CN103402739A - 用于制造轮廓复合结构的方法和设备和由此产生的结构 - Google Patents

Abstract

轮廓复合结构包括曲率轴线和至少一个弯曲支腿（38）。该结构通过以下方式制造：铺设预浸渍纤维层（52）的平坦叠置件（50），预浸渍纤维层（52）每个均具有相对于曲率轴线的非零度纤维取向，并且在叠置件上铺设具有零度纤维取向的至少一个预浸渍纤维层。铺设零度铺层包括在叠置件的至少一部分上铺放端对端地布置的预浸渍丝束段。叠置件形成为腹板和弯曲支腿。

Description

用于制造轮廓复合结构的方法和设备和由此产生的结构

技术领域

本发明大体上涉及用于制造复合件的技术，并且更具体地涉及使用单向预浸渍复合带和自动带材铺设装置制造高度轮廓的非笛卡尔坐标复合结构的方法。

背景技术

高度轮廓的多支腿复合结构可以在多种应用中使用，比如用在飞行器中。飞行器框架、翼梁、肋、纵梁及类似结构可以具有沿结构的长度成轮廓的多个支腿。用于制造此类结构的一种已知技术涉及在多个轮廓工具/仿形工具（contoured tool）上热悬垂成形/热压成形（hot drape form）平坦复合装料/填充件（charge），以便在结构中形成一个或多个弯曲支腿。装料通常包含根据预定的层安排铺设的多层单向预浸渍纤维层。然而，当试图热悬垂成形包含零度铺层的平坦复合层时，可能遇到困难，零度铺层即为具有与结构的曲率轴线基本平行对齐的纤维取向的铺层。困难源于如下事实，即，使用的零度纤维基本不可伸展，例如碳纤维，此类纤维可能无法承受几何形状的改变，即在成形过程期间的束捆、拉伸或伸展。因此，零度纤维可能无法从一个平面移动到具有明显不同弧长的不同平面。如果支腿过于凸起，纤维可能起褶，然而如果支腿过于凹陷，纤维可能卡住并抵抗平面外形成压力。

为了克服以上所提及的问题，在非零度铺层已经形成为弯曲支腿后，零度铺层被人工铺放在装料上。每次铺设安排需要零度铺层时，在支腿已经悬垂形成之后将零度铺层铺放在支腿上的需求必须重复。这些重复操作增加成本、使加工复杂化，可能增加对占地空间的要求，并且可能不利地影响制造流程时间。

用于形成具有多支腿的高度轮廓复合结构的已知技术的另一个缺点涉及需要使用不同的工具组在单独的形成操作中形成每个支腿。使用不同的工具组形成结构的支腿也可能导致成本更高和制造流程时间更长。

因此，需要一种用于制造具有一个或更多个支腿的轮廓复合结构的方法和设备，该方法和设备减少形成支腿所需的操作次数，同时避免在形成期间束捆或折皱零度铺层。也需要一种用于形成此种结构的设备，该设备允许在单个形成操作中使用单个工具在结构上形成两个弯曲支腿。

发明内容

提供一种使用例如预浸渍纤维带的单向复合材料制造具有一个或更多个弯曲支腿的高度轮廓复合结构的方法和设备。在制造高度弯曲的多支腿复合结构期间，比如框架、翼梁、肋和纵梁等，恒定宽度的带材段被铺设并对齐以保持极性纤维取向（polar fiber orientation）。所公开的方法可以消除在支腿悬垂成形之后在支腿上单独铺设零度铺层的需要。包含零度铺层的平坦复合装料可以在张力下在单个工具的一个或更多个轮廓工具表面上热悬垂成形，以形成弯曲支腿，而没有明显折皱或其他纤维变形。所公开的设备包含可以用于在单个形成操作中悬垂形成结构的两个弯曲支腿的工具。

根据一个公开的实施例，提供一种制造具有曲率轴线和至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法。该方法包括铺设预浸渍纤维层的平坦叠置件，并在该叠置件中形成弯曲支腿。预浸渍纤维层均包含单向纤维丝束，并且通过使丝束相对于结构的曲率轴线对齐并使在叠置件的一部分上的至少某些丝束分段，来铺设叠置件。在叠置件中形成弯曲支腿通过在弯曲工具上形成具有丝束段的叠置件部分而完成。

根据另一个实施例，提供一种制造具有曲率轴线和至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法。该方法包括铺设预浸渍纤维层的平坦叠置件，每个预浸渍纤维层均具有相对于曲率轴线的非零度纤维取向，并在叠置件上铺设具有零度纤维取向的预浸渍纤维层。铺设零度铺层包括将预浸渍丝束放置到端到端地布置在叠置件的至少一部分上的区段中。该方法进一步包括将包含零度铺层的叠置件形成为腹板和弯曲支腿。

根据进一步的实施例，提供用于制造具有弯曲支腿的轮廓复合结构的设备。该设备包含芯模/心轴（mandrel），其适于将平坦复合装料铺放在其上，并具有第一和第二弯曲芯模表面，装料可以抵靠该第一和第二弯曲芯模表面分别形成为第一和第二弯曲支腿。该设备进一步包括用于抵靠第一弯曲芯模表面形成平坦装料的工具。该设备还包含适应于覆盖芯模和所述工具的柔性真空袋，用于抵靠第二弯曲芯模表面形成装料。芯模可以包含第三表面，当装料抵靠第一和第二芯模表面形成时，装料可以由工具保持抵靠该第三表面。

根据另一个实施例，提供一种制造轮廓复合结构的方法。该方法包括将平坦复合装料放置在芯模上，并使用芯模将装料形成为由弯曲腹板连接的一对弯曲支腿。该方法进一步包括通过将装料保持在工具和芯模上的表面之间而使装料稳定，为成形做准备。

根据另一个实施例，提供用于制造具有弯曲支腿的复合结构的设备。该设备包括相匹配的第一和第二半部工具，其从打开位置到闭合形成位置相对可移动。第一和第二半部工具分别包括第一和第二芯模，部分平坦复合装料可以在该第一和第二芯模上分别形成为第一和第二弯曲支腿。第一和第二芯模分别包含相对的表面，在支腿形成期间装料的一部分可以被保持在该相对的表面之间。

根据另一个实施例，提供一种制造复合结构的方法，该方法包括将平坦复合装料保持在第一和第二芯模之间。该方法进一步包括使用第一真空袋抵靠第一芯模以形成装料的第一部分，并使用第二真空袋抵靠第二芯模以形成装料的第二部分。

一种制造具有曲率轴线和至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法，该方法包括铺设预浸渍纤维层的平坦叠置件，该预浸渍纤维层均具有相对于曲率轴线的非零度纤维取向，在该叠置件上铺设具有零度纤维取向的预浸渍纤维层，包括将预浸渍丝束段铺放在叠置件的至少一部分上，并且将包括零度铺层的叠置件形成为腹板和弯曲支腿。

在该方法中，形成叠置件包括将叠置件的该部分形成为较大半径。

在该方法中，形成叠置件包括将叠置件的该部分形成为较小半径。

在该方法中，铺放预浸渍丝束段包括在丝束段之间形成间隙。

在该方法中，铺放丝束段包括基本邻接丝束带。

在该方法中，铺放丝束段包括重叠丝束段。

在该方法中，铺设具有零度纤维取向的预浸渍纤维层包括邻近铺放丝束段的部分，在叠置件上铺放预浸渍纤维的连续丝束。

在该方法中，铺放丝束段包括端对端地布置该区段。

在该方法中，铺放丝束段包括使区段条相互交错。

通过该方法制造的轮廓复合结构。

用于制造具有曲率轴线和至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的另一种方法，该方法包括铺设预浸渍纤维层的平坦叠置件，该预浸渍纤维层均具有单向纤维丝束，包括使丝束相对于曲率轴线对齐，并且使至少某些丝束在多层中的一层的至少一部分中分段，并且通过在弯曲工具上形成包含丝束段的叠置件部分，在叠置件上形成弯曲支腿。在该方法中，铺设平坦叠置件包括铺设多层非零度层，每个非零度层都具有相对于曲率轴线的非零度纤维取向，并且在非零度层上铺设具有相对于曲率轴线的零度纤维取向的至少一层零度层。

在该方法中，零度层包括丝束段。

在该方法中，使丝束分段包括切割丝束，并将切割的丝束端对端地铺放在铺层部分上。

在该方法中，端对端地铺放丝束段包括在丝束段之间形成间隙。

在该方法中，端对端地铺放丝束段包括保持丝束段之间的间隙基本恒定。

在该方法中，切割丝束包括将丝束切割为基本恒定长度的区段。

在该方法中，端对端地铺放丝束包括重叠丝束段。

在该方法中，铺放丝束段包括将丝束切割为基本固定的长度。

在该方法中，铺放丝束段包括将丝束切割为不同的长度。

通过该方法制造的轮廓复合结构。

用于制造具有弯曲支腿的轮廓复合结构的设备的实施例，该设备包括：芯模，该芯模适于使平坦复合装料铺放在其上，并具有第一和第二弯曲芯模表面，装料可以抵靠该第一和第二弯曲芯模表面分别形成第一和第二弯曲支腿；

用于抵靠第一弯曲芯模表面形成平坦装料的工具；以及

柔性真空袋，其适于覆盖芯模和所述工具，用于抵靠第二弯曲芯模表面形成装料。

在该设备中，芯模包括第三表面，当装料抵靠第一和第二芯模表面形成时，装料可以由工具保持抵靠该第三表面。

在该设备中，芯模包括邻近第一芯模表面的第四表面，用于在成型前支撑装料。

在该设备中，工具安装在芯模上，以便朝向和远离第三芯模表面线性移动。

在该设备中，芯模、工具和真空袋安装在共同的基座上。

在该设备中，工具包括弯曲表面，袋可以适应该弯曲表面，并且成形压力可以通过该弯曲表面施加到装料上。

该设备进一步包含在芯模上的加热器，用于加热将形成为第一支腿的装料部分。

该设备进一步包括：

沿第二芯模表面间隔开的多个成形辅助装置，在将装料形成为第二支腿期间，该辅助装置用于引导真空袋朝向第二芯模表面移动。

另一种制造轮廓复合结构的方法，该方法包括：

在芯模上铺放平坦复合装料；以及

使用芯模将装料形成为由弯曲腹板连接的一对弯曲支腿。

该方法进一步包括：

通过将装料保持在工具和芯模上的表面之间，稳定装料的位置，为成形做准备。

在该方法中，使用芯模形成装料包括：

使用工具在芯模的两个表面上形成平坦装料的第一部分。

在该方法中，使用工具形成平坦装料的第一部分包括使用致动器相对于芯模移动工具。

在该方法中，使用芯模形成装料包括：

保持装料抵靠两个表面，以及

当装料被保持时，抵靠芯模上的另一个表面形成装料的第二部分。

在该方法中，形成装料的另一部分使用真空袋完成。

该方法进一步包括在形成装料之前加热装料区域。

在该方法中，形成装料的第二部分包括使用成形辅助装置引导装料的第二部分朝向芯模的另一表面移动，并在芯模的另一表面上移动。

通过该方法制造的轮廓复合结构。

用于制造具有弯曲支腿的复合结构的另一种设备包括：

相互匹配的第一和第二半部工具，其从打开位置到闭合形成位置相对可移动，

第一和第二半部工具分别包括第一和第二芯模，部分平坦复合装料可以在该第一和第二芯模上分别形成为第一和第二弯曲支腿。

在该设备中，第一和第二芯模分别具有相对的表面，在形成支腿期间，装料的一部分可以被保持在相对的表面之间。

在该设备中，第一和第二芯模均具有用于将装料形成为支腿之一的工具表面。

在该设备中，第一和第二半部工具均具有真空袋，用于与处于闭合位置的相对的半部形成真空室，真空室用于抵靠芯模形成装料。

在该设备中，第一和第二半部工具均包括加热器，用于加热装料的一部分。

在该设备中，第一和第二半部工具分别包括配合的框架，芯模被容纳在该配合的框架中，并且该设备进一步包括：

用于在配合的框架之间形成真空密封的工具。

该设备进一步包括：

一组引导装置，用于引导第一和第二半部工具，以便在其打开和闭合位置之间转换移动。

在该设备中，第一和第二半部工具分别包括成形辅助装置，其用于在形成期间控制袋的形状。

在该设备中，当工具半部处于其闭合位置时，真空室位于芯模的相对侧上。

在该设备中，每个芯模均包含弯曲工具表面，平坦装料的一部分在该弯曲工具表面上形成。

另一种制造复合结构的方法包括：

将平坦复合装料保持在第一和第二芯模之间；

使用第一真空袋抵靠第一芯模形成装料的第一部分；以及

使用第二真空袋抵靠第二芯模形成装料的第二部分。

在该方法中：

第一和第二芯模均弯曲，并且装料形成为由弯曲腹板连接的一对弯曲支腿。

该方法进一步包括：

当装料被保持在第一和第二芯模之间时，加热装料的第一和第二部分。

该方法进一步包括：

将装料铺放在第一和第二芯模之间，以及

通过使芯模在一起，将装料夹在芯模之间。

在该方法中，装料的第一和第二部分基本同时形成。

通过该方法制造的复合结构。

当接合附图和随附权利要求参阅以下具体实施方式时，所公开的实施例的其它特征、益处及优势将是显而易见的。

附图说明

图1是飞机机身的桶状部分的透视图。

图2是用于图1所示的机身中的高度轮廓复合框架部段的透视图。

图3是沿图1中的线3-3截取的截面图。

图4是示出图2所示的框架部段的铺层组成/铺层叠板（ply buildup）的截面图。

图5是用于制造图2所示的框架区段的平坦叠置件的透视图。

图6是用于铺放叠置层的AFP机器人机械的透视图。

图7是用作图6所示的机器人机械的末端执行器的AFP机械的透视图。

图8是示出用于限定图2的框架区段中铺层取向的极点和笛卡尔坐标系的示意图。

图9是包含以0度取向的纤维的铺层的平面图。

图10是示意图，其图示说明分别包含以45度和90度取向的纤维的铺层，并图示说明丝束和楔形带的使用。

图11是平坦铺层叠置件的透视图。

图12是与图11类似的透视图，但其示出已经沿铺层叠置件的一边形成挖空的透视图。

图13是示出用于区域形成框架区段的内弦的悬垂成形设备的横截面示图。

图14是定位在形成芯模上的平坦铺层叠置件的透视图，包括图13的悬垂成形设备的一部分。

图15是与图14类似的示意图，但其示出内弦已经围绕成形芯模完全形成。

图16是柔性膜转到打开位置的区域成形设备的透视图。

图17是与图16类似的示意图，但其示出柔性膜已经闭合并沿工具组件下拉。

图18是用于悬垂形成框架区段的外弦的热悬垂成形设备的横截面示图。

图19是图18所示的热悬垂成形设备的透视图。

图20是包含图18的悬垂成形工具组件的一部分的成形/固化芯模的透视图，并示出放置在其上的部分形成的框架区段。

图21是与图20类似的示意图，但其示出外弦已经完全形成在成形/固化芯模上。

图22是用于固化框架区段的成形/固化芯模袋组件的横截面示图。

图23是图示说明用于制造连续轮廓复合结构的方法的流程图。

图24图示说明可以根据所公开的实施例形成的连续复合结构的横截面形状。

图25图示说明铺放在衬底上的带段关于其在极坐标系中对准的平面图。

图26是图25中标注为“A”的区域的放大示意图。

图27是图示说明单个带段的平面示意图，其示出可替换的端部切口（end cut）。

图28是自动带铺设机器的透视图。

图29图示说明使用恒定宽度带段制造轮廓复合结构的方法的流程图。

图30是具有零度铺层的平坦复合装料在形成前的示意图。

图31是部分零度铺层的平面图的示意图，其图示说明用于交错丝束段的一种技术。

图32是与图31类似的示意图，但其示出用于交错丝束段的一种可替换的技术。

图33是弯曲的零度铺层铺放在其上的成形工具的透视图的示意图。

图34是与图33类似的示意图，但其示出铺层的一部分已经形成到工具的凹面上以产生弯曲支腿。

图35是图34中标注为图35的区域的示意图，其示出在形成的支腿中可变长度的丝束段。

图36是与图35类似的示意图，但其示出在丝束段之间宽度可变的间隙。

图37是在准备在工具的凸面上形成铺层的一部分的过程中，弯曲的零度铺层铺放在其上的成形工具的透视图的示意图。

图38是与图37类似的示意图，但其示出铺层已经形成在工具的凸面上。

图39A和图39B是零度铺层的内部支腿部分的平面视图的示意图，其示出在形成过程中丝束段之间的接头如何伸展开以形成丝束段之间的间隙。

图40A和图40B是与图39A和39B类似的示意图，但其示出用于零度铺层的内部支腿部分的另一种分段策略。

图40C和图40D是零度铺层的外部支腿部分的平面视图的示意图，其示出零度铺层的间隔开的丝束段如何朝向彼此移动。

图41是使用包含零度铺层的平坦装料形成具有至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法的流程图的示意图。

图42是用于形成具有两个弯曲支腿的轮廓复合结构的设备的透视图，复合装料未示出。

图43是与图42类似的示意图，但其示出平坦复合装料已经被稳定在工具中，为成形做准备。

图44是与图43类似的示意图，但其示出在结构上的一个弯曲支腿已经形成，为清楚起见，两个成形辅助装置已经移除。

图45是图42-44所示的设备的透视图，其中真空袋闭合在工具上，准备将装料的一部分形成为第二弯曲支腿。

图46是使用图42-45所示的设备形成具有两个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法的流程图的示意图。

图47是用于将平坦复合装料形成为具有两个弯曲支腿的轮廓复合结构的设备的可替换实施例的透视图。

图48是图47所示的设备的平面视图。

图49是沿图47中的线49-49截取的横截面示图。

图50与图49类似的示意图，但其示出上部和下部工具组件已经闭合以夹紧平坦复合装料，为成形操作做准备。

图51是与图50类似的示意图，但其示出弯曲支腿已经形成。

图52是使用图47-51所示的设备制造具有两个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法的流程图。

图53是飞机生产和服务方法的流程图示图。

图54图示说明飞机的方框图。

具体实施方式

首先参考图1-3，桶形机身区段30包括外蒙皮34，外蒙皮34形成并紧固至框架结构32。框架结构32包括多个纵向间隔的桶状框架32a和纵向延伸的纵梁32b，纵梁32b穿过桶状框架32a。每个桶状框架32a都可以包含弯曲或轮廓复合构件，其可以是使用任何合适的装置拼接在一起的多个弯曲框架区段36的形式，该合适的装置例如但不限于，拼接板（未示出）和紧固件（未示出）。然而在某些应用中，弯曲的半框架和全框架区段（未示出）也是可能的。此处应当注意的是，弯曲框架区段36仅是可以通过所公开的方法和设备制造的各种弯曲或轮廓复合构件的说明。

如图3最佳所见，每个框架区段36，在下文中有时也称为弯曲或轮廓复合构件，可以具有大体为Z形的横截面，并且可以包含通过弯曲腹板42连接至弯曲内弦40的弯曲外弦38。当在横截面示图（图3）中查看时，外弦38和内弦40实际上形成横穿腹板42延伸的“支腿”。因此，如此处所用的，术语“支腿”和“多个支腿”是指一个或更多个结构特征部，例如但不限于，横穿轮廓结构的其他特征部延伸的盖或凸缘，其它特征部例如但不限于腹板。在图示说明的实施例中，腹板42可以包括可选的加强垫44。外弦38形成剪切带，蒙皮34可以连接或紧固至该剪切带。外弦38以及腹板42的一个边缘可以包括多个间隔开的鼠洞形切口53，纵梁32b延伸通过该鼠洞形切口53。如接下来将要讨论的，框架区段36由例如碳纤维环氧树脂的纤维增强合成树脂的层压叠层形成。如图4所示，框架区段36可以包括铺层组成，该铺层组成包括完整铺层46和部分铺层48，其被布置并取向为提供最大结构性能，同时便于使用后面讨论的既有效又可重复的制造方法。

现参考图5-7，AFP机械58可以用作机器人60上的末端执行器，以铺设纤维丝束或预浸渍纤维带条以形成平坦铺层叠置件50，有时也被称为平坦装料50。AFP机械58可以包括梳状机构（comb）64，其接收传入的预浸渍丝束62，预浸渍丝束62在被丝束切割装置68切断前穿过夹紧装置/自动器（ribonizer）66。切割丝束72在顺应性辊/柔性辊70下方经过，顺应性辊70将丝束62铺放并压紧在衬底（未示出）上或下层铺层（未示出）上。如从图5最佳可见，AFP机械58可以用于铺放纤维丝束62或纤维带，其中纤维在笛卡尔坐标系47中被取向为预选的角度。在图示说明的示例中，铺层叠置件50包括取向为0度的纤维丝束52、取向为+45度的纤维丝束56和取向为-45度的纤维丝束54。未示出，但取向为90度的纤维丝束被嵌入铺层叠置件50中。

图8更好地图示说明了在笛卡尔坐标系47的取向与极坐标系之间的关系，在笛卡尔坐标系47中，单向纤维丝束或带铺放在铺层叠置件50中，并且极坐标系限定框架区段36的轮廓。用数字37标示的框架区段36的轮廓可以由极坐标“r”限定，该极坐标“r”起始于极点39并且相对于标示为0度的基准坐标形成极角θ。因此，框架区段36的每个轮廓特征均可以通过位于角度θ的值“r”（极坐标）来限定。应当注意的是，尽管所说明的框架区段36具有恒定的半径（曲率）并且腹板42具有恒定的规格（厚度），但是框架区段36的曲率、腹板42的规格、内弦40的规格和外弦38的规格都可以沿框架区段36的长度可变。

在所说明的示例中，铺层叠置件50由多个铺层52形成，其中单向预浸渍纤维在笛卡尔坐标系47中被取向，笛卡尔坐标系47与极坐标“r”切向对齐。如以下将会更详细讨论的，在所说明的示例中，0度、-45度、+45度及+90度的纤维取向被采用，然而其它角度的取向是可能的，取决于多种因素，包括具体应用以及框架区段36的几何形状。

现在将注意力转向图9-12，其图示说明了平坦铺层叠置件50的若干铺层中的纤维取向。图9说明了铺层52，其中丝束或带条通过AFP机械58以0度取向被铺设，延伸框架区段36的整个长度。如此处所使用的，“带”指单向预浸渍纤维，并且“丝束”可以包括沿其长度被分割为窄条的带，窄条的宽度可以是例如但不限于0.125英寸、0.25英寸或0.5英寸。“列/层（course）”是指通过AFP机械58应用为带的丝束。“下落”是指AFP机械58中断一个或更多个丝束，并且可以包括相邻丝束或带之间的距离。切割/添加会聚区表示列终止于相同铺层内不同取向的列，因而产生间隙和重叠区域。

0度铺层52可以通过使用AFP机械58“控制”分割的带的铺设而形成，其中一致性和下落（drop-offs）确定铺层52的宽度。图9图示说明了整个铺层52，然而部分铺层或带有下落的铺层也是可能的。随后将形成为外弦、内弦和腹板的铺层52的区段分别用数字38、40和42标示。应当注意的是，在某些应用中，形成外弦38的铺层可以使用被预切割成一定宽度并被铺放在后面讨论的工具上的丝束的单个条或带铺层形成，而不是使用AFP机械58铺设。

包括取向为除0度之外的角度的丝束或带的铺层通过丝束/带的并排组或区段55、74形成，丝束/带均具有渐窄楔形形状。区段55、74可以使用具有确定侧面的上角和下落容差的带形成。例如，图10图示说明了由区段55形成的铺层54，其中每个区段55中的纤维取向大体为+45度。

图11图示说明了由并排布置的区段74形成的铺层76，其中每个区段74中的纤维被取向为大体90度，与极坐标“r”的角度基本对齐，极坐标轴“r”限定框架区段36的轮廓37（图8）。其中丝束72被铺设以形成区段74，各丝束沿铺层76的曲率方向成角度。成角度的丝束72以相互并排的关系被单独铺放。可替换地，区段可以通过渐窄楔形的纤维带75形成，该纤维带通过AFP机械58或类似设备以相互并排的关系被铺放。

现在参考图12，在平坦铺层叠置件50已经被完全铺放后，可以沿铺层叠置件50的一个边缘51产生鼠洞形切口53。切口53可以使用任意各种技术中的任意技术产生，例如但不限于，使用NC控制的超声波裁剪机（未示出）。

在所说明的示例中，切口53提供纵梁32b（图1）延伸通过的开口。然而，在其它应用中，可能期望提供类似的切口53以减轻重量/或减少在随后的制造过程中铺层起皱的可能性。

现在将注意力转向图13-17，其图示说明了使用悬垂成形工艺形成内弦40。层板叠置件50被铺放在成形芯模80的上部平坦表面80a上。成形芯模80包括弯曲或轮廓表面80b，在所说明的示例中，该弯曲或轮廓表面80b相对于上部平坦表面80a基本成90度角。可以用于形成内弦40的任何0度铺层被直接铺放在轮廓表面80b上。铺层叠置件50的外边缘50a延伸超出弯曲表面80b，并且在铺层铺放期间可以通过放置架（layupshelf）86被支撑，放置架86基本移动到图13所示的位置。成形芯模80被支撑在真空袋工具84上，通过玻璃纤维通气件82隔开。真空袋88铺放在铺层叠置件50和成形芯模80上。通气件90和FEP（氟化乙丙烯）层92可以铺放在袋88和铺层叠置件50之间。袋88也可以在其内表面上具有通道（未示出），在这种情况下不需要通气件90。

当铺层叠置件50的边缘50a悬垂在工具表面80b上时，袋88中被抽取真空，其施加压力至铺层叠置件50，引起边缘50a沿图13中箭头94的方向向下弯曲，直到边缘50a基本平靠在成形芯模80的弯曲表面80b上，并基本呈现出弯曲表面80b的轮廓。铺层叠置件边缘50a因此形成为内弦40，其具有与弯曲工具80b的半径R基本相同的半径。

以上所描述的成形过程可以在图16和图17所示的悬垂成形设备96中完成。袋88可以包括由例如但不限于硅酮形成的不透气膜，其安装在框架102中，框架102枢转地附连至被支撑在支腿100上的真空台架98。真空台架98包括端口或穿孔（未示出），其允许空气被抽取通过台架98。当框架102抵靠真空台架98闭合时，成形芯模80与铺层叠置件50和放置架86一起可以被放置在真空台架98上。

如图17所示，真空系统（未示出）可以被用于抽出由框架102和台架98形成的密封腔中的空气。抽空该腔体导致膜88下拉至成形芯模80上，由此使边缘50a向下形成在成形芯模80的前表面80b上。在成形过程中，放置架86部分地支撑膜88，由此控制并引导施加至膜88的边缘50a的力。

内弦40已经完全形成，该制造方法的下一个步骤在图18-21中图示说明，其中外弦38被形成。外弦38可以使用例如但不限于图19所示的悬垂成形设备124通过张力、热悬垂成形被制造。悬垂成形设备124包含被加热的真空台架130，该被加热的真空台架130被保持在由支腿134支撑的底部框架128中。上部枢转框架126包括不透气膜132，该不透气膜132可以包含例如硅酮。成形/固化芯模106形式的工具和轮廓块112被支撑在真空台架130上，并且当框架126闭合并密封在底部框架128上时，该工具和轮廓块被膜132覆盖。

如从图18最佳可见，成形/固化芯模106包括平坦上部工具表面106a，其支撑铺层叠置件50。成形/固化芯模106上的第二平坦表面106b从工具表面106a向上延伸并接合内弦40。成形/固化芯模106进一步包括第三表面106c，其从工具表面106a向下延伸并且用于形成外弦38。

成形/固化芯模106被支撑在真空台架130上。由玻璃纤维或其他适合的材料形成的可选的通气件110可以被铺放在真空台架130和成形/固化芯模106之间。轮廓增强件120可以被铺放在铺层叠置件50上，以便保证完全保持弯角/半径（radius）122邻近内弦40。例如但不限于

的材料的铺层116以及通气件118可以被铺放在增强件和铺层叠置件50之间。额外的FEP铺层123可以被铺放在成形/固化芯模的边缘和铺层叠置层50之间。FEP铺层123悬垂在块112上，其结合起到控制在悬垂成形过程期间袋膜132施加压力至铺层叠置件50的外边缘50b的角度的功能。

外弦38可以热悬垂成形在成形/固化芯模106上，之后其可以在烘炉中或通过例如红外照射器的其他装置加热到预选的温度，例如接近140度。在袋膜132中抽取真空并且保持预选的时间段。在张力受控的热悬垂成形过程期间，由于树脂基体的粘性因加热而减小的结果，纤维可以在铺层内滑动。这允许纤维成束或伸展，或者根据需要重新布置。保持叠置件50下的张力使起褶最小化。在形成外弦38时，弯角增强件120保持内弦弯角122（图3所示40a）。

图20图示说明了部分形成的铺层叠置件50，其设置在成形/固化芯模106上，形成的内弦40被保持抵靠工具表面106a。铺层叠置件50的外边缘50b悬挑在工具表面106b上。如图21所示，当膜132下拉到成形/固化芯模106上时，膜132以一角度施加压力至外边缘50b，该角度部分地由块112控制。之后铺层叠置件50的边缘50b沿箭头114的方向向下弯曲，直到其完全抵靠工具表面106c形成并形成外弦38。

当框架区段36的外弦38和内弦40已经形成时，有必要固化框架区段36，并且在此环节中，注意力转向图22。形成的框架区段36和成形/固化芯模106从热悬垂成形设备124移除。胎膜板139可以铺放在外弦38上，以便辅助压紧弯角141。类似地，可以安装增强件142以便辅助压紧弯角122。常规真空袋138被铺放在框架区段36上并由密封件140密封到固化芯模106。通气件（未示出）和FEP剥离层（未示出）也可以被放置在成形/固化芯模106和袋138之间。

现在将注意力转向图23，其图示说明了用于制造轮廓复合结构的方法中使用的全部步骤。在步骤144，包括预浸渍纤维丝束和/或带的原材料被接收并检查。在步骤146，之前讨论的成形芯模80和成形/固化芯模106被清洁并准备。接下来，在步骤148，外部玻璃纤维层可以铺放在成形芯模80上。

在步骤150，叠置件50中的所有各种铺层通过使用一个或更多个AFP机械58被铺放。平坦铺层叠置件50已经形成后，在步骤152，根据需要，鼠洞形切口53被置于铺层叠置件50中。接下来，在步骤154，铺层叠置件50被铺放在成形芯模80和放置架86上。然后在步骤156，放置架86被移动到其在随后的成形过程中被使用的位置。在步骤158，内弦40通过使用以上描述的悬垂成形技术形成。

在步骤160，部分形成的铺层叠置件50被铺放在成形/固化芯模106上。在步骤162，外弦38被热悬垂成形在成形/固化芯模106上。接下来，在步骤164，已形成的框架区段36被转移到固化工具106，并且内部玻璃纤维层被铺放到框架上。接下来，在步骤166，胎膜板139和增强件142被安装，之后组件被真空装袋，为热压固化做准备。在步骤168，框架区段36在压热器（未示出）中被固化，随后，在步骤170，固化的完全成形的框架区段36被去包装并去边。在步骤172，框架区段36可以使用数控刀具进行修整，并且在步骤174，被修整的框架区段36可以使用常规无损评估技术检查。

虽然所公开的实施例图示说明了使用所述方法制造具有Z形横截面的轮廓复合结构，但各种其他轮廓结构也是可能的，其中一个或更多个支腿从例如腹板的结构特征部向外延伸。例如，如图24所示，所公开的实施例可以被用于制造具有其他支腿构造或横截面形状的轮廓连续结构，例如但不限于，C形176、J形178、L形180、I形182、变化的J形184以及U形186的一个或更多种形式。

现将注意力转向图25和图26，其图示说明了用于使用由宽度基本恒定的单向预浸渍纤维带形成的重叠铺层段188铺设轮廓铺层201的另一种方法。恒定宽度的铺层段188可以从标准或非标准宽度带的卷轴（未示出）拉出的带切割。在图25和图26所示的示例中，铺层段188基本为矩形，然而，铺层段188可以具有其他形状，只要铺层段188具有基本相同的宽度。铺层段188铺放在衬底（未示出）上并且沿被铺设的轮廓铺层201的轮廓中心线192布置。每个铺层段188径向延伸分别超出内弦38和外弦40，以形成随后被修整的延长部分200，使得由铺层段188形成的整个铺层201基本匹配结构36（图2）的轮廓。

每个铺层段188包括纵向中心线194，该纵向中心线在铺放过程中与起始于极坐标系190中的极点39的极坐标“r”对齐。每条中心线194（有时也被称作曲率轴线）相对于示为图25中的“0°”的基准线成θ角。极坐标系190被用于限定结构36（图2）的一个或更多个轮廓。根据所公开的实施例，恒定宽度的带段188相对于彼此以重叠关系191被铺放，使得重叠量优选地被保持基本恒定。随着每个铺层段188均被铺放，其被取向为与之前铺放的邻近段188成小角度193（图26）。以重叠关系191铺放铺层段188导致相邻铺层段188a、188b在内弦40附近形成饼形重叠196，并且邻近外弦38形成饼形间隙198。重叠196和间隙198可以通过改变带段188的宽度而被调整，以满足具体应用的结构要求。以上所描述的恒定宽度束铺设方法允许即使在小型的高度轮廓复合结构中也可以相对较快的速率铺设非零度铺层。

如从图26最佳可见，重叠196大体上从铺层201的中心线192延伸，其中重叠196的宽度204随着离中心线192的距离增加而逐渐变大。类似地，相邻铺层段188a、188b之间的间隙198的宽度202随着离中心线192的距离增加而逐渐变大。根据所公开的实施例，重叠196和间隙198都基本被最小化。相比于图11所示的实施例中使用的外围切割带段74，采用恒定宽度的简单端部切割铺层段188便于使用自动设备（下面将讨论）以使重叠196和间隙198最小化的预定方式铺放铺层段188。

以上所述的重叠铺放恒定宽度的铺层段188导致铺层201具有由重叠196和间隙198限定的基本均匀的位移间隔。

为带段188选择的宽度将随着应用而改变。可以利用更窄的带段188，以便减小重叠196和/或间隙198。类似地，可以采用更宽的带宽以增加铺放速率。45度铺层201的重叠196和间隙198可以通过将铺层段188改变为+/-60度取向而被减小。

参考图27，每个带段188的重叠端部200可以在206处以角度Φ被切割，以便分别基本匹配内弦40和外弦38的外轮廓。段188的切割端部206因此可以基本遵循结构36（图2）的轮廓，导致段188具有大体梯形形状。

根据所公开的实施例，每个铺层段188可以通过使用图28所示的自动带材铺设器械208被铺放在衬底（未示出）上，其在结构36（图2）的轮廓相关的极坐标方向与中心线194（图25和26）对齐。参考图28，自动带材铺设器械208包括枢轴带材铺设头210、212，该枢轴带材铺设头210、212可以是工具，安装在台架214上，用于相对衬底214的外形枢转运动。头210、212中的每个都包括沿切割和铺设机构（未示出）的复合带的供应（未示出），切割和铺放机构将带切割成一定长度，并将切割长度后的带铺放在衬底214上。带头210、212和/或衬底214相对于彼此移动，使得带头210、212横穿衬底214，并且通常在CNC控制器（未示出）的控制下，自动地铺放复合带。合适的自动带材铺放器械208的其它细节被公开在2006年11月21日公布的美国专利7,137,182中，其整个内容可以结合在此以供参考。

现在将注意力转向图29，其图示说明了制造具有一个或更多个支腿的轮廓复合结构的方法的全部步骤。在开始于步骤218的一系列步骤216中，铺层201被铺设，在步骤218中，通过将恒定宽度的单向预浸渍纤维带切割为期望的长度，制造铺层段188。接下来在步骤220，铺层段188以遵循复合结构的轮廓的并排重叠的关系被铺设在衬底上。在铺设过程中，铺层段188的纵向中心线194在与结构轮廓相关的极坐标方向对齐。在步骤222，相邻铺层段188a、188b之间的重叠196和间隙198被控制。通常，在使用图28所示类型的自动带材铺设器械时，该控制被自动执行。

在步骤224，每个完整的铺层201，或铺层201的叠置件可以根据要求被修整为最终形状。在步骤226，完整的铺层叠置件50（图8）可以使用本文之前所述的技术形成外形，其可以包括形成一个或更多个支腿。最后，在步骤228，已成形的铺层叠置件50可以被压紧并固化。

如前所述，在例如图1和图2所示的框架区段36的轮廓复合结构具有相对基本曲率的某些应用中，可能有必要在内部支腿40和外部支腿38形成后，将零度铺层52（图9）铺放在内部支腿40和外部支腿38上。这个加工要求源自以下事实，零度铺层52（图9）中的纤维基本不可延伸，即在从较小半径成为较大半径的成形期间，它们的长度通过拉伸基本不会改变。同样，零度铺层52中的纤维在从较大半径成为较小半径的成形期间，其长度通过压缩可以基本不变。因此，当从较大半径形成为较小半径时，零度铺层可能弯曲、桥接、起皱和/或曲卷，因为零度纤维可能在成形期间不容易在彼此上滑动以允许纤维基本保持在平面内。因此，之前所述的形成轮廓复合结构的制造方法要求用于铺放零度铺层52的多步骤过程，不同于铺放和形成非零度纤维铺层。

然而，根据下面讨论的制造轮廓复合结构36（图1和图2）的可替换方法，包括一个或更多个零度铺层52的平坦叠置件或装料50（图5和图21）可以在单个成形操作中形成为一个或更多个弯曲支腿38、40，因此消除了对在支腿38、40形成后在单独的步骤中将零度铺层52铺放在支腿38、40上的需求。参考图30，平坦的多层预浸渍纤维装料230（在本文中有时也被称为叠置件230）包括铺放在其上的零度铺层231。与之前讨论的平坦装料相似，装料230可以包括多个非零度铺层（图30中未示出），该非零度铺层根据之前所讨论的方法使用极坐标系铺设，从而使每个铺层的多个部分相对于由曲率半径R定义的轮廓结构36的曲率轴线250对齐。

平坦装料230包括中央腹板部分232、内部支腿部分234和外部支腿部分236，其分别形成为图2所示的轮廓复合结构36的腹板42、内弦或内部支腿40和外弦或外部支腿38。装料230可以包括或不包括容纳纵梁32（图1）或其他结构特征部的之前所述的切口235。在这个示例中，零度铺层231上的腹板部分32和外部支腿部分236由连续割开的带丝束238（下文中称为连续丝束238）形成。然而，零度铺层231的内部支腿部分234由丝束段240的一系列并排条233形成，其通过选择性地将“动态”（on-the-fly）的连续丝束材料切割为丝束段240形成，丝束段240通过手动或通过使用AFP机械58（图7）端对端地铺放。在这个示例中，相邻丝束段240的端部241略微间隔开以在每个条233中的丝束段240之间形成间隙242。然而，如下面将要讨论的，在装料230形成前，相邻丝束段240的端部241可以相互邻接或可以相互重叠。在铺放期间，连续丝束238和丝束段240的条233在它们被铺放时被控制，使得它们与曲率轴线250对齐。

图31图示说明了零度铺层231，其中每个条233中的丝束段240的相邻端部241被布置为交错排列模式，在该交错排列模式中，相邻端部241的会合发生在逐渐更大的距离处。以这种方式交错排列区段240减少了对已固化的结构的压缩、张力和剪切强度的任何不利影响。图32图示说明了一种可替换的交错排列模式，在该交错排列模式中，丝束段240的相邻端部241的会合在条238间逐条随机分布，但是相邻端部241之间的会合不相互对齐。

现在参考图33和图34，弯曲的成形工具244包括上部弯曲工具表面246和连续凹部工具表面248，连续凹部工具表面248具有曲率半径R和弧长254。为了简化说明，仅示出成形在工具244上的单个零度铺层231，然而将理解的是，铺层231形成多层装料230的一部分，该多层装料类似于图30所示的装料，但是不具有外部支腿部分236或切口235。铺层231的腹板部分232包括连续丝束238，其相对于工具244的曲率轴线250具有零度取向。铺层231的内部支腿部分234包括丝束段240的一系列并排条233，并且沿箭头252所示方向向下形成在弯曲工具表面248上。

在成形过程期间，支腿部分234中的丝束段240中的纤维可以相互滑动为最适合的形状，以便更好地使支腿部分234遵循凹工具表面248，基本不弯曲、桥接、起皱和/或曲卷。将装料230的支腿部分234中的丝束切割为丝束段240允许支腿部分234中的纤维通过分离或重叠有效地改变长度，从而当平坦装料230经历从平坦形状到匹配凹工具表面248的轮廓形状的几何形变时，缓解纤维中受到的任何压缩和/或张力。总体而言，选择性将丝束材料切割为端对端地铺放的丝束段240的技术可以用于将零度纤维铺设在理论上要求纤维在成形期间改变其长度以保持平坦并在平面内的平坦装料230的任何部分上。

如从图35最佳可见，丝束段240可以具有弧长L，其在成形期间可以改变以实现丝束段240之间的最大预选间隙242。基于已知的结构半径R和已知的切线弧长248（图33），可以计算出最小丝束段弧长L。随着轮廓结构的半径R（图34）增加，从腹板部分232到成形的支腿部分234的纤维长度差值减小，并且纤维受张力和压缩力的影响减小。因此，当使用较大的结构半径R时，可以使用较大的区段弧长L。可替换地，如图36所示，有可能采用具有基本恒定的长度L但具有不同的段间间隙G1、G2、G3的丝束段240，段间间隙G1、G2、G3随着与轴线250的距离的增加而增加，以便确保丝束段240在成形期间不重叠，其中支腿部分234绕轴线250形成。丝束段的预定长度L基于以下方面选择：轮廓结构的曲率半径R、最大段间间隙G公差和支腿234的凹形或凸形、支腿连续性（即，接头和斜坡）的数量、所使用的丝束宽度以及树脂系统的层间剪切性。选择分段的丝束策略，使得在不降低固化的结构的结构负荷承载能力的情况下，脱开的非零度铺层使装料成形性最大化。

图37和图38图示说明了用于在工具256的凹表面242上形成零度铺层231的外部支腿部分236的工具256。在这个示例中，零度铺层231的外部支腿部分236包括具有固定弧长L（见图35）和段间间隙242的丝束段240。在外部支腿部分236在工具256的凹表面242上从较大半径形成为较小半径期间，丝束段240由于外部支腿部分236的压缩而朝向彼此移动，因而减小间隙的尺寸和/或使相邻区段240成相互邻接或近乎邻接的关系，如图38所示。在表面242形成之后，间隙242的尺寸（如果存在的话）可以根据丝束段240到轴线265的距离而改变，外部支腿部分236绕轴线265形成。

在成形后支腿部分234、236中的丝束段240的相邻端部241之间的间隙242的尺寸将取决于当区段240被切割并被铺放在平坦装料230上时丝束段240之间的间距或重叠。例如，图39A示出了零度铺层231的内部支腿部分234，其中带段240的相邻端部241在258处邻接或几乎邻接，但是当支腿部分234从较小半径移动到较大半径时，相邻端部241将会在成形期间伸开以在相邻端部241之间产生间隙242，如图39B所示。根据用于具体应用的分段策略，丝束段240的端部241之间的邻接、间隙或重叠可以形成在支腿部分234、236上。

图40A图示说明了另一个分段策略，其可以使内部支腿部分234上的丝束段间隙242最小化。使用此策略，相邻丝束段240的端部241被铺设为使得它们在成形前最初在243处重叠。然而在成形期间，相邻丝束段端部241分开，并且可以形成邻接接头258，如图40B所示。

图40C示出了零度铺层231的外部支腿部分236，其中带段240的相邻端部241以段间间隙243被铺设。在外部支腿部分236从较大半径形成为较小半径期间，带段240朝向彼此移动为邻接或近乎邻接的关系，如图40D中在258处所示。尽管没有在图中示出，段间间隙243可以被选择，使得接下来形成外部支腿部分236、带段240的相邻端部241可以相互重叠。

现将注意力转向图41，其大体上图示说明了使用包括至少一个零度铺层231的复合铺层的平坦叠置件230制造具有至少一个弯曲支腿38、40的轮廓复合结构36（图2）的方法的步骤。在步骤260，非零度铺层的平坦叠置件230使用单向预浸渍段188（图25）被铺设，其中每个段188与结构的曲率轴线250对齐，曲率轴线250可以被限定在极坐标系190（图25）内。在步骤262，至少一个零度铺层231被铺设在平坦叠置件230上，包括铺设单向预浸渍丝束段，端对端地铺放在将形成为弯曲支腿38、40（图2）的叠置件230的部分234、236上。在步骤262，包括丝束段240的叠置件的部分234、236将形成为结构36的弯曲支腿38、40。

现在将注意力转向图42-45，其图示说明了用于形成例如图2所示的框架部件36的具有两个弯曲支腿的轮廓复合结构的设备264的一种形式，其中支腿包括内部弯曲支腿或弦40和外部弯曲支腿或弦38。装料230可以类似于之前所描述的那些装料，其包括非零度铺层和包含丝束段240的一个或多个零度铺层231，丝束段240辅助形成支腿部分234、236，而基本没有弯曲、桥接、起皱和/或曲卷。如下面将讨论的，成形设备264可以用于在单个成形操作中基本同时形成装料230的内部支腿部分234和外部支腿部分236。设备264大体包括安装在基本平坦的基座268上的工具组件266和气囊状真空袋270。真空袋270安装在枢转地固定至基座268的周围框架272上。袋270包括边缘密封275，当框架272向下枢转到基座268上时，边缘密封275在袋270和基座268之间形成真空密封。工具组件266包括弯曲固定工具芯模274和安装在其相对端的弯曲成形工具276，用于通过线性致动器280在芯模274上线性运动。成形工具276作为稳定器，当形成内部支腿部分234和外部支腿部分236时支撑装料230的腹板部分232。

芯模274包括三个连续表面284、286和288，平坦装料230（图43）可以抵靠这三个表面形成。芯模274进一步包括弯曲上部平坦表面282，其上具有电加热丝290，其目的随后便显而易见。成形工具276包括两个弯曲表面276a、276b（图43），其分别面向芯模274上的工具表面284、286和以两个尺寸弯曲的外表面。线性致动器280可以电力运行以用于将工具276从图43所示的升高的加载/未加载位置移动到图44所示的闭合成形位置。当成形工具276位于图43所示的升高位置时，平坦复合装料230可以被铺放在芯模274的上表面282上，并在成形工具276上的下表面276b下方，如图43所示。

工具组件266进一步包括沿前部工具表面288的底部边缘的多个可滑动支撑件292。每个支撑件292可以从图43所示的基座工具274内的缩回位置滑动到图44所示的伸展位置。装料成形块296分别可移除地附连到每个支撑件292，并起到辅助形成装料230的外部支腿部分236的作用，并且当袋将外部支腿部分236向下形成在工具表面288上时，引导袋270的变形。尽管未在图中示出，一次性释放材料可以用于帮助装料230滑动为合适的形状并防止其粘在芯模274和/或成形工具276上。

现将注意力转向图46，其图示说明了制造具有一对弯曲支腿38、40的弯曲复合结构36（图1和图2）的方法的步骤。大体上，该方法包括在步骤298中将平坦复合装料230铺放在芯模274上，并且如在300处所示，使用芯模274将装料形成为由弯曲腹板42连接的一对弯曲支腿38、40。更具体地，从步骤302处开始，平坦装料230被铺放在芯模274上，并且分别被稳定在成形工具276的表面276b、282与芯模274之间。接下来，在步骤304中，内部支腿部分234使用电热丝加热器290被加热到合适的成形温度，以在成形前降低预浸渍树脂的粘性。

尽管没有在图中示出，额外的电加热元件可以被设置在袋270的上面或下面，抵靠将形成的支腿部分234、236以在成形前加热这些区域。接下来，线性致动器280被通电，引起成形工具276向下移动，将平坦装料230压在芯模表面284、286上。随着成形工具276向下移动，平坦装料230在张力下抵靠工具表面284、286热悬垂成形，从而形成腹板42（图1）和第一内部支腿40，如步骤308所示。在步骤310中，装料230的腹板部分232和内部支腿部分234（图30）继续被保持在成形工具276和芯模274之间。在步骤312中，框架272向下转动到基座268上，在袋270和基座268之间形成真空密封。在步骤314中，在袋270中抽取真空。在步骤316中，袋270中抽取的真空导致袋270下拉到装料230的外部支腿部分236上。袋270的向下移动部分地由成形工具276上的弯曲表面278和成形块296引导，成形块296引导袋270施加压力至装料230的外部支腿部分236，并将支腿部分236形成在芯模274的前部工具表面288上。尽管未在图46中示出，但工具组件266也可以用作固化工具以固化形成的装料。

现在参考图47和图48，成形单元318可以被用于将平坦复合铺层叠置件或装料230热悬垂成形为如图1所示的具有多个支腿38、40的轮廓复合结构，其中支腿38、40在单个成形操作中基本同时形成。装料230可以类似于之前关于图30-41所描述的装料。成形单元318可以被用于形成多支腿形复合结构，包括但不限于具有C、J、L、Z、V和I形横截面、具有多种取向、弧长和整体形状的那些复合结构。与图42-45所示的成形设备264一样，使用成形单元318可以消除对在铺设和成形步骤之间翻转和/或转移装料230的需求。而且，与图42-45所示的成形设备264一样，成形单元318允许腹板纤维在成形操作中直接铺设成形，并且不要求第二次成形和/或加热操作。

成形单元318包括支撑在框架324上的一对相互匹配的半部工具320、322。上半部工具320被安装为通过线性致动器328朝向和远离下半部工具322线性移动，线性致动器328包括与上半部工具320连接的轴326。上半部工具320和下半部工具322设有真空连接件330，如将在下文讨论的，其与真空源（未示出）连接用于抽取真空，用于在平坦的复合装料230上形成弯曲支腿。

现参考图49，上半部工具320和下半部工具322分别包括封闭式框架332、333。框架332、333分别包括连接至侧壁332b、333b的端壁332a、333a。侧壁332b与边缘密封336对齐，边缘密封336设置在下部框架333的侧壁333b中的外围槽334内。如之后将要讨论的，当工具半部320、322闭合时，上部框架侧壁332b被接收在槽334内，形成真空密封。工具半部320、322分别包含上部匹配芯模338和下部匹配芯模340。芯模338、340分别包括相对的工具表面338a、340a，如下面将要讨论的，装料230的腹板部分232可以被夹在工具表面338a、340a之间。上部芯模338包括成形表面338b，装料230的外部支腿部分236形成在成形表面338b上。同样地，下部芯模340包括成形表面340b，装料230的内部支腿部分234形成在成形表面340b上。

上半部工具320包括在夹具352和芯模338之间伸展的真空袋346。如图50所示，当半部工具320、322闭合时，真空袋346在装料230的支腿部分234上面，并形成第一真空室347。同样地，第二真空袋348在下部芯模340和夹具350之间伸展。如图50所示，当半部工具320、322闭合时，真空袋348在装料230的支腿部分236下面，并形成第二真空室345。电热丝加热器342、344可以分别放置在袋346、348上，针对支腿部分234、236，用于将装料230的这些部分加热至成形温度。形成上半部工具320的一部分的一个或更多个成形辅助装置，例如成形辅助装置354，可以被用来在成形过程中当袋346、348在真空压力下变形时辅助袋346、348成形。

图50图示说明了半部工具320、322已经闭合并密封，但是在真空应用到真空室345、347之前。随着半部工具320、322闭合，装料230的腹板部分232被夹紧，并被保持在上部芯模338和下部芯模340之间。在此时，加热元件342、344可以被通电以将装料230的支腿部分234、236加热至合适的成形温度。

图51示出了在真空室345、347中抽取真空之后真空袋346、348的位置。所施加的真空将袋346、348分别吸入真空室347、345中，施加压力至支腿部分234、236，并引起支腿部分234、236分别向下形成在芯模338、340的工具表面338b、340b上。在成形过程中，一个或更多个成形辅助装置354可以被用来辅助并引导袋348下拉抵靠在装料的支腿部分236上。应当注意的是，可以在真空室347、345中相继或同时抽取真空，以便在单个成形操作中基本同时或相继形成支腿部分234、236。当装料230完全成形时，真空室347、345中的真空可以释放，随后，袋返回至图50所示的位置，并且半部工具320、322可以打开以允许移除成形的零件。

图52图示说明了使用图47-51所示类型的成形单元318形成具有两个弯曲支腿38、40的轮廓复合结构36（图2）的方法的全部步骤。开始于步骤356，平坦装料230的腹板部分232被铺放在第一半部工具的芯模340上。然后，在步骤358中，第一和第二半部工具闭合并密封在一起。在步骤360中，装料230的腹板部分232分别被夹紧在第一和第二半部工具320、322的两个芯模338、340之间，由此在随后的成形操作期间保持并稳定装料230。在步骤362中，装料230的支腿部分234、236中的一个或两个被加热，随后，在步骤364中，在两个真空室345、347的每个中抽取真空，分别形成第一半部工具320和第二半部工具322的一部分。在步骤366中，在袋346、348中抽取的真空分别引起袋346、348将装料230的支腿部分234、236向下压在芯模表面338b、340b上，以形成图2所示的轮廓复合结构36的两个支腿38、40。在步骤368中，在成形期间，一个或更多个成形辅助装置354可以被用于辅助袋348保持装料230上的张力。在步骤370中，真空被释放，随后，在步骤372中，半部工具320、322打开，允许在步骤374中移除成形的零件。

所公开的实施例可以发现用于各种潜在的应用中，特别是在交通工业中，包括例如航空、船舶和汽车应用。因此，现参考图53和54，本公开的实施例可以被用于如图53所示的飞机制造和服务方法376及如图54所示的飞机378的环境下。所公开的实施例的飞机应用可以包括，例如但不限于，复合加强构件，例如加强筋、横梁及纵梁，仅列举几个例子。在预制造期间，示例性方法376可以包括飞机378的规格及设计380和材料采购382，其中所公开的轮廓结构被指定用于飞机378。在制造期间，进行飞机378的部件及子组件制造384和系统集成386，其中各种部件和子组件使用所公开的方法制造。此后，飞机378可以经过检验和交付388，以投入服务390。当服务顾客时，飞机378安排日常维护和维修392（其也可以包含修整、重新配置及翻新等），可能包括使用所公开的复合结构。

方法376的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商（例如顾客）执行或实施。为了说明的目的，系统集成商可以包括但不限于，任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

如图54所示，通过示例性方法376制造的飞机378可以包括具有多个系统396的机身394和内部398。高级系统396的示例包括推进系统400、电子系统402、液压系统404和环境系统406中一个或更多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管所示为航空示例，本公开的原理可以应用到其他工业中，例如船舶和汽车工业。

本文呈现的系统和方法可以在制造及服务方法376的一个或更多个阶段中使用。例如，对应于制造过程384的部件及子组件可以以类似于飞机378在服务中时制造的部件或子组件相似的方式制造或生产。而且，一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合可以用在生产阶段384和386中，例如通过加速飞机378的装配或降低其成本。同样地，当飞机378在运营时，一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合可以被利用，例如但不限于，用于维护和维修392。

尽管已经参考某些示例性实施例描述了所公开的实施例，但应理解的是，具体实施例是用于说明的目的，而非限制，因为本领域技术人员将想到其他变化。

Claims (17)

1.一种制造具有曲率轴线和至少一个弯曲支腿的轮廓复合结构的方法，所述方法包括：

铺设预浸渍纤维层的平坦叠置件，所述预浸渍纤维层中的每个均具有相对于曲率轴线的非零度纤维取向；

在所述叠置件上铺设具有零度纤维取向的预浸渍纤维层，包括将预浸渍丝束段铺放在所述叠置件的至少一部分上；以及

将包括零度铺层的所述叠置件形成为腹板和弯曲支腿。

2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述叠置件包括将所述叠置件的所述部分形成为较大半径。

3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述叠置件包括将所述叠置件的所述部分形成为较小半径。

4.根据权利要求1所述的方法，其中铺放所述预浸渍丝束段包括在所述丝束段之间形成间隙。

5.根据权利要求1所述的方法，其中铺放所述丝束段包括基本邻接所述丝束段。

6.根据权利要求1所述的方法，其中铺放所述丝束段包括重叠所述丝束段。

7.根据权利要求1所述的方法，其中铺设具有零度纤维取向的所述预浸渍纤维层包括邻近铺设所述丝束段的所述部分，在所述叠置件上铺放连续的预浸渍纤维丝束。

8.根据权利要求1所述的方法，其中铺放所述丝束段包括端对端地布置所述段。

9.根据权利要求1所述的方法，其中铺放所述丝束段包括使所述段相互交错。

10.用于制造具有弯曲支腿的弯曲复合结构的设备，所述设备包括：

芯模，其适于将平坦复合装料铺放在其上，并且具有第一和第二弯曲芯模表面，所述装料可以抵靠所述第一和第二弯曲芯模表面分别形成为第一和第二弯曲支腿；

用于抵靠所述第一弯曲芯模表面形成所述平坦装料的工具；以及

柔性真空袋，其适于覆盖所述芯模和所述工具，用于抵靠所述第二弯曲芯模表面形成所述装料。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述芯模包括第三表面，当所述装料抵靠所述第一和第二芯模表面成形时，所述装料可以通过所述工具保持抵靠所述第三表面。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述芯模包括邻近所述第一芯模表面的第四表面，用于在成形前支撑所述装料。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述工具被安装在所述芯模上，以便朝向和远离所述第三芯模表面线性移动。

14.根据权利要求10所述的设备，其中所述芯模、所述工具和所述真空袋被安装在共同的基座上。

15.根据权利要求10所述的设备，其中所述工具包含弯曲表面，所述袋可以遵循所述弯曲表面，并且成形压力可以通过所述弯曲表面施加至所述装料。

16.根据权利要求10所述的设备，其进一步包括在所述芯模上的加热器，所述加热器用于加热将被成形为所述第一支腿的所述装料的一部分。

17.根据权利要求10所述的设备，其进一步包括：

多个成形辅助装置，其沿着所述第二心轴表面间隔开，在将所述装料形成为所述第二支腿期间，所述成形辅助装置用于引导所述袋朝向所述第二芯模表面移动。

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