CN107878726A - 先进的可变半径层压式复合材料半径填料 - Google Patents

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Abstract

填料一种复合材料半径填料(200)包括基底部分(238)和尖端部分(220)。基底部分(238)由复合材料层片(258)形成，所述复合材料层片(258)沿整体长度方向(202)在整体宽度上改变并沿所述长度方向(202)限定所述基底部分(238)的可变横截面形状。所述基底部分(238)包括沿所述长度方向(202)具有过渡开端(296)和过渡末端(298)的至少一个过渡区(294)。所述基底部分(238)的复合材料层片(258)被布置在一个或更多个堆叠(250)中，每个堆叠具有预定纤维取向角(262)序列和在所述过渡区(294)内改变的堆叠宽度(278、282)。所述尖端部分(220)包括形成为大致三角横截面形状并堆叠在所述基底部分(238)的顶部上的多个复合材料层片(258)。

Description

先进的可变半径层压式复合材料半径填料
技术领域
本公开通常涉及复合材料结构，并且更具体地涉及一种用于复合材料结构的复合材料半径填料。
背景技术
由于其高强度重量比、耐腐蚀性和其他优良性能，复合材料结构在各种应用中使用。在飞机结构中，复合材料的使用数量在增加，以形成机身、机翼、水平稳定器和竖直稳定器和其他组件。例如，飞机的机翼可以由复合材料蒙皮面板形成，所述复合材料蒙皮面板共同固化或者共同黏合到内部复合材料结构，如复合材料纵梁和复合材料翼梁。复合材料纵梁和翼梁可以沿翼展方向从翼根延伸到翼梢，并且可以沿翼展方向大体地在厚度上逐渐变细，以逐渐地减少纵梁或翼梁的硬度。
复合材料纵梁和翼梁可以被提供成各种横截面形状。例如，复合材料纵梁可以被形成为帽状横截面并被称为排气纵梁/通导纵梁或帽状纵梁/帽形桁条。在另一个示例中，复合材料纵梁可以被形成为被称为叶片纵梁/叶片形桁条的T形横截面。叶片纵梁可以通过以背靠背布置将两个L形货料黏合在一起而形成。L形货料中的每一个可以具有由圆角腹板-凸缘过渡段互连的凸缘和腹板。当两个L形货料的腹板背靠背连接时，长度方向的凹口或部件腔体(例如，半径填料区域)在相对的腹板-凸缘过渡段之间形成。为了提高纵梁的强度、硬度和耐久性和在纵梁和蒙皮面板之间的黏合，所述部件腔体通常地填充有半径填料，所述半径填料可以称为面条状物并且典型地由复合材料形成。
复合材料半径填料具有损害其整体效用的若干缺点。例如，由于易于经历可对应于在纵梁和纵梁黏合到的蒙皮面板之间的连结处的相对低的拉拔/拉脱强度的裂纹/开裂，某些半径填料会具有降低的结构性能。此外，某些半径填料配置具有沿长度方向改变的内半径，这会阻止使用声学检测方法对内半径的无损检测(NDI)。另外，某些半径填料配置要求多个组件的组装，以形成半径填料，并且这对制造成本和进度有不利影响。此外，某些纵梁配置要求具有难以使用现有半径填料配置制造的不对称形状的半径填料。
如可以看到的，本领域中需要一种提供改进的结构性能的半径填料，所述改进的结构性能包括降低的裂纹的易受性、提高定制硬度特征的能力和改进的拉拔强度。此外，本领域中需要一种半径填料，所述半径填料改进含有半径填料的复合材料结构的可检验性并且还可以以低成本和适时方式制造。
发明内容
与用于复合材料结构的半径填料相关联的上述需要由提供包括基底部分和尖端部分的复合材料半径填料的本公开具体地解决和减轻。基底部分由复合材料层片形成，其沿整体长度方向在整体宽度上变化并沿长度方向限定基底部分的可变横截面形状。基底部分包括沿长度方向具有过渡开端和过渡末端的至少一个过渡区。基底部分的复合材料层片布置在一个或更多个堆叠中，每个堆叠具有预定纤维取向角序列和在过渡区内改变的堆叠宽度。尖端部分包括形成为大致三角横截面形状并堆叠在基底部分的顶部上的多个复合材料层片。
还公开的是一种包括彼此背靠背接触并形成长度方向的部件腔体的一对复合材料货料的复合材料结构。另外，复合材料结构包括安装在部件腔体中的半径填料。半径填料由基底部分和尖端部分组成。基底部分由复合材料层片形成，所述复合材料层片沿整体长度方向在整体宽度上变化并沿长度方向限定基底部分的可变横截面形状。基底部分包括至少一个过渡区。基底部分的复合材料层片布置在一个或更多个堆叠中，每个堆叠具有预定的纤维取向角序列和在过渡区内改变的堆叠宽度。尖端部分包括形成为大致三角横截面形状并堆叠在基底部分的顶部上的多个复合材料层片。
还公开的是一种制造半径填料的方法。该方法包括提供由复合材料层片形成的基底部分，所述复合材料层片沿整体长度方向的至少一部分在整体宽度上变化并沿长度方向限定基底部分的可变横截面形状。基底部分包括至少一个过渡区。基底部分的复合材料层片布置在具有预定纤维取向角序列并具有堆叠宽度的复合材料层片的一个或更多个堆叠中。堆叠中的至少一个的堆叠宽度在过渡区内变化。该方法可以另外地包括提供具有大致三角横截面形状的尖端部分，以及组装尖端部分与基底部分以在堆叠状况下形成半径填料。该方法可以另外地包括将热和/或压力施加于半径填料，以生产具有可变横截面形状的半径填料。
已经讨论的特征、功能和优点可以单独地在本公开的各种实施例中实现或者可以在其他实施例中组合，其进一步细节可以参照下列描述和以下附图看到。
附图说明
在参照附图时，本公开的这些特征及其他特征将变得显而易见，其中相同标号指代相同部件并且其中：
图1是由包括如本文公开的一个或更多个复合材料半径填料的一个或更多个复合材料结构组成的飞机的透视图的示意性表示；
图2是配置为叶片纵梁并具有如本文公开的半径填料的复合材料纵梁的示例的侧视图的示意性表示；
图3是沿图2的线3截取的复合材料纵梁(例如，叶片纵梁)的截面图的示意性表示；
图4是图3的复合材料纵梁的分解截面图的示意性表示并示出一对L形货料、基底货料和半径填料；
图5是在成形状况下的并可以与图4的纵梁组装的图4的半径填料的截面图的示意性表示；
图6是在堆叠状况下的图5的半径填料的截面图的示意性表示并示出基底部分和尖端部分；
图7是穿过拉挤(pultrusion)模具的多个单向切割带丝束/狭缝带纤维束的透视图的示意性表示；
图8是单向切割带丝束的长度方向截面的透视图的示意性表示；
图9是图7的拉挤模具的透视图；
图10是具有三角横截面形状的尖端部分的长度方向截面的透视图的示意性表示；
图11是沿图10的线11截取的尖端部分的截面图的示意性表示并示出由于穿过图9的拉挤模具拉挤所导致的切割带丝束的非平面横截面形状；
图12是在堆叠状况下的并由多个三层片堆叠组装的半径填料的基底部分的示例的截面图的示意性表示，其中每个堆叠包括三个复合材料层片；
图13是图12的基底部分的顶部两个堆叠的透视图的示意性表示并示出每个三层片堆叠具有+非零度层片、﹣非零度层片和在+非零度层片和﹣非零度层片之间的零度层片；
图14是在堆叠状况下的半径填料的截面图的示意性表示并且还示出相对于其中要安装有在成形状况下的半径填料的部件腔体的横截面轮廓的半径填料的竖直溢出物；
图15是在安装到成形模具中之前的在堆叠状况下的半径填料的截面图的示意性表示；
图16是施加热和压力到在成形模具内的半径填料的截面图的示意性表示；
图17是在从成形模具移除之后在成形状况下的半径填料的截面图的示意性表示；
图18是具有在纵梁一端处由不同规格(gauge)过渡区互连到恒定规格伸出部(runout)的恒定规格面积部(acreage)的叶片纵梁的长度方向区段的透视图的示意性表示；
图19是沿图18的线19截取的半径填料的截面图的示意性表示并示出在成形状况下的并可以安装在图18的纵梁的面积部中的重规格截面中的半径填料；
图20是用于纵梁的轻规格区段(未示出)的在成形状况下的半径填料的截面图的示意性表示；
图21是图19和图20的基底部分的最上方的三层片堆叠的截面图的示意性表示并示出组成三层片堆叠的三个复合材料层片；
图22是沿图18的线22截取的半径填料的截面图的示意性表示并示出在成形状况下的并可以安装在图18的纵梁的伸出部中的半径填料；
图23是图22的基底部分的最上方的两层片堆叠的截面图的示意性表示并示出组成两层片堆叠的两个复合材料层片；
图24是配置为帽状纵梁的复合材料纵梁的侧视图的示意性表示；
图25是沿图24的线25截取的纵梁的截面图的示意性表示并示出安装在帽状纵梁中的一对不对称半径填料；
图26是沿图27的截面26截取的半径填料的截面图的示意性表示并示出在成形状况下具有不对称形状的半径填料；
图27是具有不对称形状的在堆叠状况下并可以在成形状况下形成为图26的半径填料的不对称形状的半径填料的截面图的示意性表示，其用于安装到部件腔体中，导致半径填料在组装状况下具有不对称形状填料；
图28是在安装到不对称形状成形模具中之前在堆叠状况下具有不对称形状的半径填料的截面图的示意性表示；
图29是施加热和压力到在成形模具内的半径填料的截面图的示意性表示；
图30是在从成形模具移除之后在成形状况下具有不对称形状的半径填料的截面图的示意性表示；
图31是示出基底部分的可变横截面形状并且还示出在基底部分中的堆叠之一的堆叠终止的半径填料的基底部分的长度方向区段的透视图的示意性表示；
图32是具有其中要安装半径填料的长度方向部件腔体的复合材料翼梁的长度方向区段的示例的透视图的示意性表示并且还示出与半径填料的基底部分中的过渡区对应的纵梁中的局部化层片增加部和层片下降部；
图33是具有过渡区的对称半径填料的基底部分的底部堆叠的示意性顶视图的示意性表示，所述过渡区从其中要安装半径填料的纵梁中的层片下降部或层片增加部的开端偏移；
图34是示出基底部分的堆叠之一终止在其内的过渡区的半径填料的基底部分的顶视图的示意性表示；
图35是示出在半径填料的相反端中的每个处的过渡区内的0度层片的层片终止的基底部分的侧截面图的示意性表示；
图36是基底部分的顶部两个堆叠的放大视图的示意性表示并示出在堆叠中的每个堆叠的0度层片的过渡区内的层片终止；
图37是在图35的基底部分的内侧端处的过渡区的旋转180°顶视图的示意性表示并示出零度层片终止的间距；
图38是在图35的基底部分的外侧端处的过渡区的顶视图的示意性表示并示出零度层片终止的间距；
图39是添加到伸出部并在半径填料的过渡区内终止的两层片堆叠的示例的顶视图的示意性表示；
图40是示出可以包括在制造复合材料半径填料的方法中的一个或更多个操作的流程图。
具体实施方式
现在参照附图，其中所示是为了示出本公开的优选和各种实施例的目的，图1中所示的是一种飞机100，所述飞机100具有从飞机100的前端延伸到后端的机身102。后端可以包括用于方向控制飞机100的一个或更多个尾翼面，诸如竖直/垂直稳定器108以及一对水平稳定器110。飞机100还可以包括从机身102向外延伸的一对机翼106和一个或更多个推进单元104。机身102、机翼106、竖直稳定器108、水平稳定器110和其他飞机组件可以形成为复合材料结构118，其中的一个或更多个可以包括如本文公开的一个或更多个复合材料半径填料200(图3)。例如，如图1中所示，飞机100的机翼106可以包括多个内部复合材料纵梁120和复合材料翼梁170(例如，图32)，其每个均包括一个或更多个半径填料200并且可以共同固化或共同黏合到蒙皮面板116。纵梁120和翼梁170可以沿每个机翼106的翼展方向取向并且可以通常地沿翼展方向在厚度或规格上渐缩，以逐渐地减少纵梁120的硬度。
图2是包括如本文公开的半径填料200(图3)的复合材料纵梁120的侧视图。在所示的示例中，纵梁120配置为叶片纵梁121(图3)。如下面更详细描述，纵梁规格可以通常地沿纵梁120的长度方向202变化(例如，减小)。另外，纵梁规格可以在纵梁端部126处(例如，在图18的伸出部124处)减小，以减少纵梁120硬度并由此避免在纵梁端部126处的应力集中。
图3是具有T形横截面的纵梁120(即叶片纵梁121)的示例的截面图。图4是图3的纵梁120的分解图。图3至图4示出组成纵梁120的一对L形货料130、基底货料128和半径填料200。L形货料130和基底货料128均形成为复合材料层片258的层压件。L形货料130中的每个均包括由腹板-凸缘过渡段136互连的凸缘134和腹板132。腹板-凸缘过渡段136具有内半径138和外半径140。在叶片纵梁121中，腹板132可以相对于凸缘134以从90°向下到75°或更小的范围内的腹板角218取向。在叶片纵梁121中，腹板角218可以沿纵梁121的长度方向变化。然而，在一些示例中，叶片纵梁121的腹板角218可以是沿纵梁121的长度方向恒定的。
L形货料130的腹板132可以与彼此背靠背接触放置，从而导致在L形货料130的相对腹板-凸缘过渡段136之间的长度方向的部件腔体142(例如，半径填料区域)。当基底货料128组装到L形货料130时，半径填料200的尺寸经设定并经配置成填充部件腔体142。在组装之后，L形货料130、半径填料200和基底货料128可以共同黏合或共同固化到蒙皮面板116(图1)。在未示出的可替代实施例中，基底货料128可以省略，并且L形货料130和半径填料200可以直接地组装到蒙皮面板116上用于共同黏合或共同固化。
尽管本公开的半径填料200初始地在叶片纵梁121(图3至图4)的背景下描述，但是半径填料200可以被包括到各种不同纵梁和翼梁配置中的任何一个中，并且不限于叶片纵梁121。例如，如下面所述，具有不对称形状214(图26)的半径填料200可以被包括到具有帽状横截面并且可以被称为帽状纵梁172(图24至图25)的纵梁120中。另外，半径填料200可以被包括到具有I形梁横截面(未示出)的诸如复合材料翼梁170(图32)的复合材料结构118中。然而，本文公开的半径填料200可以被包括到各种不同复合材料结构配置中的任何一个中，并且不限于被包括到复合材料纵梁120或复合材料翼梁170中。
图5是在成形状况206(例如，图17和图30)下的图4的复合材料半径填料200的截面图。在成形状况206下的半径填料200是在堆叠状况(例如，图6和图27)和组装状况207(例如，图3和图25)之间的中间形状。在成形状况206下的半径填料200经配置被安装在复合材料结构118的部件腔体142内。例如，在成形状况206下的半径填料200可以被安装在叶片纵梁121的背靠背L形货料130(图3至图4)之间的部件腔体142内。部件腔体142具有由腹板-凸缘过渡段136的对应相对外半径140(图4)限定的相对腔体侧面144(图3至图4)。
半径填料侧面210可以沿半径填料200的至少一部分的长度方向202具有可变半径，以沿长度方向202适应部件腔体142的可变外半径140。在成形状况206下，相对外半径填料侧面210优选地轮廓互补于腔体侧面144。当在成形状况206下的半径填料200被安装在部件腔体142中时，半径填料200呈现组装状况207(例如，图3和图25)，其中半径填料侧面210符合/共形于部件腔体侧面144的外半径140。在组装状况207下的半径填料侧面210的轮廓(例如，半径)可以稍微地不同于在成形状况206下的半径填料侧面210的轮廓(例如，半径不同)。
图6是在形成到成形状况206中之前在堆叠状况204下的图5的半径填料200的截面图。半径填料200包括基底部分238和定位在基底部分238的顶部上的尖端部分220。基底部分238由沿过渡区294(图18)的长度方向202(图2)在整体宽度上变化的复合材料层片258形成。在这方面，基底部分238在过渡区294内具有可变横截面形状。过渡区294(图18)具有如下所述的过渡开端296(图18)和过渡末端298(图18)。
如图5至图6中所示，基底部分238的复合材料层片258被布置成一个或更多个堆叠250。如图13、图21和图23中所示并在下面所述，每个堆叠250形成为布置成预定纤维取向角262序列的复合材料层片258的层压货料。复合材料层片材料可以是具有浸渍有热固或热塑基体材料或树脂的多个强化/增强纤维的预浸渍纤维强化聚合物基体材料(即预浸料坯)。在一个示例中，预浸料坯材料可以是环氧树脂/碳纤维预浸料坯。预浸料坯可以被提供成相对小的层片厚度(例如，图21)。例如，预浸料坯可以被提供成约0.0076英寸的标准层片厚度260，尽管用于形成本文公开的半径填料200的复合材料层片258可以以任何厚度提供而无限制。例如，预浸料坯层片可以以与一英寸的千分之几一样小的厚度、与一英寸的千分之十或数十一样大或在其之间的任何厚度提供。
在图6中，基底部分238中的堆叠250中的每个堆叠具有在堆叠250的竖直位置处与部件腔体142(例如，在图32的复合材料翼梁170中的部件腔体)的宽度互补的堆叠宽度278、282(例如，图31)。如在下面所述，基底部分238中的堆叠250中的至少一个的堆叠宽度278、282在半径填料200的过渡区294(图34)内变化或渐缩。然而，在过渡区294外部的半径填料200的区段中，堆叠250具有恒定堆叠宽度278、282。例如，如在下面所述，堆叠宽度278、282在半径填料200的面积部(acreage)122(图34)和伸出部124(图34)中是恒定的。
在图6中，尖端部分220由形成到大致三角横截面形状并堆叠在基底部分238的顶部上的多个复合材料层片258组成。在一个示例中，在尖端部分220中的复合材料层片258是单向切割带丝束222。单向切割带丝束222可以通过沿长度方向撕开预浸料坯复合材料层片材料的板材以形成多个相对窄宽度丝束而被形成。例如，切割带丝束222可以以四分之一英寸的宽度、二分之一英寸的宽度或各种不同丝束宽度中的任何一个提供。每个单向切割带丝束222中的强化纤维在与切割带丝束222的长度方向平行的单个方向上取向。然而，尖端部分220可以由其他形式的丝束组成，并且不限于单向切割带丝束222。
图7示出用于制造半径填料200的尖端部分220的系统的示例。在所示的示例中，多个单向切割带丝束222从线轴(spool)224引出并穿过拉挤模具310。图8示出可以从线轴224引出的单向切割带丝束222的长度方向区段。切割带丝束222具有相对小的层片厚度260(例如，约0.0076英寸)，并且可以在与其他切割带丝束222通过拉挤模具310拉挤之前具有在约0.12英寸和0.50英寸之间的丝束宽度226。在实施例中，半径填料200的尖端部分220可以由从4个至9个切割带丝束222中的任何组成，每个丝束具有约0.25英寸的丝束宽度226。然而，尖端部分220可以用小于4个丝束或多于9个丝束制造。另外，尖端部分220可以用具有0.25英寸之外尺寸的丝束宽度226的切割带丝束222制造。此外，尖端部分220可以用具有两个或更多个不同丝束宽度226的切割带丝束222制造。图9是具有模具开口的拉挤模具310的示例的透视图，其中切割带丝束222穿过模具开口以使得切割带丝束222符合并固化成三角横截面形状。
图10示出可以具有沿尖端部分220的长度大体恒定的横截面尺寸和形状的尖端部分220的长度方向区段。然而，尖端部分220可以以尖端部分220沿尖端部分220的一个或更多个长度方向区段具有可变横截面形状这种方式被制造。例如，一个或更多个切割带丝束222可以在制造(例如，拉挤)尖端部分220的过程期间被添加或丢失，从而导致尖端部分220沿长度方向202具有可变横截面尺寸和/或形状。在实施例中，尖端部分220横截面尺寸和/或形状可以经配置与复合材料结构118的部件腔体142(图3至图4)的变化外半径(图3至图4)一致地变化。
图11是图10的尖端部分220的截面视图，其示出由于切割带丝束222在穿过拉挤模具310拉挤期间打碎在一起而导致的每个切割带丝束222的非平面横截面形状。尖端部分220具有尖端部分顶点236、相对尖端部分侧面234和尖端部分底表面228。尖端部分底表面228可以是大致平面的，以促进尖端部分220在基底部分238的顶部上的堆叠。有利地，相对于具有包括层压复合材料层片258的尖端部分220的半径填料200，由单向切割带丝束222制造尖端部分220改进了半径填料200的可制造性和结构性能。
图12是由每个包含三个复合材料层片258的多个三层片堆叠254组装的半径填料200的基底部分238的示例的截面图。基底部分238具有由底部堆叠276和组装在底部堆叠276的顶部上的一个或更多个中间堆叠280组成的阶梯式金字塔状横截面形状。根据在半径填料200上的长度方向位置，基底部分238可以包括从复合材料层片258的3个堆叠到20个堆叠250(例如，包括底部堆叠276和中间堆叠280)中的任意。然而，基底部分238可以包括任何数量的堆叠250。含有三层片堆叠254的基底部分238的区段位于半径填料200的面积部122(图18)中。如在下面所述，在半径填料200的伸出部124中，由于在将面积部122互连到伸出部124的过渡区294内的0度层片264的层片终止274，基底部分238包括多个两层片堆叠256。
图13是图12的基底部分238的顶部两个三层片堆叠254的透视图，其中每个三层片堆叠254由+非零度层片266、﹣非零度层片270和位于+非零度层片266和﹣非零度层片270之间的0度层片264组成。三层片堆叠254中的复合材料层片258中的每个是具有在单个方向上取向的强化纤维的单向层片。对于其中复合材料层片258均具有约0.0076英寸厚度的布置，每个三层片堆叠254具有约0.0228英寸的堆叠厚度252。+非零度层片266和﹣非零度层片270的纤维取向角262的绝对值是相等的，使得每个三层片堆叠254是一种平衡铺层，以在固化期间最小化残余热应力。+非零度层片266和﹣非零度层片270的纤维取向角262优选地小于45度。例如，在优选的实施例中，每个三层片堆叠254的纤维取向角262序列由+30度层片268、﹣30度层片272和位于+30度层片268和﹣30度层片272之间的0度层片264组成。有利地，通过从三层片堆叠254而不是具有四个或更多个复合材料层片258的堆叠250组装基底部分238，沿长度方向202的半径填料200的弯曲硬度特征能够通过添加或丢失堆叠250而被更精确地控制。
图14是在堆叠状况204(以实线示出)下的半径填料200的截面图，其示出半径填料200相对于其中要安装在成形状况206(例如，图17)下的半径填料200的部件腔体142的横截面轮廓(以虚线示出)的竖直溢出物248。图14中的虚线表示如由从腔体底部146延伸到腔体顶点148的相对腔体侧面144限定的部件腔体142的形状和尺寸。从腔体底部146到腔体顶点148的距离限定腔体高度150。如上面提到，相对腔体侧面144由诸如图3至图4中所示的背靠背L形货料130的纵梁120的背靠背复合材料货料的相对外半径140限定。腔体底部146由最后与纵梁120共同固化或共同黏合的基底货料128(图3至图4)或蒙皮面板116(图1)限定。如上面提到，当在成形状况206(例如，图17和图30)下的半径填料200被安装在部件腔体142中时，半径填料200呈现组装状况207(例如，图3和图25)，其中半径填料侧面210符合部件腔体侧面144的外半径140。在组装状况207下的半径填料侧面210的轮廓(例如，半径)可以稍微地不同于在成形状况206下的半径填料侧面210的轮廓(例如，半径不同)。
在图14中，竖直溢出物248可以由在堆叠状况204下的半径填料200提供，该半径填料200具有溢出部件腔体142的横截面面积的横截面面积。在此方面，尖端部分220具有尖端部分底表面228，并且基底部分238具有基底部分底表面246和基底部分高度。基底部分238经设计根据下列标准为在堆叠状况204下的半径填料200提供部件腔体142的竖直溢出物248：(1)在堆叠状况204下的半径填料200的堆叠基底部分高度242大于在组装状况207下的半径填料200的组装基底部分高度243至少百分之五，以及(2)在堆叠状况204下的半径填料200的堆叠基底部分高度242是超过组装基底部分高度243的至少一个附加层片厚度260(例如，图21和图23)。堆叠基底部分高度242从在堆叠状况204下的半径填料200的基底部分底表面246延伸到尖端部分底表面228。如果尖端部分220被安装在部件腔体142中使得尖端部分220在组装状况207下，则组装基底部分高度243从腔体底部146延伸到尖端部分底表面228的位置。
当半径填料200在组装状况207下时，尖端部分底表面228的位置可以通过分析或者通过测量(例如，在实验室中物理地、超声地等)在尖端部分处于部件腔体142中且在组装状况207下符合部件腔体侧面144时尖端部分底表面228相对于腔体底部146的位置而被确定。尖端部分底表面228的位置使得在组装状况207下的尖端部分220的横截面面积等于在堆叠状况204下的尖端部分220的横截面面积。为满足上述竖直溢出物248标准所添加的一个或更多个复合材料层片258的宽度可以基本上等同于(例如，在±0.010英寸内)在腔体侧面144与附加复合材料层片258的中间平面284的相交处285处的部件腔体宽度152。用于竖直溢出物248的所述一个或更多个附加复合材料层片258可以被添加在堆叠状况204下的基底部分238的中间堆叠280的顶部上。
在图14的示例中，为满足竖直溢出物248标准所添加的所述一个或更多个复合材料层片258包括为满足竖直溢出物248标准所添加的三个附加复合材料层片258(例如，三层片堆叠254)。不过，在另一些示例中，为竖直溢出物248而添加一个或更多个复合材料层片258可以是为在纵梁120的任何长度方向区段处满足上述竖直溢出物248要求所添加的单个复合材料层片258、两个复合材料层片258或三个以上复合材料层片258。在一个示例中，竖直溢出物248标准可以通过如在纵梁120的面积部122中添加至少一个三层片堆叠254(如上所述)得到满足。在纵梁120的伸出部124中，竖直溢出物248标准可以通过添加至少一个两层片堆叠256(如下所述)得到满足。虽然如上所述竖直溢出物248是至少百分之五，但是竖直溢出物248沿半径填料200的长度不必是恒定的，并且可以如下所述随着纵梁规格的变化和/或随着腹板132和凸缘134之间的腹板角218(图25至图27)的变化而变化。在此方面，尖端部分220具有可以随着纵梁规格和/或腹板角218的变化而变化的尖端部分高度232、尖端部分宽度230和尖端部分侧面234形状，如在下面更详细描述。
仍然参照图14，如上面提到，部件腔体142具有分别由背靠背复合材料货料(图3至图4)的相对外半径140限定的相对腔体侧面144。基底部分238由单个底部堆叠276和在底部堆叠276顶部上的多个中间堆叠280组成。中间堆叠280中的每个具有设置为部件腔体142的标称宽度的中间堆叠宽度282。在此方面，在堆叠状况204下的基底部分238可以被设计成在水平方向上具有最小溢出物或不存在溢出物。更具体地，在堆叠状况204下的基底部分238的中间堆叠280中的每个的中间堆叠宽度282基本上等同于(例如，在±0.010英寸内)在腔体侧面144与相应中间堆叠280的中间平面284的相交处285处的部件腔体宽度152。
另外，底部堆叠276在部件腔体142底表面处具有小于部件腔体宽度152的底部堆叠宽度278。优选地，底部堆叠宽度278比部件腔体底部宽度153大约小0.10英寸(±0.010英寸)，该部件腔体底部宽度153可以限定为在腔体侧面144与基底货料128(图3)或与纵梁120共同黏合或共同固化的蒙皮面板116的相交处或相切处之间的距离。有利地，已经发现，相对于由依赖于水平溢出物的半径填料提供的减少的压紧量，将半径填料200设计成具有竖直溢出物248和最小水平溢出物或不存在水平溢出物显著地改进半径填料200的压紧并降低在半径填料200中破裂的易受性。由于在本文公开的半径填料200中使用竖直溢出物248导致的改进的压紧和降低的破裂易受性有利地改进纵梁120的结构性能，如改进的拉脱(pull-off)性能。
图15示出在堆叠状况204下并在用于将半径填料200的堆叠状况204形成为成形状况206的系统的非限制性示例中在安装到成形模具300的模具腔体302中之前倒置的半径填料200。在此方面，各种系统(未示出)中的任何一个可以被实施用于将堆叠204的半径填料200形成为成形206的半径填料200中。在图15中，模具腔体302可以基本上复制在成形状况206下的半径填料200要被安装到其内的复合材料结构118的部件腔体142的尺寸和形状。虽然未示出，不过模具腔体302可以轮廓被形成为互补于部件腔体142的相对外半径140(图3至图4)的长度方向变化。
图16示出安装在成形模具300中并由安装在成形模具300的顶部上的压力板304包封的半径填料200。还示出施加热308和/或压力306到成形模具300内的半径填料200。热308和/或压力306可以在预定热-压力循环中施加于半径填料200，以压实和/或巩固半径填料200。热308的施加可以降低在组成半径填料200的预浸料复合材料层片258和切割带丝束222中的树脂粘度，从而允许在压力306下的复合材料符合模具腔体302的横截面形状。
图17示出在从成形模具300移除之后在成形状况206下的半径填料200。当半径填料200在成形模具300内部时，热308可以以避免树脂的完全固化使得半径填料200可以以部分固化的生坯状态下从模具腔体302移除的方式被施加。在成形状况206下的半径填料200可以被安装到复合材料结构118的部件腔体142中，使得半径填料200符合部件腔体侧面144的轮廓，并且其中如上所述，半径填料200处于组装状况207下，用于最后与组成纵梁120的复合材料货料共同固化和/或共同黏合。
图18示出具有在纵梁120的纵梁端部126处由规格变化的过渡区294连接到规格恒定的伸出部124的恒定规格面积部122区段的叶片纵梁121的示例的长度方向区段。如上面提到，纵梁120和半径填料200的面积部122可以被描述为不位于伸出部124处的恒定规格区段。过渡区294可以被描述为是纵梁120和半径填料200的从一个恒定规格区段变化规格到另一个恒定规格区段的区段。伸出部124可以被描述为纵梁120和半径填料200的恒定规格区段。伸出部124可以位于一个纵梁端部126处或位于两个纵梁端部126处。在机翼蒙皮的纵梁120的示例中，半径填料200可以包括在纵梁120的内侧端112(图38)处、在纵梁120的外侧端114(图38)或在纵梁120的内侧端112和外侧端114二者处的伸出部124。在伸出部124中的纵梁120和半径填料200的厚度或规格与在半径填料200的恒定规格面积部122区段中的厚度相比是相对薄的。
图19是在成形状况206下的并且可以在纵梁120的恒定规格面积部122中与图18的纵梁120组装的半径填料200的截面图。在实施例中，在面积部122中的半径填料200的尖端部分220优选地包括4个切割带丝束222到9个切割带丝束222，其中每个均可以是约0.25英寸宽。然而，尖端部分220可以包括任何数量的具有任何丝束宽度226的切割带丝束222。在面积部122中的半径填料200的基底部分238优选地包括5个三层片堆叠254到17个三层片堆叠254，不过基底部分可以包括任何数量的三层片堆叠254。
图19是可以被安装在纵梁120的相对大规格的面积部122区段的半径填料200的示例。半径填料200可以具有含有16个连续切割带丝束222(其中每个具有约0.125英寸丝束宽度226)或8个连续切割带丝束222(其中每个具有约0.25英寸丝束宽度226)的尖端部分220。图19中的半径填料200的基底部分238由14个三层片堆叠254组成。在堆叠状况(未示出)下，基底部分238的底部堆叠276可以具有约1.1英寸的底部堆叠宽度(未示出)，并且最上方的中间堆叠286(例如，直接地位于尖端部分220下面)可以具有约0.16英寸的堆叠宽度(未示出)。
图20示出用于相对小规格的面积部122区段的在成形状况206下的半径填料200的示例，并且其中上述尖端部分220包含上面提到的8个0.25英寸宽度的切割带丝束222。图20中的半径填料200的基底部分238由6个三层片堆叠254组成。在图20中，在堆叠状况(未示出)下，基底部分238的底部堆叠276具有约0.73英寸的底部堆叠宽度(未示出)，并且最上方的中间堆叠286可以具有约0.20英寸的中间堆叠宽度(未示出)。
图21是图19和图20的基底部分238的最上方286的三层片堆叠254的截面图，并示出组成三层片堆叠254的三个复合材料层片258。如上面提到，对于约0.0076英寸的层片厚度260，每个三层片堆叠254的堆叠厚度252约是0.0228英寸。在优选实施例中，面积部122的基底部分238中的每个三层片堆叠254优选地具有由+30度层片268、﹣30度层片272和位于+30度层片268和﹣30度层片272之间的0度层片264组成的纤维取向角262序列。
图22是在图18的纵梁120的恒定规格伸出部124中截取的半径填料200的截面图。伸出部124中的尖端部分220优选地包括4至9个0.25英寸宽度的切割带丝束222。伸出部124中的半径填料200的基底部分238优选地包括5至10个两层片堆叠256。两层片堆叠256不包含0度层片264，并且由于在三层片堆叠254的0度层片264的过渡区294中的终止而形成。在此方面，过渡区294中的0度层264的终止导致伸出部124由彼此背靠背接触的+非零度层片266和﹣非零度层片270组成。在伸出部124的基底部分238中的每个两层片堆叠256优选地具有由+30度层片268和﹣30度层片272组成的纤维取向角262序列。在图22中所示的半径填料200的横截面中，基底部分238由6个三层片堆叠254组成。
图23是图22的基底部分238的最上方286的两层片堆叠256的截面图。组成两层片堆叠256的两个复合材料层片258是+30度层片268和﹣30度层片272，并且是三层片堆叠254中的此类层片的连续。对于约0.0076英寸的层片厚度260，两层片堆叠256的堆叠厚度252约是0.0152英寸。
图24是具有帽状横截面的帽状纵梁172的侧视图。图25是沿图24的线25截取的帽状纵梁172的截面图并示出安装在帽状纵梁172中的一对不对称半径填料。帽状纵梁172可以由平面基底货料128、梯形缠绕货料178、帽状主货料176和一对不对称半径填料200组成。基底货料128、缠绕货料178和主货料176可以均单独地形成为复合材料层片258的层板。基底货料128、缠绕货料178和主货料176的组装导致一对部件腔体142。在帽状纵梁172中，腹板132可以相对于与凸缘34以不垂直的腹板角218取向。在一些示例中，帽状纵梁172的每侧上的腹板角218可以高达105°或更大。然而，帽状纵梁172可以具有相对于凸缘134以垂直腹板角218取向的腹板132。对于腹板132以不垂直的腹板角218取向的帽状纵梁172示例，部件腔体142具有可以不相等的相对外半径140。然而，相对外半径140可以沿帽状纵梁172的一个或更多个长度方向区段是相等的并且沿帽状纵梁172的一个或更多个其他长度方向区段是不相等的，其中该帽状纵梁172具有垂直腹板角218或者不垂直腹板角218。帽状纵梁172的腹板角218可以沿纵梁172的长度方向是恒定的。然而，在另一些示例中，帽状纵梁172的腹板角218可以沿纵梁172的长度方向变化。
在图25中，当基底货料128与缠绕货料178和主货料176组装时，在堆叠状况204下的半径填料200的尺寸设定成并经配置成填充部件腔体142。在组装之后，基底货料128、缠绕货料178、主货料176和半径填料200可以共同黏合或共同固化到蒙皮面板116(图1)。在未示出的可替代实施例中，基底货料128可以被省略，并且缠绕货料178、主货料176和半径填料200可以直接地组装到蒙皮面板(未示出)上以用于共同固化或共同黏合。
图26是可以安装在图25的帽状纵梁172的部件腔体中的在成形状况206下的半径填料200的截面图。在成形状况206下的半径填料200具有不对称形状214，其中相对半径填料侧面210具有不相等外半径140，其与如图5中所示关于竖直中心线具有对称形状212的半径填料200相区别，在图5中相对半径填料侧面210的外半径140是相等的。图26的不对称形状的半径填料200包括尖端部分220和基底部分238，并且以类似于对称形状半径填料200的上述构造的方式构造。另外，图26的半径填料200包括上述竖直溢出物248标准。
图27是具有不对称形状214的在堆叠状况204下的半径填料200的示例的截面图。在优选实施例中，不对称半径填料200可以形成到成形状况207(例如，参见图28至图30)并与纵梁120组装，以导致图25中所示的半径填料200的组装状况207。然而，在未示出的可替代实施例中，在堆叠状况204下的对称形状半径填料200可以形成为具有不对称形状214的在成形状况206下的半径填料200，并且所述半径填料200可以与纵梁120组装以导致图26中所示的组装状况207。
图28至图30示出将在堆叠状况204下具有不对称形状214的半径填料200形成为在成形状况206下具有不对称形状214的半径填料200的过程的示例。图28示出在安装到可以基本上复制其中要安装有半径填料200的部件腔体142的不对称形状的成形模具300的不对称形状模具腔体302中之前在堆叠状况204下具有不对称形状214的半径填料200。半径填料200被插入到模具腔体302中且/或施加热308和/或压力306使得尖端部分220和基底部分238符合模具腔体302的轮廓。
图29示出在压力板304安装在成形模具300的顶部上之后在成形模具300内施加热308和/或压力306到半径填料200。施加热306且由于热308的施加而引起的树脂粘度的降低使基底部分238和尖端部分220符合模具腔体302的侧面。图30示出在从成形模具300移除之后具有不对称形状214的成形状况206下的半径填料200。如上所示，在成形状况207下的半径填料200可以被安装在纵梁120的部件腔体中，以导致在图25中在组装状况207下所示的半径填料。
在本文公开的示例的任何一个示例中，在堆叠状况204、成形状况206和/或组装状况207下的半径填料200可以具有沿半径填料208的整个长度恒定的对称形状212。在另一些示例中，在堆叠状况204、成形状况206和/或组装状况207下的半径填料200可以具有沿半径填料208的整个长度恒定的不对称形状214。然而，在未示出的另一些实施例中，在堆叠状况204、成形状况206和/或组装状况207下的半径填料200可以包括具有沿半径填料200的长度过渡到不对称形状214的对称形状212的一个或更多个长度方向区段。半径填料200可以在堆叠状况204下沿半径填料200的整体长度具有对称形状212(图9)，并且在堆叠状况204下的对称形状的半径填料200的长度的至少一部分可以形成为不对称形状214(图26)中且/或组装到不对称部件腔体142中。在叶片纵梁121的优选实施例中，半径填料200可以在堆叠状况204和成形状况206下被设置成对称形状212，并且当被安装在叶片纵梁121的部件腔体142中时可以沿半径填料200的至少一个长度方向部分在组装状况207下具有不对称形状214。在帽状纵梁172的优选实施例中，半径填料200可以在堆叠状况204和成形状况206下被设置成不对称形状214，并且当被安装在帽状纵梁172的部件腔体142中时可以沿半径填料200的至少一个长度方向部分在组装状况207下具有不对称形状214。
图31是由多个堆叠250组成的基底部分238的长度方向区段的透视图。由于堆叠250中的一个或更多个的堆叠宽度278、282的变窄，基底部分238具有可变横截面形状。另外，图31示出基底部分238的最上方堆叠286的终止。如图所示，堆叠250的终止端可以具有非正方形形状，如大致尖锐形状或圆角形状(未示出)，并且其可以提高半径填料200填充部件腔体142的容积的能力。然而，堆叠250的终止端可以具有正方形形状(未示出)。如上面提到，堆叠宽度278、282的变化和堆叠250的添加或丢失限制于半径填料200的过渡区294。半径填料200的面积部122和伸出部124具有恒定堆叠宽度278、282并且不具有堆叠250的任何添加或丢失。过渡区294可以互连一对面积部122区段，或者过渡区294可以连接面积部122区段到位于半径填料200的相反端部中的一端或两端处的伸出部124(图37至图38)。过渡区294包括沿其中要安装有半径填料200的复合材料结构118的长度方向202与层片丢失156和/或层片添加162一致的通用基底部分宽度240(图14)和基底部分高度242(图14)中的至少一个的变化。
图32示出复合材料翼梁170的长度方向区段，其示出其中要安装有半径填料200的部件腔体142。还示出的是由于翼梁170中的层片添加162和层片丢失156而引起的沿长度方向202的翼梁170的变化厚度。层片添加162和层片丢失156可以导致沿翼梁170的长度方向202的外半径140(图3至图4)的变化。有利地，半径填料200的可变横截面形状与翼梁170的外半径140的变化互补。以这种方式，翼梁170的内半径138(图3至图4)可以是沿长度方向202基本上恒定，这可以改进翼梁170的可检测性并可以降低制造成本。如下所述，对称半径填料200(例如，图5)可以以过渡区294的长度方向位置稍微地从复合材料结构中的层片丢失156和/或层片添加的长度方向位置偏移的方式被组装到复合材料结构(例如，对称复合材料翼梁)。
图33是对称半径填料200(例如，图5)的基底部分238的底部堆叠276的示意性顶视图，其示出过渡区294从具有对称横截面(例如，图3)的纵梁120中的层片丢失156的开端158和末端160的偏移154，并示出另一过渡区294从层片添加162的开端164和末端166到纵梁120的偏移154。过渡区294的过渡开端296可以位于层片丢失156的开端158之后，并且过渡区294的过渡末端298可以位于层片丢失156的末端160之后。对于至纵梁120的层片添加162，过渡区294的过渡开端296可以位于层片添加162的开端164之前，并且过渡区294的过渡末端298可以位于层片添加162的末端166之前。对于具有对称形状(例如，图5)的半径填料，过渡区294可以从层片丢失156或层片添加162的开端偏移154约0.10至0.50英寸或更多的距离。如上所示，将过渡区294从纵梁120中的层片丢失156和层片添加162的开端和末端偏移能够提高半径填料200填充部件腔体142的能力，并导致复合材料结构118的强度、硬度和可检测性的改进。对于不对称半径填料200(例如，图28)，过渡区294可以不从层片丢失156或层片添加162偏移。
图34是在堆叠状况204下的半径填料200的基底部分238的顶视图并示出互连两个面积部122区段的过渡区294。如上所示，在每个面积部122区段内，在基底部分238中的堆叠250的堆叠宽度278、282是恒定的，并且无堆叠250的添加或丢失(即，无堆叠终止)，其组合效果导致半径填料侧面210(图5)沿面积部122的长度具有恒定半径。在过渡区294内，可以添加或丢失一个或更多个堆叠250。在堆叠终止288中，堆叠250中的所有层片258在如在下面描述的图35中所示的相同位置处终止。在图34的示例中，堆叠终止288被示为大约被定位在过渡开端296和过渡末端298中间。然而，半径填料200可以包括在与纵梁120中的层片丢失156和层片添加162一致的沿半径填料200的长度方向202的任何位置处的任何数量的过渡区294。
对于具有两个或更多个堆叠终止288的过渡区294，在堆叠终止288和过渡开端296和过渡末端298之间的间距可以等于过渡区294的长度除以堆叠终止288的总量。另外，在每个过渡区294内，堆叠250中的一个或更多个的堆叠宽度278、282可以在相邻面积部122区段之间变化或线性改变。在图34中，堆叠宽度278、282的变化可以包括从过渡开端296延伸到过渡末端298的锥形物/渐缩部(taper)290。在所示的示例中，堆叠250具有彼此不同的锥形/渐缩角292。堆叠终止288和过渡区294中的堆叠宽度278、282的变化的组合效果导致半径填料侧面210(图5)沿过渡区294的长度方向202具有变化的半径。
图35是在堆叠状况204下的半径填料200的基底部分238的示意性侧截面图并示出沿半径填料200的大约长度方向中间中互连两个面积部122区段的在过渡区294内的三层片堆叠254的堆叠终止288。还示出在半径填料200的内侧端112和外侧端114中的每个处在过渡区294处的0度层片264的层片终止274，并且其中每个过渡区294连接面积部122到伸出部124。在内侧端112和外侧端114处的过渡区294中，三层片堆叠254中的每个堆叠中的0度层片264在位于过渡开端296处、在过渡末端298处或在过渡区294内的层片终止274处终止。
有利地，在基底部分238的铺设之前，多个三层片堆叠254能够通过铺设由+非零度层片板材(未示出)、﹣非零度层片板材(未示出)和位于所述+非零度层和﹣非零度层片的板材(未示出)之间的0度层片板材(未示出)组成的三层片层板(未示出)制造。如图35中所示，用于堆叠250的0度层片264的板材可以被提供成将从在一个纵梁端部126处的过渡区294延伸到在相反的纵梁端部126处的过渡区294的长度。然而，虽然未示出，不过本公开想到0度层片264可以延伸超过半径填料200的一端。用于+非零度层片266和﹣非零度层片270的板材可以均以相等长度被提供。另外，用于+非零度层片266和﹣非零度层片270的板材可以均长于用于0度层片264的板材，使得堆叠250将延伸超过部件的端部(例如，纵梁的端部)并且能够在稍后时间被修整。另外，+非零度层片266板材和﹣非零度层片270板材可以均以一段长度被提供，使得+非零度层片266和﹣非零度层片270的端部延伸超过0度层片264的相反端部中的每个，如图35中所示。在组装之后，三层片层压板材能够沿长度方向202切割成多个个体三层片堆叠254，每个如相对于图14在上面所述具有所要求的堆叠宽度278、282。个体三层片堆叠254可以堆叠在彼此的顶部上，以形成具有所要求的竖直溢出物248的基底部分238的阶梯式金字塔状横截面形状，如上所述并在图14中所示。
参照图35，当组装堆叠250以形成基底部分238时，个体堆叠250能够沿长度方向202交错，使得在过渡区294处，0度层片264的层片终止274彼此间隔开。更具体地，对于在至少一个纵梁端部126上的过渡区294，层片终止274彼此间隔开并以大约等于过渡区294的长度除以在过渡开端296处、在过渡末端298处和/或在过渡区294内的层片终止274(例如，0度层片264的层片终止)的总量的距离与过渡开端296和过渡末端298间隔开。三层片堆叠254的0度层片264的终止导致包含彼此背靠背接触的+非零度层片266和﹣非零度层片270的两层片堆叠256，如图36中所示。
图37是在图35的基底部分238的内侧端112处的过渡区294的旋转180°顶视图，并示出在0度层片264的层片终止274之间的相等间距。图38是在图35的基底部分238的外侧端114处的过渡区294的顶视图，并示出零度层片终止274的间距s。在内侧端112和外侧端114处的间距s可以使用下列关系确定：
s＝x内和x外中的较小者 (等式100)
其中：
x内＝TZ内/d内
x外＝TZ外/d外
TZ内＝在内侧端112处的过渡区294的长度
TZ外＝在外侧端114处的过渡区294的长度
TZ内≠TZ外
d内＝在内侧端112处的伸出部124处丢失的0度层片264的数量
d外＝在外侧端114处的伸出部124处丢失的0度层片264的数量
如上所示，纵梁120可以经配置使得在纵梁120的一端处的过渡区294具有与在纵梁120的相反端处的过渡区294不同的长度。例如，在图37至图38中，在内侧端112处的过渡区294长于在外侧端114处的过渡区294。在此类情况下，从过渡末端298到最近0度层片264终止的距离d可以使用下列关系描述：
d＝TZ内-(d内-1)(s) (等式110)
图39是添加到伸出部124并在半径填料200的过渡区294内的堆叠终止288处终止的两层片堆叠256的示例的顶视图。两层片堆叠256可以被添加以增加在伸出部124中的基底部分238的高度，以便满足上面提到的竖直溢出物248(图14)标准。如上所示，竖直溢出物248改进纵梁120的压缩并降低破裂易受性，从而改进纵梁120的结构性能，如改进的拉拔强度。在所示的示例中，所添加的两层片堆叠256的堆叠终止288可以位于过渡开端296和过渡末端298之间的中间。对于具有在伸出部124中开始的两层片堆叠256的两个或更多个堆叠终止288(未示出)的过渡区294，堆叠终止288彼此且与过渡开端296和过渡末端298相等地间隔开。
图40是示出可以被包括在制造复合材料半径填料200的方法400中的一个或更多个操作的流程图。方法400的步骤402包括提供由复合材料层片258形成的基底部分238，所述复合材料层片258沿整体长度方向202的至少一部分在整体宽度上变化并沿长度方向202限定基底部分238的可变横截面形状。如上所述，基底部分238包括沿长度方向202具有过渡开端296和过渡末端298的至少一个过渡区294。基底部分238的复合材料层片258被设置在一个或更多个堆叠250中。每个堆叠250包括具有预定纤维取向角262序列并具有堆叠宽度278、282的复合材料层片258的层压货料。堆叠250中的至少一个的堆叠宽度278、282在过渡区294内变化。
提供基底部分238的步骤包括将基底部分238的至少一个堆叠250提供为以由+非零度层片266、﹣非零度层片270和层压在+非零度层片266和﹣非零度层片270之间的0度层片264组成的三层片堆叠254(图13)的形式的层压货料。+非零度层片266和﹣非零度层片270的纤维取向角262的绝对值是相等的(例如，±5度)。在具体实施例中，提供基底部分238的至少一个堆叠250的步骤包括将基底部分238的至少一个堆叠250提供为由+30度层片268、﹣30度层片272和位于+30度层压片268和﹣30度层片272之间的0度层片264组成的层压货料。
如上面提到，堆叠宽度278、282的变化限制于过渡区294，并且不发生在半径填料200的恒定规格区段的面积部122或伸出部124中。堆叠宽度278、282的变化线性地改变并形成从过渡开端296延伸到过渡末端298的锥形物/渐缩部290(图34)。堆叠250中的至少两个具有不同于彼此的锥形/渐缩角292。例如，图34示出被示为在过渡区294的相反侧面上互连一对面积部122区段的在过渡区294中的堆叠250中的每个中的锥形物290。
除了使堆叠宽度278、282在过渡区294内逐渐变细/渐缩，该方法还可以包括在堆叠250中的至少一个中终止位于过渡区294内的层片终止274处的0度层片264。由于0度层片的层片终止274，三层片堆叠254(例如，在面积部122中)过渡到由如图36中所示彼此背靠背接触的+非零度层片266(例如，+30度层片268)和﹣非零度层片270(例如，﹣30度层片272)组成的两层片堆叠256。终止0度层片264的步骤包括将层片终止274定位在过渡开端296处、过渡区294内(即，在过渡开端296和过渡末端298之间)或过渡末端298处。在一些示例中，多个0度层片264可以终止，如在图38中所示。在此类布置中，该方法可以包括使得0度层片264的层片终止274彼此间隔开并与过渡开端296和过渡末端298间隔开近似等于过渡区294的长度除以在过渡开端296处、在过渡区294内和在过渡末端298处的层片终止274的总量的间距，类似于图37中所示的布置。在半径填料200的相对端部处的层片终止274还可以利用一些层片终止274之间的相同间距并且可以具有在最接近过渡区定位的层片终止274之间的不同距离d，类似于相对于图38在上面描述的布置。
方法404的步骤404包括提供具有如图6中所示的大致三角横截面形状的尖端部分220。提供尖端部分220的步骤可以包括将多个预浸料单向切割带丝束222拉挤成大致三角横截面形状。例如，图7示出可以实施用于从线轴224引出多个单向切割带丝束222并如图9中所示使得切割带丝束222穿过拉挤模具310的系统的示例。在一个示例中，单向切割带丝束222(图8)可以在拉挤成大致三角横截面形状之前具有大约0.12英寸至0.50英寸之间的丝束宽度226，不过还设想到其他丝束宽度226。
方法400的步骤406包括将尖端部分220堆叠到基底部分238上以形成在堆叠状况204下的半径填料200，其示例在上述图6中示出。如上面提到，半径填料200经配置被安装在复合材料结构118的部件腔体142中。部件腔体142具有从腔体底部146测量到腔体顶点148的腔体高度150。尖端部分220具有尖端部分底表面228。基底部分238具有基底部分底表面246和基底部分高度242。
方法400包括形成具有部件腔体142的竖直溢出物248(图14)的半径填料200。如上面提到，竖直溢出物248可以通过以下实现，即设计半径填料200使得：(1)在堆叠状况204下的半径填料200的堆叠基底部分高度242大于在组装状况207下的半径填料200的组装基底部分高度243至少百分之五，并且(2)在堆叠状况204下的半径填料200的堆叠基底部分高度242超过组装基底部分高度243至少一个附加层片厚度260(例如，图21、图23)。如上面提到，半径填料200向部件腔体142内的竖直溢出物248有利地导致复合材料结构118(例如，纵梁120)的改进的压紧并降低破裂易受性，这转化成纵梁120的结构性能的改进，包括纵梁120的改进的拉拔强度。
在一些示例中，半径填料200可以被形成为具有竖直溢出物248且不具有水平溢出物。在此方面，该方法可以包括由单个底部堆叠276和多个中间堆叠280形成基底部分238，其中每个中间堆叠均具有如图14中所示匹配部件腔体142的标称宽度的堆叠宽度282。在此方面，该方法可以包括形成在堆叠状况204下的半径填料200，使得每个中间堆叠280的堆叠宽度282基本上等同于(在±0.010英寸)在腔体侧面144与中间堆叠250的中间平面284的相交处的部件腔体宽度152，如相对于图14在上面描述。底部堆叠276具有小于在部件腔体142底表面(图14)处的部件腔体宽度152的底部堆叠宽度278。例如，底部堆叠宽度278比部件腔体底部宽度153小约0.10英寸(±0.010英寸)。
方法400的步骤408包括将热308和/或压力306施加于半径填料200，以产生在成形状况206下的半径填料200。在一些示例中，半径填料200可以被组装成在堆叠状况204下的对称形状212(图6)，其如通过如相对于图15至图17在上面描述将热308和/或压力306施加于成形模具300内的堆叠半径填料200，可以被成形为在成形状况206下的对称形状212。在其他示例中，半径填料200可以被组装成在堆叠状况204下的不对称形状214(图27)。在一些示例中，在堆叠状况204下具有不对称形状214的半径填料200的至少一个长度方向区段可以如通过使用如相对于图28至图30在上面描述具有不对称模具腔体302的成形模具300或者通过使用各种可替代成形工具中的任何一个，形成为在成形状况206下的不对称形状214。
当将堆叠半径填料200形成为成形状况206时，该方法可以包括将半径填料200的相对半径填料侧面210形成为与沿复合材料结构118的长度方向202延伸的部件腔体142(图3至图4)的对应腔体侧面144互补的轮廓。例如，半径填料侧面210中的每个可以形成为基本上匹配腔体侧面144半径的半径。
此外，本公开包括根据下列条款所述的实施例：
第1条、一种复合材料半径填料，所述复合材料半径填料包括：
由复合材料层片形成的基底部分，所述复合材料层片沿整体长度方向在整体宽度上改变并沿所述长度方向限定所述基底部分的可变横截面形状，所述基底部分包括沿所述长度方向具有过渡开端和过渡末端的至少一个过渡区；
所述基底部分的所述复合材料层片被布置在一个或更多个堆叠中，所述一个或更多个堆叠中的至少一个包括具有预定纤维取向角序列并具有堆叠宽度的复合材料层片的层压货料，所述堆叠中的至少一个的所述堆叠宽度在所述过渡区内变化；以及
由多个复合材料层片组成的尖端部分，其被形成为大致三角横截面形状并被堆叠在所述基底部分的顶部上。
第2条、根据第1条所述的半径填料，其中：
在所述尖端部分中的所述复合材料层片是拉挤式单向切割带丝束。
第3条、根据第1-2条中的任一项所述的半径填料，其中：
所述半径填料在堆叠状况下具有对称形状。
第4条、根据第1-3条中的任一项所述的半径填料，其中：
所述半径填料在堆叠状况下具有不对称形状。
第5条、根据第1-4中的任一项所述的半径填料，其中：
所述一个或更多个堆叠中的至少一个具有包括+非零度层片、﹣非零度层片和在所述+非零度层片和所述﹣非零度层片之间的0度层片的纤维取向角序列；以及
所述+非零度层片和所述﹣非零度层片的纤维取向角的绝对值是相等的。
第6条、根据第5条所述的半径填料，其中：
所述一个或更多个堆叠中的所述至少一个的所述纤维取向角序列包括+30度层片、﹣30度层片和在所述+30度层片和所述﹣30度层片之间的0度层片。
第7条、根据第5-6条中的任一项所述的半径填料，其中：
在所述堆叠中的至少一个中，所述0度层片在层片终止处终止，并导致所述堆叠的至少一个长度方向部分包括彼此背靠背接触的所述+非零度层片和所述﹣非零度层片。
第8条、根据第7条所述的半径填料，其中所述0度层片的所述层片终止位于下列之一处：
在所述过渡开端处；
在所述过渡区内；和
在所述过渡末端处。
第9条、根据第1-8条中的任一项所述的半径填料，其中：
所述半径填料经配置被安装在复合材料结构的部件腔体中并且以组装状况在所述部件腔体内，所述部件腔体具有腔体底部；
所述尖端部分具有尖端部分底表面；
所述基底部分具有基底部分底表面和基底部分高度；
所述基底部分提供具有所述部件腔体的竖直溢出物的所述半径填料，其中：
在所述堆叠状况下的所述半径填料的堆叠基底部分高度大于在所述组装状况下的所述半径填料的组装基底部分高度至少百分之五；以及
所述堆叠基底部分高度超过所述组装基底部分高度至少一个附加层片厚度；
所述堆叠基底部分高度在所述堆叠状况下从所述半径填料的所述基底部分底表面延伸到所述尖端部分底表面；以及
如果所述尖端部分以所述组装状况处于所述部件腔体中，则所述组装基底部分高度从所述腔体底部延伸到所述尖端部分底表面的位置。
第10条、根据第8条所述的半径填料，其中：
所述部件腔体具有分别由所述复合材料结构的外半径限定的相对腔体侧面；
所述基底部分包括单个底部堆叠和每个均具有堆叠宽度的多个中间堆叠；以及
所有所述中间堆叠的堆叠宽度基本上等同于在所述腔体侧面与相应中间堆叠的中间平面的相交处的部件腔体宽度。
第11条、一种复合材料结构，所述复合材料结构包括：
一对复合材料货料，其彼此背靠背接触并形成长度方向部件腔体；
半径填料，其被安装在所述部件腔体中并包括：
由复合材料层片形成的基底部分，所述复合材料层片沿整体长度方向在整体宽度上改变并沿所述长度方向限定所述基底部分的可变横截面形状，所述基底部分包括沿所述长度方向具有过渡开端和过渡末端的至少一个过渡区；
所述基底部分的所述复合材料层片被布置在一个或更多个堆叠中，所述一个或更多个堆叠中的至少一个包括具有预定纤维取向角序列并具有堆叠宽度的复合材料层片的层压货料，所述堆叠中的至少一个的堆叠宽度在所述过渡区内变化；和
由多个复合材料层片组成的尖端部分，所述多个复合材料层片形成为大致三角横截面形状并被堆叠在所述基底部分的顶部上。
第12条、一种制造半径填料的方法，所述方法包括步骤：
提供由复合材料层片形成的基底部分，所述复合材料层片沿整体长度方向的至少一部分在整体宽度上改变并沿所述长度方向限定所述基底部分的可变横截面形状，所述基底部分包括沿所述长度方向具有过渡开端和过渡末端的至少一个过渡区，所述基底部分的所述复合材料层片被布置在一个或更多个堆叠中，所述一个或更多个堆叠中的至少一个包括具有预定纤维取向角序列并具有堆叠宽度的复合材料层片的层压货料，所述堆叠中的至少一个的堆叠宽度在所述过渡区内变化；
提供具有大致三角横截面形状的尖端部分；
将所述尖端部分堆叠在所述基底部分上，以形成在堆叠状况下的半径填料；以及
将热和压力中的至少一个施加于所述半径填料，以产生在成形状况下的具有可变横截面形状的半径填料。
第13条、根据第12条所述的方法，其中提供所述尖端部分的步骤包括：
将多个单向切割带丝束拉挤成所述大致三角横截面形状。
第14条、根据第12-13条中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
将所述半径填料形成为堆叠状况下的对称形状。
第15条、根据第10-14条中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
将所述半径填料形成为堆叠状况下的不对称形状。
第16条、根据第10-15条中的任一项所述的方法，其中提供所述基底部分的步骤包括：
将所述基底部分的至少一个堆叠提供成包括+非零度层片、﹣非零度层片和在所述+非零度层片和所述﹣非零度层片之间的0度层片的层压货料，所述+非零度层片和所述﹣非零度层片的纤维取向角的绝对值是相等的。
第17条、根据第16条所述的方法，其中将所述基底部分的至少一个堆叠提供为层压货料的步骤包括：
将所述基底部分的至少一个堆叠提供成包括+30度层片、﹣30度层片和在所述+30度层片和所述﹣30度层片之间的0度层片的层压货料。
第18条、根据第16-17条中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
在所述堆叠中的至少一个中在位于所述半径填料的整体长度内的层片终止处终止所述0度层片，使得在所述半径填料的至少一个长度方向区段中，所述堆叠包括彼此背靠背接触的所述+非零度层片和所述﹣非零度层片。
第19条、根据第18条所述的方法，其中终止所述0度层片的步骤包括使得所述层片终止位于下列之一处：
在所述过渡开端处；
在所述过渡区内；和
在所述过渡末端处。
第20条、根据第12-19条中的任一项所述的方法，其中所述半径填料经配置被安装在复合材料结构的部件腔体中并且以组装状况在所述部件腔体内，所述部件腔体具有腔体底部，所述尖端部分具有尖端部分底表面，所述基底部分具有基底部分底表面和基底部分高度，所述方法还包括：
形成具有所述部件腔体的竖直溢出物的所述半径填料，其中：
在所述堆叠状况下的所述半径填料的堆叠基底部分高度大于在所述组装状况下的所述半径填料的组装基底部分高度至少百分之五；以及
所述堆叠基底部分高度超过所述组装基底部分高度至少一个附加层片厚度；
所述堆叠基底部分高度在所述堆叠状况下从所述半径填料的所述基底部分底表面延伸到所述尖端部分底表面；以及
如果所述尖端部分以所述组装状况处于所述部件腔体中，所述组装基底部分高度从所述腔体底部延伸到所述尖端部分底表面的位置。
第21条、根据第20条所述的方法，其中所述部件腔体具有分别由所述复合材料结构的相对外半径限定的相对腔体侧面，所述方法还包括：
从单个底部堆叠和每个均具有堆叠宽度的多个中间堆叠形成所述基底部分；以及
形成堆叠状况下的所述半径填料，使得所有中间堆叠的堆叠宽度基本上等同于在腔体侧面与相应中间堆叠的中间平面的相交处的部件腔体宽度。
第22条、根据第21条所述的方法，其中：
所述底部堆叠具有小于在部件腔体底表面处的所述部件腔体宽度的底部堆叠宽度。
本公开的许多修改和其他配置将使与本公开相关的本领域的技术人员具有在前面描述和相关联附图中呈现的启示的好处。本文所述的配置意在是说明性的并且不意在限制或穷举。虽然本文采用了具体术语，但是这些具体术语仅以一般和描述性意义且不为了限制的目的使用。

Claims (15)

1.一种复合材料半径填料(200)，所述复合材料半径填料包括：
由复合材料层片(258)形成的基底部分(238)，所述复合材料层片沿整体长度方向(202)在整体宽度上改变并沿所述长度方向(202)限定所述基底部分(238)的可变横截面形状，所述基底部分(238)包括沿所述长度方向(202)具有过渡开端(296)和过渡末端(298)的至少一个过渡区(294)；
所述基底部分(238)的所述复合材料层片(258)被布置在一个或更多个堆叠(250)中，所述一个或更多个堆叠(250)中的至少一个包括具有预定纤维取向角(262)序列并具有堆叠宽度(278、282)的复合材料层片(258)的层压货料(178)，所述堆叠(250)中的至少一个的所述堆叠宽度(278、282)在所述过渡区(294)内变化；以及
由被形成为大致三角横截面形状并被堆叠在所述基底部分(238)的顶部上的多个复合材料层片(258)组成的尖端部分(220)。
2.根据权利要求1所述的半径填料(200)，其中：
所述尖端部分(220)中的所述复合材料层片(258)是拉挤式单向切割带丝束(222)。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的半径填料(200)，其中：
所述半径填料(200)在堆叠状况(206)下具有对称形状(212)。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的半径填料(200)，其中：
所述半径填料(200)在堆叠状况(206)下具有不对称形状(214)。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的半径填料(200)，其中：
所述一个或更多个堆叠(250)中的至少一个具有包括+非零度层片(266)、﹣非零度层片(270)和在所述+非零度层片(266)和所述﹣非零度层片(270)之间的0度层片(264)的纤维取向角(262)序列，；以及
所述+非零度层片(266)和所述﹣非零度层片(270)的纤维取向角(262)的绝对值是相等的。
6.根据权利要求5所述的半径填料(200)，其中：
所述一个或更多个堆叠(250)中的所述至少一个的所述纤维取向角(262)序列包括+30度层片(268)、﹣30度层片(272)和在所述+30度层片(268)和所述﹣30层片(272)之间的0度层(264)。
7.根据权利要求5所述的半径填料(200)，其中：
在所述堆叠(250)中的至少一个中，所述0度层片(264)在层片终止(274)处终止，并且导致包括彼此背靠背接触的所述+非零度层片(266)和所述﹣非零度层片(270)的所述堆叠的至少一个长度方向部分。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的半径填料(200)，其中：
所述半径填料(200)经配置被安装在复合材料结构(118)的部件腔体(142)中并以组装状况(206)在所述部件腔体(142)内，所述部件腔体(142)具有腔体底部(146)；
所述尖端部分(220)具有尖端部分底表面(228)；
所述基底部分(238)具有基底部分底表面(246)和基底部分高度(243)；
所述基底部分(238)提供具有所述部件腔体(142)的竖直溢出物(248)的所述半径填料(200)，其中：
在所述堆叠状况(206)下的所述半径填料(200)的堆叠基底部分高度(242)大于在所述组装状况(206)下的所述半径填料(200)的组装基底部分高度(243)至少百分之五；以及
所述堆叠基底部分高度(242)超过所述组装基底部分高度(243)至少一个附加层片厚度；
所述堆叠基底部分高度(242)从所述堆叠状况(206)下的所述半径填料(200)的所述基底部分底表面(246)延伸到所述尖端部分底表面(228)；以及
如果所述尖端部分(220)以所述组装状况(206)在所述部件腔体(142)中，则所述组装基底部分高度(243)从所述腔体底部(146)延伸到所述尖端部分底表面(228)的位置。
9.根据权利要求8所述的半径填料(200)，其中：
所述部件腔体(142)具有由所述复合材料结构(118)的相对外半径(140)分别限定的相对腔体侧面(144)；
所述基底部分(238)包括单个底部堆叠(276)和每个均具有堆叠宽度(278、282)的多个中间堆叠(280)；以及
所有所述中间堆叠(280)的所述堆叠宽度(278、282)基本上等同于在所述腔体侧面(144)与相应中间堆叠(280)的中间平面(284)的相交处(285)处的部件腔体(142)宽度。
10.一种制造半径填料(200)的方法，所述方法包括步骤：
提供由复合材料层片(258)形成的基底部分(238)，所述复合材料层片(258)沿整体长度方向(202)的至少一部分在整体宽度上改变并沿所述长度方向(202)限定所述基底部分(238)的可变横截面形状，所述基底部分(238)包括沿所述长度方向(202)具有过渡开端(296)和过渡末端(298)的至少一个过渡区(294)，所述基底部分(238)的所述复合材料层片(258)被布置在一个或更多个堆叠(250)中，所述一个或更多个堆叠(250)中的至少一个包括具有预定纤维取向角(262)序列并具有堆叠宽度(278、282)的复合材料层片(258)的层压货料(178)，所述堆叠(250)中的至少一个的所述堆叠宽度(278、282)在所述过渡区(294)内变化；
提供具有大致三角横截面形状的尖端部分(220)；
将所述尖端部分(220)堆叠到所述基底部分(238)上，以形成在堆叠状况(206)下的半径填料(200)；以及
将热(308)和压力(306)中的至少一个施加于所述半径填料(200)，以产生具有可变横截面形状的在成形状况下的半径填料(200)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中提供所述尖端部分(220)的步骤包括：
将多个单向切割带丝束(222)拉挤成所述大致三角横截面形状。
12.根据权利要求10-11中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
在堆叠状况(206)下将所述半径填料(200)形成为对称形状(212)。
13.根据权利要求10-11中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
在堆叠状况(206)下将所述半径填料(200)形成为不对称形状(214)。
14.根据权利要求10-11中的任一项所述的方法，其中提供所述基底部分(238)的步骤包括：
将所述基底部分(238)的至少一个堆叠(250)提供为包括+非零度层片(266)、﹣非零度层片(270)和在所述+非零度层片(266)和所述﹣非零度层片(270)之间的0度层片(264)的层压货料(178)，所述+非零度层片(266)和所述﹣非零度层片(270)的纤维取向角(262)的绝对值是相等的。
15.根据权利要求10-11中的任一项所述的方法，其中将所述基底部分(238)的至少一个堆叠提供为层压货料(178)的步骤包括：
将所述基底部分(238)的至少一个堆叠提供为包括+30度层片(268)、﹣30度层片(272)和在所述+30度层片(268)和所述﹣30度层片(272)之间的0度层片(264)的层压货料(178)。
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