BR102019018073B1

BR102019018073B1 - Método e aparelho para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação, parte de uma aeronave, método de criação de uma pré-forma composta e fabricação de uma parte de uma aeronave

Info

Publication number: BR102019018073B1
Application number: BR102019018073-0A
Authority: BR
Inventors: Allen James Halbritter; Edward Ray Duncan
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-10-31
Also published as: JP2020097220A; US20220072809A1; US11220071B2; AU2019240577A1; GB201912831D0; US11667063B2; CN111113944B; GB2580734A; GB2580734B; CN111113944A; BR102019018073A2; US20200130294A1; JP7456746B2

Abstract

"dispositivo de compactação de parte composta". sistemas e métodos são fornecidos para compactação de laminados. uma modalidade é um método para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação. o método inclui colocar o laminado na ferramenta de formação, dispor um dispositivo de compactação sobre o laminado, fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação, compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação, e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação.

Description

Campo

[001]A descrição refere-se ao campo de materiais compostos, e, em particular, à fabricação de partes compostas.

Antecedentes

[002]Partes compostas, tal como partes de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (CFRP), podem ser dispostas como um laminado de materiais constituintes que são compactados e endurecidos (por exemplo, curados) a fim de fornecer resistência. As técnicas de compactação atuais envolvem aplicar um laminado a um mandril, colocar um saco de vácuo sobre o laminado e o mandril, vedar o saco de vácuo no lugar, e aplicar pressão atmosférica que pressiona o saco de vácuo no laminado. Vedar o saco de vácuo no lugar é um processo demorado e trabalhoso.

[003]Portanto, seria desejável se ter um método e aparelho que levassem em consideração pelo menos algumas das questões discutidas acima, além de outras possíveis questões.

Sumário

[004]As modalidades descritas aqui fornecem dispositivos pneumáticos e/ou eletromagnéticos portáteis que podem compactar pequenos laminados tal como detalhes, sem o uso de um saco de vácuo. Por exemplo, as modalidades descritas aqui podem agarrar um mandril ou outra ferramenta de formação através da aplicação de força magnética e pode formatar um laminado no mandril pela aplicação de pressão pneumática ao laminado, enquanto mantém o agarre. Uma modalidade é um método para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação. O método inclui colocar o laminado na ferramenta de formação, dispor um dispositivo de compactação sobre o laminado, agarrar o dispositivo de compactação na ferramenta de formação, compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação, e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação.

[005]Uma modalidade adicional é um meio legível por computador não transitório consubstanciando instruções programadas que, quando executadas por um processador, operam para realizar um método de compactação de um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação. O método inclui colocar o laminado na ferramenta de formação, dispor um dispositivo de compactação sobre o laminado, fixar o dispositivo de compactação na ferramenta de formação, compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação, e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação.

[006]Uma modalidade adicional é um aparelho para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação. O aparelho inclui um corpo que aloja um êmbolo acionável que aplica forças de compressão, um pedal de pressão acoplado mecanicamente ao êmbolo e que inclui uma base flexível dimensionada para cobrir o laminado enquanto aplica forças de compressão ao laminado, um dispositivo de agarre que aplica de forma controlada as forças de agarre entre o aparelho e a ferramenta de formação, e um controlador que mantém um equilíbrio estático entre as forças de agarre e as forças de compressão.

[007]Outra modalidade ainda é um método de colocação de uma pré-forma composta. O método inclui localizar um laminado compreendendo pelo menos uma dobra de material reforçado com fibra em uma superfície de uma ferramenta de formação, compactando o laminado na ferramenta de formação pela aplicação controlável de forças de compactação ao laminado enquanto se mantém as forças de agarre entre um dispositivo de compactação e a ferramenta de formação, dispondo pelo menos uma dobra sobre as dobras compactadas na ferramenta de formação, e repetindo as etapas de compactação e colocação.

[008]Os presentes aparelho e método também são referidos nas cláusulas a seguir que não devem ser confundidas com as reivindicações.

[009]Cláusula 1. Um método 400 para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação, o método compreendendo: colocar o laminado na ferramenta de formação 402; dispor um dispositivo de compactação sobre o laminado 404; fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação 406; compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação 408; e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação 410.

[0010]Cláusula 2. O método, de acordo com a cláusula 1, no qual: fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação é realizado através de magnetismo.

[0011]Cláusula 3. O método, de acordo com a cláusula 2, no qual: a ferramenta de formação é magnética; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende ativar os eletroímãs dentro do dispositivo de compactação que impulsionam o dispositivo de compactação para o contato com a ferramenta de formação.

[0012]Cláusula 4. O método, de acordo com a cláusula 2, no qual: o dispositivo de compactação é magnético; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende ativar os eletroímãs dentro da ferramenta de formação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

[0013]Cláusula 5. O método, de acordo com a cláusula 1, no qual: o pedal de pressão é acionado em resposta à pressão pneumática aplicada ao dispositivo de compactação, e cobre completamente o laminado.

[0014]Cláusula 6. O método, de acordo com a cláusula 1, no qual:

[0015]acionar o pedal de pressão compreende acionar um êmbolo no dispositivo de compactação que é acoplado mecanicamente ao pedal de pressão.

[0016]Cláusula 7. O método, de acordo com a cláusula 6, no qual: acionar o êmbolo comprime os amortecedores que são acoplados mecanicamente ao pedal de pressão e que distribuem a carga através do pedal de pressão.

[0017]Cláusula 8. O método, de acordo com a cláusula 7, compreendendo ainda: ajustar um ângulo de uma placa que é intercalada entre os amortecedores e o êmbolo, à medida que o pedal de pressão é acionado.

[0018]Cláusula 9. O método, de acordo com a cláusula 1, no qual: compactar o laminado compreende acionar o pedal de pressão, e o pedal de pressão é feito de um material flexível.

[0019]Cláusula 10. Uma parte de uma aeronave montada, de acordo com o método da cláusula 1.

[0020]Cláusula 11. Um meio legível por computador não transitório consubstanciando as instruções programadas que, quando executadas por um processador, operam para realizar um método para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação, o método (400) compreendendo: colocar o laminado na ferramenta de formação (402); dispor um dispositivo de compactação sobre o laminado (404); fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação (406); compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação (408); e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação (410).

[0021]Cláusula 12. O meio, de acordo com a cláusula 11, no qual: fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação é realizado através de magnetismo.

[0022]Cláusula 13. O meio, de acordo com a cláusula 12, no qual: a ferramenta de formação é magnética; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende ativar eletroímãs dentro do dispositivo de compactação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

[0023]Cláusula 14. O meio, de acordo com a cláusula 12, no qual: o dispositivo de compactação é magnético; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende ativar os eletroímãs dentro da ferramenta de formação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

[0024]Cláusula 15. O meio, de acordo com a cláusula 11, no qual: o pedal de pressão é acionado em resposta à pressão pneumática aplicada ao dispositivo de compactação, e cobre completamente o laminado.

[0025]Cláusula 16. O meio, de acordo com a cláusula 11, no qual: acionar o pedal de pressão compreende acionar um êmbolo no dispositivo de compactação que é mecanicamente acoplado ao pedal de pressão.

[0026]Cláusula 17. O meio, de acordo com a cláusula 6, no qual: acionar o êmbolo comprime os amortecedores que são mecanicamente acoplados ao pedal de pressão e que distribuem a carga através do pedal de pressão.

[0027]Cláusula 18. O meio, de acordo com a cláusula 7, compreendendo ainda: ajustar um ângulo de uma placa que é intercalada entre os amortecedores e o êmbolo, à medida que o pedal de pressão é acionado.

[0028]Cláusula 19. O meio, de acordo com a cláusula 11, no qual: compactar o laminado compreende acionar o pedal de pressão, e o pedal de pressão é feito de um material flexível.

[0029]Cláusula 20. Uma parte de uma aeronave montada, de acordo com o método definido pelas instruções armazenadas no meio legível por computador, de acordo com a cláusula 11.

[0030]Cláusula 21. Um aparelho para compactar um laminado 520 em uma superfície 512 de uma ferramenta de formação 510, o aparelho compreendendo: um corpo 110 que aloja um êmbolo acionável 350 que aplica forças de compressão; um pedal de pressão 200 acoplado mecanicamente ao êmbolo que inclui um material flexível dimensionado para cobrir o laminado enquanto aplica forças de compressão ao laminado; um dispositivo de agarre 124 que aplica de forma controlável forças de agarre entre o aparelho e a ferramenta de formação; e um controlador 1370 que mantém um equilíbrio estático entre as forças de agarre e as forças de compressão.

[0031]Cláusula 22. O aparelho, de acordo com a cláusula 21, no qual: o dispositivo de agarre compreende eletroímãs acoplados ao corpo que prendem o corpo na ferramenta de formação.

[0032]Cláusula 23. O aparelho, de acordo com a cláusula 22, no qual: os eletroímãs são presos de forma rotativa ao corpo para facilitar o contato com a ferramenta de formação.

[0033]Cláusula 24. O aparelho, de acordo com a cláusula 21, compreendendo ainda: a ferramenta de formação que compreende eletroímãs acoplados ao dispositivo de agarre que prendem o corpo à ferramenta de formação.

[0034]Cláusula 25. O aparelho, de acordo com a cláusula 21, compreendendo ainda: amortecedores 320 que são mecanicamente acoplados ao pedal de pressão.

[0035]Cláusula 26. O aparelho, de acordo com a cláusula 25, compreendendo ainda: uma placa 330 que é intercalada entre os amortecedores e o êmbolo.

[0036]Cláusula 27. Fabricação de uma parte de uma aeronave utilizando o aparelho de acordo com a cláusula 21.

[0037]Cláusula 28. Um método de criação de uma pré-forma composta, o método compreendendo: colocar um laminado, compreendendo pelo menos uma dobra de material reforçado com fibra, em uma superfície de uma ferramenta de formação 1202; compactar o laminado na ferramenta de formação pela aplicação controlável de forças de compactação ao laminado enquanto mantém as forças de agarre entre um dispositivo de compactação e a ferramenta de formação 1204; colocar pelo menos uma dobra em cima do laminado compactado na ferramenta de formação 1206; e repetir as etapas de compactação e colocação 1208.

[0038]Cláusula 29. O método, de acordo com a cláusula 28, no qual: compactar o laminado ocorre enquanto em pressão atmosférica.

[0039]Cláusula 30. O método, de acordo com a cláusula 28, no qual:

[0040]As forças de agarre são aplicadas através de magnetismo.

[0041]Cláusula 31. O método, de acordo com a cláusula 28, no qual: a ferramenta de formação é magnética; e manter as forças de agarre compreende ativar eletroímãs dentro do dispositivo de compactação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

[0042]Cláusula 32. O método, de acordo com a cláusula 28, no qual: o dispositivo de compactação é magnético; e manter as forças de agarre compreende ativar os eletroímãs dentro da ferramenta de formação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

[0043]Cláusula 33. O método, de acordo com a cláusula 28, compreendendo ainda: controlar as forças de compactação pelo controle de uma quantidade de força aplicada por um êmbolo a um pedal de pressão que entra em contato com o laminado.

[0044]Cláusula 34. O método, de acordo com a cláusula 33, no qual: a quantidade de força aplicada pelo êmbolo é controlada para que seja inferior a ou igual às forças de agarre.

[0045]Cláusula 35. O método, de acordo com a cláusula 33, compreendendo ainda: receber a força aplicada pelo êmbolo em amortecedores; e distribuir a força através do pedal de pressão através dos amortecedores.

[0046]Cláusula 36. O método, de acordo com a cláusula 35, no qual: distribuir a força através do pedal de pressão compreende aplicar forças a cada uma das múltiplas localizações através do pedal de pressão.

[0047]Outras modalidades ilustrativas (por exemplo, métodos e meio legível por computador referentes às modalidades acima) podem ser descritas abaixo. As características, funções e vantagens que foram discutidas podem ser alcançadas independentemente em várias modalidades ou podem ser combinadas em outras modalidades, detalhes adicionais das quais podem ser observados com referência à descrição e desenhos a seguir.

Descrição dos Desenhos

[0048]Algumas modalidades da presente descrição são descritas agora, por meio de exemplo apenas, e com referência aos desenhos em anexo. A mesma referência numérica representa o mesmo elemento ou o mesmo tipo de elemento em todos os desenhos.

[0049]A figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de compactação em uma modalidade ilustrativa;

[0050]A figura 2 é uma vista em perspectiva adicional de um dispositivo de compactação em uma modalidade ilustrativa;

[0051]A figura 3 é uma vista explodida de um dispositivo de compactação em uma modalidade ilustrativa;

[0052]A figura 4 é um fluxograma ilustrando um método para operar um dispositivo de compactação para compactar um laminado em uma modalidade ilustrativa;

[0053]As figuras 5 a 11 são vistas laterais ilustrando um dispositivo de compactação que opera em um laminado em uma modalidade ilustrativa;

[0054]A figura 12 é um fluxograma ilustrando um método para operar um dispositivo de compactação para compactar um laminado em uma modalidade ilustrativa;

[0055]A figura 13 é um diagrama em bloco de um dispositivo de compactação em uma modalidade ilustrativa;

[0056]A figura 14 é um fluxograma de uma metodologia de produção e serviço de aeronaves em uma modalidade ilustrativa;

[0057]A figura 15 é um diagrama em bloco de uma aeronave em uma modalidade ilustrativa.

Descrição

[0058]As figuras e a descrição a seguir fornecem modalidades ilustrativas específicas da descrição. Será, dessa forma, apreciado que os versados na técnica poderão vislumbrar várias disposições que, apesar de não explicitamente descritas ou ilustradas aqui, consubstanciam os princípios da descrição e estão incluídas no escopo da descrição. Adicionalmente, quaisquer exemplos descritos aqui devem auxiliar na compreensão dos princípios da descrição e devem ser considerados como não limitados aos exemplos e condições especificamente mencionados. Como resultado disso, a descrição não está limitada às modalidades ou exemplos específicos descritos abaixo, mas pelas reivindicações e suas equivalências.

[0059]Partes compostas, tal como partes de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (CFRP), são inicialmente colocadas em múltiplas camadas que, juntas, são referidas como uma pré-forma ou laminado. Fibras individuais dentro de cada camada da pré-forma são alinhadas em paralelo uma com a outra, mas camadas diferentes podem exibir diferentes orientações de fibra a fim de aumentar a resistência do composto resultante ao longo de diferentes dimensões. A pré-forma pode incluir uma resina viscosa que solidifica a fim de endurecer a pré- forma em uma parte composta (por exemplo, para uso em uma aeronave). A fibra de carbono que foi impregnada com uma resina de endurecimento térmico não curada ou uma resina termoplástica é referida como "prepreg" (pré-impregnada). Outros tipos de fibra de carbono incluem "fibra seca" que não foi impregnada com a resina de endurecimento térmico, mas pode incluir um elemento taquificante ou aglutinante. A fibra seca pode ser infundida com resina antes da cura. Para resinas de endurecimento térmico, o endurecimento é um processo de via única referido como cura, enquanto que para as resinas termoplásticas, a resina pode alcançar uma forma viscosa se for reaquecida.

[0060]A figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de compactação 100 em uma modalidade ilustrativa. O dispositivo de compactação 100 compreende qualquer sistema, dispositivo ou componente que opere para agarrar uma ferramenta de formação e aplicar pressão de compactação a um laminado enquanto o agarre é mantido. Nessa modalidade, o dispositivo de compactação 100 compreende o corpo 110 e a base 120. A base 120 inclui a estrutura inferior 128, de onde dentes 122 se estendem. Os eletroímãs 124 são montados nos dentes 122 através de suportes 126 a fim de permitir que os eletroímãs 124 oscilem ou girem a fim de alinhar com os acessórios de superfície (por exemplo, superfícies orientadas em um ângulo constante) em uma ferramenta de formação. Em modalidades adicionais, os suportes 126 podem permitir a oscilação dos eletroímãs 124 ao longo de múltiplos eixos geométricos. Os eletroímãs 124 podem ser ligados ou desligados a fim de aplicar e/ou remover rapidamente forças de agarre entre o dispositivo de compactação 100 e uma ferramenta de formação. Isso permite a fixação rápida do dispositivo de compactação 100 na ferramenta de formação, além de uma remoção rápida, o que reduz o tempo gasto na preparação da compactação de um laminado. Tais características podem fornecer benefício técnico de um trabalho reduzido, particularmente quando da compactação de múltiplos laminados pequenos, tal como detalhes. Enquanto eletroímãs 124 são ilustrados nessa modalidade, em modalidades adicionais, outros dispositivos de agarre podem ser utilizados, tal como prendedores, copos de sucção, adesivos, etc.

[0061]O corpo 110 aloja alças 112 que permitem que um técnico segure o dispositivo de compactação 100 contra a ferramenta de formação, e, inclui, adicionalmente uma porta elétrica 132 para receber energia elétrica, uma porta pneumática 134 para receber gás pressurizado, e um comutador 142 para ativar os eletroímãs 124. A luz 154 indica quando os eletroímãs 124 estão ativados. O corpo 110 também inclui o comutador 144 para acionar um êmbolo, pistão (ou qualquer outro componente adequado) interno para o dispositivo de compactação 100 que aplica forças de compressão a um laminado através de um pedal de pressão. O disco 152 controla uma quantidade de pressão aplicada pelo êmbolo, a fim de garantir que uma força aplicada pelo pistão não supere as forças de agarre supridas pelos eletroímãs 124. O êmbolo aciona um pedal de pressão (por exemplo, pedal de pressão 200 da figura 2) para compactar um laminado localizado na ferramenta de formação. Nessa modalidade, o êmbolo é acionado pela pressão pneumática. No entanto, em modalidades adicionais, o êmbolo pode ser acionado em resposta à pressão hidráulica, um motor elétrico, etc. O corpo 110 também inclui coberturas de fio 116, que são dispostas entre os dentes 122. Adicionalmente, o corpo 110 mantém um equilíbrio estático entre as forças de agarre e as forças de compressão discutidas acima.

[0062]A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva adicional do dispositivo de compactação 100 em uma modalidade ilustrativa, e corresponde às setas 2 da vista da figura 1. A figura 2 ilustra o pedal de pressão 200, que é acionado contra um laminado a fim de compactar o laminado. O pedal de pressão 200 compreende qualquer material flexível adequado (por exemplo, elástico ou deformável) capaz de se conformar a uma ou mais geometrias de superfície em uma ferramenta de formação. A fim de facilitar a compactação de um laminado contra uma variedade de geometrias de superfície, o pedal de pressão 200 pode ser feito a partir de um material estirável, tal como uma borracha ou plástico emborrachado. Nessa modalidade, o pedal de pressão 200 também inclui um entalhe 210. O entalhe 210 fornece um benefício técnico facilitando a flexão do pedal de pressão 200 durante os processos de compactação.

[0063]A figura 3 é uma vista explodida do dispositivo de compactação 100 em uma modalidade ilustrativa. A figura 3 ilustra que a base 120 está presa ao corpo 110 por fixadores 310 (por exemplo, parafusos, cavilhas, etc.). A figura 3 ilustra ainda que a base 120 inclui o acionador 340. O acionador 340 (por exemplo, um cilindro pneumático) aciona o êmbolo 350 contra a placa 330. A placa 330 é intercalada entre os amortecedores 320 e o êmbolo 350, e, portanto, é acoplada através dos amortecedores 320 ao pedal de pressão 200. Os amortecedores 320 são, portanto, mecanicamente acoplados ao pedal de pressão 200.

[0064]Nessa disposição, visto que o êmbolo 350 é mecanicamente acoplado ao pedal de pressão 200, o acionamento do êmbolo 350 aciona o pedal de pressão 200. Especificamente, o acionamento do êmbolo 350 aciona a placa 330 descendentemente, o que comprime os amortecedores 320 que são mecanicamente acoplados ao pedal de pressão 200 e que distribuem a carga através do pedal de pressão 200. Nas modalidades nas quais uma superfície da ferramenta de formação é angulada, o acionamento do êmbolo 350 contra a placa 330 pode ajustar um ângulo da placa 330 (isto é, visto que os amortecedores 320, em diferentes alturas ao longo da superfície da ferramenta de formação, aplicam quantidades diferentes de força em resposta às forças do êmbolo 350). Por exemplo, na figura 3, a placa 330 é inclinada em um ângulo θ devido a forças aplicadas através dos amortecedores 320. Essa disposição também fornece um benefício técnico pela distribuição de forças aplicadas pelo êmbolo 350 através da área do pedal de pressão 200, o que ajuda a garantir que as forças sejam aplicadas homogeneamente a um laminado, mesmo em situações nas quais o laminado se conforma a um contorno complexo. Nessa modalidade, o êmbolo 350 é acionado pela pressão pneumática. Isso significa que o pedal de pressão 200 é acionado em resposta à pressão pneumática aplicada ao dispositivo de compactação 100.

[0065]Detalhes ilustrativos da operação do dispositivo de compactação 100 serão discutidos com relação à figura 4. Assume-se, para essa modalidade, que um técnico tenha criado um laminado e deseja colocar o laminado em uma ferramenta de formação para fins de compactação. Assume-se adicionalmente que o dispositivo de compactação 100 tenha sido acoplado a um reservatório de pressão suprindo pressão pneumática, e com uma fonte de energia elétrica.

[0066]A figura 4 é um fluxograma ilustrando um método 400 para operar um dispositivo de compactação para compactar um laminado em uma modalidade ilustrativa. As etapas do método 400 são descritas com referência ao dispositivo de compactação 100 da figura 1, mas os versados na técnica apreciarão que o método 400 pode ser realizado em outros sistemas. As etapas dos fluxogramas descritos aqui não são todas inclusivas e podem incluir outras etapas não ilustradas. As etapas descritas aqui também podem ser realizadas em uma ordem alternativa.

[0067]Na etapa 402, o laminado é colocado em uma ferramenta de formação. Por exemplo, como ilustrado na figura 5 (que é uma vista lateral ilustrada pelas setas 5 da vista da figura 1), um laminado 520 pode ser colocado sobre uma ferramenta de formação 510 possuindo um acessório de superfície 512.

[0068]Na etapa 404, o dispositivo de compactação 100 é localizado sobre o laminado 520, por exemplo, de modo que o pedal de pressão 200 cubra o laminado 520. Na figura 6, o dispositivo de compactação 100 é movido na direção 600 enquanto que o pedal de pressão 200 é alinhado para cobrir completamente o laminado 520. Dessa forma, um perímetro 530 do pedal de pressão 200 pode ser dimensionado para ser igual ou exceder um perímetro 540 do laminado 520. Isso permite que o pedal de pressão 200 compacte a totalidade do laminado 520 de cada vez.

[0069]Na etapa 406, a comutação 142 é ativada, que supre energia para os eletroímãs 124. Os eletroímãs fixam o dispositivo de compactação 100 à ferramenta de formação 510 visto que a ferramenta de formação 510 é magnética (por exemplo, visto que é feita de aço ou invar), resultando em uma força de atração 700 entre os eletroímãs 124 e a ferramenta de formação 510, como ilustrado na figura 7. Com um agarre aplicado pelos eletroímãs 124, o dispositivo de compactação 100 permanece estável sobre o laminado 520. Em modalidades adicionais, os eletroímãs podem ser localizados dentro da ferramenta de formação 510 propriamente dita, e ativados através de um comutador na ferramenta de formação 510. Em tal modalidade, os eletroímãs 124 podem ser substituídos por materiais que respondem às forças magnéticas, tal como aço. Em uma modalidade adicional, agarrar o dispositivo de compactação 100 à ferramenta de formação 510 pode incluir a ativação de eletroímãs dentro da ferramenta de formação 510 que coloca o dispositivo de compactação 100 em contato com a ferramenta de formação 510.

[0070]Na etapa 408, o laminado 520 é compactado através do pedal de pressão 200, que é feito de um material flexível. As figuras 8 e 9 ilustram o progresso do pedal de pressão 200 à medida que o dispositivo de compactação 100 ativa. Por exemplo, um operador do dispositivo de compactação 100 pode ativar o comutador 144, que fornece pressão pneumática para o êmbolo 350 através do acionador 340. Isso faz com que o êmbolo 350 desloque ao longo da direção 800, como ilustrado na figura 8, acionando o pedal de pressão 200 contra o laminado 520 e, portanto, compactando o laminado 520. Na figura 9, o êmbolo 350 continua a se estender na direção 800, e o pedal de pressão 200 deforma em torno do laminado 520, resultando em forças de compactação sendo igualmente aplicadas ao laminado 520 pelo pedal de pressão 200. Durante esse processo, forças aplicadas pelo pedal de pressão 200 são iguais a ou inferiores às forças de agarre supridas pelos eletroímãs 124. As forças de compactação são aplicadas igualmente apesar de o laminado 520 dobrar devido ao acessório de superfície 512 sob o mesmo. Esse é um benefício técnico causado pela flexibilidade do pedal de pressão 200.

[0071]O dispositivo de compactação 100 pode ser mantido ou deixado nesse modo de compactação por qualquer duração de tempo adequado, tal como por trinta segundos, por meia-hora, etc. Por fim, a compactação é completada. O comutador 142 é desativado, desligando os eletroímãs 124 e eliminando a força de atração 700, como ilustrado na figura 10. O dispositivo de compactação 100 pode, então, ser removido na etapa 410 erguendo-se da ferramenta de formação 510 na direção 1100 e acionando o comutador 144. Acionar o comutador 144 pode reconfigurar o êmbolo 350 para uma posição original movendo o êmbolo 350 na direção 1110 da figura 11, ou pode interromper a aplicação de força pneumática ao êmbolo 350, o que permite que os amortecedores 320 retornem o êmbolo 350 para uma posição de descanso. Como ilustrado na figura 11, o laminado 520 está agora compactado, garantindo que o laminado 520 exiba um nível desejado de resistência quando endurecido.

[0072]As operações discutidas acima podem ser repetidas múltiplas vezes visto que o laminado 520 é construído com camadas adicionais, e isso pode ser especialmente valioso para laminados que exibem contornos complexos. Em tais modalidades, a compactação pode ser realizada de forma interativa, cada vez que um número de dobras é adicionado ao laminado durante a construção.

[0073]A figura 12 ilustra um método 1200 para a colocação de uma pré-forma composta. O método inclui colocar um laminado que compreende pelo menos uma dobra de material reforçado por fibra (por exemplo, dez dobras) em uma superfície de uma ferramenta de formação na etapa 1202. Na etapa 1204, o método inclui compactar o laminado na ferramenta de formação pela aplicação controlada de forças de agarre entre um dispositivo de compactação e a ferramenta de formação enquanto em pressão atmosférica (isso é, sem o uso de um saco de vácuo). A etapa 1206 inclui a colocação de pelo menos uma dobra (por exemplo, outras dez dobras) em cima das dobras compactadas na ferramenta de formação, e a etapa 1208 inclui repetir as etapas de compactação e colocação. A etapa 1208 pode ser realizada qualquer número adequado de vezes, dependendo do número de camadas no laminado.

Exemplos

[0074]Nos exemplos a seguir, os processos, sistemas e métodos adicionais são descritos no contexto de um dispositivo de compactação para laminados.

[0075]A figura 13 é um diagrama em bloco de um dispositivo de compactação 1300 em uma modalidade ilustrativa. De acordo com a figura 13, o dispositivo de compactação 1300 paira sobre o laminado 1360, que foi colocado no acessório de superfície 1352 da ferramenta de formação 1350. O dispositivo de compactação 1300 inclui a base 1320, possuindo eletroímãs 1324 que acoplam magneticamente a ferramenta de formação 1350 em locais não cobertos pelo laminado 1360. A base 1320 também inclui o pedal de pressão 1330, os amortecedores 1332 e a placa 1334. Esses componentes são acionados pelo êmbolo 1336, que é acionado pelo acionador 1338 energizado através da porta pneumática 1326. Como discutido acima, enquanto os sistemas de pressão pneumática são descritos aqui, em modalidades adicionais, qualquer sistema adequado pode ser utilizado para acionar o êmbolo 350 O corpo 1310 inclui alças 1312, porta pneumática 1326, e porta elétrica 1328. A porta pneumática 1326 energiza o acionador 1338 e a porta elétrica 1328 energiza os eletroímãs 1324. O comutador magnético 1394 controla a distribuição de energia através da porta elétrica 1328 e o comutador pneumático 1322 controla a distribuição da pressão pneumática para o acionador 1338. O controlador 1370 pode controlar, automaticamente, as operações dos comutadores, portas, acionadores, etc., descritas aqui. Por exemplo, o controlador 1370 pode manter um equilíbrio estático entre as forças de agarre e forças de compressão para garantir que a compactação do laminado não empurre o dispositivo de compactação 1300 para fora da ferramenta de formação 1350. O controlador 1370 pode controlar, adicionalmente, as forças de compactação controlando uma quantidade de força aplicada pelo êmbolo 1336 ao pedal de pressão 1330, que contata o laminado 1360. Por exemplo, isso pode ser realizado para garantir que as forças de compactação sejam inferiores que ou iguais às forças de agarre. O controlador 1370 pode compreender instruções de implementação de processador de hardware e na memória, hardware dedicado, etc.

[0076]Com referência mais particularmente aos desenhos, as modalidades da descrição podem ser descritas no contexto de fabricação e serviço de aeronaves no método 1400, como ilustrado na figura 14 e uma aeronave 1402, como ilustrado na figura 15. Durante a pré-produção, o método 1400 pode incluir a especificação e projeto 1404 da aeronave 1402 e obtenção de material 1406. Durante a produção, a fabricação de componente e submontagem 1408 e integração de sistema 1410 da aeronave 1402 ocorre. Depois disso, a aeronave 1402 pode atravessar a certificação e distribuição 1412 a fim de ser colocada em serviço 1414. Enquanto em serviço com um cliente, a aeronave 1402 é programada para trabalho de rotina em manutenção e serviço 1416 (que também pode incluir modificação, reconfiguração, renovação, e assim por diante). Aparelho e métodos consubstanciados aqui podem ser empregados durante qualquer um ou mais dos estágios de produção e serviço adequados, descritos no método 1400 (por exemplo, especificação e projeto 1404, obtenção de material 1406, fabricação de componente e submontagem 1408, integração de sistema 1410, certificação e distribuição 1412, serviço 1414, manutenção e serviço 1416) e/ou qualquer componente adequado da aeronave 1402 (por exemplo, fuselagem 1418, sistemas 1420, interior 1422, sistema de propulsão 1424, sistema elétrico 1426, sistema hidráulico 1428, ambiental 1430).

[0077]Cada um dos processos do método 1400 pode ser realizado ou portado por um integrador de sistema, uma terceira parte, e/ou um operador (por exemplo, um cliente). Para fins dessa descrição, um integrador de sistema pode incluir, sem limitação, qualquer número de fabricantes de aeronave e subcontratantes de sistema principal; uma terceira parte pode incluir, sem limitação, qualquer número de vendedores, subcontratantes, e fornecedores; e um operador pode ser uma companhia aérea, companhia de leasing, entidade militar, organização de serviço, e assim por diante.

[0078]Como ilustrado na figura 15, a aeronave 1402 produzida pelo método 1400 pode incluir uma fuselagem 1418 com uma pluralidade de sistemas 1420 e um interior 1422. Exemplos dos sistemas 1420 incluem um ou mais dentre um sistema de propulsão 1424, um sistema elétrico 1426, um sistema hidráulico 1428 e um sistema ambiental 1430. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Apesar de um exemplo aeroespacial ser ilustrado, os princípios da invenção podem ser aplicados a outras indústrias, tal como a indústria automotiva.

[0079]Como já mencionado acima, o aparelho e métodos consubstanciados aqui podem ser empregados durante qualquer um ou mais dos estágios de produção e serviço descritos no método 1400. Por exemplo, componentes ou subconjuntos correspondendo à fabricação de componentes e submontagem 1408 podem ser fabricados de uma forma similar aos componentes e submontagens produzidos enquanto a aeronave 1402 está em serviço. Além disso, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação dos mesmos podem ser utilizadas durante a fabricação da submontagem 1408 e integração de sistema 1410, por exemplo, acelerando, substancialmente, a montagem de ou reduzindo o custo de uma aeronave 1402. De forma similar, uma ou mais das modalidades do aparelho, modalidades do método, ou uma combinação dos mesmos podem ser utilizadas enquanto que a aeronave 1402 está em serviço, por exemplo e sem limitação, durante a manutenção e serviço 1416. Por exemplo, as técnicas e sistemas descritos aqui podem ser utilizados para obtenção de material 1406, fabricação de componente e submontagem 1408, integração de sistema 1410, serviço 1414, e/ou manutenção e serviço 1416 e/ou podem ser utilizados para fuselagem 1418 e/ou interior 1422. Essas técnicas e sistemas podem ser utilizados até mesmo para sistemas 1420, incluindo, por exemplo, sistemas de propulsão 1424, sistema elétrico 1426, hidráulico 1428 e/ou sistema ambiental 1430.

[0080]Em uma modalidade, uma parte compreende uma parte da fuselagem 1418 e é fabricada durante a fabricação de componente e submontagem 1408. A parte pode, então, ser montada em uma aeronave na interação de sistema 1410 e, então, ser utilizada no serviço 1414 até que o desgaste torne a parte inutilizável. Então, na manutenção e serviço 1416, a parte pode ser descartada e substituída por uma parte recém-fabricada. Os componentes e métodos inventivos podem ser utilizados por toda a fabricação de componente e submontagem 1408 a fim de fabricar novas partes.

[0081]Qualquer um dos vários elementos de controle (por exemplo, componentes elétricos ou eletrônicos) ilustrados nas figuras ou descritos aqui podem ser implementados como hardware, um processador implementando software, um processador implementando firmware, ou alguma combinação dos mesmos. Por exemplo, um elemento pode ser implementado como hardware dedicado. Elementos de hardware dedicado podem ser referidos como "processadores", "controladores" ou alguma terminologia similar. Quando fornecidas por um processador, as funções podem ser fornecidas por um processador dedicado singular, por um processador compartilhado singular, ou por uma pluralidade de processadores individuais, alguns dos quais podem ser compartilhados. Ademais, o uso explícito do termo "processador" ou "controlador" não deve ser considerado como fazendo referência exclusivamente a hardware capaz de executar software, e pode incluir implicitamente, sem limitação, hardware de processador de sinal digital (DSP), um processador de rede, circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), ou outro conjunto de circuitos, conjunto de porta programável em campo (FPGA), memória de leitura apenas (ROM) para armazenar software, memória de acesso randômico (RAM), armazenamento não volátil, lógica ou algum outro componente ou módulo de hardware físico.

[0082]Além disso, um elemento de controle pode ser implementado com instruções executáveis por um processador ou um computador para realizar as funções do elemento. Alguns exemplos das instruções são software, código de programa e firmware. As instruções são operacionais quando executadas pelo processador para direcionar o processador para realizar as funções do elemento. As instruções podem ser armazenadas nos dispositivos de armazenamento que são legíveis pelo processador. Alguns exemplos dos dispositivos de armazenamento são memórias digitais ou em estado sólido, meio de armazenamento magnético, tal como discos magnéticos e fitas magnéticas, discos rígidos, ou meio de armazenamento de dados digitais oticamente legíveis.

[0083]Apesar de modalidades específicas serem descritas aqui, o escopo da descrição não está limitado a essas modalidades específicas. O escopo da descrição é definido pelas reivindicações em anexo e qualquer uma de suas equivalências.

Claims

1.Método (400) para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender: colocar o laminado na ferramenta de formação (402); alinhar um pedal de pressão (200) de um dispositivo de compactação sobre o laminado (404), em que o dispositivo de compactação é distinto da ferramenta de formação (402); girar os eletroímãs do dispositivo de compactação em alinhamento com uma superfície da ferramenta de formação; fixar o dispositivo de compactação diretamente à superfície da ferramenta de formação (406) antes de iniciar a compactação do laminado, ao ativar os eletroímãs; compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação (408) enquanto os eletroímãs permanecem ativados, em que o pedal de pressão é operado independentemente dos eletroímãs; e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação (410).

2.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ativar os eletroímãs por um comutador (142).

3.Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de: a ferramenta de formação ser magnética; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende ativar os eletroímãs dentro do dispositivo de compactação para colocar o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

4.Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de: o dispositivo de compactação ser magnético; e fixar o dispositivo de compactação à ferramenta de formação compreende adicionalmente ativar os eletroímãs dentro da ferramenta de formação que colocam o dispositivo de compactação em contato com a ferramenta de formação.

5.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: o pedal de pressão ser acionado em resposta à pressão pneumática aplicada ao dispositivo de compactação, e cobrir completamente o laminado.

6.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: acionar o pedal de pressão compreende acionar um êmbolo no dispositivo de compactação que é mecanicamente acoplado ao pedal de pressão.

7.Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de: acionar o êmbolo comprime os amortecedores que são mecanicamente acoplados ao pedal de pressão e que distribuem a carga através do pedal de pressão.

8.Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender ainda: ajustar um ângulo de uma placa que é intercalada entre os amortecedores e o êmbolo, à medida que o pedal de pressão é acionado.

9.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: compactar o laminado compreender acionar o pedal de pressão, e o pedal de pressão ser feito de um material flexível.

10.Meio legível por computador não transitório caracterizado pelo fato de que incorpora instruções programadas que, quando executadas por um processador, operam para realizar um método para compactar um laminado em uma superfície de uma ferramenta de formação, o método (400) compreendendo: colocar o laminado na ferramenta de formação (402); alinhar um pedal de pressão (200) deum dispositivo de compactação sobre o laminado (404), em que o dispositivo de compactação é distinto da ferramenta de formação (402); girar os eletroímãs do dispositivo de compactação em alinhamento com uma superfície da ferramenta de formação; fixar o dispositivo de compactação diretamente à superfície da ferramenta de formação (406) antes de iniciar a compactação do laminado, ao ativar os eletroímãs; compactar o laminado com um pedal de pressão do dispositivo de compactação (408) enquanto os eletroímãs permanecem ativados, em que o pedal de pressão é operado independentemente dos eletroímãs; e remover o dispositivo de compactação da ferramenta de formação (410).

11.Parte de uma aeronave, caracterizada pelo fato da aeronave ser montada de acordo com o método como definido na reivindicação 1 ou com o método definido pelas instruções armazenadas no meio legível por computador como definido na reivindicação 10.

12.Método de criação de uma pré-forma composta, o método caracterizado pelo fato de que compreende: colocar um laminado, compreendendo pelo menos uma dobra de material reforçado com fibra, em uma superfície de uma ferramenta de formação (1202); alinhar um pedal de pressão (200) de um dispositivo de compactação sobre o laminado, em que o dispositivo de compactação é distinto da ferramenta de formação; girar eletroímãs do dispositivo de compactação em alinhamento com a superfície da ferramenta de formação; aplicar forças de agarre diretamente entre o dispositivo de compactação e a ferramenta de formação (1204) antes de iniciar a compactação do laminado, ao ativar os eletroímãs; compactar o laminado na ferramenta de formação pela aplicação controlável de forças de compactação ao laminado pelo pedal de pressão enquanto mantém as forças de agarre; colocar pelo menos uma dobra em cima do laminado compactado na ferramenta de formação (1206); e repetir as etapas de compactação e colocação (1208).

13.Aparelho para compactação de um laminado (520) em uma superfície (512) de uma ferramenta de formação (510), o aparelho sendo caracterizado pelo fato de compreender: um corpo (110) que aloja um êmbolo acionável (350) que aplica forças de compressão ao laminado; um pedal de pressão (200) mecanicamente acoplado ao êmbolo que inclui um material flexível dimensionado para cobrir o laminado enquanto aplica forças de compressão ao laminado; um dispositivo de agarre (124) acoplado ao corpo em uma posição externa ao êmbolo e externo a dimensões do pedal de pressão, em que o dispositivo de agarre aplica de forma controlada as forças de agarre entre o aparelho e a ferramenta de formação, em que as forças de agarre são opostas às forças de compressão, e em que o dispositivo de agarre compreende eletroímãs que seguram o corpo à ferramenta de formação; e um controlador (1370) que mantém um equilíbrio estático entre as forças de agarre e as forças de compressão ao controlar as forças de agarre e as forças de compressão independentemente.

14.Aparelho, de acordo com a reivindicação13, caracterizado pelo fato de: os eletroímãs serem fixados de forma rotativa ao corpo para facilitar o contato com a ferramenta de formação.

15.Aparelho, de acordo com a reivindicação13, caracterizado pelo fato de compreender ainda: a ferramenta de formação que compreende eletroímãs acoplados ao dispositivo de agarre que fixa o corpo à ferramenta de formação.

16.Aparelho, de acordo com a reivindicação13, caracterizado pelo fato de compreender ainda: amortecedores (320) que são mecanicamente acoplados ao pedal de pressão.

17.Aparelho, de acordo com a reivindicação16, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma placa (330) que é intercalada entre os amortecedores e o êmbolo.

18.Aparelho caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de compactação para um laminado, compreendendo: um pedal de pressão (200) configurado e dimensionado para alinhar sobre e cobrir um laminado em uma ferramenta de formação, e configurado para iniciar a compactação do laminado ao aplicar de modo controlável forças de compressão ao laminado; e eletroímãs, posicionados externos às dimensões do pedal de pressão, que são configurados para girar em um alinhamento com uma superfície da ferramenta de formação, e configurado para gerar de modo controlável entre o aparelho e a ferramenta de formação para agarrar diretamente à superfície da ferramenta de formação antes de iniciar a compactação do laminado; em que o pedal de pressão (200) é configurado para compactar o laminado enquanto os eletroímãs se mantêm ativados, e configurado para ser operado independentemente dos eletroímãs.

19.Fabricação de uma parte de uma aeronave, caracterizada pelo fato de utilizar o aparelho como definido na reivindicação 13 ou 18.