RU2795562C2 - 3d woven blanks for omega stiffeners - Google Patents
3d woven blanks for omega stiffeners Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795562C2 RU2795562C2 RU2020112765A RU2020112765A RU2795562C2 RU 2795562 C2 RU2795562 C2 RU 2795562C2 RU 2020112765 A RU2020112765 A RU 2020112765A RU 2020112765 A RU2020112765 A RU 2020112765A RU 2795562 C2 RU2795562 C2 RU 2795562C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- stiffener
- inner shell
- woven
- portions
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
1. Область техники1. Technical field
Данное патентное описание относится к трехмерным тканым заготовкам и способам их изготовления. В частности, тканую заготовку можно использовать в качестве элемента жесткости для по существу плоских панелей.This patent specification relates to three-dimensional woven blanks and methods for their manufacture. In particular, the woven blank can be used as a stiffener for substantially flat panels.
2. Уровень техники2. State of the art
В настоящее время широко распространены армированные композитные материалы для получения конструктивных компонентов, особенно в применениях, где желательными характеристиками являются легкий вес, прочность, жесткость, термостойкость, самонесущие качества и способность к формованию и приданию необходимой формы. Такие компоненты используют, например, в авиационной, аэрокосмической, спутниковой отраслях, в сфере развлечений (например, для спортивных катеров и автомобилей), а также для других применений.Reinforced composite materials are now widely used for structural components, especially in applications where light weight, strength, stiffness, heat resistance, self-supporting properties, and formability and shaping are desirable characteristics. Such components are used, for example, in the aviation, aerospace, satellite, entertainment (eg sports boats and automobiles) industries, and other applications.
Обычно такие компоненты состоят из армирующих материалов, внедренных в материалы матрицы. Армирующий компонент может быть изготовлен из таких материалов, как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэтилен и/или другие материалы, которые проявляют желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства, включая значительную стойкость в отношении отказов, вызванных нагрузкой. Благодаря использованию таких армирующих материалов, которые в итоге становятся составляющим элементом конечной детали, композитный компонент в целом приобретает желаемые характеристики армирующих материалов, например, очень высокую прочность. Входящие в состав армирующие материалы обычно могут быть ткаными, вязаными или иным способом доведенными до желаемых конфигураций и форм армирующих заготовок. Обычно особое внимание уделяют обеспечению оптимального использования свойств, из-за которых выбраны входящие в состав армирующие материалы. Обычно такие армирующие заготовки объединяют с материалом матрицы, чтобы сформировать желаемые конечные компоненты или получить производственные материалы для получения в конечном итоге готовых компонентов.Typically, such components consist of reinforcing materials embedded in matrix materials. The reinforcing component may be made from materials such as glass, carbon, ceramic, aramid, polyethylene, and/or other materials that exhibit the desired physical, thermal, chemical, and/or other properties, including significant resistance to stress-induced failure. Through the use of such reinforcing materials, which eventually become a constituent element of the final part, the composite component as a whole acquires the desired characteristics of reinforcing materials, for example, very high strength. Included reinforcing materials can usually be woven, knitted or otherwise brought to the desired configuration and shape of the reinforcing blanks. Usually, special attention is paid to ensuring optimal use of the properties due to which the reinforcing materials included in the composition are selected. Typically, such reinforcing blanks are combined with a matrix material to form the desired end components or to obtain manufacturing materials to form the final components.
После того, как сконструирована желаемая армирующая заготовка, можно нанести на заготовку или ввести в нее материал матрицы, так что обычно армирующая заготовка оказывается заключенной в материал матрицы, и материал матрицы заполняет пустоты между элементами, составляющими армирующую заготовку. Материал матрицы может представлять собой любой из широкого ассортимента материалов, таких как эпоксидная смола, полиэфир, бисмалеимид, винилэфир, керамика, углерод и/или другие материалы, которые также проявляют желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства. Материалы, выбранные для использования в качестве матрицы, могут быть, а могут и не быть такими же, как материал армирующей заготовки, и могут иметь, а могут и не иметь сопоставимые физические, химические, термические или другие свойства. Обычно, однако, они не будут одними и теми же материалами или материалами, имеющими сопоставимые физические, химические, термические или другие свойства, так как обычно целью применения композитов в первую очередь является достижение в конечном продукте комбинации характеристик, которой невозможно получить при использовании лишь одного из входящих в состав материалов. Объединенные таким образом армирующую заготовку и материал матрицы можно впоследствии отвердить и стабилизировать в ходе одной операции путем термоотверждения или другими известными способами, а затем подвергнуть другим операциям, направленным на получение желаемого компонента. Важно отметить, что после такого отверждения затвердевшие массы материала матрицы обычно сильно сцеплены с армирующим материалом (например, с армирующей заготовкой). В результате усилия, прилагаемые к конечному компоненту, могут быть эффективно перенесены на материал, входящий в состав армирующей заготовки, в частности, посредством материала матрицы, действующего как адгезив между волокнами, и именно материал, входящий в состав армирующей заготовки, выдерживает данные усилия.Once the desired reinforcement preform has been designed, a matrix material may be applied to or incorporated into the preform such that typically the reinforcement preform is enclosed in the matrix material and the matrix material fills the voids between the elements constituting the reinforcement preform. The matrix material can be any of a wide range of materials such as epoxy, polyester, bismaleimide, vinyl ester, ceramic, carbon and/or other materials that also exhibit the desired physical, thermal, chemical and/or other properties. The materials selected for use as a matrix may or may not be the same as the material of the reinforcement blank and may or may not have comparable physical, chemical, thermal or other properties. Usually, however, they will not be the same materials or materials having comparable physical, chemical, thermal, or other properties, since usually the purpose of using composites in the first place is to achieve in the final product a combination of characteristics that cannot be obtained using only one from the materials included. The reinforcing preform and matrix material thus combined can subsequently be cured and stabilized in one operation by thermosetting or other known methods, and then subjected to other operations aimed at obtaining the desired component. It is important to note that, after such curing, the hardened masses of matrix material are usually strongly bonded to the reinforcing material (eg, the reinforcing blank). As a result, the forces applied to the final component can be effectively transferred to the material constituting the reinforcement blank, in particular by means of the matrix material acting as an adhesive between the fibers, and it is the material constituting the reinforcement blank that withstands these forces.
Относительно плоские композитные панели находят применение во многих отраслях промышленности, включая авиационную, аэрокосмическую, автомобильную и общестроительные структуры. В некоторых случаях панели могут потребовать дополнительной жесткости, чтобы способствовать устранению повреждения или нежелательной деформации этих структур. Например, такая часть самолета, как фюзеляж, представляет собой структуру, которую обычно изготавливают из панелей, включающих внешнюю панель и внутреннюю панель, отделенные друг от друга и образующие канал между ними. Внутри фюзеляжа панели армированы с помощью армирующего каркаса или элементов жесткости, расположенных внутри канала между панелями. Армирующие элементы жесткости расположены вдоль внешней панели секций фюзеляжа и по существу перпендикулярны к продольной оси поверхности фюзеляжа. Элементы жесткости опираются на внутреннюю панель фюзеляжа, что уменьшает деформацию внешней панели фюзеляжа от приложенной извне силы.Relatively flat composite panels find use in many industries, including aviation, aerospace, automotive, and general building structures. In some cases, the panels may require additional stiffness to help eliminate damage or unwanted deformation of these structures. For example, the fuselage of an aircraft is a structure that is usually made of panels, including an outer panel and an inner panel separated from each other and forming a channel therebetween. Inside the fuselage, the panels are reinforced with a reinforcing frame or stiffeners located inside the channel between the panels. The reinforcing stiffeners are located along the outer panel of the fuselage sections and are substantially perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage surface. The stiffeners rest on the inner fuselage panel, which reduces the deformation of the outer fuselage panel from an externally applied force.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Способ формирования трехмерного (3D) тканого элемента жесткости включает тканье методом плоского плетения множества слоев из взаимно переплетающихся волокон основы и утка; взаимное переплетение участков некоторых из слоев с другими слоями, с получением плоскотканого материала, имеющего верхний участок, первый и второй участки перемычек (web portions), первый и второй участки основания и участок внутренней оболочки; и формирование этого плоскотканого материала с получением омегаобразного элемента жесткости, имеющего внутреннее пространство. По меньшей мере некоторые из волокон утка непрерывно проходят через место соединения участка перемычек с участками основания.A method for forming a three-dimensional (3D) woven stiffener includes weaving a plurality of layers of mutually interlacing warp and weft fibers by flat weaving; interlacing portions of some of the layers with other layers to form a flat weave having a top portion, first and second web portions, first and second base portions, and an inner shell portion; and forming the flat woven fabric into an omega-shaped stiffener having an internal space. At least some of the weft fibers continuously pass through the junction of the bridge section with the base sections.
В некоторых примерах воплощения внутреннее пространство элемента жесткости является замкнутым.In some embodiments, the internal space of the stiffener is closed.
В примере воплощения, имеющем замкнутое внутреннее пространство, взаимное переплетение участков некоторых слоев с другими слоями приводит к тому, что верхний участок имеет две верхние области, сложенные друг с другом, и участок внутренней оболочки имеет две области внутренней оболочки, сложенные друг с другом. Верхние области можно сложить таким образом, чтобы эти две верхние области по существу лежали на одной прямой, и две области внутренней оболочки можно развернуть таким образом, чтобы эти области внутренней оболочки лежали по существу на одной прямой.In an embodiment having a closed interior, the interweaving of sections of some layers with other layers results in the top section having two top areas stacked with each other and the inner shell section having two areas of the inner shell stacked with each other. The top regions can be folded so that the two top regions lie substantially on the same line, and the two inner shell regions can be unfolded so that these inner shell regions lie substantially on the same line.
В другом примере воплощения, имеющем замкнутое внутреннее пространство, взаимное переплетение участков некоторых из слоев с другими слоями приводит к тому, что первый участок перемычек и второй участок перемычек имеют соответственно две области перемычек, сложенные друг с другом. Первые области перемычек первого участка перемычек можно развернуть таким образом, чтобы первые области перемычек первого участка перемычки лежали по существу на одной линии. Вторые области перемычек второго участка перемычек можно развернуть таким образом, чтобы вторые области перемычек второго участка перемычек лежали по существу на одной линии.In another exemplary embodiment having a closed interior, the interweaving of portions of some of the layers with the other layers results in the first web portion and the second web portion respectively having two web regions stacked with each other. The first web regions of the first web section can be turned in such a way that the first web regions of the first web section lie substantially in line. The second web regions of the second web section can be deployed so that the second web regions of the second web section lie substantially in line.
В другом примере воплощения, имеющем замкнутое внутреннее пространство, взаимное переплетение участков некоторых из слоев с другими слоями приводит к тому, что первый верхний участок имеет первую верхнюю область и вторую верхнюю область, при этом каждая из верхних областей имеет толщину, которая меньше желаемой толщины верхнего участка. Первая верхняя область сплетена с первым участком перемычек, вторая верхняя область сплетена со второй областью перемычек, и первая и вторая верхние области отделены друг от друга. Первый участок перемычек с первой верхней областью, а также второй участок перемычек со второй верхней областью можно сформировать таким образом, чтобы первая верхняя область лежала на второй верхней области с образованием верхнего участка тканого элемента жесткости.In another embodiment having a closed interior, interlacing portions of some of the layers with other layers results in the first top portion having a first top region and a second top region, with each of the top regions having a thickness that is less than the desired thickness of the top. site. The first upper region is woven with the first section of the bridges, the second upper region is woven with the second region of the bridges, and the first and second upper regions are separated from each other. The first web portion with the first upper region, as well as the second web portion with the second upper region, can be formed such that the first upper region rests on the second upper region to form the upper portion of the woven stiffener.
В некоторых примерах воплощения внутреннее пространство элемента жесткости является открытым.In some embodiments, the interior of the stiffener is open.
В одном из примеров воплощения, имеющем открытое внутреннее пространство, участок внутренней оболочки соткан в виде первой области внутренней оболочки и второй области внутренней оболочки, отделенных друг от друга первым участком перемычек, верхним участком и вторым участком перемычек. Первую область внутренней оболочки и вторую область внутренней оболочки можно сформировать таким образом, чтобы они располагались по существу на одной линии и были отделены друг от друга зазором.In one embodiment having an open interior, the inner shell portion is woven into a first inner shell region and a second inner shell region separated from each other by a first web portion, a top portion, and a second web portion. The first inner shell region and the second inner shell region can be formed so that they lie substantially in line and are separated from each other by a gap.
В другом примере воплощения, имеющем открытое внутреннее пространство, участок внутренней оболочки имеет первую область внутренней оболочки и смежную с ней вторую область внутренней оболочки. Первую область внутренней оболочки и вторую область внутренней оболочки можно сформировать таким образом, чтобы они были расположены по существу на одной линии и образовывали зазор между первой областью внутренней оболочки и второй областью внутренней оболочки. Данный способ может включать вырезание части первой и второй областей внутренней оболочки.In another embodiment having an open interior, the inner shell portion has a first inner shell region and an adjacent second inner shell region. The first inner shell region and the second inner shell region can be formed so that they are located essentially on the same line and form a gap between the first inner shell region and the second inner shell region. This method may include cutting out part of the first and second regions of the inner shell.
В любом из примеров воплощения верхний участок может быть толще, чем участки перемычек, а участки перемычек - толще, чем участки основания.In any of the embodiments, the top portion may be thicker than the web portions and the web portions thicker than the base portions.
В любом из примеров воплощения омегаобразный элемент жесткости может быть пропитан материалом матрицы.In any of the embodiments, the omega stiffener may be impregnated with a matrix material.
3D тканый элемент жесткости имеет множество слоев из взаимно переплетенных волокон основы и утка. Некоторые из этих слоев взаимно переплетены с другими слоями с образованием плоскотканого материала, имеющего верхний участок, первый и второй участки перемычек, первый и второй участки основания и участок внутренней оболочки. По меньшей мере некоторые из волокон утка проходят непрерывно через место соединения участка перемычки с участками основания. Внутреннее пространство элемента жесткости может быть или замкнутым, или открытым. Верхняя часть может быть толще, чем участки перемычек, а участки перемычек - толще, чем участки основания. 3D тканый элемент жесткости может быть пропитан материалом матрицы.The 3D woven stiffener has multiple layers of interwoven warp and weft fibers. Some of these layers are intertwined with other layers to form a flat woven fabric having a top section, first and second web sections, first and second base sections, and an inner shell section. At least some of the weft fibers run continuously through the junction of the web section with the base sections. The internal space of the stiffener can be either closed or open. The top portion may be thicker than the bridging portions and the bridging portions may be thicker than the base portions. The 3D woven stiffener can be impregnated with a matrix material.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сопровождающие чертежи, которые включены для обеспечения дополнительного понимания данного изобретения, введены в текст данного описания и составляют его часть. Представленные здесь чертежи иллюстрируют различные примеры воплощения данного изобретения и, совместно с описанием, служат для разъяснения принципов данного изобретения. На чертежах:The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention, are incorporated into and form part of this specification. The drawings presented here illustrate various embodiments of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the present invention. On the drawings:
Фиг. 1 иллюстрирует омегаобразный элемент жесткости.Fig. 1 illustrates an omega stiffener.
Фиг. 2 представляет пример использования омегаобразных элементов жесткости, обеспечивающих увеличивающую жесткость поддержку между двумя по существу параллельными панелями.Fig. 2 shows an example of using omega stiffeners to provide stiffening support between two substantially parallel panels.
Фиг. 3А иллюстрирует первый пример воплощения омегаобразной заготовки в сотканном виде.Fig. 3A illustrates a first embodiment of the omega blank in woven form.
Фиг. 3В иллюстрирует омегаобразную заготовку по Фиг. 3А после сложения, в сформированном виде.Fig. 3B illustrates the omega preform of FIG. 3A after folding, as formed.
Фиг. 4А иллюстрирует второй пример воплощения омегаобразной заготовки в сотканном виде.Fig. 4A illustrates a second embodiment of the omega blank in woven form.
Фиг. 4В иллюстрирует омегаобразную заготовку по Фиг. 4А после сложения, в сформированном виде.Fig. 4B illustrates the omega preform of FIG. 4A after folding, as formed.
Фиг. 5А иллюстрирует третий пример воплощения омегаобразной заготовки в сотканном виде.Fig. 5A illustrates a third embodiment of the omega blank in woven form.
Фиг. 5В иллюстрирует омегаобразную заготовку по Фиг. 5А после сложения, в сформированном виде.Fig. 5B illustrates the omega preform of FIG. 5A after folding, as formed.
Фиг. 6А иллюстрирует четвертый пример воплощения омегаобразной заготовки в сотканном виде.Fig. 6A illustrates a fourth embodiment of the omega blank in woven form.
Фиг. 6В иллюстрирует омегаобразную заготовку по Фиг. 6А после сложения, в сформированном виде.Fig. 6B illustrates the omega preform of FIG. 6A after folding, as formed.
Фиг. 7А иллюстрирует пятый пример воплощения омегаобразной заготовки в сотканном виде.Fig. 7A illustrates a fifth embodiment of the omega blank in woven form.
Фиг. 7В иллюстрирует омегаобразную заготовку по Фиг. 7А после сложения, в сформированном виде.Fig. 7B illustrates the omega preform of FIG. 7A after folding, as formed.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
В данном патентном описании термины «содержащий» и «содержит» могут означать «включающий» и «включает», или могут иметь значение, которое обычно придают термину «содержащий» или «содержит» в патентном законодательстве США. Термины «по существу состоящий из» или «по существу состоит из», если их используют в формуле изобретения, имеют значение, приписанное им в патентном законодательстве США. Другие аспекты данного изобретения описаны в последующем описании или являются очевидными из него (и в пределах данного изобретения).As used in this patent specification, the terms "comprising" and "comprises" may mean "including" and "includes", or may have the meaning commonly given to the terms "comprising" or "comprises" in US patent law. The terms "substantially consisting of" or "essentially consisting of" when used in the claims have the meaning ascribed to them in US patent law. Other aspects of this invention are described in the following description or are obvious from it (and within the scope of this invention).
Термины «нити», «волокна», «жгуты» и «пряжа» в последующем описании применяют взаимозаменяемо. При использовании в тексте данного описания «нити», «волокна», «жгуты» и «пряжа» могут относиться к мононитям, многоволоконной пряже, крученой пряже, многоволоконным жгутам, текстурированным нитям, жгутам с оплеткой, пряже с покрытием, двухкомпонентной пряже, а также к пряже, изготовленной из разрывоштапелированных волокон из любого материала, известного специалистам. Пряжа может быть изготовлена из углерода, нейлона, вискозы, стекловолокна, хлопка, керамики, арамида, полиэфира, металла, стеклонаполненного полиэтилена и/или других материалов, которые проявляют желаемые физические, термические, химические или другие свойства.The terms "filaments", "fibers", "tows" and "yarns" in the following description are used interchangeably. As used throughout this specification, "filaments", "filaments", "tows", and "yarns" may refer to monofilaments, multifilament yarns, twisted yarns, multifilament tows, textured yarns, braided tows, coated yarns, bicomponent yarns, and also to yarns made from discontinuous fibers of any material known to those skilled in the art. The yarn may be made from carbon, nylon, rayon, fiberglass, cotton, ceramic, aramid, polyester, metal, glass-filled polyethylene, and/or other materials that exhibit the desired physical, thermal, chemical, or other properties.
Термин «сложенный» широко используют в тексте данного описания в значении «формование», что включает разворачивание, сгибание и другие подобные термины для воздействия на форму тканого материала.The term "folded" is widely used in the text of this description in the sense of "forming", which includes unfolding, folding and other similar terms to affect the shape of the woven material.
Для лучшего понимания данного изобретения, его преимуществ и целей, которые достигаются посредством его применения, дана ссылка на сопровождающий описательный материал, в котором неограничивающие примеры воплощения данного изобретения проиллюстрированы на сопровождающих чертежах, и в котором соответствующие компоненты обозначены одинаковыми численными сносками.For a better understanding of the present invention, its advantages and the objects to be achieved by its use, reference is made to the accompanying descriptive material, in which non-limiting embodiments of the present invention are illustrated in the accompanying drawings, and in which the respective components are identified by the same numerical footnotes.
Как обсуждалось выше, может быть желательно обеспечить по существу плоские панели с дополнительной жесткостью, что помогает избежать повреждения или нежелательной деформации панелей. Панели также могут обладать кривизной. Собственно, элементы жесткости можно добавить для поддержки панелей там, где это желательно.As discussed above, it may be desirable to provide substantially flat panels with additional rigidity to help avoid damage or unwanted distortion of the panels. Panels may also exhibit curvature. In fact, stiffeners can be added to support the panels where desired.
Обычная форма поперечного сечения для элементов 100 жесткости изображена на Фиг. 1, где элемент жесткости показан прикрепленным к по меньшей мере одной оболочке или панели 102. Элемент 100 жесткости можно также назвать «кнопочным элементом жесткости» или «омегаобразный элементом жесткости»; в данном тексте эти термины используют взаимозаменяемо. Элемент 100 жесткости включает верхний участок 104, участки 106а, 106b основания, участки 108а, 108b перемычек и участок 110 внутренней оболочки. На Фиг. 1 участок 110 внутренней оболочки показан непрерывным, но в альтернативном случае он может прерываться. То есть участок внутренней оболочки может иметь зазор, как показано, например, на Фиг. 5В. Верхний участок 104 соединен с участками 106а, 106b основания и с участком внутренней оболочки участками 108а, 108b перемычек.A typical cross-sectional shape for
Жесткость омегаобразного элемента жесткости обеспечена участками 108а, 108b перемычек и верхним участком 104. Дополнительную жесткость омегаобразного элемента жесткости можно получить, если обеспечить более значительную толщину верхнего участка 104 по сравнению с участками 106а, 106b основания и участками 108а, 108b перемычек. Участки 108а, 108b перемычек могут быть более толстыми, чем участки 106а, 106b основания.The stiffness of the omega stiffener is provided by the
Термин «фланец омегаобразного элемента жесткости» означает те участки омегаобразного элемента жесткости, которые включают участки 106а, 106b основания и, возможно, участок 110 внутренней оболочки. Омегаобразный элемент жесткости определяют как «замкнутый», если верхний участок, участки перемычек и участок внутренней оболочки формируют внутреннее пространство элемента 112 жесткости, закрытое со всех сторон. Омегаобразный элемент жесткости определяют как «открытый», если внутреннее пространство элемента 112 жесткости, образованное верхним участком, участками перемычек и участком внутренней оболочки, не является закрытым со всех сторон. Например, Фиг. 5В иллюстрирует открытое внутреннее пространство элемента жесткости, где имеется зазор на участке внутренней оболочки.The term "omega stiffener flange" means those portions of the omega stiffener that include
Омегаобразный элемент жесткости может быть изготовлен независимо от оболочки; в этом случае фланец омегаобразного элемента жесткости может быть прикреплен к оболочке посредством клеевого соединения или другой технологии присоединения, известной специалистам. В альтернативном случае омегаобразный элемент жесткости может быть изготовлен, соткан или совместно отформован одновременно с одной или более чем одной оболочками, так что омегаобразный элемент жесткости и оболочка являются частями общей армированной сборки. В данном описании изложены технологии изготовления автономного омегаобразного элемента жесткости независимо от каких-либо оболочек.The omega stiffener can be made independently of the shell; in this case, the flange of the omega stiffener may be attached to the shell by adhesive bonding or other attachment technology known to those skilled in the art. Alternatively, the omega stiffener may be fabricated, woven or co-molded simultaneously with one or more shells such that the omega stiffener and the shell are part of a common reinforcement assembly. This description outlines the manufacturing techniques of an autonomous omega-shaped stiffener, regardless of any shells.
Омегаобразный элемент жесткости можно изготовить с использованием обычных однонаправленных слоев, или слоев предварительно импрегнированной ткани. В этом способе изготовления не используют непрерывных волокон, проходящих через места соединения в элементе жесткости. Эти технологии изготовления являются трудоемкими и проявляют склонность к расслоению в местах сопряжения верхнего участка с участками перемычек, а также в местах сопряжения участка перемычек и участков основания. В данном описании предложено решение этих проблем посредством применения трехмерной (3D) тканой заготовки, которая является либо пропитанной и обработанной на стадии b (частично отвержденной), для использования с оболочкой, предварительно пропитанной связующим веществом, либо пропитанной совместно с сухой тканой оболочкой, исходя из сухого состояния.The omega stiffener can be made using conventional unidirectional layers or layers of pre-impregnated fabric. This method of manufacture does not use continuous fibers passing through the joints in the stiffener. These manufacturing techniques are labour-intensive and tend to delamination at the junctions of the top portion with the bridging portions, as well as at the junctions of the bridging portion and the base portions. This description proposes a solution to these problems by using a three-dimensional (3D) woven preform that is either impregnated and treated in step b (partially cured), for use with a casing pre-impregnated with a binder, or impregnated together with a dry woven casing, based on dry condition.
Фиг. 2 иллюстрирует приведенную в качестве примера структуру с использованием омегаобразных элементов жесткости для обеспечения придающей жесткость поддержки для поверхности. Омегаобразные элементы 210а-210е жесткости расположены на панели 222. Омегаобразные элементы жесткости можно использовать для поддержки поверхности 220. В одном лишь примере поверхность 220 является внешней поверхностью фюзеляжа самолета или другой поверхностью, для которой желательна стойкость к деформации. Панель 222 и поверхность 220 показаны по существу параллельными друг другу, но это не является обязательным требованием. К тому же, в то время как на Фиг. 2 изображены пять омегаобразных элементов жесткости, можно использовать любое их количество, которое необходимо в данном применении элементов жесткости. Участки 206а, 206b основания омегаобразного элемента 210а жесткости могут быть приклеены или прикреплены к панели 222. Участок 210 внутренней оболочки также может быть приклеен или прикреплен к панели 222. Подобным же образом на панели 222 устанавливают и оставшиеся омегаобразные элементы 210b-210е. Таким образом, поверхность 220 опирается на верхние участки 204а-204е омегаобразных элементов 210а-210е жесткости. Верхние участки 204а-204е также могут быть приклеены к поверхности 220 с помощью любых средств, известных специалистам. Омегаобразные элементы жесткости могут переносить силу F, приложенную к поверхности 220, к панели 222, таким образом способствуя сопротивлению поверхности 220 деформации под действием этой силы. Более того, жесткость и количество омегаобразных элементов жесткости между панелью 222 и поверхностью 220 могут повышать сопротивление поверхности 220 деформации под действием приложенной силы. Использование омегаобразных элементов жесткости в этом применении может снизить массу материала, необходимого для уменьшения деформации поверхности 220 и, в некоторых случаях, обеспечить термо- и звукоизоляцию по структуре.Fig. 2 illustrates an exemplary structure using omega-shaped stiffeners to provide stiffening support to the surface.
Многослойную тканую заготовку для омегаобразного элемента жесткости из композитного материала можно соткать плоской и сложить в трехмерную (3D) форму при взаимном зацеплении слоя к слою слоев волокна основы, а также при взаимном переплетении волокон в пределах каждого слоя.The multilayer woven blank for an omega-shaped composite stiffener can be flat-woven and folded into a three-dimensional (3D) shape by interengaging layer to layer of base fiber layers, as well as interweaving fibers within each layer.
В данном описании определены несколько концепций формирования заготовки для тканого омегаобразного элемента жесткости, а также способ его изготовления. В целом описанные омегаобразные элементы жесткости состоят из волокон основы и утка, плоско сотканных с помощью обычных средств, при обеспечении непрерывного волокна, проходящего через места соединения участков перемычек с участками основания. Плоскотканый элемент жесткости складывают, как это необходимо, в виде заготовки, имеющей омегаобразное поперечное сечение. Затем заготовку можно сформировать и пропитать материалом матрицы. В данном описании представлены конфигурации элемента жесткости в плоско сотканном состоянии («в сотканном виде»), который может быть сформирован («в сформированном виде») путем сложения его в 3D омегаобразную заготовку, которую затем пропитывают материалом матрицы с получением желаемого омегаобразного элемента жесткости.This specification defines several concepts for forming a preform for a woven omega stiffener, as well as a method for manufacturing it. Generally, the described omega stiffeners consist of warp and weft fibers flat woven by conventional means, while providing a continuous fiber passing through the junctions of the web portions with the base portions. The flat woven stiffener is folded as needed into a blank having an omega-shaped cross section. The preform can then be formed and impregnated with the matrix material. This description presents configurations of the stiffener in a flat-woven state ("woven"), which can be formed ("formed") by folding it into a 3D omega-shaped blank, which is then impregnated with a matrix material to obtain the desired omega-shaped stiffener.
Описанные конфигурации могут обладать преимуществами по сравнению с ранее существовавшими омегаобразными элементами жесткости, имеющими множественные индивидуальные слои. Описанные конфигурации могут улучшить предел прочности при отрыве для элемента жесткости путем обеспечения непрерывных волокон, проходящих через места соединения участков перемычек с участками основания. Предел прочности при отрыве представляет собой усилие, необходимое для отделения элемента жесткости от оболочки. Описанные технологии могут также уменьшить количество необходимых трудозатрат путем замены множества индивидуальных слоев единой многослойной заготовкой.The configurations described may offer advantages over prior art omega stiffeners having multiple individual layers. The configurations described can improve the tensile strength of the stiffener by providing continuous fibers through the junctions of the web portions with the base portions. The pull-out strength is the force required to separate the stiffener from the shell. The techniques described can also reduce the amount of labor required by replacing multiple individual layers with a single multi-layer preform.
Кроме того, плоскотканый материал после того, как он соткан, можно формировать вокруг оправки, находящейся во внутреннем пространстве. Оправка, расположенная во внутреннем пространстве, способствует поддержанию формы внутреннего пространства элемента жесткости при последующей обработке. Это имеет то преимущество, что до пропитки материалу не придают форму элемента жесткости. Материал как таковой можно легче подвергнуть обработке, поскольку оправка поддерживает форму внутреннего пространства, так что можно не заботиться о сохранении конечной желаемой формы заготовки в виде элемента жесткости. Конструкции существующего уровня техники создают форму элемента жесткости путем обертывания ткани вокруг оправки желаемой формы в процессе тканья. Это требует осторожного обращения (что является неблагоприятным), чтобы ткань сохранила форму до пропитки.In addition, the flat woven fabric, after being woven, can be formed around a mandrel located in the inner space. The mandrel located in the inner space helps to maintain the shape of the inner space of the stiffener during subsequent processing. This has the advantage that the material is not shaped into a stiffener prior to impregnation. The material as such can be more easily machined because the mandrel maintains the shape of the interior space so that the final desired shape of the workpiece is not taken care of as a stiffener. Prior art designs create the shape of the stiffener by wrapping fabric around a mandrel of the desired shape during the weaving process. This requires careful handling (which is unfavorable) in order for the fabric to retain its shape prior to impregnation.
Омегаобразные элементы жесткости как с открытым внутренним пространством, так и с замкнутым внутренним пространством могут быть полезными для обеспечения жесткости по существу плоских или искривленных пластин. По мере увеличения желаемой длины элемента жесткости для омегаобразных элементов жесткости с замкнутым внутренним пространством становится труднее вставить оправку в замкнутое внутреннее пространство, по сравнению с конфигурациями с открытым внутренним пространством. И наоборот, по мере увеличения длины элементов жесткости становится легче изготовить конфигурации с открытым внутренним пространством, которые можно просто обернуть вокруг оправки, чем элементы жесткости с замкнутой конфигурацией. Поэтому элементы жесткости с открытой конфигурацией могут быть более пригодными для длинных элементов жесткости, чем элементы жесткости с замкнутым внутренним пространством.Omega-shaped stiffeners with both open interior space and closed interior space can be useful for stiffening substantially flat or curved plates. As the desired stiffener length increases, for omega-shaped stiffeners with a closed interior, it becomes more difficult to insert the mandrel into the enclosed interior compared to open interior configurations. Conversely, as the length of the stiffeners increases, it becomes easier to make open-space configurations that can simply be wrapped around the mandrel than closed-configuration stiffeners. Therefore, stiffeners with an open configuration may be more suitable for long stiffeners than stiffeners with a closed interior.
Также элементы жесткости с открытым внутренним пространством могут быть лучше приспособлены для интенсивного производства, чем элементы жесткости с замкнутым внутренним пространством. В элементе жесткости открытой конфигурации фланец располагают на оболочке, и оправку просто помещают поверх него. Затем вокруг оправки оборачивают участки перемычек и верхний участок, для завершения создания элемента жесткости. Эта конфигурация обладает тем дополнительным преимуществом, что она обеспечивает пространство между двумя перекрывающимися слоями, которые составляют верхний участок. Для увеличения жесткости в это пространство можно вставить дополнительные слои, если это необходимо.Also, stiffeners with an open interior may be better suited for intensive production than stiffeners with a closed interior. In an open configuration stiffener, the flange is placed on the shell and the mandrel is simply placed over it. Then the jumper sections and the top section are wrapped around the mandrel to complete the creation of the stiffener. This configuration has the additional advantage that it provides space between the two overlapping layers that make up the top portion. To increase rigidity, additional layers can be inserted into this space, if necessary.
Элементы жесткости можно ткать с получением «формы, близкой к заданной»; это технология изготовления, в которой исходно полученное изделие является очень близким к конечной, или заданной, форме, что уменьшает необходимость окончательной обработки поверхности или дополнительной обработки. Применительно к данному описанию, материал можно ткать в форме, близкой к конечной, а не с запасом, отрезая впоследствии лишний материал, и его можно ткать на ткацком станке с фиксируемым челноком, чтобы все кромки были закреплены. Применение челночного ткацкого станка не является необходимым, но его можно рассматривать как экономически эффективный выбор по сравнению с другими возможностями, например, рапирным станком или бесчелночным рапирным ткацким станком. Независимо от применяемого типа ткацкого станка, заготовку можно ткать таким образом, чтобы продольное направление элемента жесткости совпадало с направлением основы станка. То есть чертежи в данном описании иллюстрируют вид элемента жесткости в сечении по направлению утка, а длина элемента жесткости лежит в направлении основы, проходящей в плоскости бумаги.The stiffeners can be woven into a "near fit"; it is a manufacturing technique in which the initially obtained product is very close to the final, or desired, shape, which reduces the need for surface finishing or additional processing. For the purposes of this specification, the fabric can be woven close to the final shape rather than oversized, cutting off excess fabric afterwards, and can be woven on a lock-hook loom so that all edges are secured. The use of a shuttle loom is not necessary, but it can be considered a cost effective choice over other options such as a rapier loom or shuttleless rapier loom. Regardless of the type of loom used, the blank can be woven in such a way that the longitudinal direction of the stiffener coincides with the direction of the warp of the loom. That is, the drawings in this specification illustrate a sectional view of the stiffener in the weft direction, and the length of the stiffener lies in the warp direction extending in the plane of the paper.
Во всех конфигурациях толщины основания, перемычек и верхней части можно регулировать независимо, путем применения различных размеров жгута и/или различных расстояний между жгутами основы. Подобным образом, в каждой из этих секций можно применять различные схемы переплетения для обеспечения различных рабочих свойств. Образцы материала были сотканы с использованием двухслойных интерлочных переплетений. Можно использовать и другие ткацкие возможности, например, прямоугольное или диагональное интерлочное переплетение.In all configurations, the thicknesses of the base, webs, and top can be adjusted independently by using different tow sizes and/or different base tow spacings. Likewise, different weave patterns can be used in each of these sections to provide different performance properties. The material samples were woven using two-layer interlock weaves. Other weaving possibilities can be used, such as rectangular or diagonal interlock weave.
Фиг. 3А-3В иллюстрируют формирование омегаобразного элемента жесткости по одному из воплощений данного изобретения. В сотканном виде 300а элемент жесткости является плоскотканым. Форма 300а в сотканном виде включает верхний участок 304, участки 308а, 308b перемычек, участки 306а, 306b основания и участок 310 внутренней оболочки, которые получены плоским плетением с формированием замкнутого внутреннего пространства 312.Fig. 3A-3B illustrate the formation of an omega stiffener according to one embodiment of the present invention. In the woven
В примере воплощения, проиллюстрированном на Фиг. ЗА-ЗВ, верхний участок 304 получен плоским плетением таким образом, что данный верхний участок разделен на две верхние области 304а, 304b, расположенные под углом друг к другу в точке А перегиба, на раздельных слоях тканого материала. Подобным образом, участок 310 внутренней оболочки разделен на две области 310а, 310b внутренней оболочки, расположенные под углом друг к другу в точке В перегиба, на раздельных слоях тканого материала. Замкнутое внутреннее пространство 312 показано преувеличенным, чтобы показать угловое соотношение между областями 310а, 310b внутренней оболочки и верхними областями 304а, 304b. Области 310а, 310b внутренней оболочки могут иметь одинаковую или различную длину. Верхние области 304а, 304b могут иметь одинаковую или различную длину.In the embodiment illustrated in FIG. 3A-3B, the
Поскольку элемент жесткости является плоскотканым в виде единой детали, волокна утка будут непрерывными по меньшей мере в местах соединения участков перемычек и участков основания. Волокна утка могут также быть непрерывными в местах соединения участков перемычек и верхнего участка и/или участков внутренней оболочки.Because the stiffener is flat-woven in a single piece, the weft fibers will be continuous at least at the junction of the web portions and the base portions. The weft fibers may also be continuous at the junction of the web portions and the top portion and/or the inner shell portions.
Форму 300а в сотканном виде складывают, чтобы получить омегаобразный элемент жесткости 300 в сформированном виде. Верхние области 304а, 304b разворачивают, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом, образуя верхний участок 304. Подобным образом, области 310а, 310b внутренней оболочки разворачивают, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом, образуя участок 310 внутренней оболочки. Участки 306а, 306b основания можно изогнуть, чтобы они были расположены по существу на одной линии с участком внутренней оболочки. Таким образом получают омегаобразный элемент жесткости.The woven
Верхний участок 304 короче по длине, чем участок 310 внутренней оболочки, и может быть центрирован над ней, что приводит к тому, что участки 308а, 308b перемычек расположены под углом по отношению к участку внутренней оболочки. Обычно угол между участком внутренней оболочки и участками перемычек находится в диапазоне от 60 до 90 градусов. Следует понимать, что любой из участков основания, внутренней оболочки, участков перемычек и верхнего участка или все они сами по себе могут быть многослойными материалами, взаимно переплетенными с целью изменения толщины конкретного участка. Более того, верхний участок 304 может быть толще - иметь больше взаимно переплетенных слоев материала чем участки 308а, 308b перемычек, которые, в свою очередь, могут быть толще, чем участок 310 внутренней оболочки.The
Этот пример воплощения сформованного омегаобразного элемента 300 жесткости имеет замкнутое внутреннее пространство 312. Для облегчения обработки элемента жесткости во внутреннее пространство 312 сформированного омегаобразного элемента 300 жесткости можно ввести оправку (не показана), имеющую форму внутреннего пространства 312. Оправка может способствовать тому, чтобы элемент жесткости сохранял желаемую омегаобразную форму в ходе обработки и операций пропитки.This embodiment of the omega-shaped
Фиг. 4А-4В иллюстрируют формирование омегаобразного элемента жесткости по другому примеру воплощения данного изобретения. Элемент жесткости соткан плоским плетением в виде сотканной формы 400. Сотканная форма 400а включает верхний участок 404, участки 408а, 408b перемычек, участки 406а, 406b основания и участок 410 внутренней оболочки, которые сотканы плоским плетением для формирования замкнутого внутреннего пространства 412.Fig. 4A-4B illustrate the formation of an omega stiffener according to another embodiment of the present invention. The stiffener is flat woven in the form of a
В примере воплощения, проиллюстрированном на Фиг. 4А-4В, участки 408а, 408b перемычек сотканы плоским плетением таким образом, чтобы участок 404а перемычек был разделен на две области 408аа, 408ab перемычек, расположенные под углом по отношению к друг другу в точке перегиба С на отдельных слоях тканого материала. Сходным образом, участки 408а, 408b перемычек сотканы плоским плетением таким образом, чтобы участок 408b перемычек был разделен на две области 408ba, 408bb перемычек, расположенные под углом по отношению к друг другу в точке D перегиба на отдельных слоях тканого материала. Замкнутое внутреннее пространство 412 показано преувеличенным, чтобы показать расположение под углом областей 408аа, 408ab перемычек и областей 408ba, 408bb перемычек.In the embodiment illustrated in FIG. 4A-4B, the
Поскольку элемент жесткости соткан плоским плетением в виде единой детали, волокна утка будут непрерывными по меньшей мере при прохождении через место соединения участков перемычек и участков основания. Волокна утка также могут быть непрерывными при прохождении через место соединения участков перемычек и верхнего участка и/или участков внутренней оболочки.Because the stiffener is flat woven in a single piece, the weft fibers will be continuous at least as they pass through the junction of the web portions and the base portions. The weft fibers may also be continuous as they pass through the junction of the web portions and the top portion and/or the inner shell portions.
Форму 400а в сотканном виде складывают с получением сформированного омегаобразного элемента 400 жесткости. Области 408аа, 408ab перемычек разворачивают так, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом, образуя участок 408а перемычек. Подобным образом, области 408ba, 408bb перемычек разворачивают так, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом, образуя участок 408b перемычек. Если это необходимо, можно сформировать участки 406а, 406b основания и верхний участок 404. Таким образом получают омегаобразный элемент жесткости.The woven
Верхний участок 404 короче по длине, чем участок 410 внутренней оболочки, и может быть центрирован над ней, что приводит к тому, что участки 408а, 408b перемычек расположены под углом по отношению к участку внутренней оболочки. Обычно угол между участком внутренней оболочки и участками перемычек находится в диапазоне от 60 до 90 градусов. Следует понимать, что любой из участков основания, внутренней оболочки, участков перемычек и верхнего участка или все они сами по себе могут быть многослойными материалами, взаимно переплетенными с целью изменения толщины конкретного участка. Более того, верхний участок 404 может быть толще - иметь больше взаимно переплетенных слоев материала - чем участки 408а, 408b перемычек, которые, в свою очередь, могут быть толще, чем участок 410 внутренней оболочки.The
Этот пример воплощения сформированного омегаобразного элемента 400 жесткости имеет замкнутое внутреннее пространство 412. Для облегчения обработки элемента жесткости во внутреннее пространство 412 сформированного омегаобразного элемента 400 жесткости можно ввести оправку (не показана), имеющую форму внутреннего пространства 412. Оправка может способствовать тому, чтобы элемент жесткости сохранял желаемую омегаобразную форму в ходе обработки и операций пропитки.This embodiment of the omega-shaped
Фиг. 5А-5В иллюстрируют формирование омегаобразного элемента жесткости по одному из примеров воплощения данного изобретения. Элемент жесткости соткан плоским плетением в форме 500а. Сотканная форма 500а включает верхний участок 504, участки 508а, 508b перемычек, участки 506а, 506b основания и участки 510а, 510b внутренней оболочки, которые сотканы плоским плетением. В этом примере воплощения участки 510а, 510b внутренней оболочки не соприкасаются друг с другом. Напротив, участок 506а основания и участок 510а внутренней оболочки присоединены к участку 508b перемычек и исходят из него. На Фиг. 5А показан зазор 516а, преувеличенный для того, чтобы проиллюстрировать, что участок 506а основания не переплетен с внутренним участком 510а. Подобным образом, преувеличенным показан зазор 516b, чтобы проиллюстрировать, что участок 506b основания не переплетен с внутренним участком 510b.Fig. 5A-5B illustrate the formation of an omega stiffener according to one embodiment of the present invention. The stiffening element is woven with a flat weave in the form of 500a. The
Поскольку элемент жесткости соткан плоским плетением в виде единой детали, волокна утка будут непрерывно проходить по меньшей мере через места соединения участков перемычек и участков основания. Волокна утка могут также непрерывно проходить через места соединения участков перемычек и верхнего участка и/или участков внутренней оболочки.Since the stiffener is flat woven in a single piece, the weft fibers will continuously pass through at least the junctions of the web portions and the base portions. The weft fibers may also continuously pass through the junctions of the web portions and the top portion and/or the inner shell portions.
Форму 500а в сотканном виде складывают с получением сформированного омегаобразного элемента 500 жесткости. Области 510а, 510b внутренней оболочки складывают так, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом. Области 506а, 506b основания можно сложить так, чтобы они были расположены по существу на одной линии с областью внутренней оболочки. Длину области внутренней оболочки выбирают так, чтобы при сложении элемента жесткости в омегаобразную форму получить зазор 514, создавая открытое внутреннее пространство 512. Таким образом получают омегаобразный элемент жесткости.The woven
Длину областей внутренней оболочки и зазора выбирают таким образом, чтобы сформировать омегаобразный элемент жесткости с желаемой геометрией. Верхний участок 504 короче по длине, чем совокупная длина областей 510а, 510b внутренней оболочки и зазора 514, и его можно центрировать над ними, что приводит к расположению участков 508а, 508b перемычек под углом по отношению к участкам внутренней оболочки. Обычно угол между участком внутренней оболочки и участками перемычек находится в диапазоне от 60 до 90 градусов. Кроме того, верхний участок 504 может быть толще иметь больше взаимно переплетенных слоев материала чем участки 508а, 508b перемычек, которые, в свою очередь, могут быть толще, чем участок 510 внутренней оболочки.The length of the regions of the inner shell and the gap is chosen so as to form an omega-shaped stiffener with the desired geometry.
Этот пример воплощения сформированного омегаобразного элемента 500 жесткости имеет открытое внутреннее пространство 512. Для облегчения обработки элемента жесткости во внутреннее пространство 512 сформированного омегаобразного элемента 500 жесткости можно ввести оправку (не показана), имеющую форму внутреннего пространства 512. Оправка может способствовать тому, чтобы элемент жесткости сохранял желаемую омегаобразную форму в ходе обработки и операций пропитки.This embodiment of an omega-shaped
Фиг. 6А-6В иллюстрируют формирование омегаобразного элемента жесткости по одному из примеров воплощения данного изобретения. Элемент жесткости соткан плоским плетением в форме 600а. Сотканная форма 600а включает верхний участок 604, участки 608а, 608b перемычек, участки 606а, 606b основания и участки 610а, 610b внутренней оболочки, которые являются плоскоткаными.Fig. 6A-6B illustrate the formation of an omega stiffener according to one embodiment of the present invention. The stiffening element is woven with a flat weave in the form of 600a. The woven
В этом примере воплощения участки 610а, 610b внутренней оболочки и участки 606а, 606b основания сотканы непосредственно следующими друг за другом, образуя первый слой плоскотканого элемента 600а жесткости. Участки 608а, 608b перемычек сотканы следующими друг за другом и отделенными друг от друга верхним участком 604, образуя второй слой плоскотканого элемента 600а жесткости. Первый и второй слои соединены там, где концы участков перемычек встречаются с точками 616а, 616b соединения участков внутренней оболочки с участками основания, соответственно. Другим способом первый и второй слои не переплетают.In this embodiment, the
Напротив, участок 606а основания и область 610а внутренней оболочки присоединены к участку 608а перемычек и исходят из него. Сходным образом, участок 606b основания и область 610b внутренней оболочки присоединены к участку 608b перемычек и исходят из него.In contrast, the
Поскольку элемент жесткости соткан плоским плетением, в виде единой детали, волокна утка будут непрерывно проходить по меньшей мере через места соединения участков перемычек и участков основания. Волокна утка могут также непрерывно проходить через места соединения участков перемычек и верхнего участка, и/или участков внутренней оболочки.Because the stiffener is flat woven in a single piece, the weft fibers will continuously pass through at least the junctions of the web portions and the base portions. The weft fibers may also continuously pass through the junctions of the web portions and the top portion and/or the inner shell portions.
Форму 600а в сотканном виде складывают с получением сформированного омегаобразного элемента 600 жесткости. Области 610а, 610b внутренней оболочки складывают так, чтобы они были расположены по существу на одной линии друг с другом. Области 606а, 606b основания можно сложить таким образом, чтобы они были расположены по существу на одной линии с областями внутренней оболочки. Зазор 614 получают путем вырезания части из участка 610 внутренней оболочки, с получением открытого внутреннего пространства 612. Таким образом получают омегаобразный элемент жесткости.The woven
Длину участка внутренней оболочки и зазора выбирают таким образом, чтобы сформировать омегаобразный элемент жесткости с желаемой геометрией. Верхний участок 604 короче по длине, чем совокупная длина участков 610а, 610b внутренней оболочки и зазора 614, и его можно центрировать над ними, в результате чего участки 608а, 608b перемычек расположены под углом по отношению к участкам внутренней оболочки. Обычно угол между участком внутренней оболочки и участками перемычек находится в диапазоне от 60 до 90 градусов. Следует понимать, что любой из участков основания, участков внутренней оболочки, участков перемычек и верхнего участка, или все они, сами по себе могут быть многослойными материалами, взаимно переплетенными с целью изменения толщины конкретного участка. Кроме того, верхний участок 604 может быть толще - иметь больше взаимно переплетенных слоев материала - чем участки 608а, 608b перемычек, которые, в свою очередь, могут быть толще, чем участок 610 внутренней оболочки.The length of the section of the inner shell and the gap is chosen so as to form an omega-shaped stiffener with the desired geometry.
Этот пример воплощения омегаобразного элемента 600 жесткости в сотканном виде имеет открытое внутреннее пространство 612. Для облегчения обработки элемента жесткости во внутреннее пространство 612 сформированного омегаобразного элемента 600 жесткости можно ввести оправку (не показана), имеющую форму внутреннего пространства 612. Оправка может способствовать сохранению элементом жесткости желаемой омегаобразной формы в ходе обработки и операций пропитки.This embodiment of the
Фиг. 7А-7В иллюстрируют формирование омегаобразного элемента жесткости по другому примеру воплощения данного изобретения. Элемент жесткости соткан плоским плетением в форме 700а. Форма 700а, в которой он соткан, включает верхний участок 704, участки 708а, 708b перемычек, участки 706а, 706b основания и участок 710 внутренней оболочки, которые сотканы плоским плетением с образованием замкнутого внутреннего пространства 712.Fig. 7A-7B illustrate the formation of an omega stiffener according to another embodiment of the present invention. The stiffening element is woven with a flat weave in the form of 700a. The
В примере воплощения, проиллюстрированном на Фиг. 7А-7В, верхний участок 704 соткан плоским плетением таким образом, что он имеет две верхние области 704а, 704b. Каждая из верхних областей 704а, 704b соткана так, что она имеет толщину, которая меньше, чем желаемая толщина верхнего участка 704. Верхние области 704а, 704b присоединены к соответствующим участкам 708а, 708b перемычек, но отделены друг от друга. Поскольку элемент жесткости соткан плоским плетением в виде единой детали, волокна утка будут непрерывными по меньшей мере при прохождении через места соединения между участками перемычек и участками основания. Волокна утка могут также проходить непрерывно через места соединения участков перемычек с верхним участком и/или участками внутренней оболочки.In the embodiment illustrated in FIG. 7A-7B, the
Сотканную форму 700а складывают, чтобы получить сформированный омегаобразный элемент 700 жесткости. Участок 708а, 708b перемычки и верхние области 704а, 704b складывают таким образом, чтобы верхние области лежали одна на другой с образованием верхнего участка 704. Толщины верхних областей 704а, 704b объединяются с получением верхнего участка, имеющего желаемую толщину. Верхние области можно соединить друг с другом в месте 716, где они контактируют друг с другом, любыми известными средствами. Таким образом получают омегаобразный элемент жесткости.The
Верхний участок 704 короче по длине, чем участок 710 внутренней оболочки, и может быть центрирован над ним, что приводит к тому, что участки 708а, 708b перемычек расположены под углом по отношению к участку внутренней оболочки. Обычно угол между участком внутренней оболочки и участками перемычек находится в диапазоне от 60 до 90 градусов. Следует понимать, что любой из участков основания, участков внутренней оболочки, участков перемычек и верхнего участка, или все они, сами по себе могут быть многослойными материалами, взаимно переплетенными с целью изменения толщины конкретного участка. Более того, верхний участок 704 может быть толще -иметь больше слоев материала - чем участки 708а, 708b перемычек, которые, в свою очередь, могут быть толще, чем участок 710 внутренней оболочки.The
Этот пример воплощения сформированного омегаобразного элемента 700 жесткости имеет замкнутое внутреннее пространство 712. Для облегчения обработки элемента жесткости во внутреннее пространство 712 сформированного омегаобразного элемента 700 жесткости можно ввести оправку (не показана), имеющую форму внутреннего пространства 712. Оправка может способствовать поддержанию желаемой омегаобразной формы элемента жесткости при обработке и в ходе операций пропитки.This embodiment of an omega-shaped
В любом из примеров воплощения омегаобразного элемента жесткости данный элемент жесткости может быть пропитан материалом матрицы. Материал матрицы включает эпоксидную смолу, бисмалеимид, полиэфир, винилэфир, керамику, углерод и другие подобные материалы.In any of the embodiments of the omega-shaped stiffener, this stiffener may be impregnated with a matrix material. The matrix material includes epoxy, bismaleimide, polyester, vinyl ester, ceramic, carbon, and the like.
В пределах объема охраны приведенной формулы изобретения находятся и другие формы воплощения.Other forms of embodiment are within the scope of the following claims.
Claims (43)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762571467P | 2017-10-12 | 2017-10-12 | |
| US62/571,467 | 2017-10-12 | ||
| PCT/US2018/054938 WO2019074881A1 (en) | 2017-10-12 | 2018-10-09 | Three-dimensional woven preforms for omega stiffeners |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020112765A RU2020112765A (en) | 2021-11-12 |
| RU2020112765A3 RU2020112765A3 (en) | 2022-01-13 |
| RU2795562C2 true RU2795562C2 (en) | 2023-05-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2202663C2 (en) * | 1997-11-10 | 2003-04-20 | Федерал-Могул Системз Протекшн Груп Инк. | Woven sleeve |
| RU2415976C2 (en) * | 2005-11-17 | 2011-04-10 | Олбэни Энджиниред Композитс, Инк. | Combined 3d woven multilayer stands for composite structures |
| WO2011107708A1 (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-09 | Snecma | Fibrous preform for a turbine ring sector and method for manufacturing same |
| RU2542976C2 (en) * | 2009-10-28 | 2015-02-27 | Олбани Энджиниэрд Композитс, Инк. | Fibre preform, composite element reinforced with fibres and method of their preparation |
| RU2550860C2 (en) * | 2009-10-01 | 2015-05-20 | Олбани Энджиниэрд Композитс, Инк. | Woven preform, composite material and method for their manufacturing |
| WO2015136213A1 (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-17 | Aircelle | Woven preform for producing a circumferential or toroidal reinforcement having an omega-shaped cross-section |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2202663C2 (en) * | 1997-11-10 | 2003-04-20 | Федерал-Могул Системз Протекшн Груп Инк. | Woven sleeve |
| RU2415976C2 (en) * | 2005-11-17 | 2011-04-10 | Олбэни Энджиниред Композитс, Инк. | Combined 3d woven multilayer stands for composite structures |
| RU2550860C2 (en) * | 2009-10-01 | 2015-05-20 | Олбани Энджиниэрд Композитс, Инк. | Woven preform, composite material and method for their manufacturing |
| RU2542976C2 (en) * | 2009-10-28 | 2015-02-27 | Олбани Энджиниэрд Композитс, Инк. | Fibre preform, composite element reinforced with fibres and method of their preparation |
| WO2011107708A1 (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-09 | Snecma | Fibrous preform for a turbine ring sector and method for manufacturing same |
| WO2015136213A1 (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-17 | Aircelle | Woven preform for producing a circumferential or toroidal reinforcement having an omega-shaped cross-section |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101910417B1 (en) | Fiber preform, fiber reinforced composite, and method of maing thereof | |
| RU2516802C2 (en) | Method of weaving bases with solid sidewalls | |
| RU2544685C2 (en) | Woven preform, composite material and method of their manufacture | |
| RU2634244C2 (en) | Preparation of u-shape form with inclined fibers | |
| RU2528967C2 (en) | Quasi-isotropic three-dimensional preform and method of its manufacture | |
| RU2550860C2 (en) | Woven preform, composite material and method for their manufacturing | |
| US9962901B2 (en) | Preform with integrated gap fillers | |
| KR20190002768A (en) | Circumferential stiffeners for composite fancases | |
| RU2604444C2 (en) | Corner fitting preforms and method for production thereof | |
| JP2023159293A (en) | Three-dimensional woven fabric preform for omega-shaped reinforcement | |
| EP2938766B1 (en) | Three-dimensional woven corner fitting with lap joint preforms | |
| JP2000178855A (en) | Fiber structure for filling gap | |
| RU2795562C2 (en) | 3d woven blanks for omega stiffeners | |
| KR20220011132A (en) | Three-dimensional woven support beam and manufacturing method thereof |