CN102806665B - 用于在腹板和基部之间具有不同于90°角的“t”形桁条的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在腹板和基部之间具有不同于90°角的“T”形桁条的制造方法，具体地，制造在腹板(2)和基部(3)之间具有不同于90°的角度的“T”形桁条(1)的方法，其中“T”形桁条(1)具有桁条腹板和桁条基部。该方法包括：在将两个热成型的“L”形半桁条放置在一起以形成“T”形桁条之后，在因瓦合金角内放置“T”形桁条，从而在桁条腹板和因瓦合金角之间留有间隙。然后，在桁条基部(3)表面上移动加热装置(7)，并在所述桁条基部(3)表面上滑动辊子(8)以使桁条基部的几何形状适应因瓦合金角的几何形状。得到的“T”形桁条被共同结合在固化表面上，在桁条和固化表面之间带有粘结线，最后固化所获得的“T”型桁条。

Description

用于在腹板和基部之间具有不同于90°角的“T”形桁条的制造方法

技术领域

本发明属于航空业，并涉及航空器桁条。尤其是，它涉及“T”型复合桁条和制造其的方法。

背景技术

在航空器结构中，桁条或翼梁或加强筋是由碳纤维制成的薄带。几条带共同结合在固化表面上以建立航空器的一部分(如机翼，水平尾翼等)。

桁条的极常见类型是带有限定桁条腹板和桁条基部的“T”形横截面。

通常用于航空器的“T”形桁条的制造方法包括：第一步，热成型层压件，以完成带有“L”形截面的半桁条几何结构，以及第二步，将两个热成型的半桁条放置在一起以完成“T”形桁条。然后，“T”形桁条在固化表面上共同结合，在它们之间带有粘合线。

这种方法包括第三步，是固化循环。通常，固化工具是大约90°的因瓦合金角，其放置成遵从在固化周期的真空袋内的热成型“T”形桁条的轮廓。应当注意的是，当桁条被共同结合的表面是平坦表面时，因瓦角正好是90°。

当表面被弯曲时，桁条的基部和腹板之间的角度略有改变，因此使得从90°改变因瓦角的角度成为必要。在那些情况下，“T”型桁条不完全适应因瓦合金角几何形状且相对于桁条在表面上的理论位置有偏差是可能的。

在现有技术下，当带有不同于90°的角度的几何形状的因瓦合金角必须被使用时，所使用的解决方案是将两个“L”形的半桁条放置在一起，从而以不同的高度形成“T”型桁条。这种解决方案的问题是，桁条基部和其需要被放置的表面不具有相同的几何形状。当桁条被放置在其位置上时，在桁条基部和表面之间有自由空间。因此，结合是个低质量的结合，可能在结构中导致以后的问题。

从现有技术中知道的另一种解决方案是一旦桁条基部被固化以将其几何形状适应于其被放置的表面的几何形状，就将桁条的基部弯曲。问题是，桁条基部的该弯曲会产生可见的褶皱，并难在桁条内装配额外元件。

现有技术显示了“T”形桁条制造过程的不同方法。文献EP 2 052 846A1揭示了一种形成带有半径填料的“T”形复合结构的方法。文献US 2009/0107312

A1公开了一种在复合板内创建弯曲的方法和设备。文献US 5 827 383A示出了一种制造加强筋组件的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造必须放在倾斜表面上的“T”形桁条的方法。在这些情况下，制造在桁条腹板和桁条基部之间带有不同于90°角的桁条是必要的。

因此，本发明的另一目的是提供在倾斜表面上在其理论位置装配的桁条，在该处其被放置从而避免使用附加件帮助桁条保持其位置。

本发明设计成克服必须放置在倾斜表面上的“T”形桁条的上述缺陷。

贯穿于本发明，术语“因瓦”(invar)，一般地也被称为FeNi36(在美国64FeNi)，是镍(36％)和钢(64％)的合金，以其独特的低的热膨胀系数(CTE)而著名。名称“invar”源于单词“不变的(invariable)”，指的是其随温度变化缺乏膨胀或收缩。

因此，因瓦合金在周围环境的温度中表现出了极低的膨胀，使得它们在应用中尤其有用，在所述应用中，如在光电器件、光学和激光工作台，电子产品和其他类的科学仪表之类的精密仪器中需要最低的热膨胀和高维稳定性。它们在用于固化复合材料的工具的制造上也有很大的适用性。术语“复合材料”包括各种非均质聚合物基和非聚合物基的材料，通常被称为“增强复合物”，“碳纤维复合物”或在现有技术中公知的其他术语。

本发明提供一种必须放在弯曲的表面上的“T”形桁条的制造方法。在这种情况下，桁条的基部和腹板之间的角度稍从90°改变。用于所提到的桁条的固化的因瓦合金角具有带有覆盖桁条基部的部分和覆盖桁条腹板的部分之间不同于90°的角度的几何形状。

因此，本发明描述了用于航空器的具有桁条腹板和桁条基部的“T”形桁条的制造方法，并且该方法包括：

——第一步，热成型碳纤维层压件，以实现带“L”形横截面的半桁条；对于这一步，桁条基部和桁条腹板之间的夹角为90°；

——第二步，将两个热成型的“L”形半桁条放置在一起以形成“T”形桁条；其中该两个半桁条以不同高度放置在一起；

——第三步，在因瓦合金角内安置“T”形桁条，并且在桁条腹板和因瓦合金角之间留有间隙；

——第四步，在桁条基部表面上移动加热装置，并在所述桁条基部表面上滑动辊子；

——第五步，在固化表面上共同粘接所得到的“T”形桁条，并且在桁条和固化表面之间带有粘结线；以及

——第六步，固化所获得的“T”型桁条。

在加热和移动辊子之前在桁条腹板和因瓦合金角之间的间隙，对于6到10mm之间的桁条腹板厚度，应该在4到6mm之间，并且对于10-15mm的桁条腹板厚度，应该在7到9mm之间。在任何情况下，很重要的是确保桁条与因瓦角在任何点没有接触(在固化前，未固化的玻璃纤维和未固化的碳纤维增强聚合物-CFRP-材料有非常好的定位(tacking)性能)。如果在未固化的T形桁条和因瓦合金角之间具有释放膜，则对于厚度达15mm而言该间隙可以降低到2mm。

当实施该方法的第三步时，因瓦合金角倒置以允许在因瓦合金角内放置桁条，使得可以在桁条基部的表面上工作。

当实施该方法的第四步时，例如加热装置可以是烘干机或红外线灯。所提及的加热装置用于加热桁条基部的表面，因此它的形状可被修改但是温度总是比固化“T”形桁条所需要的温度低。它可能加热达110℃，但在与因瓦角直接接触的表面上测量的半径区域内，40°是推荐的，在将被放在固化表面上的表面上测量的半径区域内，60°是推荐的。

当实施该方法的第四步时，在桁条基部的表面上移动加热装置后，当其已经热时，辊子在所述表面上滑动以获得桁条的期望几何形状。

在桁条基部的表面滑动的杆，能手动或自动滑动。

由于桁条基部具有不同的高度值，所以杆具有柔性材料的覆盖物，并且杆必须制备成以吸收这些高度的变化。同样，桁条被放置的表面也有不同的厚度，并且杆表面必须处理该厚度变化。

这个制造过程产生能完美地适配在桁条被放置的表面的这些桁条，从而优化在表面和桁条之间的连接，并消除使用其他部件例如楔子以填补现有技术中已知的通过其他方法产生的间隙。一旦桁条被装配，它们不会相对于它们的理论位置移动，从而提高所制造件的可靠性。

此外，由于以下的事实：桁条沿着半径区域完全适合因瓦合金角，所以当材料被固化时不会产生任何扭曲。

该制造过程不会沿着桁条半径产生褶皱。沿着桁条半径的褶皱降低了其机械特性；因此，该方法会产生比现有技术中已知的其他方法更强的桁条。

附图说明

本发明将基于以下对本发明的实施例和附图的详细描述而被完全理解，实施例和附图仅作为例子并不因此限制本发明而被展示，其中：

图1a显示了将被放置在平坦表面上的固化桁条的理论几何形状。

图1b显示了将被放置在曲面上的固化桁条的理论几何形状。

图2显示了将被固化在固化表面上的“T”形桁条。

图3显示了现有技术中制造将被放置在曲面上的桁条的解决方案。这两个半桁条以不同的高度放置在一起。

图4显示了设计成制造将被放置在曲面上的桁条的具有不同于90°角的因瓦角。

图5显示了带有不同于90°角的因瓦角内的桁条，加热装置和辊子，其在本方法中使用以修正桁条基部的几何形状。

附图标记

1：“T”型桁条

2：桁条腹板

3：桁条基部

4：固化表面

5：粘结线

6：因瓦合金角

7：加热装置

8：辊子

A：桁条腹板和桁条基部之间的角度

B：半桁条基部之间的距离

C：间隙

具体实施方式

下面的描述仅仅为方便读者而提供，并不意于以任何方式限制如权利要求所阐明的本发明。

图1a显示了必须放置在平坦表面上的固化桁条的理论几何形状。在桁条腹板2和桁条基部3之间的角度A为90°。

图1b显示了必须放置在曲面上的桁条的理论几何形状。在桁条腹板2和桁条基部3之间的角度A不同于90°。

图2中显示了“T”形桁条1，共同结合到固化表面4，在桁条1和固化表面4之间带有粘结线5。此外，因瓦合金角6放置成遵循热成型“T”形桁条1的轮廓。

当表面被弯曲时，在桁条的基部3和腹板2之间的角度A稍微改变，从而使得因瓦合金角在覆盖桁条腹板的部分和覆盖桁条基部的部分之间具有不同于90°的角度。图3中显示了从现有技术中已知的一种解决方案，其中形成“T”型桁条的两个“L”形半桁条被以不同的高度放置在一起，在桁条基部3之间留有距离B。桁条腹板2和桁条基部3之间的角度A在这种情况下为90°。

图3所示的解决方案说明了现有技术的主要缺陷：如果没有做出其他步骤，则“T”形桁条不适配因瓦角的几何形状。当使桁条到在面板中适配在其理论位置上时，该情形可能导致偏差。该不完美的适配如图4所示。

本发明提出了一种必须放在曲面上的“T”形桁条的制造方法。通过该方法，获得了被完美地适合到其需被放置的表面上的桁条。

在该方法中所使用的因瓦合金角被设计成获得带有在桁条腹板2和桁条基部3之间不同于90°的角A的桁条。

在本方法中，在被固化之前，桁条的几何形状适于因瓦合金角6的几何形状，使得当其被固化时其采用其必须有的理论形状。

因此，本发明描述了一种用于航空器的带有桁条腹板和桁条基部的“T”形桁条的制造方法，如图5所示，该方法包括：

——第一步，热成型碳纤维层压件，以实现带“L”形横截面的半桁条；

——第二步，将两个热成型的“L”形半桁条放置在一起以形成“T”形桁条1；

——第三步，在因瓦合金角内安置“T”形桁条，并且在桁条腹板2和因瓦合金角6之间留有间隙C；

——第四步，在桁条基部3表面上移动加热装置7，并在所述桁条基部3表面上滑动辊子8；

——第五步，在固化表面4上共同粘接所得到的“T”形桁条1，并且在桁条1和固化表面4之间带有粘结线5；以及

——第六步，固化所获得的“T”型桁条1。

在本发明的优选实施例中，在桁条腹板2和因瓦合金角6之间留有的间隙C为5mm。

在加热和移动辊子之前在桁条腹板和因瓦合金角之间的间隙，对于6到10mm之间的桁条腹板厚度，应该在4到6mm之间，并且对于10-15mm的桁条腹板厚度，应该在7到9mm之间。在任何情况下，很重要的是确保桁条与因瓦角在任何点没有接触(在固化前，未固化的玻璃纤维和未固化的CFRP材料有非常好的定位(tacking)性能)。如果在未固化的T形桁条和因瓦合金角之间具有释放膜，则对于厚度达15mm而言该间隙可以降低到2mm。

在本发明的另一个实施例中，当进行方法的第四步时，加热装置7是红外灯，即使也可以用任何其他方便的手段。经验显示，使用不同于红外灯的其他加热装置7会产生更大的热损失，因此，加热装置7的运动速度必须被降低，从而提高生产时间和生产成本。因此，当根据该方法制造时，红外灯是适合的加热装置7。

在本发明实施例中的桁条基部3表面上移动加热装置7的推荐速度是1m/5min。在本发明的优选实施例中，加热装置7是自动移动的。

在优选的实施例中，桁条基部3表面上的温度低于60°，并在任何情况下低于需要固化桁条1所需的温度。

在本方法的该第四步中，用于为桁条基部提供必要弯曲以便于它们安装在桁条将被放置的表面上的辊子8，在将加热装置7在所述表面上移动之后，在桁条基部3表面上滑动。

加热装置7沿着桁条1纵向移动，从而加热桁条基部3的整个表面。辊子8在表面上移动，在表面上滑动，在加热装置7后。

在本发明的优选实施例中，辊子8具有柔性材料制成的覆盖物。

Claims (7)

1.用于在腹板和基部之间具有不同于90°角的“T”形桁条的制造方法，其中“T”形桁条（1）具有桁条腹板（2）和桁条基部（3），所述方法包括：

——第一步，热成型碳纤维层压件，以获得带有“L”形横截面的半桁条；

——第二步，将两个热成型的“L”形半桁条放置在一起以形成“T”形桁条；

——第三步，将所述“T”形桁条（1）放置在因瓦合金角内，在所述桁条腹板（2）和所述因瓦合金角（6）之间留有间隙（C）；

——第四步，在桁条基部表面上移动加热装置（7），并在所述桁条基部（3）表面上移动辊子（8）；

——第五步，在固化表面上共同结合所得到的“T”形桁条（1），并且在所述桁条（1）和所述固化表面（4）之间带有粘结线（5）；以及

——第六步，固化所获得的“T”型桁条（1）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当实施所述方法的第三步时，对于在6到10mm之间的桁条腹板厚度，所述间隙（C）在4到6mm之间，从而保证在任何情况下所述桁条（1）不附接到所述因瓦合金角（6）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，当实施所述方法的第三步时，对于在10到15mm之间的桁条腹板厚度，所述间隙（C）在7到9mm之间，从而保证在任何情况下所述桁条（1）不附接到所述因瓦合金角（6）。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在实施所述方法的第三步时，如果在未固化的T形桁条（1）和所述因瓦合金角（6）之间具有释放膜，则对于达15mm的桁条腹板厚度而言所述间隙（C）能够减小到2mm。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中加热装置（7）是红外灯。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述辊子（8）具有由柔性材料制成的覆盖物。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中加热装置（7）在所述桁条基部（3）表面上移动的速度是1 m/5min。