CN103847107A - 构造复合结构的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种构造复合部件的方法，该方法包括：至少进行以下两个步骤中的一者—使材料带相对于敷层工具的凹腔侧向地对齐以及使材料带相对于敷层工具的凹腔纵向地对齐；至少进行以下两个步骤中的一者—使材料带相对于敷层工具侧向地延伸至预定位置以及使材料带相对于敷层工具纵向地延伸至预定位置，其中材料带基本呈矩形；以及使材料带在竖向上抵接至敷层工具的凹腔，其中使材料带纵向地延伸包括以下步骤中的至少一者：(1)测量材料带的纵向距离；以及(2)使材料带的纵向端部与纵向距离标记对齐，并且其中使材料带侧向地延伸包括以下步骤中的至少一者：(3)测量材料带的侧向距离，以及(4)使材料带的侧向端部与侧向距离标记对齐。

Description

构造复合结构的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种构造复合部件的方法、一种复合叶片构造系统、以及一种复合叶片。 
背景技术
构造复合结构-例如复合式直升机旋翼叶片-有时需要昂贵的且费时的过程，该过程包括预先确定应用于敷层工具的材料层和/或材料层的叠层的适当尺寸。在一些情况下，为材料层和/或材料层的叠层预先确定适当的尺寸包括：将复杂的三维表面区域转换成适当地成形并定尺寸的平面布局。根据该平面布局而定尺寸并成形的材料层和/或材料层的叠层可以构造成：当相对于敷层工具适当地定向时以及当与敷层工具的复杂的三维表面区域接连地抵接时覆盖整个复杂的三维表面区域。随后应用的材料层和/或材料层的叠层可以除了相对于敷层工具的复杂的三维表面区域之外还相对于先前应用的材料层和/或材料层的叠层而进一步地定尺寸和成形。在一些情况下，对包括了上述平面布局的材料层和/或材料层的叠层进行布置可能需要使用激光投影工具，该激光投影工具构造成将材料层和/或材料层的叠层的外周轮廓投射至敷层工具和/或已应用的材料层和/或材料层的叠层上。产生平面图形并且使激光投影能够显示到敷层工具上，这需要装备和装备编程时间，这会阻止快速和/或廉价地构造叶片。 
发明内容
在本公开的一些实施方式中，提供了构造复合部件的方法，该方法包括：至少进行以下两个步骤中的一者-使材料带相对于敷层工具的凹腔侧向地对齐以及使材料带相对于敷层工具的凹腔纵向地对齐；至少进行以下两个步骤中的一者-使材料带相对于敷层工具侧向地延伸至预 定位置以及使材料带相对于敷层工具纵向地延伸至预定位置，其中材料带基本呈矩形；以及使材料带在竖向上抵接至敷层工具的凹腔，其中使材料带纵向地延伸包括以下步骤中的至少一者：(1)测量材料带的纵向距离；以及(2)使材料带的纵向端部与纵向距离标记对齐，并且其中使材料带侧向地延伸包括以下步骤中的至少一者：(3)测量材料带的侧向距离，以及(4)使材料带的侧向端部与侧向距离标记对齐。 
在本公开的其它实施方式中，提供了构造复合部件的方法，该方法包括：制造具有第一凹腔的第一敷层工具，该第一凹腔具有表示出复合叶片的第一外部表面的表面；用多个第一材料带至少部分地填充第一凹腔，该第一材料带在不将第一材料带的视觉表征投射到第一敷层工具上的情况下相对于第一敷层工具布置在适当位置中；以及将第一材料带机加工以形成第一配合面。 
在本公开的另外的其它实施方式中，提供了复合叶片构造系统，该复合叶片构造系统包括：具有第一凹腔的第一敷层工具、具有第二凹腔的第二敷层工具、以及刳刨机，其中刳刨机构造成沿着第一分型表面轮廓选择性地移除从第一凹腔内延伸出的材料，并且刳刨机构造成沿着与第一分型表面轮廓互补的第二分型表面轮廓选择性地移除从第二凹腔内延伸出的材料。 
在另外的其它实施方式中，复合叶片公开为包括：第一复合结构和第二复合结构，其中第一复合结构限定复合叶片的第一外部表面，第二复合结构限定复合叶片的第二外部表面，其中，第一复合结构和第二复合结构中的至少一者包括配合面，该配合面具有由单个机加工设备限定的公差。 
附图说明
为了更全面的理解本公开及其优点，现在结合附图和详细说明对以下简要说明进行论述： 
图1是构造根据本公开的实施方式的复合部件的方法的流程图； 
图2A是根据本公开的实施方式的复合物构造系统的倾斜前部俯视右视图； 
图2B是图2A的复合物构造系统的正交俯视图； 
图3是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了在敷层工具上方伸展的第一材料带； 
图4是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了从第一材料辊卷处切下并且下压到敷层工具的凹腔中的第一材料带； 
图5是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了在敷层工具上方伸展的第二材料带； 
图6是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了从第二材料辊卷处切下并且下压至第一材料带上并下压至敷层工具的凹腔中的第二材料带； 
图7是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了在敷层工具上方伸展的第三材料带； 
图8是图2的复合物构造系统的正交俯视图，其示出了从第三材料辊卷处切下并且下压至第二材料带上并下压至敷层工具的凹腔中的第三材料带； 
图9是复合物构造系统的正交主视图，其示出了下压至敷层工具的凹腔中的第一材料带、第二材料带、以及第三材料带； 
图10是图2的复合物构造系统的倾斜俯视后视右视图，其示出了刳刨机并且示出了第一材料带、第二材料带、以及第三材料带的被刳刨机移除的部分； 
图11是图2的复合物构造系统的正交剖视后视图，其示出了刳刨机、部分机加工的第一材料带、部分机加工的第二材料带、以及部分机加工的第三材料带； 
图12是由图2的复合物构造系统所构造的包括芯部材料的第一复合部件和包括芯部材料的互补的第二复合部件的倾斜视图； 
图13是包括了通过第一结构粘合剂和第二结构粘合剂而结合的第一复合部件和第二复合部件的复合叶片的正交剖视主视图； 
图14是根据本公开的另一实施方式的敷层工具的正交俯视图；以及 
图15是根据本公开的实施方式的可以通过使用图14的敷层工具而产生的复合结构的正交剖视图。 
具体实施方式
首先应当理解的是，尽管下文提供了一个或更多个实施方式的示意性实施方案，但是所公开的系统和/或方法可以通过使用任何数量的方法来实施，无论该方法是当前已知的还是已经存在的。本公开不应以任何方式限制为下述的说明性实施方案、附图以及方法-这些说明性实施方案、附图以及方法包括本文所示出和描述的示例性设计和实施方案，并且本公开可以在所附的权利要求的范围及其等价物的全部范围内进行修改。 
在一些情况下，可能需要提供这样一种复合物构造系统：该复合物构造系统构造成允许在不需要使用预切割的材料层和/或预切割材料层的叠层的情况下构造复合结构，例如复合叶片和/或用于复合叶片的空气动力整流罩。在本公开的一些实施方式中，公开了包括以下部分的复合物构造系统：敷层工具、从一个或更多个材料辊卷切下的一个或更多个材料带、以及刳刨机。 
现在参照图1，在一些实施方式中，可以根据构造复合部件的方法200来使用复合物构造系统。方法200可以通过提供敷层工具而从框202开始。方法200可以通过以下步骤而在框204处继续：从一个或更多个材料辊卷处拉取一个或更多个材料带、将材料带切割成预定的长度；和/或从材料辊卷处给送材料，直到相对于敷层工具与预定的位置对齐为止，并且之后切割材料带。方法200可以通过以下步骤而在框206处继续：用材料带至少部分地填充敷层工具的凹腔。方法200可以通过以下步骤而在框208处继续：使用构造成产生预定的配合面的刳刨机来机加工材料带。上述方法200可以用一个或更多个附加的敷层工具来重复地进行，从而减少大量的内部公差变量并且使公差变量与内部配合面相关联。通过使用每个敷层工具而产生的复合部件可以选择性地结合在一起，以形成组合的复合结构。 
参照图2A和图2B，分别示出了根据本公开的实施方式的复合物构造系统(CCS)100的倾斜的前侧俯视右视图和正交俯视图。可以将CCS100描述为总体上包括前部102、后部104、左侧106、右侧108、顶部110(参见图9、图11和图13)以及底部112(参见图9、图11和图13)，并且以下描述和相关附图可以总体上利用方向标识以协助确定CCS100的和/或CCS的部件的方向定向，同时不需要使这种标识成为CCS100的方向范围的绝对性识别。也就是说，上述方向标识总体上旨在阐明CCS100的部件相对于彼此的定向，并且旨在对相关附图提供背景关系，而非旨在限制权利要求。在本公开之中，相同的方向标识用于包括了CCS100、CCS100的部件和/或使用CCS100而构造的复合部件的描述和相关附图中，以提供一致的框架基准。 
CCS100还包括纵向轴线114、侧向轴线116以及竖向轴线118。纵向轴线114总体上相对于CCS100在前后方向上纵向地延伸，并且在一些实施方式中可以与CCS100和/或使用CCS100构造的复合结构的纵向(展向)方向相关联。侧向轴线116总体上相对于CCS100在左右方向上侧向地延伸，并且在一些实施方式中可以与CCS100和/或使用CCS100构造的复合结构的侧向(弦向)方向相关联。竖向轴线118总体上相对于CCS100在顶部-底部的方向上竖向地延伸。纵向轴线114、侧向轴线116、以及竖向轴线118在原点120处彼此相交并且可以总体上描述为限定了三维笛卡尔坐标系。CCS100还包括侧向均分平面122(参见图3至图9)、纵向均分平面以及竖向均分平面126(参见图9和图11)。侧向均分平面122总体上与纵向轴线114和竖向轴线118重合。纵向均分平面总体上与侧向轴线116和竖向轴线118重合。竖向均分平面126总体上与侧向轴线116和纵向轴线114重合。 
尽管轴线114、轴线116和轴线118以及均分平面总体上限定成反映出原点120相对于CCS100的具体方位并且反映出轴线114、轴线116和轴线118相对于CCS100的定向，但是在不影响本文所公开的CCS100和/或CCS100的部件的功能性的情况下可以以不同的方式来描述轴线114、轴线116和轴线118以及均分平面。也就是说，除非本文另有说明，否则轴线114、轴线116和轴线118以及均分平面所限定的定向设置为框架基准，可以依据该框架基准而对CCS100和CCS100的部件进行一致性的描述。 
仍参照图2A和图2B，CCS100包括真空工作台128、第一敷层工具130、以及第一材料辊卷132。第一敷层工具130包括第一凹腔134、第一纵向距离标记136、以及第二纵向距离标记138。第一敷层工具130总体上可以由钢块材料构成，第一凹腔134至少在第一敷层工具130的顶侧上形成于该钢块材料中。在该实施方式中，第一凹腔134沿着第一敷层工具130的整体纵向长度延伸并且可以称为附加地形成在第一敷层工具130的前侧和后侧中的每一者中。在一些实施方式中，第一凹腔134可以通过使用5轴切割机来机加工钢块材料而形成，其中5轴切割机能够产生足以用于表现出飞行器叶片和/或用于飞行器叶片的空气动力整流罩的外部的复杂的表面几何形状。在一些实施方式中，第一材料辊卷132可以由预浸渍纤维复合材料构成，该预浸渍纤维复合材料具有基本包封在能够经由固化过程硬化的柔性基板中的半结构化织物和/或定向纤维部件。在一些实施方式中，第一材料辊卷132可以在顶侧和底侧中的一者或两者上具有粘合特性。第一材料辊卷132可以具有大于第一凹腔134的最大侧向宽度但小于第一敷层工具130的侧向宽度的侧向宽度。 
在一些实施方式中，构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而开始：在大块材料中形成第一凹腔134，以构造第一敷层工具130。在该实施方式中，材料可以基本成形为箱状结构并且可以由钢构成。然而，在替代性实施方式中，该大块材料可以由能够在结构上维持所需的第一凹腔134表面的任何其他合适的可机加工的和/或可模制的材料构成。接下来，第一敷层工具130可以布置在真空工作台128上并且可以记录和/标明第一敷层工具130的相对于真空工作台128的方位。特别地，第一纵向距离标记136和第二纵向距离标记138可以相对于真空工作台128的前侧定位。接下来，可以在第一折叠工具130与真空工作台128、真空管142和/或真空泵140之间制造任何必要的和/或适当的气动连接，以使真空压力经由第一敷层工具130的上述真空孔道133选择性地供应至第一敷层工具130的顶侧的部分。接下来，第一材料辊卷132可以运动成与第一敷层工具130对齐，使得第一材料辊卷132的左侧和右侧分别延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围，但是各自没有超出第一敷层工具130的左侧和右侧。 
现在参照图3，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第一材料带 144在第一敷层工具130的第一凹腔134的竖向上方延伸。在该实施方式中，第一材料带144可以延伸超出第一敷层工具130的后侧并且可以侧向地对齐使得第一材料带144的左侧和右侧分别延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围，但是各自没有超出第一敷层工具130的左侧和右侧。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：从第一材料辊卷132处纵向地给送材料带144，使得第一材料带144的后端纵向地设置成超出第一敷层工具130的后端，同时第一材料带144在竖向上设置在第一凹腔134上方。 
现在参照图4，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第一材料带144与第一材料辊卷132分离开，并且将第一材料带144下压成与第一敷层工具130的第一凹腔134抵接。在替代性实施方式中，第一材料带144可以在底侧的至少一部分上具有粘合特性，使得第一材料带144至少暂时地粘附至第一敷层工具130。在竖向上抵接的第一材料带144可以分别地纵向延伸超出第一敷层工具130的前侧和后侧并且可以分别地延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围。还示出了第二材料辊卷146。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：使第一材料带144与第一材料辊卷132分离开。接下来，可以使第一材料带144与第一凹腔134在竖向上抵接。在该实施方式中，第一材料带144可以靠着第一敷层工具130而保持。在其它实施方式中，第一材料带144可以具有粘合特性，这种粘合特性使第一材料带144至少暂时地紧固至第一凹腔134。接下来，可以使第二材料辊卷146运动成与第一敷层工具130对齐，使得第二材料辊卷146的左侧和右侧分别延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围。 
现在参照图5，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第二材料带148在第一敷层工具130的第一凹腔134的竖向上方和第一材料带144的竖向上方延伸。在该实施方式中，第二材料带148可以延伸成与第一纵向距离标记136纵向地对齐，第二材料带148可以侧向地对齐，使得第二材料带148的左侧和右侧分别延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范 围和右侧侧向范围，但是各自没有超出第一敷层工具130的左侧和右侧。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：从第二材料辊卷146处纵向地给送第二材料带148，使得第二材料带148的后端设置成与第一纵向距离标记136纵向地对齐。在该实施方式中，由第一敷层工具130提供标记。然而，在替代性实施方式中，CCS100可以不包括标记，并且第二材料带148可以简单地给送至相对于第一敷层工具130的前侧的预定的纵向距离，同时第一材料带148在竖向上设置在第一凹腔134和第一材料带144的上方。 
现在参照图6，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第二材料带148与第二材料辊卷146分离开，并且将第二材料带148下压成沿第一敷层工具130的第一凹腔134的被所附接的第一材料带144改变的表面轮廓而与第一材料带144抵接。在该实施方式中，第二材料带148可以在底侧的至少一部分上具有粘合特性，使得第二材料带148至少暂时地粘附至第一材料带144和第一敷层工具130中的至少一者。在替代性实施方式中，第二材料带148可以相对于第一敷层工具130空间固位。在竖向上抵接的第二材料带148可以延伸成：与第一纵向距离标记136纵向对齐、超出第一敷层工具130的前侧、并且分别超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围、但是各自没有超出第一敷层工具130的左侧和右侧。还示出了第三材料辊卷150。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：将第二材料带148与第二材料辊卷146分离开。接下来，可以使第二材料带148与第一凹腔134和/或第一材料带144在竖向上抵接。在该实施方式中，第二材料带148可以具有粘合特性，这种粘合特性使第二材料带148至少暂时地紧固至第一凹腔134和/或第一材料带144。在其它的实施方式中，第二材料带148可以靠着第一敷层工具130和/或第一材料带144而保持。接下来，第三材料辊卷150可以运动成与第一敷层工具130对齐，使得第三材料辊卷150的左侧和右侧可以侧向地对齐，使得第三材料辊卷150的左侧和右侧分别从第一凹腔134的左侧和右侧中的每一者处向内地偏移。 
现在参照图7，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第三材料带 152在第一敷层工具130的第一凹腔134的竖向上方、在第一材料带144的竖向上方、以及在第二材料带148的竖向上方延伸。在该实施方式中，第三材料带152可以具有小于第一材料带144和第二材料带148中的每一者的侧向宽度的侧向宽度。第三材料带152可以延伸成与第二纵向距离标记138纵向地对齐并且可以侧向地对齐，使得第三材料带152的左侧和右侧分别从第一材料带144和第二材料带148的左侧和右侧中的每一者处向内偏移。第三材料带152的左侧和右侧分别延伸超出第一凹腔134的左侧侧向范围和右侧侧向范围，但是各自没有超出第一敷层工具130的左侧和右侧。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：从第三材料辊卷150处纵向地给送第三材料带152，使得第三材料带152的后端设置成与第二纵向距离标记138纵向地对齐。在该实施方式中，由第一敷层工具130提供第二纵向距离标记138。然而，在替代性实施方式中，CCS100可以不包括标记并且第三材料带152可以简单地向外给送至相对于第一敷层工具130的前侧的预定的纵向距离，同时第三材料带152在竖向上设置在第一凹腔134、第一材料带144、以及第三材料带148的上方。 
现在参照图8，示出了CCS100的正交俯视图，其中，第三材料带152与第三材料辊卷150分离开并且将第三材料带152下压成沿着第一敷层工具130的第一凹腔134的被所附接的第一材料带144和第二材料带148改变的表面轮廓而与第二材料带148抵接。在该实施方式中，第三材料带152可以在底侧的至少一部分上具有粘合特性，使得第三材料带152至少暂时地粘附至第二材料带148、第一材料带144、以及第一敷层工具130中的至少一者。在替代性实施方式中，第三材料带152可相对于第一敷层工具130而空间固位。在竖向上抵接的第三材料带152可延伸成：与第二纵向距离标记138纵向地对齐、超出第一敷层工具130的前侧，并且可以侧向地对齐，使得第三材料带152的左侧和右侧分别从第一材料带144和第二材料带148的左侧和右侧中的每一者处向内地偏移。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：使第三材料带152与第三材料辊卷150分离开。接下来，可以使第三材料带152与第一凹腔134、第一 材料带144、和/或第二材料带148在竖向上抵接。在该实施方式中，第三材料带152可以具有粘合特性，这种粘合特性将第三材料带152至少暂时地紧固至第一凹腔134、第一材料带144、和/或第二材料带148。在其它实施方式中，第三材料带152可以靠着第一敷层工具130、第一材料带144、和/或第二材料带148而保持。 
在一些实施方式中，第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152中的一者或多者的上述竖直抵接可能导致带144、带148、带152中的一者或多者的后部范围因带144、带148、带152在第一凹腔134的三维表面上方卷绕而纵向地向前运动。在一些实施方式中，所给送的带144、带148、带152与标记136、标记138中的至少一者的对齐之间的纵向距离差、以及带144、带148、带152的竖向抵接的和/或卷绕的应用，会导致预先确定所需的标记136、标记138与第一敷层工具130的前部的偏移距离。也就是说，在预先确定带144、带148、带152应用到第一凹腔134时可能发生的卷绕的量之后，可以选择带144、带148、带152的在给送时的纵向长度。更具体地，可以将标记136、标记138的方位选择为所需的复合结构的长度的函数，其中所需的复合结构的长度是基于材料带144、材料带148、材料带152的材料类型和材料带144、材料带148、材料带152在以上述方式应用时的预计的几何形状中的至少一者而计算的。在替代性实施方式中，复合结构可以包括多于三个的材料带或少于三个的材料带。 
现在参照图9，图9是图2的CCS100的正交主视图，其示出了第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152与第一敷层工具130的第一凹腔134接连地竖直抵接。还示出了分型表面轮廓154。在该实施方式中，分型表面轮廓154可以包括与侧向轴线116大致平行并且在书向上位于侧向轴线116上方的线。在该实施方式中，第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152的在分型表面轮廓154的竖向的上方延伸的部分可以认定为拟除去的材料。在该实施方式中，第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152中的每一者或一些者在分型表面轮廓154的竖向的上方延伸。然而，在替代性实施方式中，一些材料带可以不在分型面154的竖向的上方延伸。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法可以通过以下步骤而进行：在将带144、带148、带152如 上所述地应用至第一敷层工具130之后，在压热器中将带144、带148、带152固化和/或另外使带144、带148、带152相对于彼此而硬化并紧固。在一些实施方式中，带144、带148、带152可以在固化期间保持在第一敷层工具130上，而在其它的实施方式中，带144、带148、带152可以在固化之前从第一敷层工具130处移除。在该实施方式中，带144、带148、带152在固化期间相对于第一敷层工具130保持在适当的位置。在一些实施方式中，可以通过使用非破坏性评估方法来检查带144、带148、带152。在将带144、带148、带152固化之后，可以将带144、带148、带152从第一敷层工具130处移除并且转移至第一机加工工具131(参见图10和图11)。 
现在参照图10和图11，CCS100的倾斜俯视后侧右视图和正交剖视后视图示出了刳刨机156以及被部分地机加工的第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152。刳刨机156总体上可以包括轨道158、悬架160、刀架162以及刀片组件164。轨道158可以设置成与纵向轴线114大致平行并且在竖向上位于第一机加工工具131上方。第一机加工工具131基本上类似于第一敷层工具130，但是不同之处在于：第一机加工工具131可以包括一个或更多个真空孔道133，该真空孔道133在第一凹腔134与第一敷层工具130的前侧、后侧、左侧、右侧、顶侧和底侧中的至少一者之间延伸。真空孔道133可以经由真空管142与真空泵140流体连通。轨道158构造成选择性地导引悬架160的纵向位移。悬架160构造成承载偏压的刀架162并且刀架162总体上朝向第一敷层工具130受偏压。刀架162构造成承载刀片组件164。在该实施方式中，刀片组件164总体上可以具有与分型表面轮廓154基本上互补的线性切割轮廓。然而，在替代性实施方式中，刀架组件164可以具有适用于与任何其它的适当的分型表面轮廓互补的任何其它切割轮廓。 
在一些实施方式中，上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法通过以下步骤而进行：在将带144、148、152固化之后，相对于第一敷层工具130以几何方式调节和/或放置刳刨机156。接下来，可以将刳刨机156选择性地控制成横跨由轨道158所限定纵向通路-该纵向通路起始于第一敷层工具130的前部处并且终止于第一敷层工具130的后部处。在一些实施方式中，刀架162可以受弹簧偏压或另外地被向下偏压以保持与带144、带148、带152的要被刳刨机156移除的部分接触。接下来，刀片组件164可以以顺铣惯例从右侧沿正交方向观 察时在顺时针方向上旋转，使得刀片组件164趋向于朝向第一敷层工具130的后部拉动刳刨机156，并且使得刀片组件164趋向于在竖向上向下插入到要移除的材料中从而使带144、带148、带152压靠机加工工具131，而不是将带144、带148、带152拉离机加工工具131。在替代性实施方式中，可以使用常规的切割，使得刀片组件164以与上述方式相反的方式旋转。在一些实施方式中，刀片组件总体上可以具有可以相对于第一敷层工具130在竖向上浮动的线性刀片组件轮廓。在一些实施方式中，刳刨机15可以是刳刨机。在一些实施方式中，刳刨机156总体上可以将材料移除以形成第一复合部件166的弦线(chord line)、弦平面(chord plane)、弧线(camber line)、和/或弧表面(camber surface)，但是在任何情况下均会形成第一配合面174。在一些实施方式中，通过使带144、带148、带152接连地堆叠以建立竖向的叠层，并且通过随后机加工带144、带148、带152的过余的材料以产生第一配合面174，使得第一复合部件166的外部表面能够具有较高的精度，并且这种较高的精度总体上能够减小公差变量的数量，使得公差变量主要包括：(1)第一材料带144贴合至第一凹腔134所可能具有的公差；以及(2)刳刨机156将材料可靠地移除以形成第一配合面174所可能具有的公差。在上述机加工之后，第一复合部件166可以从第一机加工设备131处移除，从而完成上述的构造第一复合部件166(参见图12和图13)的方法。 
现在参照图12，示出了包括第一芯部材料168的第一复合部件166和包括第二芯部材料172的互补的第二复合部件170的倾斜视图。在该实施方式中，第一芯部材料168可以定尺寸成且成形为填充第一凹腔134内的任何其余的空间并且从第一凹腔134处竖向地突出。在一些情况下，第一芯部材料168可以被切割成和/或机加工成补充带144、带148、带152的形状和/或轮廓。在一些情况下，第一芯部材料168可以弯曲结合至第一凹腔134内的靠着带144、148、152的位置中。第一复合部件166可以通过使用图2至图11的CCS100而构造，而第二复合部件170可以通过使用CC100、但是利用了与第一敷层工具130互补的第二敷层工具而不是使用第一敷层工具130而构造。在被固化和/或从第一敷层工具130处移除时，第一复合部件166总体上可以包括第一材料带144、第二材料带148、以及第三材料带152。第一芯部材料168和第二芯部材料172可包括：由金属、纸、玻璃纤维构成的芳纶和/或蜂窝状芯部材料；和/或任何其它的合适的芯部材料。第一复合部件166 总体上包括第一配合面174；而第二复合部件170总体上包括第二配合面176。第一配合面174和第二配合面176彼此总体上在几何形状上互补，并且构造成彼此抵接。在一些实施方式中，芯部材料168、170和/或第一复合部件166和/或第二复合部件170可以形成为或机加工成接收平衡配重和/或可调节的平衡装置。 
现在参照图13，示出了复合叶片178的正交剖视主视图。复合叶片178包括经由第一配合面174和第二配合面176结合在一起的第一复合部件166和第二复合部件170。在该实施方式中，第一配合面174和第二配合面176分别包括第一结构增强粘合剂180和第二结构增强粘合剂182。第一结构增强粘合剂180和第二结构增强粘合剂182总体上可以包括在第一复合部件166和第二复合部件170的整体顶侧上方延伸的薄片材料。在该实施方式中，结构增强粘合剂180、结构增强粘合剂182包括结构薄膜粘合剂，该结构薄膜粘合剂包括在粘合剂的层中的结构纤维。 
现在参照图12和图13，构造复合叶片178的方法可以包括：上述的构造第一复合部件166的方法；以及基本上执行相同的方法，以通过使用与第一敷层工具130互补的第二敷层工具来构造第二复合部件170。构造复合叶片178的方法还可以包括：将第一芯部材料168插入到第一复合部件166的凹腔中；以及将第二芯部材料172插入到第二复合材料170的凹腔中。在一些实施方式中，芯部材料168、芯部材料172可以由芳纶构成，并且在一些实施方式中，凹腔的任何仍未被填充的空间可以填充有其它材料-例如闭孔聚合物泡沫。在一些实施方式中，芯部材料168、芯部材料172的添加可以先于机加工而进行，使得刳刨机156不仅可以在表皮144、表皮148、表皮152中形成配合面174、176，并且可以在芯部材料168、芯部材料172中附加地形成配合面174、176。在一些实施方式中，结构粘合剂180、结构粘合剂182可以应用到配合面174、配合面176。在一些实施方式中，结构粘合剂180、结构粘合剂182可以对芯部材料168、芯部材料172提供结构刚性。接下来，可以使得互补的配合面174、配合面176面向彼此并且之后彼此相互抵接-在一些情况下二者之间具有结构粘合剂180、结构粘合剂182，以形成复合叶片178。接下来，复合叶片178可在热压器中固化和/或经由任何其它合适的固化过程而进行固化。在一些情况下，在上述固化过程之前和/或之后，扭矩卷带和/或耐磨带可应用于复合叶片178。 
现在参照图14，示出了根据本公开的实施方式的敷层工具300的正交俯视图。敷层工具300包括凹腔302并且基本上类似于敷层工具130，但是敷层工具300既包括纵向标记也包括侧向标记。更具体地，敷层工具300包括第一纵向标记304、第二纵向标记306、第三纵向标记308、第一侧向标记310、第二侧向标记312、第三侧向标记314、第四侧向标记316、第五侧向标记318、以及第六侧向标记320。敷层工具300非常适合于用于构造具有复杂分布的复合材料的复合结构。例如，尽管图13的复合叶片178包括了相对均匀地分布的材料带和芯部材料，但是通过将单独的材料带和/或材料带的部分策略性地放置于凹腔302中，即使当使用单个材料辊卷时，也能够使复合材料具有复杂分布。在一些情况下，单个材料辊卷可以用于提供第一材料带322、第二材料带324、第三材料带326、第四材料带328、以及第五材料带330。在一些情况下，第一材料带322可以与第一纵向标记304和第四侧向标记316均对齐地布置在凹腔302中，第二材料带324可以与第一纵向标记304和第三侧向标记314均对齐地布置在凹腔302中，第三材料带326可以与第二纵向标记306和第二纵向标记312均对齐地布置在凹腔302中，而第四材料带328可以与第三纵向标记308和第一侧向标记310均对齐地布置在凹腔302中。在一些情况下，第五材料带330可以布置在凹腔302中，使得第五材料带330的一个侧向边缘与第五侧向标记318对齐，并且第五材料带330的相对的侧向边缘与第六侧向标记320对齐。 
现在参照图15，示出了根据本公开的实施方式的复合部件332的正交剖视图。复合部件332包括根据以上图13的描述而布置的第一材料带322、第二材料带324、第三材料带326、第四材料带328以及第五材料带330。复合部件332还可以包括外表层334、结构增强粘合剂336、以及芯部材料338。 
以上公开的系统和方法可以用于以低成本的方式并且可选地以不使用相对高科技的工具和/或装置的方式来构造复合部件。具体地，系统和方法总体上可以利用敷层工具、一个或更多个材料辊卷、机加工工具、以及刳刨机，以形成诸如用于飞行器叶片的外表皮和/或空气动力整流罩之类的复合部件。此外，这些系统和方法可以利用芯部材料和结构增强粘合剂来填充复合部件和/或使复合部件稳固。在一些实施方式中，可以利用刳刨机来形成配合面，以便接下来配合至互补结构。在一些实施方式中，所公开的方法可以包括：不使用激光和/或其它视觉投 影的材料带；不需要将材料带和/或层包装体进行格柏(gerber)切割或其它复杂的切割；无需进行布局压平；和/或无需对材料带和/或层包装体进行3轴铣削。 
应当了解的是，尽管以上公开了真空工作台128和相关联的部件，但是在替代性实施方式中，可以利用用于在上述机加工期间保持复合部件的任何其它合适的装置。此外，尽管以上实施方式仅包括用于在布置三个材料带的过程中使用的两个纵向标记，但是在替代性实施方式中，可以设置有附加的标记以有助于布置更多材料带，并且/或者可以设置有侧向标记从而类似地有助于材料带的侧向布置。在一些实施方式中，标记可包括标尺、一系列均匀间隔开的标识、和/或任何其它合适的测量装置和/或方法。在一些实施方式中，多个材料带可以从材料辊卷处移除并且通过使用一个或更多个标记而布置在敷层工具上，使得通过使用任何数量的标记可以应用任何数量的带。 
本文所公开的系统和方法可以用在所有形式的树脂传递模制、湿式复合材料绞合、和/或其他类型复合物制造中。在一些实施方式中，可使用单个材料辊卷来供应材料带，其中材料带被切割并且通过使用标记而布置在敷层工具上，其中标记适当地定位以对材料带提供不同的侧向(弦向)衰减或是终止方位。因此，本公开提供了可以配置成构造以下复合结构的系统和方法：该复合结构包括具有变化的弦向长度的固化的材料带，其中，材料带由单个材料辊卷提供。在替代性实施方式中，机加工可以通过由复写装置所承载的切割工具而执行，其中复写装置与单独设置的主三维表面成函数地使切割工具运动。例如，切割工具的运动可以通过操作三维复写器装置来控制，该三维复写器装置追踪主三维表面并且与主三维表面成函数地使切割工具运动。 
在一些实施方式中，将包括不同侧向宽度和/或方向性纤维定向的多个材料带接连地放置在与纵向的和/或侧向的标记相一致的方位中，这可以便于在不使用激光投影和/或过度复杂的机器的情况下生产最后一件复杂的复合绞合层。在一些实施方式中，上述机加工可以在未固化和/或部分固化的材料带上执行。在一些实施方式中，尽管可以假定为机加工过程产生复合部件的弦线、复合部件的弦平面、复合部件的弧线以及复合部件的弧表面中的至少一者，但是由于机加工中的变化和/或公差，并且/或者由于对复合结构的机加工后的改变，使得实际的弦线、 弦平面、弧线和/或弧面可能不会仅由机加工过程来限定，而是受到了机器的极大的影响。在一些实施方式中，将材料带与芯部材料同时机加工，而在其它的实施方式中，可以独立于芯部材料的机加工而将材料带机加工。此外，尽管上述实施方式主要公开了从位于敷层工具的纵向端部附近的材料辊卷处纵向延伸的材料带，但是在替代性实施方式中，通过使材料带从位于敷层工具的侧向端部附近的材料辊卷处延伸和/或从相对于角和工具的任何其它方向延伸，可以完成基本上类似的材料带延伸和/或材料带对齐。 
公开了至少一种实施方式，并且由本领域普通技术人员对实施方式和/或实施方式的特征所作的变型、组合和/或修改落在本公开的范围内。由对实施方式的特征的组合、结合和/或省略而带来的替代性实施例也落在本公开的范围内。在明确说明了数值范围或限制的情况下，这种所表述的范围或限制应当理解成包括类似的数量级的落入所明确说明的范围或限制内的迭代的范围或限制(例如从大约1至大约10包括2、3、4、等等；大于0.1包括0.11、0.12、0.13、等等)。例如，当公开了具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，则落入该范围的任何数值被具体公开。特别地，在该范围内的以下数值被具体公开：R＝Rl+k＊(Ru-Rl)，其中，k是以1％为增量在从1％至100％的范围内变化的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、......、50％、51％、52％、......95％、96％、97％、98％、99％、或100％。除非另有说明，否则术语“大约”的意思应当是接下来的竖直的加减10％。此外，由上述的两个极限R值(下限值Rl和上限值Ru)所限定的任何数值范围也被具体公开了。参照权利要求的任何元件而使用术语“可选地”，其意思是：该元件是所需要的，或替代地，该元件是不需要的，这两种替代性解释均落入权利要求的范围内。开放性术语诸如“包括(comprises)”、“包含(include)”以及“具有(having)”的使用应当被理解成：对封闭性术语诸如“由......构成(consisting of)”、“主要由......构成(consisting essentially of)”以及“基本上由......组成(comprised substantially of)”提供了支持。因此，所保护的范围并不是由以上进行的说明来限制，而是由以下的权利要求所限定，保护范围包括权利要求的主题的全部等价物。各个或每个权利要求作为进一步的公开而结合到申请文件中，并且权利要求是本发明的实施方式。 

Claims (25)

1.一种构造复合部件的方法，包括：
进行以下二者中的至少一者：使材料带相对于敷层工具的凹腔侧向地对齐，以及使材料带相对于敷层工具的凹腔纵向地对齐；
进行以下二者中的至少一者：使所述材料带相对于所述敷层工具侧向地延伸至预定位置，以及使所述材料带相对于所述敷层工具纵向地延伸至预定位置，其中所述材料带基本呈矩形；以及
使所述材料带在竖向上抵接所述敷层工具的所述凹腔；
其中使所述材料带纵向地延伸包括以下二者中的至少一者：(1)测量所述材料带的纵向距离；以及(2)使所述材料带的纵向端部与纵向距离标记对齐，并且
其中使所述材料带侧向地延伸包括以下二者中的至少一者：(3)测量所述材料带的侧向距离，以及(4)使所述材料带的侧向端部与侧向距离标记对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述材料带对齐、使所述材料带延伸、以及使所述材料带在竖向上抵接中的至少一者是在没有将所述材料带的视觉表征投射至所述敷层工具上的情况下来执行的。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：机加工所述材料带，以产生所述复合部件的弦线、所述复合部件的弦平面、所述复合材料的弧线、以及所述复合材料的弧表面中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：使芯部材料抵接所述材料带。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：机加工所述芯部材料，以产生所述复合部件的弦线、所述复合部件的弦平面、所述复合材料的弧线、以及所述复合材料的弧表面中的至少一者。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括：使结构增强粘合剂抵接所述芯部材料。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述材料带与所述芯部材料之间设置至少一个附加材料带。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述材料带和所述至少一个附加材料带在抵接所述芯部材料之前被固化。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
构造附加的复合部件，所述附加的复合部件构造成具有分别与所述复合部件的弦线、弦平面、弧线、弧表面中的至少一者互补的弦线、弦平面、弧线以及弧表面中的至少一者；以及
沿着互补的弦线、弦平面、弧线以及弧表面中的至少一者将所述复合部件和所述附加的复合部件结合。
10.一种构造复合叶片的方法，包括：
构造具有第一凹腔的第一敷层工具，所述第一凹腔具有表示出所述复合叶片的第一外部表面的表面；
用多个第一材料带至少部分地填充所述第一凹腔，在不将所述第一材料带的视觉表征投射至所述第一敷层工具上的情况下将所述第一材料带相对于所述第一敷层工具布置在适当的位置中；以及
机加工所述第一材料带，以形成第一配合面。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：使第一芯部材料抵靠所述第一材料带。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：用闭孔聚合物泡沫填充所述第一凹腔的空间。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：机加工所述第一芯部材料，以形成所述第一配合面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一配合面与所述复合叶片的弦线、弦平面、弧线、以及孤表面中的至少一者互补。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：
构造具有第二凹腔的第二敷层工具，所述第二凹腔具有表示出所述复合叶片的第二外部表面的表面；
用多个第二材料带至少部分地填充所述第二凹腔，在没有将所述第二材料带的视觉表征投射至所述第二敷层工具上的情况下将所述第二材料带相对于所述第二敷层工具布置在适当的位置中；以及
机加工所述第二材料带，以形成与所述第一配合面互补的第二配合面。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：使所述第一配合面抵接所述第二配合面。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在所述第一材料带与所述第二材料带之间设置第二芯部材料。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述第一配合面与所述第二配合面之间设置结构粘合剂。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一配合面和所述第二配合面中的至少一者与所述复合叶片的弦线、弦平面、弧线、以及弧表面中的至少一者互补。
20.一种复合叶片构造系统，包括：
具有第一凹腔的第一敷层工具；
具有第二凹腔的第二敷层工具；以及
刳刨机，所述刳刨机构造成沿着第一分型表面轮廓选择性地移除从所述第一凹腔内延伸出的材料，并且所述刳刨机构造成沿着与所述第一分型表面轮廓互补的第二分型表面轮廓选择性地移除从所述第二凹腔内延伸出的材料。
21.根据权利要求20所述的复合叶片构造系统，还包括以下各者中的至少一者：(1)纵向距离标记，所述纵向距离标记构造成标示出构造成应用于所述第一凹腔和所述第二凹腔中的至少一者的材料带的纵向范围，以及(2)侧向距离标记，所述侧向距离标记构造成标示出构造成应用于所述第一凹腔和所述第二凹腔中的至少一者的材料带的侧向范围。
22.根据权利要求21所述的复合叶片构造系统，还包括：包含所述材料带的材料辊卷。
23.一种复合叶片，包括：
第一复合结构，所述第一复合结构限定所述复合叶片的第一外部表面；以及
第二复合结构，所述第二复合结构限定所述复合叶片的第二外部表面；
其中，所述第一复合结构和所述第二复合结构中的至少一者包括配合面，所述配合面具有由单个机加工设备所限定的公差。
24.复合叶片，其中，所述配合面与所述复合叶片的弦线、弦平面、弧线以及弧表面中的至少一者互补。
25.复合叶片，其中，所述机加工设备包括刳刨机。
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