復合材料加筋板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本技術領域總體上涉及復合面板，具體而言，涉及飛機的復合材料加筋板。
【背景技術】
[0002]大型復合材料加筋板目前用于新型商用飛機。這些面板包括與復合腹板和復合蒙皮共膠接(co-bonded)的加筋件。
[0003]共膠接提供了優于將加筋件固定在腹板和蒙皮的優勢。共膠接可減少或消除固定操作(例如，打孔和安裝緊固件)，因此可減少復雜性、重量、材料成本、加工成本、庫存和制造加工時間。
[0004]但是，共膠接可產生諸如板層褶皺、粘合袋囊、樹脂囊等不良影響。這些影響主要形成在加筋件邊緣。
[0005]因此需要一種包括與腹板和蒙皮共膠接的加筋件的復合面板，以避免產生上述不良影響。
【發明內容】
[0006]根據本發明的一種配置，一種加筋板(stiffened plane)，包括復合面板和加筋件，所述加筋件包括位于所述復合面板上的基體法蘭。所述基體法蘭朝向所述面板呈錐形。該加筋板進一步包括僅位于所述復合面板和所述基體法蘭的錐面上的復合外包裝層。
[0007]根據本發明的另一種配置，一種方法包括:將加筋件和外包裝層放置在未固化的復合面板上。所述加筋件包括錐形基體法蘭。所述外包裝層僅位于所述錐形基體法蘭的錐面以及所述復合面板的鄰接部上。
[0008]根據本發明的另一種配置，一種具有主承重方向的飛機組件，包括復合材料蒙皮以及用于該蒙皮的加筋底層結構。所述加筋底層結構包括朝主承重方向呈錐形的基體法蘭。所述飛機組件進一步包括多個外包裝層。每個外包裝層從相應基體法蘭的錐面開始并延伸至所述蒙皮。
[0009]根據本發明的另一種配置，一種飛機包括多個加筋板。每個加筋板包括復合面板和多個加筋件，所述加筋件包括位于所述復合面板上的基體法蘭。所述基體法蘭朝所述面板方向呈錐形且終止于不超過0.050英寸的高度。每個加筋板進一步包括多個外包裝層。每個外包裝層僅將錐面和所述復合面板的鄰接部接合。所述外包裝層與所述面板共膠接。
[0010]根據本發明的一個方面，提供一種加筋板，包括復合面板；包括位于所述復合面板上的基體法蘭的加筋件，所述基體法蘭朝所述面板呈錐形；以及僅位于所述復合面板和所述基體法蘭的錐面上的復合外包裝層。
[0011]有利地，所述外包裝層與所述基體法蘭共膠接，并與所述復合面板共固化。可替換地，所述外包裝層、基體法蘭和復合面板共固化。可替換地，所述外包裝層與所述加筋件共固化，且所述共固化的加筋件和外包裝層與所述復合面板共膠接。
[0012]有利地，所述基體法蘭的第一側和第二側呈錐形，且其中第一外包裝層位于所述復合面板和第一側的錐面上，且第二外包裝層位于所述復合面板和第二側的錐面上。
[0013]有利地，所述基體法蘭的一端呈錐形；其中錐角小于45° ;其中所述基體法蘭錐化為刀刃形；其中錐度(taper)為直的。可替換地，所述基體法蘭錐化至不超過0.050英寸的高度。可替換地，所述錐度具有曲率。可替換地，所述錐度為復合的。
[0014]有利地，所述復合面板具有鄰近于所述錐化基體法蘭的鋪層褶皺，且其中所述外包裝層在該鋪層褶皺上延伸。
[0015]有利地，所述加筋件是具有I形、帽形、J形和T形橫截面中的一種的橫梁；其中所述加筋件由復合材料制成；其中所述復合面板是飛機蒙皮和飛機腹板中的一種；其中所述加筋件是翼梁、翼肋和桁條中的一種。可替換地，所述復合面板是飛機機翼的蒙皮。
[0016]根據本發明的另一方面，提供了一種方法，包括在未固化的復合面板上放置加筋件和外包裝層，所述加筋件包括錐形基體法蘭，其中所述外包裝層僅位于所述基體法蘭的錐面和所述復合面板的鄰接部上。
[0017]有利地，將所述基體法蘭共膠接到所述面板和所述外包裝層上，并將所述外包裝層和所述面板共同固化。
[0018]有利地，所述加筋件由纖維增強復合材料制成，該復合材料經固化和加工以制作所述錐形基體法蘭，所述固化和加工應在將所述加筋件置于面板上之前執行。
[0019]有利地，制作所述加筋件包括形成具有錐形基體法蘭的復合板層疊層；并固化該板層疊層。
[0020]有利地，將所述加筋件置于所述面板上包括:將復合板層疊層置于所述未固化的面板上，該板層疊層具有錐形基體法蘭；其中放置所述外包裝層包括將未固化的板層置于所述基體法蘭的錐面上；且其中所述方法進一步包括將所述面板、加筋件和外包裝層進行共同固化。
[0021 ] 有利地，所述面板為飛機蒙皮。
[0022]根據本發明的另一方面，提供了一種具有主承重方向的飛機組件，所述組件包括復合蒙皮；該蒙皮的加筋底層結構，所述加筋底層結構包括沿主承重方向錐化的基體法蘭；以及多個外包裝層，每個外包裝層從相應基體法蘭的錐面開始并延伸至所述蒙皮。
[0023]有利地，所述蒙皮為機翼蒙皮；且其中所述加筋底層結構包括翼梁、翼肋和桁條中的至少一種。
[0024]根據本發明的另一方面，提供了一種飛機，包括多個加筋板，每個加筋板包括復合面板；多個加筋件，包括位于所述復合面板上的基體法蘭，所述基體法蘭朝所述面板呈錐形，且終止于不超過0.050英寸的高度；以及多個外包裝層，每個外包裝層僅接合錐面和所述復合面板的鄰接部；其中所述外包裝層和所述面板共同固化。
[0025]這些特征和功能可在不同配置中獨立實現或在其他配置中進行組合。這些配置的進一步詳情可參考以下說明和附圖加以了解。
【附圖說明】
[0026]圖1是包括復合面板、加筋件和外包裝層的加筋板的示意圖。
[0027]圖2是橋接面板和圖1中的加筋件的基體法蘭的外包裝層的示意圖。
[0028]圖3A至圖3C是飛機加筋件的不同橫截面的示意圖。
[0029]圖4A至圖4F是加筋件基體法蘭的不同錐度和邊緣的示意圖。
[0030]圖5A至圖5C制造加筋板的方法的示意圖。
[0031]圖6是飛機的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]參考圖1，其示出了加筋板110。該加筋板110包括由復合材料制成的面板120。在一些配置中，該復合材料可以是纖維增強塑料。復合面板120可以是平坦的或者具有曲率。用于飛機的復合面板120的示例包括但不限于蒙皮和腹板。蒙皮的示例包括但不限于飛機機翼蒙皮。飛機蒙皮通常具有流線型表面，但飛機腹板則沒有。
[0033]加筋板110進一步包括用于加強復合面板120的加筋件130。加筋件130不限定于任何特定的幾何圖形。在一些配置中，加筋件130可為橫梁。飛機的加筋件130的示例包括但不限于桁條、翼梁、主翼梁和翼弦。
[0034]單個加筋件130在圖1示出。該加筋件130包括位于復合面板120上的基體法蘭(base flange) 132。在一些配置中，基體法蘭132可由復合材料制成，例如纖維增強塑料。在其它配置中，基體法蘭132可由金屬制成。加筋件可具有其他元件，例如腹板131和蓋帽法蘭134。其他元件131和134可由金屬或復合材料(例如，纖維增強塑料)制成。
[0035]基體法蘭132呈錐形，即，基體法蘭132的至少一側或一端朝向所述復合面板120呈錐形。該錐角小于45°。圖1示出了基體法蘭132的兩側橫向錐化。參見圖1所示的x-y-z坐標系。X軸對應于加筋件130的縱向，y軸對應于橫向，z軸對應于法線方向。該橫向錐形位于y-ζ平面中。
[0036]基體法蘭132的端部可沿縱向錐化