CN103282190B - 用于压缩复合半径的方法和装置 - Google Patents

Abstract

装置或隔板（20）包括一体形成为整体结构的多个装置（48）。两个隔板（48）并排布置，并且与连接部分（66）和外延部分（68）一体形成。第一隔板（50）基本连续地延伸跨越装置（48）的整个长度。装置（48）可以作为一个单元安装在两个相邻的加强杆（21）之上，覆盖翼梁（22）上的半径（34）。多个一体形成的装置（48）还可以适于使用具有其他截面形状的加强杆，包括但不限于C形、J形、Z形、L形和倒U形。

Description

用于压缩复合半径的方法和装置

技术领域

本公开大体涉及用于制造纤维增强的树脂层压板的方法和设备，并更具体地涉及用于压缩层压板中的半径的方法和装置。

背景技术

纤维增强的树脂层压板可以在固化之前和/或固化过程中被强化，以便消除在已固化部件内的空隙和其他不一致。强化可以通过利用真空袋法和/或热压处理将压力施加于未固化的层压板而实现。在一些情况下，隔板被放置在真空袋与层压板的某些区域如半径之间，以确保施加的压力均匀地分布在这些区域上。在一些局部的几何结构中，由于各种原因，例如真空袋在部件的某些特征件之上的桥接，低压的区域可以存在于所述部件之上。这些低压区域可能导致“冲击波”在层压板的外层板内产生，其中层板的平面外的波从高压区域被迫使至上述的低压区域。冲击波是不期望的，因为它们导致平面外的纤维扭曲，这可以导致层压板内的空隙。

因此，存在对在强化过程中减少纤维增强的树脂层压板内的冲击板的方法和装置的需要，尤其是可能靠近层压板内的半径的边缘发生的那些。同样存在对减少层压板上由真空袋的桥接导致的低压区域的面积的需要。

发明内容

所公开的方法和装置减少了层压板内由用于强化所述层压板的真空袋的桥接导致的冲击波。该装置的结构相对简单，可重复使用并且易于安装。该装置可以用来压缩层压板上（例如半径的边缘上）的由半径边缘上方的袋的桥接导致的低压区域的面积。该装置包括覆盖所述半径的第一隔板和覆盖第一部分和半径边缘的第二隔板。第二隔板还可以置于第二层压板上，以便施加于第二层压板的固化压力通过第二隔板被传递到半径边缘上。在一个实施例中，第一和第二隔板可以被结合以形成一个单元。在其他实施例中，多个装置可以被并排地结合在一起。所公开的实施例可以在强化过程中减少层压板内的冲击波，导致已固化的部件可以具有减少的空隙和不一致，以及具有期望的机械性能。

根据一个公开的实施例，提供了在强化过程中减少复合层压板部件内的冲击波的方法。该方法包括由于在部件边缘处的真空袋的桥接而将大气压力负荷转移到具有低压实压力的部件区域。低压区域可以位于部件内的半径的边缘处。转移大气压力负荷可以包括在低压区域利用部件上的隔板将被转移的负荷施加在变径边缘处。

根据另一个实施例，提供了在真空袋与第二复合部件的强化过程中减少在未固化的第一复合部件的低压实压力区域内产生的冲击波。该方法包括将隔板装置放置在第一和第二部件的上方，覆盖低压区域，并利用隔板将大气压力负荷施加于第一部件的低压区域。低压区域可以沿着第一部件上的半径的边缘。放置隔板包括将第一隔板放置在第一部件的半径和半径边缘之上，以及将第二隔板与第一隔板重叠地放置在第二部件上。利用隔板施加压力包括利用第二隔板将压力施加于低压区域内的第一隔板。

根据另一个实施例，提供了在强化过程中压缩纤维增强的层压板部件的半径区段的方法。该方法包括在部件中与半径区段相邻地形成大半径，并将压实压力施加于所述部件，包括通过压缩大半径内的纤维将张力施加到半径区段内的纤维上。在部件内形成大半径包括在部件上形成过度弯曲的凸缘。

根据另一实施例，提供了在强化过程中减少复合层压板部件的边缘处的冲击波的装置。该装置包括隔板，其被配置为与边缘的形状基本一致，并将压实压力施加于所述边缘。所述边缘可以沿部件中的半径定位，并且隔板包括第一部分和第二部分，所述第一部分适于被放置在半径上并将压力施加于该半径，所述第二部分具有置于第一部分和该部件的边缘上的末端。隔板的第一和第二部分可以彼此一体形成。

在另一个实施例中，提供了在强化过程中拉伸纤维增强的复合层压板部件的半径内的纤维的设备。该设备包括心轴，该心轴在其过多的凸缘区域内具有大半径，其中该大半径具有的曲率半径大于所述部件的半径的曲率半径。

在另一个实施例中，提供了在强化过程中减少在复合层压板部件的半径内产生的冲击波的装置。该装置包括用于将压力施加于部件的半径的隔板。所述隔板包括适于覆盖所述半径的第一部分和邻近其中生成部件中的冲击波的半径的边缘。所述隔板还包括置于第一部分和部件的边缘之上的第二部分，以便通过隔板的第二部分将压力施加于所述部件的边缘。

总之，根据本发明的一个方面，提供了一种在强化过程中减少复合层压板部件内的冲击波的方法，包括：由于真空袋在所述部件的边缘处的桥接而将大气压力负荷传递给具有低压实压力的部件区域。

有利地，在该方法中，低压区域位于部件中的半径的边缘处，并且传递大气压力负荷包括将传递的压力负荷施加在半径的边缘处。

有利地，在该方法中，传递大气压力负荷包括将隔板放置在低压实压力的区域处的部件上。

根据本发明的一个方面，提供了一种在真空袋与第二复合部件的强化过程中减少在未固化的第一复合部件的低压实压力区域内产生的冲击波的方法，包括：将隔板装置放置在第一和第二部件之上，从而覆盖低压区域；以及利用隔板装置将大气压力负荷施加于第一部件的低压区域。

有利地，在该方法中，低压区域是沿第一部件上的半径的边缘的，并且放置隔板装置包括：将第一隔板放置在第一部件的半径之上和所述半径的边缘之上，以及将第二隔板与第一隔板重叠地放置在第二部件上。

有利地，在该方法中，利用隔板装置施加大气压力负荷包括利用第二隔板将压力施加于低压区域内的第一隔板。

根据本发明的另一方面，提供了一种在强化过程中压缩纤维增强的层压板部件的半径区段的方法，包括：在部件内邻近所述半径区段形成大半径；以及将压实压力施加于所述部件，包括通过压缩所述大半径内的纤维而将张力施加到半径区段内的纤维上。

有利地，在该方法中，在部件内形成大半径包括在所述部件上形成过度弯曲的凸缘。

有利地，在该方法中，施加压实压力包括：将真空袋放置在所述部件之上，将真空袋压成型的部件放置在压热器内，在所述袋中抽真空，以及利用压热器将压力施加于所述袋。

根据本发明的另一方面，提供了一种在强化过程中减少复合层压板部件上的半径的边缘处的冲击波的装置，该装置包括：隔板，其配置为与所述半径的形状基本一致，并将压实压力施加于所述半径的边缘处的所述部件。

有利地，在该装置中，所述隔板包括：第一部分，其适于放置在半径上并将压力施加于所述半径，以及第二部分，其具有置于第一部分和所述半径的边缘之上的末端。

有利地，在该装置中，隔板的第一和第二部分彼此一体形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种在强化过程中拉伸纤维增强的复合层压板部件的半径中的纤维的设备，该设备包括：心轴，其具有在该心轴的过多的凸缘区域中的大半径。

有利地，在该设备中，所述大半径具有比所述部件的半径更大的半径。

根据本发明的另一方面，提供了一种在强化过程中减少在复合层压板部件的半径的边缘处产生的冲击波的装置，该装置包括：用于将压力施加于所述部件的半径的隔板，该隔板包括第一部分和第二部分，所述第一部分适于覆盖所述半径和半径边缘，所述第二部分置于所述第一部分和半径边缘之上，以便通过隔板的第二部分将压力施加于半径边缘。

有利地，在该装置中，隔板的第一部分的厚度围绕所述半径渐缩。

有利地，在该装置中，隔板的第二部分置于所述隔板的第一部分和半径边缘之上。

有利地，在该装置中，所述隔板的第一和第二部分彼此一体形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种在强化过程中减少沿着复合层压板翼梁的半径的边缘产生的冲击波的装置，其中复合层压板翼梁接合到具有邻近半径边缘的下凸缘的加强杆，该装置包括：第一弯曲隔板，其将压力施加于半径边缘并具有沿其弯曲部分渐缩的厚度；以及与第一隔板一体形成的第二隔板，该第二隔板具有分别置于加强杆的下凸缘之上的横向延伸的凸缘，并且具有置于半径边缘之上的末端，以用于通过第一隔板将强化压力从加强杆的凸缘传递到半径边缘，该第二隔板还包括适于套在加强杆上的腹板。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造包括接合到加强杆的层压板翼梁的复合结构组件的方法，包括：形成和预固化所述加强杆；将层压板翼梁放置在具有半径的心轴上；将预固化的加强杆与翼梁装配，包括将粘合层置于加强杆的下凸缘与翼梁的腹板之间；将隔板装置安装在所述配件上，包括将隔板装置的第一部分模制到置于加强杆上的下凸缘之上的加强杆的端部，并且模制与所述第一部分一体形成的隔板装置的第二部分，包括使第二部分模制为与翼梁内形成的半径一致；真空袋压成型所述配件；将所述配件放置在压热器内；以及利用压热器压力强化所述配件，包括利用隔板装置将压力从下凸缘传递到翼梁中形成的半径的边缘。

附图说明

图1是复合结构配件的侧视图的说明。

图2是沿图1中的方向“2”得到的侧视图的说明。

图3是示出了冲击波在加强杆的端部处的翼梁的上层板中形成的放大的截面图的说明。

图4是复合结构配件的截面图的说明，其示出了利用隔板装置来减少图3中所示的冲击波。

图5是图4中所示的隔板装置的第一隔板形成部件的截面图的说明。

图6是图4中所示的装置的第二隔板形成部件的端视图的说明。

图7是第二隔板的透视图的说明。

图8是图1-4中示出的具有安装在其上的第二隔板的加强杆的一侧的透视图的说明。

图9是安装在加强杆上的隔板装置的另一种构成的等距视图的说明。

图10是隔板装置的另一实施例的一侧的透视图的说明。

图11是图10中所示的隔板装置的相对侧的等距视图的说明。

图12是图10和图11中示出的安装在一对加强杆上的隔板装置的说明。

图13是示出了减少冲击波的可替换方法的层压板配件的截面图的说明。

图14是示出了用于减少冲击波的方法的简化的流程图。

图15是减少冲击波的可替换方法的说明。

图16是飞行器生产和维护方法的流程图的说明。

图17是飞行器的方框图的说明。

具体实施方式

首先参照图1和图2，复合结构配件20包括有时也被称为第一部件的加强杆21和在本文中有时也被称为第二部件的翼梁22。加强杆21通过粘合层40结合到翼梁22。加强杆21可以包括纤维增强的树脂复合材料，并且在说明的示例中，加强杆21具有由通过腹板28接合在一起的上凸缘24和下凸缘26形成的I形截面。尽管在附图中示出I形截面，但加强杆21可以具有其他截面形状，例如但不限于：C、J、Z、L和倒U形。翼梁22包括纤维增强的树脂层压板，其具有形成L形截面的腹板30和凸缘32，但其他截面形状也是可行的，例如但不限于“C”形截面。翼梁22可以形成，例如但不限于，航空航天器（未示出）机身的部件，例如机翼或稳定器（未示出）。

腹板30通过在图1中虚线36指示的切点之间限定的半径过渡到凸缘32。正如图2中最佳显示的，加强杆21的下凸缘26置于腹板32的上表面35之上并被结合到腹板32的上表面35。图1示出了用于在翼梁22的强化和固化过程中支撑翼梁22的心轴38。在示出的示例中，加强杆21是预固化的部件，其被结合到翼梁22，然而，在其他实施例中，加强杆21可以包括与翼梁22一起固化的未固化的复合部件。加强杆21和翼梁22的形状仅示出了多种可能的部件形状和几何结构。

现在参照图3，在用其间的粘合层40将加强杆21与翼梁22装配后，真空袋（在图3中未示出）被密封在配件20之上，其然后可以被放置在用于强化和固化的压热器（未示出）中。半径34具有上边缘45，其与加强杆21的下凸缘的外端46间隔开。当被抽空时，袋可以在半径34的边缘45的上方桥接。当压热器压力P在翼梁22的强化和固化过程中被施加时，袋在边缘45之上的桥接可以引起边缘45处的低压实压力区域49。施加的压实压力P导致上层板42中的纤维沿半径34的变形，这迫使它们在箭头51的方向上朝向低压实压力区域49移动。随着层板42被压缩到半径34的其他区域中，纤维朝向低压实压力区域49的移动可以导致冲击波44在翼梁22的上层板42中产生。该冲击波44可以在固化之后在翼梁22中导致褶皱、空隙或其他不期望的不一致。

参照图4，为了减少或消除图3中所示的由低压区域49（图3）造成的冲击波44，装置48被安装到翼梁22的半径34和加强杆21的下凸缘26的上方。装置48包括第一底部隔板50，其覆盖翼梁22的半径34（包括上边缘45）。第一隔板50的上末端56邻接下凸缘26的外端26。装置48还包括第二顶部隔板52，其被保持在下凸缘26上，并置于第一隔板50的上末端56之上。第二隔板52以预定距离D与第一隔板50的上末端56重叠。如将在下面更详细地讨论的，在一个实施例中，第一隔板50和第二隔板52可以一体形成为一个单元，而在其他实施例中，它们可以是分离的单元。真空袋44被密封在配件20之上，并被用来将压实压力施加于所述部件和隔板48。

如图5所示，第一隔板50包括基本与半径34一致的内侧半径R。第一隔板50在其上末端56处具有厚度T，该厚度T与下凸缘26和粘合层30的组合厚度基本匹配。第一隔板50的厚度从其上末端56到其下末端58是渐缩的。下末端58因其渐缩而减小的厚度可以减少在压实处理期间由第一隔板50带给翼梁22的压痕（mark-off）。在其他实施例中，第一隔板50的厚度可以不是渐缩的。

参照图6，第二隔板52包括带槽腹板52a，其覆盖加强杆21的腹板28并纵向延伸凸缘52b，所述凸缘52b置于加强杆21上的凸缘26上。

参照使用中的图4，装置48作为两个分离的单元或作为一个单元安装到配件20上，使得第一隔板50置于半径34上，并使其上末端56邻接凸缘26的外端26a。第二隔板52的带槽腹板52a套在腹板28的侧面上，使得凸缘54被保持在加强杆21的凸缘26上，并且外端60置于并且保持在第一隔板50的上末端56上。通过如上所述安装的装置40，真空袋44可以安装在配件20之上，并且配件20可以在压热器中被处理，其中压力P被施加于所装配的部件。第一隔板50将压热器压力P施加并分配给包括上末端56的半径34，所述上末端56置于半径34的上边缘45上。压热器压力P还抵靠加强杆21的凸缘26和第一隔板50的上末端56而按压凸缘52b。

施加于下凸缘26的压力通过第二隔板52传递到第一隔板50。上层板42（图3）在边缘45处产生冲击波44的趋势被由第二隔板52的前端60施加于上末端56的压力阻止。因此，在半径34内的上层板32（图3）被限制为在压实处理期间基本保持在同一平面内。将隔板部分50、52一体形成在一个部件单元中向装置48提供了额外的硬度48，其可以帮助抵抗冲击波44（图4）的产生或在半径边缘45处的外层板42的相似的升沉运动或起皱现象的产生。

图7和图8示出了第二隔板52的额外细节。直立的腹板52a包括在其中纵向延伸的槽62，并且凸缘52b从腹板52a横向向外延伸。前端60延伸越过腹板52a并适于置于第一隔板50上的上末端56上，如图4所示。第二隔板52可以由具有所需强度和硬度的任意合适的材料制成，包括但不限于纤维增强的树脂复合材料，例如但不限于碳纤维增强的环氧树脂。在第二隔板52的安装过程中，槽62容纳加强杆21的腹板28，其被容纳在槽62内，并且凸缘52b保持在加强杆21的凸缘26上。

图9示出了装置48的另一个实施例，其中第一和第二隔板50、52被一体形成为一个单元，其可以通过围绕加强杆21的端部模制隔板48而被制造。

现在转向示出装置20的另一个实施例的图10、11和12，其中多个装置48被一体形成为整体的结构。在示出的示例中，两个单片的隔板48并排布置，并且与连接部分66和外延部分68一体形成。第一隔板50基本连续地延伸跨过装置48的整个长度。如图12所示，装置48可以作为一个单元安装在两个相邻的加强杆21之上，覆盖翼梁22上的半径34（在图10-12中未示出）。尽管图10-12中示出的实施例集成了多个装置48以用于具有I形截面的多个加强杆21，但多个集成的装置48还可以适于用于具有其他截面形状的加强杆，所述其他截面形状包括但不限于C形、J形、Z形、L形和倒U形。

现在转向图13，其示出了以减少在翼梁30的强化过程中产生的冲击波的方式压缩半径34的另一方法。在这个示例中，翼梁30被布置在具有横向延伸部分38a的心轴38之上。横向延伸部分38a包括弯曲的工具表面70，其形成过度向外翻转的凸缘72，该凸缘72具有通常大于半径34的大半径74。“过度”指的是这样的事实，即凸缘72的主要目的是将被拉伸的纤维放置在半径34内，并且凸缘72可以不具有其他实质的功能性目的。当强化压力P被施加到翼梁30时，作用于大半径凸缘72上的压力大于施加于半径34的压力，并且在上层板42（图3）中的纤维中产生张力，该张力被传递给半径34中的纤维。施加于半径34中的上层板42中的纤维的这种张力可以减少或消除包括上边缘45（图3）的半径34的区域中的褶皱和/或冲击波44。如本文所使用的，“大”半径指的是半径74，其大到足以在上层板42内产生减少或消除冲击波44所需的张力。

现在转向图14，其示出了以在固化过程中减少层压板内的冲击波的方式接合复合部件的方法。在步骤76处，第一和第二部件21、22被装配。其次在步骤78处，隔板48的第一部分50被放置在第一部件22的半径34上，覆盖半径34的边缘45并邻接第一部件21。在步骤80处，隔板48的第二部分52安装在第二部件21上，在半径边缘45处与第一隔板50至少部分重叠。在这些隔板部分50、52被一体形成为一个单元的实施例中，步骤70和80被合并为一个操作。在步骤82处，具有安装在其上的隔板部分50、52的被装配的部件21、22是真空袋压成型的。在步骤84处，进行抽真空并且利用例如压热器处理将强化压力施加于所述袋。在步骤86处，隔板部分50、52被用来将压力施加于包括半径边缘45的半径34，以便将大气压力负荷传递给半径边缘45，并减少第一部件内的冲击波的形成。

图15示出了利用图14中示出的设备减少层压板内的冲击波的方法的步骤。在步骤88处，大半径74在层压板部件21内邻近部件21内的较小半径区段34形成。在步骤80处，压实压力施加于部件21，包括通过压缩大半径74中的纤维而将张力施加于半径区段34中的纤维上。

接下来参照图16和图17，本公开的实施例可以在如图16所示的飞行器制造和维护方法98与如图17所示的飞行器100的背景下使用。在预生产期间，示例性方法98可以包括飞行器100的规格和设计102以及材料采购104。在生产期间，进行部件和子配件制造106以及飞行器100的系统整合108。在步骤106期间，所公开的方法和设备可以被用来制造复合部件，例如随后在步骤108处装配的机身区段。之后，飞行器100可以经过验收和交付110，以便投入使用112。当由客户使用时，飞行器100可以按计划进行例行维修和维护114（其还可以包括改进、重新配置、翻新、等等）。

方法98的每个处理可以由系统集成商、第三方和/或操作员（例如，客户）执行或完成。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任意数量的飞行器制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、转包商和供应商；而操作员可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。

如图17所示，通过示例性方法98生产的飞行器100可以包括具有多个系统118和内部结构120的机架116。所公开的方法和设备可以被用来制造形成部分机架110的机身区段。高级系统118的示例包括推进系统122、电气系统124、液压系统126和环境系统128中的一个或更多个。可以包括任意数量的其它系统。尽管示出了航空示例，但本发明的原理可以应用于其它行业，诸如汽车行业。

本文所体现的设备可以在生产和维护方法98的任意一个或多个阶段中使用。例如，对应于生产处理106的组件或子配件可以与飞行器100使用时生产的组件或子配件相似的方式制作或制造。同样，一个或更多个设备实施例可以例如通过充分加速飞行器100的装配或降低飞行器100的成本而在生产阶段106和108期间使用。类似地，当飞行器100处于使用中时，例如但不限于处于维修和维护114时，可以使用一个或更多个设备实施例。

尽管已经关于某些示例性实施例描述了本公开的实施例，但应理解，具体实施例是为了说明的目的，并不是为了限制，因为本领域技术人员会想到其他变体。

Claims (9)

1.一种在强化期间压缩纤维增强的层压板部件的半径区段的方法，该方法包括：

在包括第一部件和第二部件的所述部件中与所述半径区段相邻地形成大半径；

将压实压力施加于所述部件，包括通过压缩所述大半径中的所述纤维而将张力施加到所述半径区段中的所述纤维上；以及

利用包括第一隔板和第二隔板的隔板装置将大气压力负荷施加于第一部件的低压区域，

其中所述低压区域是沿第一部件上的半径的边缘的，并且放置所述隔板装置包括：

将第一隔板放置在所述第一部件的所述半径和所述半径的边缘之上，以及

将第二隔板与所述第一隔板重叠地放置在所述第二部件上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述部件中形成所述大半径包括在所述部件上形成过度弯曲的凸缘。

3.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述压实压力包括：

将真空袋放置在所述部件之上，

将真空袋压成型的部件放置在压热器中，

在所述袋中抽真空，以及

利用所述压热器将压力施加于所述袋。

4.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述隔板装置施加大气压力负荷包括利用所述第二隔板将压力施加于在所述低压区域中的所述第一隔板。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

将隔板装置放置在第一部件和第二部件之上，从而覆盖低压区域。

6.一种在强化期间减少在复合层压板部件的半径的边缘处产生的冲击波的装置，所述装置包括：

将压力施加于所述部件的半径的隔板，

所述隔板包括第一部分和第二部分，所述第一部分适于覆盖所述半径和所述半径的边缘，所述第二部分覆盖所述第一部分和所述半径的边缘，以便通过所述隔板的所述第二部分将压力施加于所述半径的边缘。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述隔板的所述第一部分的厚度是围绕所述半径渐缩的。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述隔板的所述第二部分置于所述隔板的所述第一部分和所述半径的边缘上。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述隔板的所述第一部分和第二部分是彼此一体形成的。