CN103813892B - 用于制造通常为三角形的复合结构部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造包括布置在三角形中的三个臂(22,23,24)的复合元件(25)的方法，包括以下操作：-制造增强纤维的编织三维预型件，包括界定两个臂(22,23)和完全平行且成对相邻的两个半臂的贯通狭槽，每个臂(22,23)具有借助其连接至半臂的一端以及借助其连接至另一个臂(22,23)的另一端；一通过展开并将其两个半臂连接在一起从而将其构造为三角形而使预型件成型；一通过增强纤维的缝合而将半臂牢固地彼此接合；-将树脂注入该预型件并使其聚合。

Description

用于制造通常为三角形的复合结构部件的方法

技术领域

本发明涉及一种由包括例如碳纤维的增强纤维的复合材料制造通常为三角形结构部件的方法。

背景技术

本发明更特别地涉及制造该类型的结构部件，其包括呈三角形布置并在其端部处连接在一起的三个臂。

举例来说，这样的部件对应于飞机前起落架的剪式连动装置，或者对应于用来展开这样的前起落架的面板。

一种这样的前起落架展开面板图示在图1中，其以附图标记1示出，并且其包括给予附图标记2、3和4的三个臂，这些臂在它们的端处相互连接，并且在其每个顶点处还包括U形夹，这些U形夹给予附图标记6、7和8。

在图1中所示的面板使用金属材料制造，其涉及例如成型、机械加工等操作。

发明内容

本发明的目的在于制造通常呈三角形的结构部件，例如前起落架剪式连动装置或者用于这样的起落架的展开面板，同时使用复合材料来降低成本。

为此，本发明提供了一种由复合材料制造结构元件的方法，该元件包括呈三角形布置并借助其相应端部连接的三个臂，该方法包括以下操作：

·使用由增强纤维三维编织的织物制造预型件，该预型件具有限定两个臂和完全平行且成对相邻的两个半臂的贯通狭槽，每个臂具有借助其连接至半臂的一端以及借助其连接至另一臂的另一端；

·通过展开预型件并联合其两个半臂以给予其三角形构型而使预型件成型，三角形构型的两侧对应于预型件的两个臂并且其第三侧对应于联合预型件的两个半臂；

·通过缝合穿过两个半臂的增强纤维而将两个半臂固定在一起；和

·将树脂注入预型件并使树脂聚合。

本发明还提供了一种由复合材料制造结构元件的方法，该元件包括呈三角形布置并借助其相应端部彼此连接的三个臂，该方法包括以下操作：

·使用由增强纤维三维编织的织物制造两个半预型件，各自具有贯通狭槽，这些贯通狭槽限定平行且相邻的并且在它们的端部之一处连接在一起的臂和半臂、以及连接至臂的半桥；

·通过展开半预型件并且首先联合两个半预型件的两个半臂以及还联合两个半预型件的两个半桥以给予组件三角形构型而使半预型件成型，三角形构型的两侧对应于由半桥连接在一起的两个臂并且其第三侧对应于联合的两个半臂；

·通过缝合穿过两个半臂的增强纤维而将两个半臂固定在一起，并通过缝合穿过两个半桥的增强纤维而固定两个半桥；和

·将树脂注入联合的半预型件并使树脂聚合的操作。

本发明还提供了如上所定义的方法，其中，每个预型件或半预型件由纵向和横向纤维层构成，这些纤维以这样的方式编织在一起，即，纤维在一个方向上与多个层的纤维相互交错，并且其中，每个预型件或半预型件具有一个或多个贯通狭槽，每个贯通狭槽对应于在预定区域内不具有与其交错的纤维的两个相邻层，这些贯通狭槽中的每一个均在制造预型件或半预型件的三维织物的编织期间直接获得。

本发明还提供了如上所定义的方法，其中，每个预型件或半预型件包括一个或多个贯通狭槽，通过切割或者机械加工制成预型件或半预型件的三维织物的一部分而获得这些贯通狭槽。

本发明还提供了如上所定义的方法，其中，每个预型件或半预型件由三维织物条带制成，通过在三维织物的主编织方向横向延伸的平面内切割三维织物而获得条带。

附图说明

图1是现有技术中适用于飞机前起落架的金属类型的三角形面板的总体视图；

图2示出一件三维织物的透视图，其中预型件在本发明的方法中由该三维织物制造；

图3是本发明的方法中所使用的编织预型件的示意图；

图4是图3的预型件在本发明的方法中开始成型时的示意图；

图5是图3和4的预型件在本发明的方法中成型结束时的示意图；

图6是图3至5的预型件在一旦成型以便构建三角形面板时的示意图；

图7是根据本发明的方法所制造的三角形部件的示意图；

图8是示出用于制造根据本发明的三角形部件的两个半预型件的示意图；

图9是基于两个半预型件所制造的面板的示意图；和

图10是适合在本发明方法中使用的半预型件变型的示意图。

具体实施方式

本发明基于的构思在于提供由三维编织织物制得的预型件，其中面板的各种臂由不同的狭槽界定，并且在将树脂注射入预型件并聚合该树脂之前，展开该预型件以构建三角形部件。

在图2中用附图标记11图示用于本发明的三维织物件，该三维织物件由例如碳纤维的编织增强纤维构造。其由一系列彼此叠加并粘结的增强纤维平面层构建。

更特别地，它包括以这样的方式编织在一起的横向和纵向纤维层，即：纤维在一个方向(横向或纵向)上与多个以附图标记12表示的其它层内的纤维交错。

如在图2中所示的，该织物件具有由矩形或可能为梯形的轮廓所限定的截面，并且还具有给予附图标记13、14和15的相互平行延伸的三个贯通狭槽。

在图2和3中，竖直地示出该织物件的截面，即，限定该截面轮廓的矩形的长侧垂直地延伸，该长侧对应于该织物件的宽度。该轮廓的短侧在图中水平地示出，由此对应于该织物件的厚度。

总的来说，该织物件被构造为具有相当大的长度，从而能够通过沿其长度以一定的间隔切割该织物件而制造多个不同的预型件。这样的切割在图2中以虚线示出，并且它们在其中给予附图标记17和18。换句话说，每个预型件对应于从长三维织物件切割的条带。

织物件11的每个狭槽由两个相邻的增强纤维层构造，这些增强纤维层在该织物件的一部分宽度上以及在该织物件的整个长度上是不相互联接的。在编织操作过程期间(即，在制造织物件的同时)直接获得这种设置，即，某些成对的相邻层在预定区域内不相互连接的事实。

一旦该织物件准备完毕，就沿着线17(即，在横向于编织该件的大体方向延伸的平面内)进行切割，以便抽取用于构成图3中所示的预型件19的条带。初始时，预型件具有编织形成的三个贯通狭槽13、14和15以及通过使用喷水切割或者机械加工制成的附加狭槽，从而完全勾勒出将要制造的三角形部件的各个臂的轮廓。

如在图3中所示的，贯通狭槽13是从预型件的矩形轮廓的短侧之一延伸的中央狭槽，在基本上对应于长侧长度五分之四的长度上平行于其长侧延伸。

狭槽14和15位于中央狭槽13的每一侧上，并且它们在基本上对应于长侧长度三分之二的长度上平行于中央狭槽13延伸，这两个狭槽14和15并不延伸至预型件矩形轮廓的短侧那么远。

三个狭槽13、14和15的每一个均具有接近轮廓短侧的一个端部，该轮廓短侧与中央狭槽13开始的短侧相对。所有的这三个端部位于距所讨论的短侧相同距离处，并且它们通过附图标记为21的附加狭槽而被连接，该附加狭槽通过切割或机械加工以完全不同于编织操作的方式制成。

举例来说，获得附加狭槽21的这种切割或机械加工操作可以在沿着图2中的线17切割出织物条带之后进行。

如在图3中所示的，呈矩形甚至梯形轮廓的预型件19由此限定构成将要制造的部件的三个臂。附图标记为22的第一臂由狭槽14和轮廓更接近的长边限定。以类似的方式，附图标记为23的第二臂由狭槽15和轮廓更接近的长边限定。

附图标记为24a的第一半臂由中央狭槽13和狭槽14限定，而第二半臂24b由中央狭槽13和狭槽15限定。如下所阐释的，半臂24a和24b设计成彼此联合并紧固以便构成单个臂24。

由于贯通狭槽13-15和21，臂22具有一端和另一端，所述一端即图中的顶端，其连接至半臂24a的顶端，所述另一端即图中的底端，其连接至臂23的底端。以类似的方式，臂23借助其顶端连接至半臂24b，并借助其底端连接至臂22。半臂24a和24b中的每一个均具有位于切口或机械加工狭槽21处的自由端。

一旦预型件被准备好，即，一旦其对应于图3的图示，其就会被展开从而给予将要制造的三角形结构部件的形状，而这种展开通过成型工具(未图示)进行实施并且对应于图4至6中所示的步骤。

初始时，预型件的两个主要分支部、即包括元件22和24a的分支部以及包括元件23和24b的分支部彼此间隔开，如图4所示，这对应于将狭槽13展开至预型件截面轮廓的顶部小边的张开操作。

其后，如图5中所示，半臂24a与臂22间隔开，其程度相当于张开狭槽14，并且半臂24b与臂23间隔开，其程度相当于张开狭槽15。

在这些条件下，半臂24a和24b朝向彼此导引，从而沿彼此行进且彼此抵靠，由此形成单个臂24，如图6中示意性示出的那样。预型件于是具有三角形形状，臂22和23对应于三角形的两侧，同时其第三侧由对应于联合的半臂24a和24b的臂24构成。

在图6的阶段中，预型件通过用于将其成型为三角形的工具而被保持为相应的形状。随后，实施缝合操作以将半臂24a紧固至半臂24b，这通过使用特定工具进行实施以缝合增强纤维26，致使每条缝合纤维交叉穿过在其一部分长度上沿彼此行进的半臂24a和24b。

当两个半臂24a和24b通过缝合已经彼此固定时，三角形的预型件与成型工具分离，以便安装在模具(未图示)中，树脂注入模具并随后聚合。

一旦预型件已经成型为三角形并被放置在模具中，启动加热周期，注入树脂，并且树脂然后通过加热而被聚合。

一旦未完成的部件准备好，即，一旦树脂已经聚合并且已经从模具中取出部件，各种机械加工操作就会基本上相应地实施以完成该部件，从而获得图7中所示的部件25。

在其它操作中，这些机械加工操作包括在部件所形成的三角形的每个角部处制成孔27、28、29，从而形成接线柱(1ug)，部件通过该接线柱将随后地固定至其它机械部件。另外，支承形成环安装在以这种方式形成的每个孔或接线柱中。

更确切地，孔27制成在将臂22连接至半臂24a的材料部分中，孔28制成在将臂23连接至半臂24b的材料部分中，并且孔29制成在将臂22和23连接在一起的材料部分中。如在附图中所示的，其中制成孔的三个材料部分基本上定位成越过由三个臂22、23和24所限定的三角形顶点。这三个孔相互平行地定向，并且孔27和28互相对齐。

本发明并不限于图3中所示的预型件构型，其它的构型也可以被等同地采用，只要这些构型可以被展开从而布置成三臂部件的三角形形状。

在图8和9的示例中，大体上呈三角形的部件由两个互补的、特别是相互对称的半预型件制造。

如同图3的预型件，这些半预型件由以这样的方式已编织的三维织物件获得，即，形成各种贯通狭槽用以限定将要成型的部件各臂。在形成已经具有一个或多个由编织形成的贯通狭槽和通过切割或机械加工形成的附加横向槽口或狭槽的条带之前，通过从织物件切割条带而同样地制成每个半预型件。

在图8的示例中，半预型件31具有大体矩形的轮廓，并且具有由编织形成的中央贯通狭槽32，该狭槽平行于半预型件的轮廓长侧延伸，延伸长度基本上相应于长侧长度的三分之二。

半预型件31具有标记为33的另一贯通狭槽，其与中央狭槽32成一直线延伸并与中央狭槽32间隔开，展开至半预型件的矩形轮廓的短侧。

除了这些由编织形成的狭槽32和33，通过切割或机械加工形成从而附加狭槽或槽口，致使中央狭槽32的端部之一展开至半预型件的矩形轮廓的长侧之一，该附加贯通狭槽或槽口被标记为34。

以类似的方式，半预型件31’同样地具有中央贯通狭槽32’和另一狭槽33’，两者均通过编织操作直接获得，以及在编织后通过切割或者机械加工制成的附加狭槽或者槽口34’。

在这种构型中，狭槽32和33与矩形轮廓的长侧之一协配以限定第一臂36，狭槽32与相对长边的一部分协配以限定第一半臂38a，而狭槽33与相对长边的另一部分协配以限定联接半桥39a。以类似的方式，相应的狭槽32'和33’限定另一个臂37、另一个半臂38b以及另一个联接半桥39b。

如在图8中可看到的，半臂38a借助其端部连接至臂36，并且半桥39a借助其顶端连接至基本上与狭槽34'相符合的臂36的底部区域。相同的配置适用于预型件31’。

一旦已经获得这两个半预型件31和31’，它们将使用未图示的成型工具在彼此面向时展开。以类似于参考附图4至6所描述的方式，这种展开会导致半臂38a和38b被联合从而形成单个臂38，并且半桥39a和39b同样被联合从而构成联合臂36和37底端的桥39，如在图9中所示的设置那样。

随后，两个半臂38a和38b通过缝合彼此固定，并且以类似的方式，半桥39a和39b也通过缝合而被联合。

组件于是放置在注射模具中以便将树脂注射其中，并随后聚合该树脂。未完成的部件于是被取出以便进行各种机械加工和／或精加工操作。

还能够使半预型件具有其它形状，例如在图10中所示的形状。在这种构型中，每个半预型件41、41’同样由已被编织的三维织物获得以包括中央狭槽42、42’，并且随后通过机械加工或者切割操作的实施而制成附加狭槽或槽口43、43’。如在图8和9的构型中所示，这些形状可用于限定两个臂以及两个半臂和两个半桥，它们被组装在一起以便形成与图9相同的构型。

特别是在图9的示例中可以看到的，用于将一个预型件部分连接至另一个或者用于将两个半预型件连接在一起的诸臂和任何半桥有利地设计为具有倒角形状，从而一旦被联合，它们就构成具有基本上恒定的厚度的一部分。

Claims (5)

1.一种由复合材料制造结构元件(25)的方法，所述元件包括呈三角形布置并借助其相应端部彼此连接的三个臂(22,23,24)，所述方法包括以下操作：

·使用由增强纤维三维编织的织物制造预型件(19)，所述预型件(19)具有限定两个臂(22,23)和完全平行且成对相邻的两个半臂(24a,24b)的贯通狭槽(13,14,15,21)，每个臂(22,23)具有借助其连接至半臂(24a,24b)的一端以及借助其连接至另一臂(22,23)的另一端；

·通过展开所述预型件并联合其两个半臂(24a,24b)以给予其三角形构型而使所述预型件(19)成型，三角形构型的两侧对应于所述预型件(19)的两个臂(22,23)并且其第三侧对应于所述预型件的联合的两个半臂(24a,24b)；

·通过缝合穿过两个半臂(24a,24b)的增强纤维而将两个半臂(24a,24b)固定在一起；和

·将树脂注入所述预型件(19)并使树脂聚合。

2.一种由复合材料制造结构元件的方法，所述元件包括呈三角形布置并借助其相应端部彼此连接的三个臂(36,37,38)，所述方法包括以下操作：

·使用由增强纤维三维编织的织物制造两个半预型件(31,31’；41,41’)，各自具有贯通狭槽(32,32’,33,33’；42,42’)，所述贯通狭槽限定平行且相邻的并且在它们的端部之一处连接在一起的臂(36,37)和半臂(38a,38b)、以及连接至臂(36,37)的半桥(39a,39b)；

·通过展开所述半预型件并且首先联合两个半预型件(31,31’；41,41’)的两个半臂(38a,38b)以及还联合两个半预型件(31,31’；41,41’)的两个半桥(39a,39b)以给予组件三角形构型而使所述半预型件(31,31’；41,41’)成型，三角形构型的两侧对应于由半桥(39a,39b)连接在一起的两个臂(36,37)并且其第三侧对应于联合的两个半臂(38a,38b)；

·通过缝合穿过两个半臂(38a,38b)的增强纤维而将两个半臂(38a,38b)固定在一起，并通过缝合穿过两个半桥(39a,39b)的增强纤维而固定两个半桥(39a,39b)；和

·将树脂注入联合的半预型件(31,31’；41,41’)并使树脂聚合的操作。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，每个预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)由以这样的方式编织在一起的横向和纵向纤维层(12)制成，即，纤维在一个方向上与多个层(12)的纤维相互交错，并且其中，每个预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)具有一个或多个贯通狭槽(13,14,15；32,33,32’,33’；42,42’)，每个贯通槽对应于在预定区域内不具有与其交错的纤维的两个相邻层(12)，这些贯通狭槽(13,14,15；32,33,32’,33’；42,42’)中的每一个均在制造预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)的三维织物的编织期间直接获得。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，每个预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)包括一个或多个贯通狭槽(21；34,34’；43,43’)，通过切割或者机械加工制成预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)的三维织物的一部分而获得所述贯通狭槽。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，每个预型件(19)或半预型件(31,31’；41,41’)由三维织物条带制成，通过在三维织物的主编织方向横向延伸的平面内切割三维织物而获得所述条带。