[发明专利]具有球状物的由复合材料制成的纵梁

说明书

技术领域

本发明涉及具有T形、J形或I形形状的由复合材料(碳纤维或玻璃纤维，带有热固性或热塑性树脂)制成的纵梁，所述纵梁用于加强由复合材料制成且更具体地由在航空工业中使用的材料制成的面板。

背景技术

纵梁用于获得这样的面板，所述面板能够在该面板的平面上支承负载(尤其是压缩负载和剪切负载)而不必增加所述面板的厚度。这些纵梁给面板提供足够的刚性以在不显著增加结构重量的情况下支承负载。

当纵梁由复合材料制成时，所述纵梁最常用的形状通常是T形、C形、Ω形、I形、J形和U形。

为了制造T形纵梁(见图1)，首先制成平面层叠件，然后使所述层叠件成形以获得L形轮廓。在将L形轮廓粘合到一起之后，获得T形构造。另一种可能性(见图2)是使层叠件成形以获得C形轮廓。通过将两个C形轮廓粘合到一起并将其切割成两半来获得T形构造。

在这些由平面层叠件制成的纵梁中，无法增加离脚部最远的区域(提供较大的惯性)的材料的刚性(弹性模量，E)来提供更大的刚性(EI)，由于腹板稳定性问题导致也无法无限地增加纵梁的高度。因此，增加抗挠刚度(EI)的唯一途径是增加纵梁的厚度(因而增加了重量)。

此外，在这些通过将两个轮廓粘合到一起制成的纵梁中，腹板的头部非常易损坏，这是因为可能会发生脱层，从而使两个L形轮廓(或两个C形轮廓)分离。

存在其它制造T形纵梁的方法(见图3)，其中，解决了易于损坏的问题，该方法包括步骤：将层叠件形成为两半来获得T形，而不必将L型轮廓粘合到一起。然而，所述方法并没有设法解决在不增加整个纵梁厚度的情况下增加在最远离脚部的区域中的材料的刚性(弹性模量，E)的缺点。

没有解决的另一问题如下：考虑到可修性，纵梁的脚部必须足够宽，使得在没有显著增加惯性的情况下增加所述纵梁的重量。

I形纵梁(见图4)是更有效的，但所述纵梁的制造工艺复杂。必须将两个C形纵梁粘合到一起并在脚部和头部处以0°用条带加强以防止剥离，这使得纵梁的制造进一步复杂化，此外，对I形纵梁的边缘的损坏的耐受性问题以及增加脚部厚度以增加纵梁刚性的问题没有被解决。

如同T形纵梁的情况，存在不必粘合C形轮廓的制造I形纵梁的方法(通过弯曲/成形进行制造的方法)(见图5)，但是也没有解决在不增加纵梁厚度的情况下增加离脚部最远的区域中的抗挠刚度(EI)的问题。

Ω形纵梁提供足够的抗扭刚度，但是Ω形纵梁的组装复杂。因为需要用于Ω形纵梁的制造的工具，所以Ω形纵梁增加了设备成本，并且对内部区域可检测性和可修性增加了另外的问题。

J形纵梁(见图6)没有I形纵梁有效，此外，J形纵梁的制造工艺更复杂。

必须指出，在所提及的纵梁中的一些纵梁的制造工艺中，通常在腹板和凸缘连接区域中添加粗纱(roving)(0°单向扭曲的丝束)。该粗纱没有结构负担，粗纱的目的只是填充在产生于这些部分中的间隙中，从而防止产生树脂集流点。也有这样的获得T形纵梁的方法，其中，在不增加整个纵梁的厚度的情况下解决了增加离脚部最远的区域中的材料的刚性(弹性模量，E)的缺点。这些方法包括在L形轮廓之间引入多个由复合材料制成的层片(见图7)。

在不增加纵梁的脚部厚度的情况下，利用这些方法可以增加纵梁腹板的弹性模量，但是没有解决易于损坏的问题；事实上情况更糟，因为这种构造易于脱层的区域具有两个接合处，使得发生脱层的可能性增加。

发明内容

本发明提出了一种由复合材料(具有热固性或热塑性树脂的碳纤维或玻璃纤维)制成的纵梁，用于加强由复合材料制成的面板，所述纵梁由与面板连接的脚部和结构构件或腹板形成，所述结构构件或腹板在与脚部相对的端部上和材料的层片之间包括结构加强件，所述结构加强件由与纵梁相同的材料或者与纵梁相容的材料的高模量单向纤维形成。

对于本发明，纵梁必需被理解为指任何纵向件的飞机部件，例如，条杆或加强件。

所述结构加强件包括高模量层叠件或者包封、插入或夹置在已经形成的纵梁边缘中的结构构件，以最佳化或提供更大的抵抗性或加强能力。

纵梁尤其可具有T形、J形和I形形状，并且在所有这些情况下，结构构件的端部具有球状物形状，且复合材料的层片包围加强件。这个球状物提供了具有比传统的纵梁更大的刚性且更抗破坏的纵梁，并实现了重量减小。

本发明还提供了一种制造具有上述特征的带有球状物的纵梁的方法，所述方法包括下列步骤：

a)提供由复合材料制成的平面层叠件，所述层叠件由碳纤维或玻璃纤维的层片形成且具有热固性或热塑性树脂；