本公開的領(lǐng)域總體上涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及有助于限制復(fù)合結(jié)構(gòu)分層的用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的填料。

背景技術(shù)：

尤其在航空應(yīng)用中的整體加強復(fù)合結(jié)構(gòu)破裂常常是在位于復(fù)合結(jié)構(gòu)的蒙皮和整體加強元件之間的界面處的半徑填料(即，填條(noodle))中開始的。至少一些已知半徑填料至少部分由一定量的樹脂形成。樹脂中的裂縫會由于不正確加工、不正確操縱工具和/或殘余拉伸應(yīng)變而在制造復(fù)合結(jié)構(gòu)期間形成。例如，由于在半徑填料中形成超過樹脂臨界破裂應(yīng)變的應(yīng)變環(huán)境的熱膨脹系數(shù)之間的不匹配，導(dǎo)致會形成復(fù)合結(jié)構(gòu)中的殘余拉伸應(yīng)變。環(huán)繞半徑填料的結(jié)構(gòu)的幾何形狀對在樹脂被固化和硬化之后樹脂冷卻時的收縮形成三維限制。

示例性的半徑填料包括(但不限于)預(yù)浸漬(即，預(yù)浸料)復(fù)合材料(例如，分層帶和/或成卷預(yù)浸料復(fù)合材料)和/或純樹脂。在至少一些已知的復(fù)合結(jié)構(gòu)中，半徑填料中的裂縫蔓延可造成相鄰層合接頭中的層片分層。更具體地，半徑填料中的裂縫蔓延會引起層合接頭的劣化。雖然限制半徑填料中形成裂縫將確保層合接頭的完整性，但通常難以(如果并非不可能)完全防止裂縫形成。此外，當復(fù)合結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為格外大的尺寸時，限制半徑填料中的裂縫形成的難度增加。如此，需要確保半徑填料中的裂縫不引起層合接頭劣化的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括：多個組件，其被聯(lián)接在一起形成接頭，其中，所述多個組件被定向成使得在其間至少部分限定間隙。填料結(jié)構(gòu)位于所述間隙中，并且所述填料結(jié)構(gòu)包括閉室泡沫芯(closed cell foam core)。

在另一個方面，本發(fā)明提供了一種形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括：將多個 組件聯(lián)接在一起形成接頭，其中，所述多個組件被定向成在其間形成半徑間隙。所述方法還包括：形成包括閉室泡沫芯的填料結(jié)構(gòu)；將所述填料結(jié)構(gòu)定位在所述半徑間隙中；以及向所述多個組件和所述填料結(jié)構(gòu)施加熱或壓力中的至少一者。

已經(jīng)討論過的特征、功能和優(yōu)點可獨立地在本公開的各種實現(xiàn)方式中實現(xiàn)或者可在其它實現(xiàn)方式中進行組合，可參照下面的描述和附圖明白這些實施方式的其它細節(jié)。

附圖說明

圖1是示例性飛行器制造和維修方法的流程圖。

圖2是示例性飛行器的框圖。

圖3是可用于圖2中示出的飛行器中的示例性復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是圖3中示出的復(fù)合結(jié)構(gòu)沿著區(qū)域A截取的放大示意圖。

圖5是圖4中示出的閉室泡沫芯的放大示意圖。

圖6是示出制造可用在圖3中示出的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的閉室泡沫芯的處理步驟的示例性順序的示意性流程圖。

圖7是示出制造圖6中示出的閉室泡沫芯的處理步驟的替代順序的示意性流程圖。

圖8是形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的示例性方法的流程圖。

具體實施方式

本文中描述的實現(xiàn)方式涉及包括半徑填料結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該半徑填料結(jié)構(gòu)有助于限制復(fù)合結(jié)構(gòu)中的半徑間隙(即，填條區(qū)域)中的分層。在示例性實現(xiàn)方式中，填料結(jié)構(gòu)包括閉室泡沫芯。閉室泡沫芯包括多個芯室(core cell)，芯室包括側(cè)壁和由側(cè)壁限定的空隙空間。閉室泡沫芯由通過使側(cè)壁能夠響應(yīng)于靜水拉力而塑性屈服來吸收應(yīng)變能的材料形成。具體地，填料結(jié)構(gòu)位于復(fù)合結(jié)構(gòu)的半徑間隙中，且閉室泡沫芯具有被選擇用于確保復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性在其制造期間被基本上保持的物理性質(zhì)。如此，本文中描述的填料結(jié)構(gòu)不包括樹脂，使得樹脂中的裂縫蔓延不會引起層合接頭的劣化。

參照附圖，可在飛行器制造和維修方法100(圖1中示出)的背景下借助飛行器102(圖2中示出)描述本公開的實現(xiàn)方式。在預(yù)制造期間，可在制造過程期間使用飛行器102的包括規(guī)格和設(shè)計104的數(shù)據(jù)并且可預(yù)固化106與機身關(guān)聯(lián)的其它材料。 在制造期間，發(fā)生飛行器102的組件和子組件制造108和系統(tǒng)整合110，之后飛行器102進入其認證和交付過程112。在成功妥善處理和完成機身認證時，飛行器102可入役114。當由顧客進行入役時，安排飛行器102進行周期性、常規(guī)和定期的維護和維修116，包括例如任何改裝、重構(gòu)、和/或翻新。在替代實現(xiàn)方式中，制造和維修方法100可借助除了飛行器外的車輛實現(xiàn)。

可由系統(tǒng)整合商、第三方、和/或運營商(例如，顧客)執(zhí)行或完成與飛行器制造和/或維修100關(guān)聯(lián)的各部分和過程。出于進行此描述的目的，系統(tǒng)整合商可包括(而不限于)任何數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括(而不限于)任何數(shù)量的供貨商、分包商和供應(yīng)商；運營商可以是航空公司、租賃公司、軍事單位、服務(wù)組織等。

如圖2中所示，通過方法100生產(chǎn)的飛行器102可包括帶有多個系統(tǒng)120和內(nèi)部122的機身118。高級系統(tǒng)120的示例包括推進系統(tǒng)124、電氣系統(tǒng)126、液壓系統(tǒng)128和/或環(huán)境系統(tǒng)130中的一個或多個?？砂ㄈ魏螖?shù)量的其它系統(tǒng)。

可在方法100的任一個或多個階段期間采用本文中實施的設(shè)備和方法。例如，可按與飛行器102在入役時生產(chǎn)組件或子組件類似的方式構(gòu)造或制造對應(yīng)于組件制造過程108的組件或子組件。另外，例如，通過相當大程度地加速完成組裝飛行器102和/或降低飛行器102的組裝成本，可在制造階段108和110期間利用一個或多個設(shè)備實施方式、方法實施方式或其組合。類似地，例如，在定期的維護和維修116期間，可在維修或保養(yǎng)飛行器102的同時利用一個或多個設(shè)備實施方式、方法實施方式或其組合。

如本文中使用的，術(shù)語“飛行器”可包括(但不限于只包括)飛機、無人駕駛飛行器(UAV)、滑翔機、直升機和/或航空飛行的任何其它物體。另外，在替代實現(xiàn)方式中，本文中描述的飛行器制造和維修方法可用于任何制造和/或維修操作。

圖3是可用于飛行器102(圖2中示出)的示例性復(fù)合結(jié)構(gòu)200的示意圖，圖4是沿著區(qū)域A截取的復(fù)合結(jié)構(gòu)200的放大示意圖。在示例性實現(xiàn)方式中，復(fù)合結(jié)構(gòu)200包括聯(lián)接在一起形成T型接頭206的多個組件204。組件204包括蒙皮面板208、聯(lián)接到蒙皮面板208的支持板210、聯(lián)接到支持板210的第一加強件212、聯(lián)接到支持板210的第二加強件214。組件204被定向成使得在支持板210與第一加強件212和第二加強件214之間限定半徑間隙216。更具體地，半徑間隙216沿著復(fù)合結(jié)構(gòu)200 的長度L延伸并且至少部分由第一加強件212和第二加強件214相對互補的彎曲部分218限定。在替代實現(xiàn)方式中，第一加強件212和第二加強件214可直接連接到蒙皮面板208。此外，另選地，組件204可具有任何構(gòu)造，使得接頭限定其間的半徑間隙。

復(fù)合結(jié)構(gòu)200還包括位于半徑間隙216中的填料結(jié)構(gòu)220。參照圖4，填料結(jié)構(gòu)220包括含有多個芯室224的閉室泡沫芯222。各芯室224包括側(cè)壁226和由側(cè)壁226限定并且基本上被空氣填充的空隙空間228。如此，填料結(jié)構(gòu)220不包括一定量的樹脂。此外，如以下更詳細描述的，閉室泡沫芯222由使得側(cè)壁226響應(yīng)于施加到復(fù)合結(jié)構(gòu)200及由其施加的靜水拉力230而塑性屈服的材料構(gòu)成。具體地，空隙空間228有助于使閉室泡沫芯222能夠吸收能量并且有助于限定閉室泡沫芯222內(nèi)的孔隙率。選擇閉室泡沫芯222的孔隙率，使得閉室泡沫芯222具有預(yù)定的能量吸收能力和體積壓縮硬度。例如，在示例性實現(xiàn)方式中，閉室泡沫芯222包括在限定在占閉室泡沫芯222的體積的約20％和約40％之間的范圍內(nèi)的孔隙率。

閉室泡沫芯222可由使復(fù)合結(jié)構(gòu)200如本文所描述地發(fā)揮作用的任何材料構(gòu)成。用于構(gòu)造閉室泡沫芯222的材料是基于該材料是否包括某些預(yù)定水平的物理性質(zhì)進行選擇的。示例性的物理性質(zhì)包括(但不限于)體積模量、表面能和熱膨脹系數(shù)。例如，選擇體積模量，以有助于當復(fù)合結(jié)構(gòu)200在制造期間暴露于升高的壓力時限制閉室泡沫芯222的變形，選擇表面能使得閉室泡沫芯222保持聯(lián)接到組件204，選擇熱膨脹系數(shù)使得當暴露于變化的環(huán)境狀況時基本上保持了閉室泡沫芯222的結(jié)構(gòu)完整性。在示例性實現(xiàn)方式中，閉室泡沫芯222由諸如紐約奧爾巴尼的邁圖高新材料集團(Momentive Performance Materials Holdings,Inc.of Albany,New York)制造的RTV566的硅基材料制成。

圖5是閉室泡沫芯222的放大示意圖。如以下更詳細描述的，向組件204施加熱或壓力中的至少一個，以有助于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)200(均在圖3中示出)?？傮w上，由于填料結(jié)構(gòu)220在從形成復(fù)合結(jié)構(gòu)200期間的升高溫度開始冷卻時不能收縮，導(dǎo)致進行靜水拉力230(圖4中示出)是靜水的。如此，側(cè)壁226在變窄區(qū)域227局部拉伸(即，不能夠收縮)，從而導(dǎo)致其屈服后塑性變形。更具體地，側(cè)壁226是相對薄的隔膜，使得拉伸側(cè)壁226不是靜水的。相反，閉室泡沫芯222由使側(cè)壁226能夠在變窄區(qū)域227局部屈服以有助于在其中的應(yīng)變能量吸收的材料制成。

圖6是示出制造閉室泡沫芯222的處理步驟的示例性順序232的示意性流程圖， 圖7是示出制造閉室泡沫芯222的處理步驟的替代順序234的示意性流程圖。在示例性實現(xiàn)方式中，通過將一定量的液化閉室泡沫材料(未示出)傾倒在模具236中來制造閉室泡沫芯222。模具236包括內(nèi)部腔體238，內(nèi)部腔體238接納所述一定量的閉室泡沫材料并且具有與閉室泡沫芯222的最終所需形狀基本上類似的形狀。然后，在第一處理步驟240中固化所述一定量的閉室泡沫材料，使得閉室泡沫芯222具有當其形成時與半徑間隙216基本上類似的橫截面形狀。此外，第一處理步驟240有助于在閉室泡沫芯222中形成空隙空間228。例如，第一處理步驟240有助于通過將起泡劑引入所述一定量的閉室泡沫材料或者通過借助縮聚來制造閉室泡沫芯222當中的至少一者來形成空隙空間228。示例性的起泡劑包括物理或化學(xué)起泡劑，諸如(但不限于)二氧化碳、戊烷和碳酸鹽材料。

參照圖7，通過將一定量的閉室泡沫材料傾倒在模具242中來制造閉室泡沫芯222。模具242包括內(nèi)部腔體244，內(nèi)部腔體244接納所述一定量的閉室泡沫材料并且具有與使順序234如本文所述地發(fā)揮作用的任何形狀。例如，在示例性實現(xiàn)方式中，內(nèi)部腔體244具有基本上矩形的橫截面形狀。然后，在第一處理步驟240中如上所述固化所述一定量的閉室泡沫材料，使得形成中間閉室泡沫芯246。在諸如切割、銑削或機加工的第二處理步驟248中，中間閉室泡沫芯246的尺寸減小。如此，實現(xiàn)第二處理步驟248，以將中間閉室泡沫芯246形成為具有與半徑間隙216基本上類似的橫截面形狀的閉室泡沫芯222。另選地，多個中間閉室泡沫芯246可在模具242中制成，被聯(lián)接在一起，并且隨后通過第二處理步驟248被減小尺寸，以形成閉室泡沫芯222。此外，另選地，各種形狀的多個閉室泡沫芯246可按預(yù)定定向制造并且被聯(lián)接在一起，以形成閉室泡沫芯222。

圖8是形成復(fù)合結(jié)構(gòu)(諸如，復(fù)合結(jié)構(gòu)200)的示例性方法300的流程圖。方法300包括將組件204聯(lián)接302在一起形成T型接頭206，其中，組件204被定向成在其間形成半徑間隙216。形成304包括閉室泡沫芯222的填料結(jié)構(gòu)220。方法300還包括將填料結(jié)構(gòu)220定位306在半徑間隙216中，并且向組件204和填料結(jié)構(gòu)220施加308熱或壓力中的至少一者。可借助真空袋裝處理施加熱和/或壓力，和/或可將復(fù)合結(jié)構(gòu)200放入壓熱器(未示出)中。

在一些實現(xiàn)方式中，形成304填料結(jié)構(gòu)220包括將一定量的閉室泡沫材料傾倒在具有與半徑間隙216的橫截面形狀基本上類似的橫截面形狀的模具236中，并且固化 模具236中的所述一定量的閉室泡沫材料。另選地，形成304包括將一定量的閉室泡沫材料傾倒在模具242中，固化模具242中的所述一定量的閉室泡沫材料以形成中間閉室泡沫芯246，并且成形中間閉室泡沫芯246使得填料結(jié)構(gòu)220具有與半徑間隙216的橫截面形狀基本上類似的橫截面形狀。成形中間閉室泡沫芯246包括切割、銑削或機加工中間閉室泡沫芯246中的至少一種加工。

形成304填料結(jié)構(gòu)220還包括：用閉室泡沫材料制造閉室泡沫芯222，閉室泡沫材料的體積模量有助于限制當施加308壓力時填料結(jié)構(gòu)220的變形；以及用硅基材料制造閉室泡沫芯222。在一個實現(xiàn)方式中，形成304填料結(jié)構(gòu)220包括：形成包括側(cè)壁226的閉室泡沫芯222，側(cè)壁226被構(gòu)造成響應(yīng)于靜水拉力230而塑性屈服；以及形成由側(cè)壁226限定的空隙空間228。空隙空間228基本上被空氣填充。

在一些實現(xiàn)方式中，形成304填料結(jié)構(gòu)220包括：形成閉室泡沫芯222，閉室泡沫芯222包括限定在占閉室泡沫芯的體積的約20％和約40％之間的范圍內(nèi)的孔隙率；以及形成304不包括一定量樹脂的填料結(jié)構(gòu)220。

在以下的條款1A-20B中提供根據(jù)本公開的主題的(可要求或可不要求保護的)例證性、非排他性示例。

1A.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括：

多個組件，所述多個組件聯(lián)接在一起形成接頭，其中，所述多個組件被定向成使得在其間至少部分限定間隙；

填料結(jié)構(gòu)，該填料結(jié)構(gòu)位于所述間隙中，所述填料結(jié)構(gòu)包括閉室泡沫芯。

2A.根據(jù)條款1A所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述閉室泡沫芯包括多個芯室，所述芯室包括被構(gòu)造成響應(yīng)于靜水拉力而塑性屈服的側(cè)壁。

3A.根據(jù)條款2A所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述多個芯室包括由所述側(cè)壁限定的空隙空間，所述空隙空間基本上被空氣填充。

4A.根據(jù)條款1A-3A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述閉室泡沫芯由硅基材料制成。

5A.根據(jù)條款1A-4A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述閉室泡沫芯包括被選擇成使得所述閉室泡沫芯具有預(yù)定的能量吸收能力的孔隙率。

6A.根據(jù)條款5A所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述孔隙率在限定于占所述閉室泡沫芯的體積的約20％和約40％之間的范圍內(nèi)。

7A.根據(jù)條款1A-3A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述填料結(jié)構(gòu)不包括一定量的樹脂。

8A.根據(jù)條款1A-7A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述填料結(jié)構(gòu)具有與所述間隙的橫截面形狀基本上類似的橫截面形狀。

9A.根據(jù)條款1A-8A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述多個組件聯(lián)接在一起，使得所述間隙沿著所述多個組件的長度延伸。

10A.根據(jù)條款1A-9A中的任一項所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述多個組件中的至少一個組件包括彎曲部分，使得在所述多個組件之間限定半徑間隙。

11B.一種形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：

將多個組件聯(lián)接在一起形成接頭，其中，所述多個組件被定向成使得在其間限定半徑間隙；

形成包括閉室泡沫芯的填料結(jié)構(gòu)；

將所述填料結(jié)構(gòu)定位在所述半徑間隙中；以及

向所述多個組件和所述填料結(jié)構(gòu)施加熱或壓力中的至少一者。

12B.根據(jù)條款11B所述的方法，其中，形成所述填料結(jié)構(gòu)的步驟包括：

將一定量的閉室泡沫材料傾倒在模具中，所述模具具有與所述半徑間隙的橫截面形狀基本上類似的橫截面形狀；

固化所述模具中的所述一定量的閉室泡沫材料。

13B.根據(jù)條款11B所述的方法，其中，形成所述填料結(jié)構(gòu)的步驟包括：

將一定量的閉室泡沫材料傾倒在模具中；

固化所述模具中的所述一定量的閉室泡沫材料，以形成中間閉室泡沫芯；以及

成形所述中間閉室泡沫芯，使得所述填料結(jié)構(gòu)具有與所述半徑間隙的橫截面形狀基本上類似的橫截面形狀。

14B.根據(jù)條款13B所述的方法，其中，成形所述中間閉室泡沫芯的步驟包括切割、銑削或機加工所述中間閉室泡沫芯中的至少一種加工。

15B.根據(jù)條款11B-14B中的任一項所述的方法，其中，形成填料結(jié)構(gòu)的步驟包括用閉室泡沫材料制造所述閉室泡沫芯，所述閉室泡沫材料具有有助于限制當被施加壓力時所述填料結(jié)構(gòu)變形的體積模量。

16B.根據(jù)條款11B-15B中的任一項所述的方法，其中，形成填料結(jié)構(gòu)的步驟包 括用硅基材料制造所述閉室泡沫芯。

17B.根據(jù)條款11B-16B中的任一項所述的方法，其中，形成填料結(jié)構(gòu)的步驟包括形成具有被構(gòu)造成響應(yīng)于靜水拉力而塑性屈服的側(cè)壁的所述閉室泡沫芯。

18B.根據(jù)條款17B所述的方法，其中，形成所述閉室泡沫芯的步驟包括形成由所述側(cè)壁限定的空隙空間，所述空隙空間基本上被空氣填充。

19B.根據(jù)條款11B-18B中的任一項所述的方法，其中，形成填料結(jié)構(gòu)的步驟包括形成具有在限定于占所述閉室泡沫芯的體積的約20％和約40％之間的范圍內(nèi)的孔隙率的所述閉室泡沫芯。

20B.根據(jù)條款11B-15B中的任一項所述的方法，其中，形成填料結(jié)構(gòu)的步驟包括形成不具有一定量的樹脂的所述填料結(jié)構(gòu)。

本文中描述的實現(xiàn)方式涉及填料結(jié)構(gòu)，該填料結(jié)構(gòu)有助于限制在復(fù)合結(jié)構(gòu)的填條區(qū)域中開始的所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的分層。該填料結(jié)構(gòu)由包括響應(yīng)于靜水拉力而塑性屈服的側(cè)壁的閉室泡沫芯制成。例如，當在制造所述復(fù)合結(jié)構(gòu)期間施加所述靜水拉力時，所述側(cè)壁屈服，但該填料結(jié)構(gòu)具有有助于限制閉室泡沫芯的變形并且在增加的壓力下保持所述復(fù)合結(jié)構(gòu)期望形狀的體積模量。此外，該填料結(jié)構(gòu)不包括一定量的樹脂，使得填條區(qū)域中的應(yīng)變被所述閉室泡沫芯吸收，并且使得消除了因樹脂中的裂縫蔓延造成分層。

本書面描述使用示例公開了各種實現(xiàn)方式(包括最佳模式)，還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`各種實現(xiàn)方式，包括制成和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何與之結(jié)合的方法。本公開的可專利范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果其它示例具有與權(quán)利要求書的書面語言沒有差異的結(jié)構(gòu)元件，或者如果其它示例包括與權(quán)利要求書的書面語言沒有實質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例旨在在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。