. 6) и/или дополнительной части 108d (см. фиг. 7) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5). Каждый из одного или большего количества дополнительных элементов 100b (см. фиг.6), 100с (см. фиг. 7) заполнителя геометрической формы может дополнительно деформировать соответственно одну или большее количество соответствующих дополнительных частей 108с (см. фиг. 6), 108d (см. фиг. 7), блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 6), уложенных с образованием стопы поверх соответствующего одного или большего количества дополнительных элементов 100b (см. фиг. 6), 100с (см. фиг. 7) заполнителя геометрической формы.
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает необязательный этап 162 позиционирования наконечника 104 (см. фиг. 5, 6) на верхней части 122 (см. фиг. 5, 6) блока 108 (см. фиг. 5, 6) уложенных с образованием стопы слоев, такой как, например, верхняя часть 122 (см. фиг. 5) второй части 108b (см. фиг. 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5) или верхняя часть 122 (см. фиг. 6) дополнительной части 108с (см. фиг. 6) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 6). Наконечник 104 (см. фиг. 5, 6) предпочтительно содержит множество однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), однонаправленную ленту из волокна, пропитанную однонаправленную ленту, однонаправленный композитный жгут, однонаправленную ленту с прорезями, ленту из углепластика (CFRP), ткань из углепластика (CFRP), пропитанную ткань, сотканную ткань, содержащую сотканную ткань из углеродного волокна, рубленого волокна, их сочетания или другого подходящего волоконного материала.
В одном варианте реализации наконечник 104 (см. фиг. 5, 6) может быть изготовлен посредством известного процесса ориентирования по одной оси с использованием известного устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3).
Известный процесс ориентирования по одной оси с использованием известного устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3) может быть использован для сборки необходимого количества однонаправленных волокон 101 (см. фиг. 3), имеющих ориентацию слоев, составляющую ноль градусов (0°), таких как в форме однонаправленного композитного жгута ленты с прорезями, например 1/8 дюйма в ширину (0,3175 см), и для их протягивания через нагретую головку необходимой формы. Процесс ориентирования по одной оси создает единый и непрерывный композитный профиль наконечника 104 (см. фиг. 5, 6), образованный из одноосно-ориентированных однонаправленных волокон 101а (см. фиг. 3). В альтернативном варианте наконечник 104 (см. фиг. 5, 6) может быть изготовлен с использованием другого подходящего способа, например с использованием рубленого волокна и пресс-формы.
Как только изготовлен наконечник 104 (см. фиг. 5, 6), он может быть расположен на верхней части 122 (см. фиг. 5, 6) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5, 6), такой как, например, верхняя часть 122 (см. фиг. 5) второй части 108b (см. фиг. 5) блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 5) или верхняя часть 122 (см. фиг. 6) дополнительной части 108с (см. фиг.6) блока 108 (см. фиг. 6) уложенных с образованием стопы слоев, в зависимости от того, насколько много элементов 100 заполнителя геометрической формы 100 (см. фиг. 5, 6) позиционированы в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 5, 6).
Как показано на фиг. 8, способ 150 дополнительно включает этап 164 сборки или установки слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 3, 4А - 4В) композитной конструкции 28 (см. фиг. 3, 4А). Этап 164 сборки слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может дополнительно включать сборку слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) с множеством покрывающих слоев 84а, 84b, 92а (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В).
Как показано на фиг. 8, способ 150 может дополнительно включать необязательный этап 166 отверждения слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) с множеством покрывающих слоев 84а, 84b, 92а (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к области 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4В), что приводит к ограничению расслоения или уменьшению расслоения 140 (см. фиг. 3) в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и покрывающие слои 84а, 84b, 92а (см. фиг.4В) композитной конструкции 28 (см. фиг.4В) предпочтительно отверждают вместе под действием подходящих тепла и давления. Композитная конструкция 28 может быть дополнительно собрана в композитный блок 26.
Этап 166 отверждения может дополнительно включать размещение сформированного слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) по всей длине головки, имеющий необходимый радиус и форму, и сжатие сформированного слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) для уплотнения слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). В альтернативном варианте не выполняют уплотнение сформированного слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в головке.
Отверждение может включать известный процесс отверждения, такой как процесс отверждения посредством автоклава, процесс отверждения посредством вакуумного гибкого резервуара, процесс отверждения посредством сочетания автоклава и вакуумного гибкого резервуара или другой подходящий процесс отверждения. Отверждение может предпочтительно происходить при повышенной температуре и давлении, что требуется на основании технических характеристик материала для эффективного отверждения слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и композитной конструкции 28 (см. фиг. 3, 4В) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 3, 4В). Во время отверждения композитный материал слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) отверждается и предпочтительно поддерживает форму области 72 радиусного заполнителя в композитной конструкции 28 и/или композитном блоке 26. Композитная конструкция 28 может быть собрана в композитный блок 26 и может быть соотверждена, например в автоклаве в результате процесса упаковки под давлением или другом подходящем устройстве или процессе, которые известны в области техники.
Еще в одном варианте реализации слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть отвержден перед сборкой или установкой в область 72 радиусного заполнителя (см. фиг. 4А) композитной конструкции 28 (см. фиг. 4А) и/или композитного блока 26 (см. фиг. 4В), а отвержденный слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть соединен посредством связующего или взаимно соединен посредством связующего в пределах области 72 радиусного заполнителя отвержденной или неотвержденной композитной конструкции 28 и/или композитного блока 26 через адгезивное соединение посредством связующего, соотверждение, вторичное соединение посредством связующего или другое известное соединение посредством связующего или процесс взаимного соединения посредством связующего. Процесс соединения посредством связующего может происходить при повышенной температуре и давлении, что требуется на основании технических характеристик материала для эффективного соединения посредством связующего или взаимного соединения посредством связующего отвержденного слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в пределах области 72 радиусного заполнителя отвержденной или неотвержденной композитной конструкции 28 и/или композитного блока 26. Например, композитная конструкция 28 (см. фиг. 4В), содержащая слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 4В) и покрывающие слои 84а, 84b, 92а (см. фиг. 4В), может быть отверждена отдельно, а затем она может быть соединена посредством связующего с полностью отвержденной панелью 96 обшивки (см. фиг. 4В) для формирования композитного блока 26 (см. фиг. 4В), подходящего для использования, например, в крыльях 18 (см. фиг. 1) воздушного судна 10 (см. фиг. 1).
Как будет очевидно специалистам в области техники, включение слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7), такого как в форме слоистого композитного радиусного заполнителя 70а (см. фиг. 3, 4В, 5), слоистого композитного радиусного заполнителя 70b (см. фиг. 6) или слоистого композитного радиусного заполнителя 70с (см. фиг. 7), сформированного посредством вариантов реализации раскрытого способа 150 (см. фиг. 8), в композитные конструкции 28 (см. фиг. 1, 4А), например крылья 18 (см. фиг. 1) воздушного судна 10 (см. фиг. 1), приводит к определенному количеству существенных преимуществ. Раскрытые варианты реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и способ 150 (см. фиг. 8) используют один или большее количество элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) для минимизации разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3). Это может быть минимизировано путем изменения направления слоев 110b (см. фиг. 5), 110с (см. фиг. 6) и/или 110d (см. фиг. 7) слоистого радиусного заполнителя соответствующей второй части 108b (см. фиг. 5), дополнительной части 108с (см. фиг. 6) и дополнительной части 108d (см. фиг. 7) таким образом, что они имеют компонент направления 116 (см. фиг. 3), содержащий горизонтальный компонент 118а (см. фиг. 3) и вертикальный компонент 118b (см. фиг. 3). Улучшенная минимизация разницы в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) и напряжении 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) может быть оптимизирована путем изменения размера и формы каждого элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и места каждого элемента 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7).
Кроме того, раскрытые варианты реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и способа 150 (см. фиг. 8) обеспечивают решение по отношению к возникновению расслаивания во время отверждения и этапов циклического температурного воздействия при производстве конкретных существующих слоистых композитных радиусных заполнителей, например конкретных слоистых композитных радиусных заполнителей в стрингерах воздушного судна, с одновременным продолжением обеспечения возможности использования слоистых композитных радиусных заполнителей, которые могут иметь преимущества в различных применениях по сравнению с другими типами радиусных заполнителей. Использование одного или большего количества элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может ограничить или уменьшить расслаивание в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг.3, 4В, 5-7). Такое расслаивание может происходить в результате тепловых напряжений, которые возникают во время отверждения и этапов циклического температурного воздействия при производстве. Улучшенная конструкция может уменьшить напряжение 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). В свою очередь, уменьшение остаточного напряжения 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) может также улучшить сопротивление оттягиванию или стойкость слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Путем уменьшения остаточного напряжения 138 при межслойном растяжении (см. фиг. 3) в слоистом композитном радиусном заполнителе 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7), этот слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) может быть выполнен с возможностью лучшего управления нагрузками, передаваемыми на указанный слоистый композитный радиусный заполнитель 70 (см. фиг. 3, 4B, 5-7). Кроме того, слои 110b, 110с, 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 3), которые могут быть деформированы одним или большим количеством элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7), могут быть согнуты вне плоскости с оттягивающей нагрузкой и могут таким образом реагировать на оттягивающую нагрузку.
Кроме того, раскрытые варианты реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и способа 150 (см. фиг. 8) обеспечивают множество стоп 110 (см. фиг. 3) из слоев 110а, 110b, 110с, 110d (см. фиг. 3) слоистого радиусного заполнителя, которые могут быть выполнены с возможностью адаптирования для того, чтобы иметь любую необходимую ориентацию слоев в отличие от требования использовать только слои с ориентацией слоев, составляющую ноль градусов (0°). Кроме того, предпочтительно блок 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7), в которой обычно начинается расслоение или образование трещин, может быть деформирован или профилирован одним или большим количеством элементов 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3, 4В, 5-7) для сгибания для того, чтобы обеспечить наличие компонента направления, содержащего горизонтальное направление 118а (см. фиг. 5-7) и вертикальное направление 118b (см. фиг. 5-7), с тем, чтобы по существу соответствовать вертикальному направлению 118b (см. фиг. 4В) покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7). Путем изменения направления блока 108 уложенных с образованием стопы слоев (см. фиг. 3, 4В, 5-7) в верхней части слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) для более точного выравнивания с направлением покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7), может быть минимизирована разница в коэффициенте теплового расширения (СТЕ) 136 (см. фиг. 3) слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и покрывающих слоев 84а, 84b (см. фиг. 4В), расположенных вплотную к слоистому композитному радиусному заполнителю 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7).
Кроме того, раскрытые варианты реализации слоистого композитного радиусного заполнителя 70 (см. фиг. 3, 4В, 5-7) и способа 150 (см. фиг. 8) могут обеспечить элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3), который был ориентирован по одной оси посредством процесса ориентирования по одной оси с использованием устройства 130 для ориентирования по одной оси (см. фиг. 3) и который образован из одноосноориентированных однонаправленных волокон 101а (см. фиг. 3). Такой элемент 100 заполнителя геометрической формы (см. фиг. 3) предпочтительно имеет геометрическую форму 102 (см. фиг. 4В) в виде формы 102а треугольника (см. фиг. 4В) для создания поверхности переносимого по воздуху приспособления для укладки слоев 110b, 110с, 110d слоистого радиусного заполнителя (см. фиг. 3) поверх.
Многие модификации и другие варианты реализации настоящего изобретения будут очевидны специалисту в области техники, к которой относится данное изобретение, имеющее преимущества, представленные в приведенном выше описании и соответствующих чертежах. Варианты реализации, описанные в настоящей заявке, приведены в целях иллюстрации и не подразумевают ограничение или избыточность. Несмотря на применение в настоящей заявке конкретных терминов, эти термины использованы исключительно в общей и описательной форме, а не в целях ограничения.