[发明专利]可机制复合材料

说明书

技术领域

本发明总体地涉及模制复合材料。更特别地，本发明涉及适于结构性应用的模制复合材料，可以精确地机制从而将各个部件精确地装备到一起或者其提供其他优势。

背景技术

复合材料典型地包括纤维和树脂基体作为两个主要成分。复合材料典型地具有相当高的强度重量比。因此，复合材料使用在严酷的环境中，诸如太空领域，其中高强度和相对轻重量的复合部件是尤其重要的。

热固性或热塑性复合材料的压缩模制通常用于生产将主要结构连接到一起的部件。例如，模制复合材料已经能够用于装配件、节点板、夹具、夹板和加强肋，将飞机的主要结构部件连接到一起。模制复合材料必须与各种结构精确地配合，诸如机身部件、机翼蒙皮、框架、加强筋和飞机梁翼，将它们都连接到一起。

金属部件过去已经用于将飞机结构连接到一起。使用金属连接件的优势在于，它们可以机制从而精确地匹配配合部件的几何结构并且满足正确组装所需的公差。在许多情况下，相同的结构组件重复多次，但是每种情况具有独特的几何结构，因为机翼和机身的空气动力形状。机身和机翼横截面不是固定的。例如，机翼从机翼根部（接近机身）到机翼末梢逐渐变细。机身横截面朝向飞机的机头和机尾减小。机身和机翼的蒙皮加固结构采用规则间隔的外周框架和规则间隔的纵向加强件的组件制成。用于将框架和桁条固紧到蒙皮的连接件的几何结构从一个位置到下一个位置进行稍微的改变，因为机翼或机身蒙皮的横截面不是固定不变的。为每个特定连接件在给定位置制造不同的模具需要花费很高的成本。希望模制单一部件，然后可以机制从而形成许多不同的部件，在部件的几何结构中具有所需的变化。单个模具可用于生产具有稍微不同的几何结构的多个部件。例如适应机身蒙皮从一个框架位置到下一个的轻微几何结构变化，代替当前的做法，即，局限于每个模具生产单一的部件几何结构。

非常难于制造具有与可以采用机制金属部件获得的公差同样紧的公差的模制复合部件。另外，模制复合部件不能重新模制从而满足由于组装过程中的变化而产生的尺寸的变化。因此，典型地使用垫片来校正尺寸上的无法配合，当模制复合部件用于将结构连接到一起时会产生这种无法配合的现象。

难以在不产生结构损坏的同时机制复合部件。纤维趋向于断裂，并且会产生分层，极大地降低了部件的强度。包含单向（UD）纤维的复合部件通常使用在许多结构部件中。包含UD纤维的复合部件尤其难于机制，同时不会不利地影响该部件的强度。因此，这种结构复合部件的机制已经被避免。

理想地，提供可以应用于结构性应用的复合部件，并且能够机制为精确地初始尺寸。另外，结构性复合部件的尺寸应当顺从之后时间的改变，如果需要，确保正确地装配部件，不需要使用垫片调整。

发明内容

根据本发明，设置复合材料，能够采用与金属相同的方式机制，从而制造具有精确尺寸的复合部件。复合材料可以机制为初始制造过程的一部分从而提供具有精确表面尺寸的复合部件。该复合部件也可以进一步机制从而满足可能在组装过程期间产生的尺寸变化或者由于延迟的设计变化影响该部件的尺寸而必要进行的尺寸变化。

根据本发明的复合材料设计成机制为提供具有至少一个机制表面的复合部件。该复合材料包括由纤维和树脂基体制成的纤维状结构。作为本发明的一个特征，可机制层定位在所述纤维状结构的至少一个表面上。所述可机制层包括随机的非连续的纤维复合物。所述可机制层的一部分被移除从而形成具有所需最终机制表面的复合部件。该可机制层形成为足够厚，从而允许在不穿透所述纤维状结构的情况下机制所述可机制层。

作为本发明的另一特征，所述复合材料机制为形成具有至少一个机制尺寸的复合部件。在这些情况下，所述纤维状结构具有至少两个表面，其中所述两个表面通过一距离或尺寸分离开。所述可机制层位于所述两个表面的至少一个上，从而增加或减小所述纤维状结构的初始尺寸，从而形成预机制尺寸。所述可机制层形成为足够厚，使得纤维状支撑表面的尺寸与所述预机制尺寸之间的差大于所述纤维状支撑表面的尺寸与所需机制尺寸之间的差。另外，纤维状支撑表面的尺寸与所述预机制尺寸之间的差大于零。这确保所述纤维状支撑件在机制所述复合材料以形成复合部件期间没有被穿透。

根据本发明的纤维状结构和可机制层的组合形成的结构性部件具有有益的复合材料的高强度与重量比，同时，使得该部件适于采用与金属部件相同的方式机制为精确尺寸。这些有益特征使得该部件非常适于使用在飞行器主结构中以及其他结构性应用中。已发现可机制层可以形成在纤维状结构的表面上并且被机制，而不会不利地影响所得到部件的强度。