CN105270599A - 可塌缩卷曲芯棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可塌缩卷曲芯棒(40)，用于共固化诸如飞行器构造中的纵梁(16)的中空碳-环氧结构，该可塌缩卷曲芯棒(40)由用掺杂材料(49)加强的纤维(48)制成，所述掺杂材料(49)维持着当在铺放和固化期间用作芯棒时抵抗外部压缩力的外线圈形状(28)，并且当纤维(48)的一端沿着其纵轴被牵拉时可塌缩卷曲芯棒(40)而可塌缩，使之可以在固化之后被容易地去除并被弃置。一种制造可塌缩卷曲芯棒(40)的方法采用具有成形凹部的模具，用于形成具有用掺杂材料(49)浸湿的纤维(48)的、由施用器(54)馈入的线圈，并且旋转施用器(54)同时使之退出以将线圈(42)形成在模具中。在可替代实施方式中，可塌缩卷曲芯棒(40)可由具有芯棒形状的横截面并且套入保护性衬里(44)中的金属线圈形成。

Description

可塌缩卷曲芯棒
技术领域
本公开总体涉及用于制造共固化碳-环氧结构的可去除的芯棒，并且更特别地涉及这样的可塌缩卷曲芯棒：其便于在铺放期间减少或消除碳-环氧结构的外叠层的翘曲，并且在共固化该碳-环氧结构之后能够容易且干净地去除。
背景技术
碳-环氧结构包括包埋在树脂(通常是环氧树脂)基体中的多个碳纤维，用于将碳纤维支撑和结合在一起，并且可设置为预浸渍结构或“预浸渍体”结构。
碳-环氧结构坚固又轻巧，因此通过自身到或者共固化到其它碳-环氧结构而应用于广泛的行业之中。例如，在飞行器工业中，飞行器机翼包括共固化型碳-环氧结构，为机翼提供足够的强度来应对在飞行期间施加于机翼上的气动载荷，并且重量足够轻以适应飞行器的需求。飞行器机翼及其它飞行器结构通常形成有与外叠层(诸如飞行器蒙皮)共固化的加强筋或“纵梁”阵列。纵梁可制造为各种横截面的预浸渍体，诸如工形梁、Z或“帽形”横截面。“帽形纵梁”一般由一对腹板形成，腹板从基部向上延伸并且连接在封闭帽形横截面容积的帽形状中。
铺放方法通常用于共固化纵梁与飞行器蒙皮。同样形成为预浸渍体的飞行器蒙皮被铺放到纵梁上，以覆盖帽形横截面容积并且形成中空内容积。足够的热量和压力由压热器(autoclave)或类似的方法施加，以将纵梁与飞行器蒙皮共固化在一起。可去除的芯棒常常插入到中空内容积中，以在固化期间支撑中空内容积。纵梁向施加在飞行器蒙皮上的载荷提供加强筋阻力，同时纵梁的中空内容积相对于其加强筋强度而言提供较轻的重量。上述工艺可用来共固化任何类型的碳-环氧结构，例如，将飞行器蒙皮共固化到肋、梁和其它飞行器结构部件而不会损害飞行器蒙皮。
形成用于飞行器构造的中空帽形纵梁并且在以可去除的内芯棒作为支撑的情况下将纵梁共固化到飞行器蒙皮的常规设备和方法的示例例示在图1至图4中。如图1例示的，开槽面板10具有多个以一角度间隔隔开并且在总体纵长或纵向方向L上延伸的沟槽12。在该示例中，沟槽12具有总体梯形的帽形横截面，其中角部平滑地弯曲并以圆角过渡到底平面14。其它的沟槽横截面形状也是可行的，举几个例子诸如是半圆形沟槽或V形沟槽。开槽面板10可由复合材料制成，诸如碳纤维或环氧树脂基体中的织物。其它材料可单独或组合地用以制造开槽面板10，并且其它材料可与复合材料组合。材料或材料组合具有面板合成热膨胀系数CTE箍(由图1的双箭头指示)。
图2至图4是例示形成纵梁16的常规方法各阶段的横截面端视图，纵梁16使用图1示出类型的开槽面板10共固化到飞行器蒙皮。纵梁16的横截面具有带侧壁18和端凸缘部20a、20b的梯形的帽形状。参照图2，纵梁16定位在形成在开槽面板10中的其中一个帽形沟槽12中。纵梁16的侧壁18具有内表面22，内表面22在帽形纵梁16内限定出中空内容积24。刚性帽形芯棒26定位在纵梁16的中空内容积24内，使得帽形芯棒26的外表面28与纵梁16的内表面22支撑着接触，以在铺放和固化期间所施加的压缩力下维持纵梁16的形状。
参照图3，一旦芯棒26定位在形成纵梁16的中空内容积24的侧壁18内部，外衬底层30就叠压在面板10、纵梁端凸缘部20a、20b和芯棒26上方，以形成飞行器蒙皮。与纵梁16类似，外衬底层30可以是预浸渍体碳-环氧结构。通过用压热或类似的方法施加足够的热量和压力而使外衬底层30与纵梁16共固化。外衬底层30通过共固化到纵梁16的凸缘部20a、20b和芯棒26的外表面28而结合。
参照图4，固化可这样执行：首先将可压缩垫或网膜片(caulsheet)32定位在外衬底层30上方，并且将真空袋34定位在网膜片32和外衬底层30上方以便形成用于压热的加压环境。然后排空真空袋34和外衬底层30之间的空气空间，以在外衬底层30、纵梁16的端凸缘部20a、20b和芯棒26的外表面28上施加均匀压力。然后使用压热器在固化温度下同时在真空下将外衬底层30共固化到开槽面板10、纵梁16的端凸缘部20a、20b和芯棒26的外表面28。固化之后，将外衬底层30从网膜片32和真空袋34分离，并且去除纵梁16的中空内容积24中的芯棒26。芯棒26的外表面28可由在固化后从纵梁16内表面22释放以允许去除芯棒26的材料制成或处理。
多种芯棒中的任一种可用来共固化具有中空内部容积的共固化型碳环氧树脂结构。例如，存在硬橡胶类型的芯棒，其可插入纵梁的横截面容积中，但该类型的芯棒已被证实在固化之后难以从纵梁去除。也存在消耗性类型的芯棒，其可在固化之后被溶解，但该类型的芯棒需要麻烦而不切实际的溶解工艺。其它类型是可重复使用的弹性芯棒系统(REMS)，其实质上是富含陶瓷珠的橡胶芯棒。然而，REMS类型的芯棒与更长的纵梁长度一起使用可能是不切实际的。
常用的芯棒类型是可加压柔性囊状物(bladder)，其提供大小相等方向相反的膨胀力，以便在高达约100psi的固化压力期间不产生塌缩。然而，囊状物类型的芯棒在铺放或侵位(emplacement)期间不被加压，这可允许外叠层翘曲并导致随后操作中的诸多问题。而且，囊状物类型的芯棒可能不便于使用，因为它可以导致外叠层起皱，可以具有每次运行必须检查的潜在泄漏，每次运行必须插入和去除，和/或更换成本高。
因此可期望的是提供改进类型的芯棒用于共固化中空碳-环氧结构，其可以在铺放期间减少或消除外叠层的翘曲，并且在共固化碳-环氧结构之后能够容易而干净地去除。
发明内容
依据本公开中的优选实施方式，提供了一种用于共固化中空碳-环氧结构的可塌缩卷曲芯棒。所述可塌缩卷曲芯棒由经掺杂材料浸湿的纤维制成，所述掺杂材料为纤维提供干燥时的刚度特性。用掺杂材料浸湿的所述纤维形成有线圈匝，所述线圈匝沿着纵轴延伸并且在干燥时维持外线圈形状，当用作芯棒时在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间，所述外线圈形状抵抗外部压缩力。所述可塌缩卷曲芯棒通过当用掺杂材料浸湿的所述纤维的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力可轴向塌缩，使得所述可塌缩卷曲芯棒能够在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置。
所述可塌缩卷曲芯棒被容纳在保护性衬里内。所述保护性衬里提供保护边界来防止树脂在共固化期间熔融到所述卷曲芯棒中。用于形成所述可塌缩卷曲芯棒的优选纤维可以是足够多孔以吸收流体掺杂材料并且能够以刚度特性干燥化以便在铺放和共固化期间抵抗压缩力的天然或合成纤维。优选纤维的拉伸强度大于所述掺杂材料干燥时的结合强度。优选的掺杂材料可以是悬浮在水流体中的陶瓷粉末。在优选应用中，所述可塌缩卷曲芯棒以适用于用作形成飞行器构造中的纵梁的芯棒的线圈形状、尺寸和线圈密度形成。所述可塌缩卷曲芯棒可具有用于形成帽形纵梁的梯形或帽形横截面。
还提供了一种制造可塌缩卷曲芯棒的方法。在所述方法中，提供具有上模具半体和下模具半体的模具，所述上模具半体和下模具半体沿着纵轴延伸并且具有互补性形状的半体凹部，所述半体凹部彼此面对并一起形成所述模具的组合模具凹部。将施用器(applicator)插入通过所述模具的组合模具凹部的敞开端，以馈送用掺杂材料浸湿的纤维，所述掺杂材料向所述纤维提供干燥时的刚度特性。用所述掺杂材料浸湿的所述纤维被从所述施用器的输出端挤出，以形成具有线圈匝的线圈，通过旋转所述施用器同时使所述施用器退出所述模具的组合模具凹部而将所述线圈匝填充到所述模具的组合模具凹部中。用掺杂材料浸湿的所述纤维在所述模具的组合模具凹部中被干燥，使得当用作形成中空碳-环氧结构的芯棒时所得到的线圈具有刚度特性以在随后铺放和固化期间抵抗压缩力，并且线圈通过当所述线圈的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之可以在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置。
在可替代实施方式中，可塌缩卷曲芯棒可由具有线圈匝的金属线圈和在所述金属线圈上方套入的保护性衬里形成，所述线圈匝沿着纵轴延伸并且维持外线圈形状，在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间所述外线圈形状抵抗外部压缩力，所述可塌缩卷曲芯棒通过当所述金属线圈的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之可以在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置，所述保护性衬里由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒从所述中空碳-环氧结构的内表面释放的材料制成。可使用的金属示例是钢丝。所述金属线圈可以制成多种芯棒形状中的任一种。
进一步，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种用于共固化中空碳-环氧结构的可塌缩卷曲芯棒，所述可塌缩卷曲芯棒包括：
经掺杂材料浸湿的纤维，所述掺杂材料为纤维提供干燥时的刚度特性，所述纤维形成有线圈匝，所述线圈匝沿着纵轴延伸并且在干燥时维持外线圈形状，当用作芯棒时在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间，所述外线圈形状抵抗外部压缩力，所述可塌缩卷曲芯棒通过当所述纤维的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使得在固化之后所述可塌缩卷曲芯棒能够被容易地从所述中空碳-环氧结构去除。
条款2.根据条款1所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述线圈匝被容纳在保护性衬里内。
条款3.根据条款2所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述保护性衬里由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒从所述中空碳-环氧结构的内表面释放的材料制成。
条款4.根据条款2所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述保护性衬里材料是弹性体、增强硅橡胶或合成橡胶含氟聚合物。
条款5.根据条款1所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，用于形成所述可塌缩卷曲芯棒的纤维是足够多孔以吸收所述掺杂材料并且拉伸强度大于所述掺杂材料在干燥时的结合强度的天然或合成纤维。
条款6.根据条款1所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述掺杂材料是悬浮在水流体中的陶瓷粉末。
条款7.根据条款1所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述可塌缩卷曲芯棒具有适用于用作形成飞行器构造中的纵梁的芯棒的线圈形状、尺寸和线圈密度。
条款8.根据条款1所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述可塌缩卷曲芯棒具有梯形或帽形横截面，用于形成具有梯形或帽形横截面的中空碳-环氧结构。
条款9.一种用于共固化中空碳-环氧结构的可塌缩卷曲芯棒，所述可塌缩卷曲芯棒包括：
具有线圈匝的金属线圈，所述线圈匝沿着纵轴延伸并且维持外线圈形状，在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间所述外线圈形状抵抗外部压缩力，所述金属线圈通过当所述金属线圈的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之能够在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置，以及
在所述金属线圈上方套入的保护性衬里，所述保护性衬里由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒从所述中空碳-环氧结构的内表面释放的材料制成。
条款10.根据条款9所述的可塌缩卷曲芯棒，其中，所述金属线圈由钢丝制成。
条款11.一种制造可塌缩卷曲芯棒的方法，所述方法包括：
提供具有上模具半体和下模具半体的模具，所述上模具半体和下模具半体沿着纵轴延伸并且具有互补性形状的半体凹部，所述半体凹部彼此面对并一起形成所述模具的组合模具凹部；
将施用器插入通过所述模具的所述组合模具凹部的敞开端，并且将用掺杂材料浸湿的纤维馈入所述施用器，所述掺杂材料向所述纤维提供干燥时的刚度特性；
从所述施用器的输出端挤出用所述掺杂材料浸湿的所述纤维，以形成具有线圈匝的线圈，通过旋转所述施用器同时使所述施用器退出所述模具的所述组合模具凹部而将所述线圈匝填充到所述模具的所述组合模具凹部中；以及
用掺杂材料浸湿的所述纤维在所述模具的所述组合模具凹部中被干燥，使得当用作形成中空碳-环氧结构的芯棒时所得到的线圈具有刚度特性以在随后铺放和固化期间抵抗压缩力，并且通过当所述线圈的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之可以在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置。
条款12.如条款11所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：将所述可塌缩卷曲芯棒套入保护性衬里内。
条款13.如条款12所述的方法，其中，所述保护性衬里由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒从所述中空碳-环氧结构的内表面释放的材料制成。
条款14.如条款13所述的方法，其中，所述保护性衬里材料是弹性体、增强硅橡胶或合成橡胶含氟聚合物。
条款15.如条款11所述的方法，其中，所述纤维是足够多孔以吸收掺杂材料并且拉伸强度大于所述掺杂材料在干燥时的结合强度的天然或合成纤维。
条款16.如条款11所述的方法，其中，所述掺杂材料是悬浮在水流体中的陶瓷粉末。
条款17.如条款11所述的方法，其中，所述可塌缩卷曲芯棒以在纵梁铺放和固化期间的线圈形状、尺寸和线圈密度形成。
条款18.一种根据条款11制造可塌缩卷曲芯棒的方法，其中，所述可塌缩卷曲芯棒具有梯形或帽形横截面，用于形成具有梯形或帽形横截面的中空碳-环氧结构。
条款19.一种制造可塌缩卷曲芯棒的方法，所述方法包括：
提供具有线圈匝的金属线圈，所述线圈匝沿着纵轴延伸并且维持外线圈形状，在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间所述外线圈形状抵抗外部压缩力，所述可塌缩卷曲芯棒通过当所述金属线圈的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之可以在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置，以及
在所述金属线圈上方套入保护性衬里，所述保护性衬里由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒从所述中空碳-环氧结构的内表面释放的材料制成。
条款20.如条款19所述的方法，其中，所述金属线圈由钢丝制成。
本公开中各实施方式的其它目的、特征及优点将参考附图在以下详细描述中说明。
附图说明
图1例示用于形成具有纵梁的飞行器蒙皮的常规开槽面板。
图2至图4是例示用于使用图1示出的开槽面板形成具有纵梁的飞行器蒙皮的常规方法的各阶段的横截面端视图。
图5示出可塌缩卷曲芯棒的横截面视图。
图6是例示用来共固化纵梁与开槽面板的可塌缩卷曲芯棒的横截面端视图。
图7A至图7E是例示制造可塌缩卷曲芯棒的优选方法的各阶段的一系列视图。
具体实施方式
在以下详细描述中，描述了某些优选实施方式以例示本公开中用于制造可塌缩卷曲芯棒40(在图5和6示出)以及根据背景技术所述类型的共固化方法使用可塌缩卷曲芯棒40来共固化中空碳-环氧结构的原理。
在优选使用环境中，可塌缩卷曲芯棒40可用于形成与飞行器蒙皮共固化的纵梁。然而，本领域技术人员将认识到，本公开中的原理可实践在其它类似应用或环境和/或例示性实施方式的其它类似或等同变型之中。应当指出的是，为本发明领域普通技术人员所公知的那些方法、过程、部件或功能不会详细地描述，以避免不必要地掩盖优选实施方式的简明描述。
参照图5，可塌缩卷曲芯棒40包括套入保护性衬里44中的掺杂加强纤维线圈(dopingstiffenedfibercoil)42。掺杂加强纤维线圈42的终端42a暴露于保护性衬里44的敞开端46，以允许沿着纵轴L的轴向方向上牵拉终端42a，以使掺杂加强纤维线圈42塌缩并且在固化之后被容易地从碳-环氧结构去除。
在优选实施方式中，掺杂加强纤维线圈42由用流体掺杂材料49(例如在下面描述的图7B中示出)浸湿的天然或合成纤维48形成。纤维48应当足够多孔以吸收掺杂材料49并且能够以刚度特性干燥化，便于形成掺杂加强纤维线圈42并且在铺放和共固化期间抵抗压缩力。纤维48可优选地具有大于干燥后掺杂材料49的结合强度的拉伸强度，使得掺杂加强纤维线圈42的终端42a可以在轴向方向上被牵拉，以在不破坏纤维48的情况下破坏干燥后掺杂材料49的结合。
优选的掺杂材料49是悬浮在水流体中的陶瓷粉末。示例为可从瑞士Ngnikon-Uster的AeroConsultants有限公司商购的C-Aquapor。C-Aquapour是容易与水混合的粉状掺杂材料。它可倒入或注入模具，以形成用于复合材料铺放的复杂芯棒。C-Aquapour易溶于自来水并且可以容易地从成品件冲走。优选的掺杂材料应当能够承受约350℉的温度。干燥时，掺杂材料49浸渍到纤维48中并且将刚度特性赋予所得的掺杂加强纤维线圈42，使得当在随后铺放和固化共固化型碳-环氧结构期间所施加的压缩力下用作芯棒时，掺杂加强纤维线圈42可以维持其形状。在优选实施方式中，掺杂加强纤维线圈42应当能够在铺放期间承受高达约100psi或以上的压缩力，在共固化碳-环氧结构期间承受高达约15psi的真空。
在优选实施方式中，可塌缩卷曲芯棒40容纳在保护性衬里44内，以提供保护边界来防止树脂在共固化期间熔融到可塌缩卷曲芯棒40中。保护性衬里44可优选地选自提供期望阻隔性能的任何材料，并且也可具有紧接在固化之后从碳-环氧结构内表面释放以去除芯棒的特性。优选的衬里材料包括常用在O型圈中的类型的弹性体、增强硅橡胶或合成橡胶含氟聚合物以及其它模制品或挤压品。
如图6示出的，包括容纳在保护性衬里44中的掺杂加强纤维线圈42的可塌缩卷曲芯棒40可用于形成飞行器构造中的帽形纵梁16。如先前关于在图1至图4中例示的常规纵梁形成方法所描述的，帽形纵梁16具有梯形形状的侧壁18和端凸缘部20a、20b。纵梁16的侧壁18具有内表面22，内表面22在帽形纵梁16内限定出中空内容积24。对于该示例以帽形横截面制造的可塌缩卷曲芯棒40被定位在纵梁16的中空内容积24内，使得可塌缩卷曲芯棒40的外表面28与纵梁16的内表面22支撑着接触，以在铺放和固化期间所施加的压缩力下维持其形状。可塌缩卷曲芯棒40的外径与中空内容积24的内径基本相同。固化之后，通过在可塌缩卷曲芯棒40的终端42a上牵拉导致掺杂材料49裂开并且导致掺杂加强纤维线圈42在轴向方向上塌缩，使之可以被牵拉出纵梁16的中空内容积24，而使可塌缩卷曲芯棒40从纵梁16去除。当塌缩时，可塌缩卷曲芯棒40的外径小于中空内容积24的内径。
在优选应用中，可塌缩卷曲芯棒40以适用于用作形成飞行器构造中的纵梁的芯棒的线圈形状、尺寸和线圈密度形成。针对其它应用，可使用其它线圈形状、尺寸和密度。例如，所公开的可塌缩卷曲芯棒40以帽形横截面形成，用于制造具有梯形或帽形横截面(带有帽形中空内容积24)的碳-环氧结构。然而，本领域技术人员将认识到，所公开的原理可类似地实践于以其它横截面形状形成的可塌缩卷曲芯棒，用于制造具有中空内容积(带有其它横截面形状)的碳-环氧结构。可塌缩卷曲芯棒的横截面形状应当匹配于期望的碳-环氧结构的中空内容积的横截面形状。另外，可塌缩卷曲芯棒40的压缩强度可增加，以使该技术能够用在其它应用中。更具体地，通过增加用于形成掺杂加强纤维线圈42的材料量，纤维48的厚度可增加，由此增加可塌缩卷曲芯棒40的结构一体性。这也可以通过减少掺杂加强纤维线圈42中相邻线圈之间的空间来完成，使得所得到的芯棒更厚并且具有更大的结构一体性并增加刚度，等。
制造可塌缩卷曲芯棒40的优选方法例示在图7A至图7E中。参照图7A，用于形成可塌缩卷曲芯棒40的模具50可包括在纵轴L方向上延伸的上模具半体50A和下模具半体50B。模具半体50A和50B具有模具凹部51A和51B，模具凹部51A和51B彼此面对配对在一起，形成组合模具凹部51A、51B以在其中形成可塌缩卷曲芯棒40。模具可由金属、木材或其它类型的硬材料制造。
如图7B示出的，插头53可作为止动器插入由模具50的配对模具半体50A、50B形成的组合模具凹部51A、51B的一端52A，在组合模具凹部51A、51B的相对端留下敞开端52B。长而细的管状施用器54可插入组合模具凹部51A、51B的敞开端52B，并且具有输出端54A和输入端54B用于馈入用掺杂材料49浸湿的纤维48，以在组合模具凹部51A、51B中形成掺杂加强纤维线圈42。掺杂材料49可通过刮刀或从储槽55施加到纤维48。纤维48可直接从储槽55通过馈送辊馈入施用器输入端54B。
如图7C示出的，用掺杂材料49浸湿的纤维48被馈入施用器54的输入端54B并在施用器54的输出端54A被挤出。随着纤维48被挤出，施用器输出端54A以圆周运动旋转，使得被挤出的掺杂纤维48形成线圈匝56，线圈匝56填充到模具50的模具半体50A、50B的组合模具凹部51A、51B中，从而呈现出与组合模具凹部51A、51B帽形横截面匹配的帽形线圈横截面。线圈匝56将呈现出由组合模具凹部51A、51B提供的任何形状。
随着施用器54的输出端54A的旋转，施用器54朝向组合模具凹部51A、51B的敞开端52B退出，从而在纵轴L的方向上形成一系列线圈匝56。在旋转其输出端54A并挤出掺杂纤维48的同时退出施用器54的速度将决定线圈的间距和汇集密度(packingdensity)，即，更快的退出速度将造成更少的线圈和在其间更宽的间距，而更慢的退出速度造成更多的线圈和更紧的汇集密度。优选的退出速度，以及由此的线圈汇集密度，将取决于在铺放和共固化期间抵抗压缩力的期望量。掺杂纤维48应当以恒定速度馈入施用器54，以在均匀成形线圈的情况下获得期望的汇集密度。
为了在其所得形状中形成线圈，馈入的纤维48填充进并且符合组合模具凹部51A、51B的横截面形状。在优选实施方式中，组合模具凹部51A、51B的横截面形状形成梯形横截面形状或帽形，以用作形成帽形纵梁的芯棒。然而，应当理解的是，组合模具凹部51A、51B的横截面形状可以具有多种尺寸和形状中的任一种，并且该线圈成形技术可以因此用于形成任何期望尺寸和横截面形状的芯棒。
如图7D示出的，线圈成形工艺继续，直到形成完整的线圈60并留下终端60A为止。然后干燥完整的线圈60以形成掺杂加强纤维线圈42并从模具50去除。如图7E示出的，如上所述，然后将掺杂加强纤维线圈42插入管状保护性衬里44，形成可塌缩卷曲芯棒40。
在可替代实施方式中，可塌缩卷曲芯棒40可由具有沿着纵轴延伸的线圈匝并且维持外线圈形状的金属线圈形成，该外线圈形状使之在随后的铺放和固化中空碳-环氧结构期间抵抗外部压缩力。金属线圈可通过任何公知的线材成形方法(本文不进一步描述)以芯棒形状的横截面或其它横截面形状预制。可使用的金属示例是能够承受压热器温度而不会退化以及室温下高达约100psi的压缩载荷的钢丝。当施加的剪切力大于将金属线圈维持其预制形状的阻力时，金属线圈可轴向塌缩，使得卷曲芯棒能够通过在金属线圈一端被牵拉并由此使金属线圈塌缩而被容易地去除。金属线圈可以制成多种芯棒形状中的任一种。
当然，给出实施本公开原理的上述优选实施方式的描述，可设计许多修改和变型。例如，所公开类型的可塌缩线圈芯棒可用于制造具有任何形状或尺寸并且在广泛行业中的零部件。所有这样的修改和变型意在被认为在如以下权利要求限定的本公开的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种用于共固化中空碳-环氧结构的可塌缩卷曲芯棒(40)，所述可塌缩卷曲芯棒(40)包括：
经掺杂材料(49)浸湿的纤维(48)，所述掺杂材料(49)为所述纤维(48)提供干燥时的刚度特性，所述纤维(48)形成有线圈匝(56)，所述线圈匝(56)沿着纵轴延伸并且在干燥时维持外线圈形状，当用作芯棒时在随后铺放和固化中空碳-环氧结构期间，所述外线圈形状抵抗外部压缩力，所述可塌缩卷曲芯棒(40)通过当所述纤维(48)的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使得在固化之后所述可塌缩卷曲芯棒(40)能够被容易地从所述中空碳-环氧结构去除。
2.根据权利要求1所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述线圈匝(56)被容纳在保护性衬里(44)内。
3.根据权利要求2所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述保护性衬里(44)由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒(40)从所述中空碳-环氧结构的内表面(22)释放的材料制成。
4.根据权利要求2所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述保护性衬里(44)的材料是弹性体、增强硅橡胶或合成橡胶含氟聚合物。
5.根据权利要求1所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，用于形成所述可塌缩卷曲芯棒(40)的所述纤维(48)是足够多孔以吸收所述掺杂材料(49)并且拉伸强度大于所述掺杂材料(49)在干燥时的结合强度的天然或合成纤维(48)。
6.根据权利要求1所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述掺杂材料(49)是悬浮在水流体中的陶瓷粉末。
7.根据权利要求1所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述可塌缩卷曲芯棒(40)具有适用于用作用于形成飞行器构造中的纵梁(16)的芯棒的线圈形状、尺寸和线圈密度。
8.根据权利要求1所述的可塌缩卷曲芯棒(40)，其中，所述可塌缩卷曲芯棒(40)具有梯形或帽形横截面，用于形成具有梯形或帽形横截面的中空碳-环氧结构。
9.一种制造可塌缩卷曲芯棒(40)的方法，所述方法包括：
提供具有上模具半体(50A)和下模具半体(50B)的模具(50)，所述上模具半体(50A)和所述下模具半体(50B)沿着纵轴延伸并且具有互补性形状的半体凹部，所述半体凹部彼此面对并一起形成所述模具(50)的组合模具凹部(51A，51B)；
将施用器(54)插入通过所述模具(50)的所述组合模具凹部(51A，51B)的敞开端(46)，并且将用掺杂材料(49)浸湿的纤维(48)馈入所述施用器(54)，所述掺杂材料向所述纤维(48)提供干燥时的刚度特性；
从所述施用器(54)的输出端(54A)挤出用所述掺杂材料(49)浸湿的所述纤维(48)，用于通过旋转所述施用器(54)同时使所述施用器(54)退出所述模具(50)的所述组合模具凹部(51A，51B)而形成填充到所述模具(50)的所述组合模具凹部(51A，51B)中的具有线圈匝(56)的线圈(42)；以及
用掺杂材料(49)浸湿的所述纤维(48)在所述模具(50)的所述组合模具凹部(51A，51B)中被干燥，使得当用作用于形成中空碳-环氧结构的芯棒(40)时所得到的线圈(42)具有刚度特性以在随后铺放和固化期间抵抗压缩力，并且线圈(42)通过当所述线圈(60)的一端在沿着所述纵轴的方向上被牵拉时所施加的剪切力而可轴向塌缩，使之能够在固化之后被容易地从所述中空碳-环氧结构去除并被弃置。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：将所述可塌缩卷曲芯棒(40)套入保护性衬里(44)内，其中所述保护性衬里(44)由在固化之后允许所述可塌缩卷曲芯棒(40)从所述中空碳-环氧结构的内表面(22)释放的材料制成。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述纤维(48)是足够多孔以吸收所述掺杂材料(49)并且拉伸强度大于所述掺杂材料(49)在干燥时的结合强度的天然或合成纤维(48)。
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