有限尺寸的复合层压插片、由其形成的渐缩复合层压结构及其制造和使用方法

技术特征：
1.一种双渐缩复合层压结构，所述结构具有纵向轴线并且包括：多个有限子层压插片，多个插片中的每一个插片均具有与所述多个插片中的其他插片相同的形状和尺寸并且具有定向在插片平面中的相对表面、平坦表面的相对主边缘、以及所述平坦表面的相对次边缘，所述相对次边缘垂直于所述相对主边缘；顶表面，所述顶表面由所述多个有限子层压插片中的最上面的一个插片限定；以及工具表面，所述工具表面由所述多个有限子层压插片中的最下面的一个插片限定，所述工具表面相对于所述顶表面相对地定向；其中：所述多个插片中的每一个在正交于所述多个插片的相对平坦表面和相对主边缘和相对次边缘的方向上堆叠在所述多个插片中的相邻定位的插片的顶部；所述多个插片中的每一个在所述插片平面中相对于所述多个插片中的相邻定位的一个插片偏移一偏移距离；所述偏移距离被限定为所述多个插片中相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的相应主边缘之间的距离；所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的一个主边缘限定所述复合层压结构的所述顶表面的顶部渐缩部分；以及所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的另一个主边缘限定所述复合层压结构的所述工具表面的工具渐缩部分，所述工具渐缩部分相对于所述顶部渐缩部分相对地定向。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个均包含四个不同铺层层。3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述四个不同铺层层中的两个相对于所述四个不同铺层层中的另外两个偏移一角度，所述角度在22度与70度之间。4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个均是大致矩形形状。5.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个均是大致正方形形状。6.根据权利要求5所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个均具有以下项之一的尺寸：四乘四英寸、六乘六英寸或十二乘十二英寸。7.根据权利要求7所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个均具有以下项之一的尺寸：四乘六英寸、五乘七英寸、六乘九英寸、六乘十英寸、四乘八英寸或六乘十二英寸。8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述多个插片中的每一个的至少一部分是类梯形形状。9.根据权利要求8所述的结构，其中，所述类梯形形状插片中的每一个的渐缩是线性的。10.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离在1/8英寸到1.0英寸之间。11.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离在1/4英寸到3/4英寸之间。12.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离在1/4英寸到1/2英寸之间。13.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离在0.01英寸到4.0英寸之间。14.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离在1/16英寸到1/8英寸之间。15.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离对于所述多个插片中的所有相邻
定位的插片来说是相同的。16.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离对于所述多个插片中的至少两个相邻定位的插片来说是相同的。17.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离线性变化。18.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离非线性变化。19.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离从所述相邻定位的多个插片的最下面到最上面可变地增加。20.根据权利要求1所述的结构，进一步包括连续插片，所述连续插片具有不同于所述多个插片的形状或尺寸的形状或尺寸中的至少一个。21.根据权利要求1所述的结构，其中，所述顶部渐缩部分在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/4至1/2。22.根据权利要求1所述的结构，其中，所述顶部渐缩部分在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/3。23.根据权利要求1所述的结构，其中，所述工具渐缩部分在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/4至1/2。24.根据权利要求1所述的结构，其中，所述工具渐缩部分在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/3。25.根据权利要求1所述的结构，其中，所述顶部渐缩部分和所述工具渐缩部分两者在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度均约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/4至1/2。26.根据权利要求1所述的结构，其中，所述顶部渐缩部分和所述工具渐缩部分两者在所述结构的所述纵向轴线的方向上的长度均约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/3。27.根据权利要求26所述的结构，其中，在所述顶部渐缩部分与所述工具渐缩部分之间沿着所述纵向轴线设置有非渐缩部分。28.根据权利要求27所述的结构，其中，所述非渐缩部分在所述结构的所述纵向轴线的方向上具有的长度约为所述结构在所述纵向方向上的长度的1/4至1/3。29.根据权利要求1所述的结构，其中，相对于厚度始终恒定的非渐缩结构，实现了62.5％的重量减轻。30.根据权利要求1所述的结构，其中，相对于厚度始终恒定的非渐缩结构，实现了至少50％的重量减轻。31.根据权利要求1所述的结构，其中，相对于厚度始终恒定的非渐缩结构，实现了至少25％的重量减轻。32.根据权利要求1所述的结构，其中，所述偏移距离是第一偏移距离，并且还设置有第二偏移距离，所述第二偏移距离被限定为所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对次边缘中的相应次边缘之间的距离，以便提供所述结构的相对顶表面和工具表面的二维渐缩。33.根据权利要求32所述的结构，其中，所述第一偏移距离和所述第二偏移距离是恒定的并且是相同的。
34.根据权利要求32所述的结构，其中，所述第一偏移距离和所述第二偏移距离中的一个是可变的。35.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是渐缩加强件或纵梁。36.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是渐缩机身蒙皮。37.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是油箱盖，所述油箱盖具有邻近所述多个插片的一个内部连续层。38.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是渐缩飞机机翼。39.一种形成具有纵向轴线的双渐缩复合层压结构的方法，所述方法包括以下步骤：设置多个有限子层压插片，多个插片中的每一个插片均具有与所述多个插片中的其他插片相同的形状和尺寸并且具有定向在插片平面中的相对表面、平坦表面的相对主边缘、以及所述平坦表面的相对次边缘，所述相对次边缘垂直于所述相对主边缘；通过在与待形成的所述结构的纵向轴线对准的方向上定位所述多个插片中的第一个插片来建立工具表面；将所述多个插片中的至少第二个插片堆叠在所述多个插片中的第一个插片的顶部，所述堆叠以偏移的方式发生，使得所述第二个插片的至少相对主边缘接触所述第一个插片；以偏移的方式将所述多个插片的最后一个插片堆叠在所述多个插片的所述至少第二个插片的顶部，以便限定所述结构的顶表面，其中：所述偏移距离被限定为所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的相应主边缘之间的距离；所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的一个主边缘限定所述复合层压结构的所述顶表面的顶部渐缩部分；以及所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的另一个主边缘限定所述复合层压结构的所述工具表面的工具渐缩部分，所述工具渐缩部分相对于所述顶部渐缩部分相对地定向。40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述多个插片中的最后一个插片是所述多个插片中的第十六个，并且十四个插片在所述多个插片中的第一个插片和最后一个插片之间以相继偏移距离有序堆叠。41.根据权利要求39所述的方法，其中，所述多个插片中的最后一个插片是所述多个插片中的第八个，并且六个插片在所述多个插片中的第一个插片和最后一个插片之间以相继偏移距离有序堆叠。42.根据权利要求39所述的方法，其中，所述多个插片中的最后一个插片是所述多个插片中的第120个，并且118个插片在所述多个插片中的第一个插片和最后一个插片之间以连续偏移距离有序堆叠。43.根据权利要求39所述的方法，其中，所述偏移距离是第一偏移距离，并且还设置有第二偏移距离，所述第二偏移距离被限定为所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对次边缘中的相应次边缘之间的距离，以便提供所述结构的相对顶表面和工具表面的二维渐缩。44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述第一偏移距离和所述第二偏移距离是恒定
的并且是相同的。45.根据权利要求42所述的方法，其中，所述第一偏移距离和所述第二偏移距离中的一个是可变的。46.根据权利要求39所述的方法，其中：所述多个插片中的每一个插片均包含四个不同铺层层；以及所述四个不同铺层层中的两个相对于所述四个不同铺层层中的另外两个偏移一角度，所述角度在22度与70度之间。47.根据权利要求39所述的方法，其中，所述多个插片中的每一个均是大致矩形形状。48.根据权利要求39所述的方法，其中：所述多个插片中的每一个的至少一部分是类梯形形状；所述类梯形形状插片中的每一个的渐缩是线性的。49.根据权利要求39所述的方法，其中，通过所述多个插片的偏移堆叠实现的所述偏移距离对于所述多个插片中的所有相邻定位的插片来说是相同的。50.根据权利要求39所述的方法，其中，所述偏移距离对于所述多个插片中的至少两个相邻定位的插片来说是不同的。51.根据权利要求39所述的方法，其中，所述偏移距离由于所述多个插片中的相邻定位的插片的恒定滑动而线性变化。52.根据权利要求39所述的方法，其中，所述偏移距离由于所述多个插片中的相邻定位的插片的可变滑动而非线性变化。53.根据权利要求39所述的方法，进一步包括邻近所述多个插片的一个外部插片堆叠连续插片，所述连续插片具有不同于所述多个插片的形状或尺寸的形状或尺寸中的至少一个。54.一种渐缩机身蒙皮，包括：多个有限子层压插片，多个插片中的每一个插片均具有与所述多个插片中的其他插片相同的形状和尺寸并且具有定向在插片平面中的相对表面、平坦表面的相对主边缘、以及所述平坦表面的相对次边缘，所述相对次边缘垂直于所述相对主边缘；连续插片层，所述连续插片层与所述多个有限子层压插片中的一个插片相邻，所述连续插片层具有与所述多个有限子层压插片中的每一个插片的形状和尺寸不同或大于所述多个有限子层压卡片中的每一个的形状和尺寸的形状和尺寸中的至少一个；顶表面，所述顶表面由所述多个有限子层压插片中的最上面的一个插片限定；以及工具表面，所述工具表面由所述连续插片层限定，所述工具表面相对于所述顶表面相对地定向；其中：所述多个插片中的第一个插片堆叠在所述连续插片层的顶部；所述多个插片中的其余插片中的每一个插片在正交于所述多个插片的相对平坦平面和相对主边缘和相对次边缘的方向上堆叠在所述多个插片中的其余插片中的相邻定位的插片的顶部；所述多个插片中的每一个在所述插片平面中相对于所述多个插片中的相邻定位的一个插片偏移一偏移距离；
所述偏移距离被限定为所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的相应主边缘之间的距离；所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的一个主边缘限定复合层压结构的所述顶表面的顶部渐缩部分；以及所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的另一个主边缘限定复合层压结构的所述工具表面的工具渐缩部分，所述工具渐缩部分相对于所述顶部渐缩部分相对地定向。55.根据权利要求54所述的渐缩机身蒙皮，其中，每个插片在形状上大致为矩形。56.根据权利要求54所述的渐缩机身蒙皮，其中，每个插片的渐缩均是恒定且线性的。57.一种渐缩飞机机翼，包括：多个非矩形有限子层压插片，多个插片中的每一个插片均具有与所述多个插片中的其他插片相同的形状和尺寸并且具有定向在插片平面中的相对表面、平坦表面的相对主边缘、以及所述平坦表面的相对次边缘，所述相对次边缘垂直于所述相对主边缘；顶表面，所述顶表面由所述多个有限子层压插片中的最上面的一个插片限定；以及工具表面，所述工具表面由所述多个有限子层压插片中的最下面的一个插片限定，所述工具表面相对于所述顶表面相对地定向；其中：所述多个插片中的每一个在正交于所述多个插片的相对平坦平面和相对主边缘和相对次边缘的方向上堆叠在所述多个插片中的相邻定位的插片的顶部；所述多个插片中的每一个在所述插片平面中相对于所述多个插片中的相邻定位的一个插片偏移一偏移距离；所述偏移距离被限定为所述多个插片中的相邻定位的插片的所述平坦表面的相对主边缘中的相应主边缘之间的距离；所述多个插片中的相邻定位的插片的平坦表面的相对主边缘中的一个主边缘限定所述复合层压结构的所述顶表面的顶部渐缩部分；以及所述多个插片中的相邻定位的插片的平坦表面的相对主边缘中的另一个主边缘限定所述复合层压结构的所述工具表面的工具渐缩部分，所述工具渐缩部分相对于所述顶部渐缩部分相对地定向。58.根据权利要求56所述的渐缩飞机机翼，其中，每个插片在形状上大致为梯形。59.根据权利要求56所述的渐缩飞机机翼，其中，类梯形形状的插片中的每一个的渐缩均是线性的。60.根据权利要求56所述的渐缩飞机机翼，其中，类梯形形状的插片中的每一个的渐缩均是可变的。

技术总结
描述了多种双渐缩复合层压结构。这些结构可包括多个有限子层压插片，多个插片中的每一个插片具有与多个插片中的其他插片相同的形状和尺寸并且具有定向在插片平面中的相对表面、平坦表面的相对主边缘、和平坦表面的相对次边缘，相对次边缘垂直于相对主边缘。有限子层压插片相对于彼此以相继偏移的方式堆叠。还描述了堆叠和滑动(用于偏移)有限子层压插片的方法。还考虑了渐缩的机身蒙皮和油箱盖。的方法。还考虑了渐缩的机身蒙皮和油箱盖。的方法。还考虑了渐缩的机身蒙皮和油箱盖。


技术研发人员：斯蒂芬
受保护的技术使用者：小利兰斯坦福大学理事会
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2022/9/14