CN104960210A - 在基板上铺放预浸渍丝束的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在基板上铺放预浸渍丝束的方法，所述基板具有在该基板中的过渡区域上延伸的弯曲部，该弯曲部具有曲率。以至少第一区段和第二区段将所述丝束操纵并铺放在所述过渡区域内，其中所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都具有小于所述弯曲部的所述曲率的角方位，以减少所述丝束的聚集。

Description

在基板上铺放预浸渍丝束的方法
技术领域
本公开内容总体上涉及复合层状结构的制造，更具体地说，涉及预浸渍丝束在结构的陡角过渡区域(high angle transition region)中的自动铺放。
背景技术
数字计算机控制的先进纤维铺放(AFP)机可以用来铺设复杂形状的大型复合层状结构。例如，在航空工业中，AFP机可以用来铺设诸如翼梁和纵梁之类的复合机体部件。这些AFP机通常具有一个或多个材料铺设头，可以操纵这些材料铺设头以将多个预浸渍丝束施加并压实在心轴或类似工具上。每个丝束都包括从包含预浸渍有树脂的一束纤维的单向带切割形成的丝束预浸渍件或窄条。为了形成一个结构的非线性特征或细部，有时对材料铺设头进行编程以遵循恒定的径向路径。
以上讨论的复合结构的自动铺设在结构轮廓高度复杂或具有尖锐几何特征的情况下可能受到挑战。例如，对机器编程和/或材料铺放头的限制可能阻碍围绕相对尖锐角部或陡角弯曲部(下文称为“陡角过渡区域”或“过渡区域”)铺设材料。诸如但不限于材料宽度、粘性和纤维刚度的材料特性也可能限制材料在陡角过渡区域中的铺放。当将丝束铺设在陡角过渡区域中时可能遇到另一个问题是发生丝束起皱、纵弯和/或扭曲。在这些过渡区域中围绕尖锐的恒定半径路径操纵这些丝束导致这些丝束的内径处于压缩状态。这种内径压缩可能迫使丝束纤维聚集，从而导致会对结构的机械性能具有不利影响的起皱、纵弯和/或纤维扭曲。
通过使用更窄丝束可以一定程度减轻陡角过渡区域中的丝束聚集，然而，使用更窄丝束降低了能够铺设材料的速率，因而降低了生产效率，并且使用更窄丝束可能在某些应用中并不实用。采用窄丝束可能需要使用诸如附加层板之类的补偿加强件，因为窄丝束可能导致结构的一些机械特性出现不期望的降低。这些补偿加强件给结构增加了不期望的重量，并且可能增加制造成本。
为了克服使用较宽丝束时材料聚集以及/或者对材料铺放头的运动的限制的问题，具有陡角过渡区域的复合层状结构当前都使用多步骤过程生产，其中单独制造含有陡角过渡区域的接头，并且然后将接头结合至结构的笔直区段。该问题的解决方案耗时、耗力，并且需要多个复杂的昂贵工具。而且，使用单独制造的接头可能需要使用附加的加强件，以便满足结构性能要求。
因而，需要一种在陡角过渡区域中铺放复合材料的方法，该方法允许形成结构的复杂几何特征或细部，并且降低或消除材料起皱、纵弯和/或纤维扭曲，同时允许将结构制造成单个部件。还需要一种在陡角区域和尖锐角部内或陡角弯曲部自动铺放预浸渍丝束的方法，该方法不受AFP机编程能力和/或AFP材料施加头运动的限制。另外，需要一种制造具有陡角过渡区域的复合层状结构的方法，该方法消除了单独制造接头和多个工具的需要。
发明内容
所公开的实施方式提供了在复合层状结构的自动铺设过程中在基板上的陡角过渡区域中铺放预浸渍丝束的方法。该方法显著减少或消除了丝束在陡角过渡区域中的起皱、纵弯和/或纤维扭曲。丝束起皱的减少或消除可以减少或消除层状体中的局部应力，这可以致使结构性能得以提高。可以铺设复杂和/或难以形成的几何形状(诸如结构的尖锐弯曲部)，这些因为对AFP机编程和/或材料铺放头运动的限制和/或材料特性原本是不可能的。所公开的方法可以允许使用更宽的丝束，以便增加材料应用率，并因而增加生产效率。可以将具有陡角过渡区域的复合层状结构制造成单个部件，而不是需要多个组装工具的多件部件。
根据一个公开的实施方式，提供了一种在基板上铺设预浸渍丝束的方法，所述基板具有在该基板中的过渡区域上延伸的弯曲部，该弯曲部具有曲率。将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内。所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都具有小于所述弯曲部的所述曲率的角方位。所述丝束的所述第一区段和所述第二区段至少部分地跨越所述过渡区域。所述弯曲部具有弯曲角，并且所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都可以是弯曲的，并且具有小于所述弯曲角的曲率角。所述丝束的形状与所述过渡区域中的弯曲部的形状近似。在一个变型中，所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的至少一个区段是基本笔直的。所述方法可以进一步包括：对数字控制器进行编程；以及使用该控制器来控制先进纤维铺放机。将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内的步骤是通过所述先进纤维铺放机来执行的，并且所述方法还可以包括：在从沿着所述第一区段的开始点到沿着所述第一区段的结束点的第一方向上操纵所述丝束；在所述第一区段的所述结束点处改变所述丝束的操纵方向；以及在从所述第一区段的所述结束点到所述第二区段的结束点的第二方向上操纵所述丝束。可以采用所述方法来形成复合层状结构，诸如航空器翼梁。
根据另一个公开的实施方式，提供了一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，该基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角。将所述丝束中的每个丝束以多个区段铺放在所述基板上，其中所述丝束中的每个丝束的至少一些区段具有小于所述弯曲角的角方位。所述区段中的至少一个区段是笔直区段，并且将所述丝束中的每个丝束以多个区段铺放在所述基板上的步骤可以包括：在沿着所述区段从所述区段的开始点到所述区段的结束点的方向上操纵所述丝束；以及在每个结束点处改变操纵方向。在一个变型中，所述区段包括至少两个弯曲区段和连接所述两个弯曲区段的基本笔直区段。在另一个变型中，每个区段是弯曲的，而在另外的变型中，每个区段是基本笔直的。
根据又一步公开的实施方式，提供了一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，该基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角θ。该方法包括将所述弯曲角θ分成n个单独区段，其中，每个区段具有近似为θ/n的曲率角，并且在所述基板上铺放预浸渍丝束包括沿着每个区段操纵所述丝束。
根据再一个公开的实施方式，提供了一种生产单件式复合结构的方法，该结构具有至少一个包含弯曲角的过渡区域。该方法包括：通过在基板上铺设预浸渍丝束来形成复合层状铺设件，铺设预浸渍丝束的步骤包括将所述弯曲角分成多个区段以及沿着每个区段操纵所述预浸渍丝束。沿着每个区段操纵所述预浸渍丝束的步骤包括沿着均小于所述弯曲角的角度操纵所述丝束。可以使用数字控制的先进纤维铺放机进行操纵步骤。该方法还可以包括对数字控制器进行编程以自动地控制数字控制的先进纤维铺放机，编程步骤包括：对所述数字控制器进行编程，以在所述弯曲角的每个区段内操纵所述预浸渍丝束；以及将所述铺设件固化。所述方法可以用来生产复合层状航空器机体构件。
总之，根据本发明的一个方面，提供了一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，所述基板具有在该基板中的过渡区域上延伸的弯曲部，该弯曲部具有曲率，该方法包括：将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内，其中，所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都具有小于所述弯曲部的所述曲率的角方位。
该方法有利的是，所述丝束的所述第一区段和所述第二区段至少部分地跨越所述过渡区域。
该方法有利的是，所述弯曲部具有弯曲角，并且所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都是弯曲的并且具有小于所述弯曲角的曲率角。
该方法有利的是，所述丝束具有与所述过渡区域中的所述弯曲部的形状近似的形状。
该方法有利的是，所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的至少一个区段是基本笔直的，并且所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的另一个区段是弯曲的。
有利的是，该方法进一步包括：对数字控制器进行编程；以及使用该控制器来控制先进纤维铺放机，并且其中，将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内的步骤是通过所述先进纤维铺放机来执行的。
该方法有利的是，将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内的步骤包括：在从沿着所述第一区段的开始点到沿着所述第一区段的结束点的第一方向上操纵所述丝束；在所述第一区段的所述结束点处改变所述丝线的操纵方向；以及在从所述第一区段的所述结束点到所述第二区段的结束点的第二方向上操纵所述丝束。
该方法有利的是，所述第一区段和所述第二区段中的每个区段是基本笔直区段。
根据本发明的另一个方面，提供了一种由根据所述方法铺放的预浸渍丝束形成的复合层状结构。
根据本发明的又一个方面，提供了一种通过根据所述方法铺放预浸渍丝束制造的复合层状航空器翼梁。
根据本发明的在一个方面，提供了一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，该基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角，所述方法包括：将所述丝束中的每个丝束以多个区段铺放在所述基板上，其中，所述丝束中的每个丝束的至少一些所述区段具有小于所述弯曲角的角方位。
所述方法有利的是，所述区段中的至少一个区段是基板笔直区段。
所述方法有利的是，将所述丝束中的每个丝束以多个区段铺放在所述基板上的步骤包括：沿着所述区段在从所述区段的开始点到所述区段的结束点的方向上操纵所述丝束；以及在每个结束点处改变操纵方向。
所述方法有利的是，所述区段包括至少两个弯曲区段和连接这两个弯曲区段的基本笔直区段。
所述方法有利的是，所述区段中的每个区段都是基本笔直的。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，该基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角θ，所述方法包括：将所述弯曲角θ分成n个单独区段，其中，所述区段中的每个区段具有近似θ/n的曲率角；以及将所述丝束铺放在所述基板上，所述铺放的步骤包括沿着所述区段中的每个区段操纵所述丝束。
根据本发明的再一个方面，提供了一种制造单件式复合结构的方法，该单件式复合结构具有含有弯曲角的至少一个过渡区域，所述方法包括通过在基板上铺设预浸渍丝束来形成复合层状铺设件，所述铺设步骤包括：将所述弯曲角分成多个区段；以及沿着所述区段中的每个区段操纵所述预浸渍丝束。
所述方法有利的是，沿着所述区段中的每个区段操纵所述预浸渍丝束的步骤包括沿着均小于所述弯曲角的角度操纵所述丝束。
所述方法有利的是，操纵所述预浸渍丝束的步骤通过使用数字控制的先进纤维铺放机来执行。
有利的是，该方法进一步包括对数字控制器进行编程以自动地控制所述数字控制的先进纤维铺放机，编程步骤包括对所述数字控制器进行编程以在所述弯曲角的每个区段内操纵所述预浸渍丝束。
根据本发明的再一个方面，提供了一种通过所述方法制造的复合层状航空器机体构件。
特征、功能和优点可以在本公开内容的各种实施方式中独立地实现，或者可以另外其他实施方式中进行组合，参考如下描述和附图能够看得所述另外其他实施方式的其他细节。
附图说明
在所附权利要求中阐述被认为是图示实施方式的特性的新颖特征。然而，通过在结合附图阅读时参照本公开内容的图示实施方式的如下详细描述将最佳地理解这些图示实施方式及其优选使用模式、其他目的和优点，其中：
图1是根据所公开的方法生产的其中具有弯曲部的复合层状翼梁的立体图的图示。
图2是图1所示的复合层状翼梁的侧视图的图示，示出了具有陡角过渡区域的丝束。
图3是沿着图1中的线3-3截取的剖视图的图示。
图4是用于制造具有陡角过渡区域的复合层状结构的系统的框图的图示；
图5是在图2中标明为“图5”的区域的图示。
图6是在图5中标明为“图6”的区域的图示。
图7是根据丝束铺放方法的一个公开实施方式铺放在陡角过渡区域中的单个丝束的图的图示。
图8是根据丝束铺放方法的另一个公开实施方式铺放在陡角过渡区域中的单个丝束的图的图示。
图9是根据丝束铺放方法的又一个公开实施方式铺放在陡角过渡区域中的单个丝束的图的图示。
图10是根据丝束铺放方法的再一个公开实施方式铺放在陡角过渡区域中的单个丝束的图的图示。
图11是制作具有陡角过渡区域的单件复合结构的方法的流程图的图示。
图12是在基板上铺放预浸渍丝束的方法的流程图的图示，所述基板具有弯曲部，所述弯曲部具有在基板的过渡区域上延伸的曲率。
图13是示出了在图12所示的方法中如何操纵丝束的流程图的图示。
图14是在基板上铺放预浸渍丝束的方法的流程图的图示，所述基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角。
图15是在基板上铺放预浸渍丝束的方法的流程图的图示，所述基板具有在过渡区域上延伸的弯曲角。
图16是生产单件复合结构的方法的流程图的图示，该复合结构具有包含弯曲角的至少一个过渡区域。
图17是航空器生产和保养方法的流程图的图示。
图18是航空器的框图的图示。
具体实施方式
所公开的实施方式涉及利用预浸渍丝束的自动铺放制造具有陡角过渡区域的复合层状结构(诸如复合层状航空器翼梁)的方法。如下面将讨论的，所公开的方法有助于降低或减少丝束的聚集和起皱和/或结构中的应力集中。
图1、图2、图3和图5图示了根据所公开的方法制造的典型单件式复合层状结构20。复合层状结构20是细长的，并且包括与翼板24一体地形成的一对凸缘22。凸缘22具有高度H，并且沿着一体的弧形角部26过渡到翼板24内。复合层状结构20包括通过弯曲过渡区域28相连的两个大致笔直的细长部分30，所述弯曲过渡区域28在下面有时也被称为“陡角过渡区域”28或“过渡区域”28。如这里使用的，“陡角过渡区域”或“过渡区域”是指复合层状结构20的区域，该区域具有一个或多个曲线、轮廓或角度变化或其他几何结构特征或细部的变化，沿着该区域可能难以操纵和铺放一个或多个丝束32或者在该区域中丝束32可能受到聚集、起皱、纵弯和/或纤维扭曲。所图示的复合结构20可以例如但不限于为形成机体90(图13)的部件的翼梁或纵梁，而仅仅是可以使用所公开的方法制造的具有一个或多个过渡区域28的各种单件式复合层状结构的一个例示。
参照图4，可以使用数字控制的先进纤维铺放(AFP)机25将复合层状结构20铺设在诸如铺设心轴31的基板上，所述AFP机25由具有一个或多个含有程序指令(未示出)的控制程序29的控制器33操作。AFP机25可以包括材料铺放头27，该材料铺放头27在铺设心轴31上或由丝束32形成的底层或层板限定的基板上操纵、铺放和压实预浸渍丝束32的宽带。预浸渍丝束32在它们被铺放时的操纵由使用适合于该应用的控制程序29的控制器33控制。
图5和图6示出了已经在过渡区域28内围绕弯曲部35操纵并且放置在其中一个凸缘22上的一个典型丝束32的期望理想几何形状。弯曲部35连接至丝束32的笔直部分30并与该笔直部分30连续。笔直部分30相对于彼此形成弯曲角θ。在图示的应用中，弯曲部35具有基本恒定的曲率半径R，然而，在其他应用中，弯曲部35的曲率半径R可以恒定或者可以不恒定。换言之，弯曲部35可以具有恒定曲率，或者可以不具有恒定曲率。在弯曲部35具有恒定曲率半径R的情况下，诸如在图5中所示的示例中，过渡区域28可以被认为包括弯曲部35的弧长或者包括丝束32的弯曲角θ延伸经过的长度。
具体参照图6，由于弯曲部35的曲率，丝束32的内径36处于压缩37状态，而丝束32的外径34处于拉伸39状态。根据下面讨论的公开方法，丝束32以如下方式操纵和铺放，即：将内径压缩37减少到能将过渡区域28中的丝束32的可能聚集、起皱、纵弯和/或扭曲减少或消除的程度。
参照图7，在一个实施方式中，概括地说，所公开的方法包括在过渡区域28中围绕弯曲部35以多个区段(例如，区段42、44、46)铺设丝束32。每个区段42、44、46具有小于弯曲角度θ的角方位。区段42、44、46可以至少部分地跨越过渡区域28，或者可以完全跨越过渡区域28。在图7所示的实施方式中，区段42、44是弯曲的并且具有小于弯曲部35的曲率的角方位或曲率角Φ，而区段46是具有小于弯曲角θ的角方位的笔直区段。实际上，弯曲角θ被分成多个区段，例如区段42、44、46(图7)，这些区段一起形成期望的弯曲部35的近似。更具体地说，弯曲角θ被分成可以为笔直或者为弯曲的n个独立区段，其中n为2或大于2的数字。所述n个区段可以通过一个或多个笔直区段46相接或可以不通过一个或多个笔直区段46相接，或者可以包括一个或多个笔直区段46，并且一起可以跨越整个过渡区域28。
在另一个实施方式中，该方法包括将丝束32以至少第一区段和第二区段铺设在过渡区域28内，其中第一区段和第二区段中的每个区段都具有小于弯曲部35的曲率的角方位。在以下讨论的一个变型中，第一区段和第二区段中的每个区段都是弯曲区段58(图9)，并且具有心轴弯曲角θ的曲率角Φ。在下面讨论的另一个实施方式中，第一区段和第二区段中的每个区段为基本笔直区段50(图10)，该笔直区段50具有小于弯曲角θ的角方位。在又一个实施方式中，丝束32可以以笔直区段50和弯曲区段58的任何组合布置在过渡区域内，笔直区段50和弯曲区段58中的每个都具有小于弯曲角θ的角方位。如下面将更详细地描述的，在弯曲角θ被分成许多相对较短、略微弯曲的弯曲区段时，使用一个或多个笔直区段46可能是不必要的。在一个实施方式中，可以将弯曲角θ分成n个独立区段42、44，其中区段42、44中的每个都具有近似θ/n的曲率角Φ。尽管被铺放在n个独立区段中，但每个丝束32在整个弯曲部35中都是连续的。
例如，图7示出了铺放在丝束32的两个基本笔直部分30之间的过渡区域28内的连续丝束32中的弯曲部35。丝束32中的弯曲部35是通过沿着两个弯曲区段42、44和在两个弯曲区段42、44之间延伸的基本笔直区段46的方向上操纵预浸渍丝束32形成的。两个弯曲区段42、44中的每个可以具有恒定曲率半径R1，或者可以不具有恒定曲率半径R1，并且均具有大小均小于弯曲角θ的曲率角Φ。两个弯曲区段42、46的曲率半径R1和曲率角Φ可以基本相同，或者可以彼此不同。
如图7所示，连续丝束32的区段42、44、46分别具有可以根据具体应用和弯曲部35的几何形状而变化的长度L1、L2、L3。当将连续丝束32铺放在陡角过渡区域28中时，在从位于其中一个笔直部分30的一端的开始点45沿着其中一个弯曲区段42到结束点47的弯曲路径上操纵丝束32，然后在从结束点47沿着笔直区段46到第二弯曲区段44的开始点49的基本笔直线操纵丝束32。然后在从开始点49到弯曲区段44的结束点55的弯曲路径上操纵丝束32。在丝束32通过AFP机25(图4)铺放的实施方式中，开始点和结束点，例如45、47、49、55代表材料铺放头27的方向变化。
在图7所示的示例中，过渡区域28内的丝束32中的弯曲部35是通过将过渡区域28分成三个区段42、44、46形成的，然而，以少至丝束32的两个区段来形成弯曲部35也是可行的，例如，形成单个弯曲区段42和单个笔直区段46。通过使用曲率角Φ小于弯曲角θ的弯曲区段42，减小了过渡区域内的丝束32的内径36上的压缩37量(图6)，由此减少了丝束的可能聚集以及相关的起皱和/或纤维扭曲。在过渡区域28中与一个或多个笔直区段46组合地使用一个或多个弯曲区段42同样减小了可能的起皱和/或纤维扭曲，因为每个笔直区段46通过减小压缩力(由于沿着弯曲区段42、44操纵丝束32而使得可能在丝束32中积累压缩力)为丝束32提供了“放松”的机会。
图8示出了陡角过渡区域28中的弯曲部35，其中在多个弯曲区段58和(位于弯曲区段58之间的)多个笔直区段50之间交替操纵丝束32。在笔直路径(即，笔直区段50)和弯曲路径(即，弯曲区段58)之间改变丝束操纵的点在62处示出。笔直区段50的长度L1和弯曲区段58的长度L2将取决于具体应用(包括弯曲角θ)。L1中的一些长度或全部长度可以彼此相等或彼此不等。类似地，长度L2中的一些长度或全部长度可以彼此相等或彼此不等。与在之前的示例中一样，每个弯曲区段58都具有小于弯曲角θ的曲率角Φ。
现在参照图9，通过沿着多个连续的弯曲区段58(每个弯曲区段58都具有小于弯曲角θ的曲率角Φ)操纵丝束32而在陡角过渡区域28内围绕弯曲部35铺放丝束32也是可行的。弯曲区段58的曲率角Φ以及弯曲区段58的长度L2可以彼此相同或彼此不同。
图10示出了丝束32的另一个示例，该丝束32已经以多个区段50在过渡区域28内围绕弯曲部35操纵，以便减少或消除丝束起皱和/或扭曲。在该实施方式中，每个区段50都是笔直区段50并具有长度L1。笔直区段50的长度L1在大小上可以彼此相同或可以彼此不同。每个笔直区段50相对于参考轴线65具有小于弯曲角θ的角方位Φ。区段50的数量将随着具体应用而改变，但是通常使用更大数量的区段50将得到丝束32的期望曲率的更接近的近似，以形成弯曲部35。
现在注意图11，图11概括地示出了通过自动铺放预浸渍丝束32制造在陡角过渡区域28中具有弯曲部35的单件式复合结构20的方法的总体步骤。该方法可以以步骤64开始，其中对数字控制器33进行编程，以通过在过渡区域28内以不同区段42、44、46铺设每个丝束32来形成单件式复合结构20的弯曲部35，其中每个区段42、44、46具有在大小上小于弯曲角θ的曲率角Φ。尽管以不同的区段42、44、46进行铺放，但是每个丝束32在整个过渡区域28中是连续的。对数字控制器33进行编程包括对数字控制器33进行编程以在弯曲角θ的每个区段内操纵连续的预浸渍丝束。在步骤66，使用由控制器33操作的数字控制的先进纤维铺放机25铺设复合结构20。步骤66包括使用控制器33通过将每个丝束32以n个不同区段铺放在过渡区域28内来形成弯曲部35。在步骤68，将单件式复合层状铺设件20固化，并且在步骤70可以根据需要对固化的单件式复合结构20进行修整和精修。
图12示出了在基板上铺放预浸渍丝束的方法，所述基板具有在该基板中的过渡区域上延伸的弯曲部，该弯曲部具有曲率。在步骤74，将丝束以第一区段铺设在过渡区域内，其中丝束中的该第一区段具有小于弯曲部的曲率的角方位。在步骤76，将丝束以第二区段铺设在过渡区域内，其中丝束中的该第二区段具有小于弯曲部的曲率的角方位。在步骤78，对数字控制器进行编程，并且在步骤80，使用数字控制器来控制先进纤维铺放机，采用该纤维铺放机将丝束以第一和第二区段进行铺设。图13示出了在区段中铺设丝束的步骤74和76。如步骤82所示，在从沿着第一区段的开始点到沿着第一区段的结束点的第一方向上操纵丝束。在一些实施方式中，第一区段可以是弯曲的。在步骤84，丝束的操纵方向在第一区段的结束点处改变。在步骤86，在从第一区段的结束点到第二区段的结束点的第二方向上操纵丝束。在一些实施方式中，第二区段可以是笔直的。
现在注意图14，图14示出了在具有在过渡区域上延伸的弯曲角的基板上铺放预浸渍丝束的方法，该方法包括将每个丝束以多个区段铺放在基板上，其中每个丝束的至少一些区段具有小于弯曲角的曲率角。
图15示出了在具有在过渡区域上延伸的弯曲角θ的基板上铺放预浸渍丝束的方法。在步骤90，将弯曲角θ分成n个独立区段，其中每个区段具有近似θ/n的曲率角。在步骤92，将丝束铺放在基板上，并且沿着每个区段操纵丝束。
现在注意图16，图16示出了制造具有至少一个含有弯曲角的过渡区域的单件式复合结构的方法的步骤。该方法包括在步骤94通过在基板上铺设预浸渍丝束形成复合层状铺设件，所述铺设包括将弯曲角分成多个区段以及沿着每个区段操纵预浸渍丝束。在步骤96，可以对数字控制器进行编程，以自动地控制数字控制的先进纤维铺放机，以在弯曲角的每个区段内操纵预浸渍丝束。
该公开内容的实施方式可以用于各种潜在应用，特别是在交通运输业中，例如包括航空航天、船舶、汽车应用以及可以使用单件式弯曲或波状外形的复合结构构件(诸如翼梁、纵梁和类似加强件)的其他应用。这些结构构件可能具有一个或多个陡角过渡区域。因而，现在参照图17和图18，该公开内容的实施方式可以用在如图17所示的航空器制造和服役方法98和如图18所示的航空器100的环境中。所公开的实施方式的航空器应用可以例如但不受限制地包括机体116(图18)的各种部件，诸如具有陡角过渡区域28的翼梁87和纵梁89。在预生产过程中，示例性方法98可以包括航空器100的定型和设计102以及材料采购104。在生产过程中，进行航空器100的部件和组件制造106以及系统集成108。之后，航空器100可以经受认证和交付119以进行服役112。当在客户处服役时，航空器100应该进行日常维修和维护114，所述日常维修和维护可以包括改型、改造、翻新以及其他维修或维护。在航空器100的日常维修和维护114的过程中，可以使用单件式弯曲或波状外形的复合层状结构作为替换部件。
航空器制造和服役方法98中的每一过程都可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如客户)来执行或进行。为了便于描述，系统集成商可以包括但不限于任意数量的航空器制造商和大系统分包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、分销商以及供应商；操作者可以是航空公司、租赁公司、军方实体、服务机构等。
如图18所示，通过示例性方法98生产的航空器100可以包括具有多个系统118和内部构造120的机体116。如前所述，机体116可以包括根据以上所述的公开方法制造的翼梁87、纵梁89或各种其他波状外形的单件式结构构件。翼梁87和/或纵梁89中的一个或多个可以具有一个或多个陡角过渡区域28。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中的一个或多个。可以包括任意数量的其他系统。尽管示出了航空航天应用，但是该公开内容的原理可以应用于其他工业，诸如船舶和汽车工业。
在制造和服役方法98的任何一个或多个阶段期间可以采用这里实施的系统和方法。例如，与制造过程106对应的部件或组件可以以与航空器100服役的同时生产的组件或组件类似的方式生产或制造。另外，可以在制造阶段106和108期间例如通过显著加速航空器100的组装或降低成本来利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或设备实施方式和方法实施方式的组合。类似地，可以利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或设备实施方式和方法实施方式的组合来生产在航空器100的维修和维护88中使用的具有陡角过渡区域28的单件式波状外形的复合结构。
如这里使用的，术语“…中的至少一个”当与一列项目一起使用时是指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能需要该列中的每个项目中的仅一个项目。例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一个”可以不受限限制地包括项目A、项目A和项目B、或项目B。该示例还可以包括项目A、项目B和项目C或项目B和项目C。所述项目可以是具体物体、事物或种类、换言之，“…中至少一个”是指任意组合项目，并且可以使用来自所述列的任何数量的项目，但是不需要该列中的所有项目。
已经为了图示和描述的目的提供了不同图示实施方式的描述，并且该描述并不是穷尽的或限于所公开的形式的实施方式。许多修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。另外，不同的图示实施方式在与其他图示实施方式相比时可以提供不同的优点。选择并描述所选的实施方式或多个实施方式是为了更好地说明这些实施方式的原理、实践应用，并且为了使得本领域的其他技术人员能够理解各种实施方式的公开内容，各种实施方式具有适合于所设想的实践应用的各种修改。

Claims (10)

1.一种在基板上铺放预浸渍丝束的方法，所述基板具有在该基板中的过渡区域上延伸的弯曲部，该弯曲部具有曲率，该方法包括：
将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内，其中，所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都具有小于所述弯曲部的所述曲率的角方位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝束的所述第一区段和所述第二区段至少部分地跨越所述过渡区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弯曲部具有弯曲角，并且所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都是弯曲的并且具有小于所述弯曲角的曲率角。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝束具有与所述过渡区域中的所述弯曲部的形状近似的形状。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的至少一个区段是基本笔直的，并且所述丝束的所述第一区段和所述第二区段中的另一个区段是弯曲的。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：
对数字控制器进行编程；以及
使用所述数字控制器来控制先进纤维铺放机，并且
其中，将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内的步骤是通过所述先进纤维铺放机来执行的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述丝束以至少第一区段和第二区段铺设在所述过渡区域内的步骤包括：
在从沿着所述第一区段的开始点到沿着所述第一区段的结束点的第一方向上操纵所述丝束；
在所述第一区段的所述结束点处改变所述丝束的操纵方向；以及
在从所述第一区段的所述结束点到所述第二区段的结束点的第二方向上操纵所述丝束。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一区段和所述第二区段中的每个区段都是基本笔直区段。
9.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：
将所述丝束中的每个丝束以多个区段铺放在所述基板上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一区段和所述第二区段包括至少两个弯曲区段和连接所述两个弯曲区段的基本笔直区段。
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