CN106965458A - 一种用于制造飞机结构部件的方法 - Google Patents

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Abstract

描述并示出了一种用于制造纤维复合材料的飞机结构部件的方法，其中提供由干纤维预成型件制成的半成品第一部件、由干纤维预制件或硬化纤维基体复合件制成的半成品第二部件，通过将半成品第一部件抵靠半成品第二部件放置而制备半成品飞机结构部件，使得第一连接表面靠在第二连接表面上，基体材料被注入通过半成品飞机结构部件，并且所述半成品飞机结构部件被固化。本发明目的是提供一种方法，其中改进了第一部件和第二部件之间的连接，同时飞机结构部件的重量不会显著增加，该目的是这样实现的，在注入基体材料通过所述半成品飞机结构部件之前，在所述第一连接表面和所述第二连接表面之间施加用于辅助粘附的中间层。

Description

一种用于制造飞机结构部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有第一部件和连接到第一部件的第二部件的纤维复合材料的飞机结构部件的方法，特别是注入(infusion)方法。
背景技术
飞机结构部件可以是例如机身壳或机翼罩壳，其中第一部件可以是蒙皮元件，第二部件可以是连接到蒙皮元件以支撑蒙皮元件的支撑元件，例如纵梁。通常该方法可包括以下步骤。
提供由干纤维预制件制成的半成品第一部件。半成品第一部件具有第一连接表面。此外，提供由干纤维预制件或硬化纤维基体复合材料制成的半成品第二部件。半成品第二部件具有用于连接到半成品第一部件的第一连接表面的第二连接表面。半成品第一和第二部件的干纤维预制件优选涉及没有用基体材料预浸渍(preimpregnated)的纤维。半成品第二部件的硬化纤维基体复合材料优选涉及至少部分硬化或半硬化的纤维基体复合材料，即其可以是但不必须是如在成品飞机结构部件中那样的已经硬化的。
随后，通过将半成品第一部件抵靠半成品第二部件放置，使得第一连接表面靠在第二连接表面上，制备半成品飞机结构部件。即，半成品飞机结构部件包括在它们的连接表面处彼此抵靠的半成品第一部件和半成品第二部件。
作为下一步骤，通过半成品飞机结构部件，特别是通过半成品第一部件和半成品第二部件，并且在半成品第一部件和半成品第二部件之间注入基体材料，特别是注入树脂，使得干纤维预制件和在半成品第一部件和半成品第二部件之间的界面被浸泡或填充基体材料。基体材料的注入优选通过施加到密封环境的真空来实现，所述半成品飞机结构部件暴露于所述密封环境。密封环境在由封闭工具(优选地在两个或更多个工具部件之间)封闭的空腔中或在真空袋(优选地与在其一侧开口的工具结合使用)中形成。用于供应基体材料的入口包括在所述工具中或所述真空袋中，使得所述真空通过所述空腔或真空袋中的环境并且因此通过半成品飞机结构部件而抽吸通过所述入口供应的基体材料。
然而，代替或除了利用所述由真空通过密封环境抽吸基体材料之外，所述基体材料也可以在压力下注射(injection)到所述环境中。因此，在本发明含义内的“基体材料的注入”的表述还包括基体材料的注射。此外，在本发明含义内的“基体材料的注入”的表述包括基体材料的其它注入方式，例如薄膜注入，其中基体材料的薄膜放置在干纤维预制件之上或旁边，其随后被熔化，使得液态或粘性的基体材料流过预成型件。
随后，半成品飞机结构部件被固化，优选通过施加一定温度，例如，在烘箱中，或通过施加一定的温度和一定的压力，例如在高压釜中或在加热的工具中。以这种方式，获得了具有硬化并彼此牢固连接的第一部件和第二部件的成品飞机结构部件。也有可能在注入基体材料之前将半成品飞机结构部件预热到特定温度并且经过一定时间。
这种通常称为树脂传递模塑(RTM)或树脂注入(RI)方法的方法是本领域已知的，并且通常用于制造纤维复合材料的飞机结构部件。在半成品第一部件和半成品第二部件之间的连接是通过基体材料建立的，所述基体材料通过半成品第一部件和半成品第二部件和在它们之间注入且随后硬化。
然而，对于一些特定的飞机结构部件，需要在第一部件和第二部件之间的特别强的连接，使得期望甚至加强第一部件和第二部件之间的连接。这是例如当支撑元件连接到蒙皮元件时的情况，其中需要在尽可能低的结构重量下的特别强的连接。这种飞机结构部件可以是例如机身壳或机翼罩壳。加强在支撑元件和蒙皮元件之间的连接的最简单的方式是增加支撑元件的凸缘部分，从而增加在支撑元件和蒙皮元件之间的连接表面。然而，为了优化飞机结构部件以获得最小重量，支撑元件的凸缘部分应该尽可能短。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于制造具有第一部件和连接到第一部件的第二部件的纤维复合材料的飞机结构部件的方法，其中改进了在第一部件和第二部件之间的连接，而同时飞机结构部件的重量没有显著增加。
该目的是这样实现的，在注入基体材料通过半成品飞机结构部件之前，在半成品第一部件的第一连接表面和半成品第二部件的第二连接表面之间施加用于在固化的飞机结构部件的第一部件和第二部件之间辅助粘附的中间层。中间层可以具有不同的形式和组成，并且可以分布在整个第一和第二连接表面上，或者可以仅在特定位置提供。在任何情况下，中间层影响第一和/或第二部件的基体材料和/或纤维结构，使得在第一和第二连接表面之间的粘附被改善。以这种方式，第一和第二连接表面可以形成得更小，而不削弱在第一部件和第二部件之间的连接，使得可以节省飞机结构部件的相当大的重量。
根据优选实施例，所述中间层形成为粘合剂膜。这种粘合剂膜可以是例如CytecIndustries(氰特工业公司)的FM 300膜。这种粘合剂膜可以显著加强在第一部件和第二部件之间的连接。存在施加粘合剂膜的各种方式。
特别地，优选地，通过将粘合剂膜整体地放置在第一连接表面和/或第二连接表面上，而将粘合剂膜施加在第一连接表面和第二连接表面之间。这意味着存在整体的固体粘合剂膜，其可以例如用手从一卷粘合剂膜展开并放置在第一和第二连接表面之间。这是施加粘合剂膜的特别简单的方式。
或者，优选地，通过将粘合剂气溶胶喷洒到第一连接表面和/或第二连接表面上，而将粘合剂膜施加在第一连接表面和第二连接表面之间。这是施加粘合剂膜的特别简单的方式。
或者，还优选的是，通过将液态或粘性的粘合剂树脂分配到第一连接表面和/或第二连接表面上，而将粘合剂膜施加在第一连接表面和第二连接表面之间。所述粘合剂树脂优选不同于注入树脂，即注入的基体材料，但也可以是相同的。这是施加粘合剂膜的可能简单的方式。
特别地，还优选的是，所述粘合剂膜是穿孔的和/或包括结构化表面，用于允许或促进气体交换，并因此改善粘附性。
根据优选实施例，所述中间层形成为干纤维的抓绒，在注入步骤期间基体材料注入通过所述抓绒，以便加强在第一和第二部件之间的连接。或者，代替干纤维，所述纤维也可以是用树脂预浸渍的，即预浸料，所述树脂可以与注入的基体材料不同或相同。
根据替代实施例，所述中间层形成为干纤维的织物，在注入步骤期间基体材料注入通过所述织物，以便加强在第一和第二部件之间的连接。或者，代替干纤维，所述纤维也可以是用树脂预浸渍的，即预浸料，所述树脂可以与注入的基体材料不同或相同。
根据优选实施例，所述半成品第一部件和半成品第二部件中的一个形成为半成品蒙皮元件，所述半成品第一部件和半成品第二部件中的另一个形成为半成品支撑元件。所述半成品支撑元件可以形成为用于支撑蒙皮元件的纵梁元件或框架元件，并且可以通过拉挤成型法(pultrusion method)形成。这种飞机结构部件可以是机身壳或机翼罩壳的一部分。
特别地，优选地，所述半成品第一部件形成为半成品蒙皮元件，而半成品第二部件形成为半成品支撑元件。以这种方式，制造包括由支撑元件支撑的蒙皮元件的飞机结构部件。这种飞机结构部件可以例如用作机身或机翼的一部分。
特别地，优选地，半成品蒙皮元件包括旨在指向相关飞机结构(例如机翼或机身区段)内部的内表面，其中内表面包括第一连接表面。此外，半成品支撑元件包括用于抵靠蒙皮元件的凸缘部分，其中所述凸缘部分包括第二连接表面。以这种方式，具有其第二连接表面的凸缘部分在内表面处抵靠第一连接表面，以便形成在成品飞机结构部件的第一部件和第二部件之间的连接。
根据另一优选实施例，在施加中间层之后并且在注入基体材料之前，所述中间层被预固化。优选地，中间层通过将半成品飞机结构部件预加热至注入基体材料的注入温度而被预固化。以这种方式，所述中间层可以固定到半成品第一部件和/或半成品第二部件，以便不被注入树脂冲走。或者，所述中间层在预热至高达注入温度之后或期间被施加。
根据另一优选实施例，所述中间层在施加之后通过诸如缝合线或托架的固定装置固定到第一连接表面和/或第二连接表面。以这种方式，所述中间层不会被注入树脂冲掉。
根据优选实施例，在树脂注入和固化期间，将半成品第一部件放置在一个工具上，将半成品第二部件放置在半成品第一部件上。特别地，优选地，为了进行固化，将所述工具与放置在其上的半成品飞机结构部件一起在烘箱中暴露于一定温度，或者在高压釜中暴露于一定压力和一定温度。为了施加真空以便注入基体材料，半成品飞机结构部件优选地由真空袋覆盖。
或者，可以提供一种工具，其具有包围一个空腔的至少两个单独的工具部件，在加热和树脂注入期间所述半成品飞机结构部件放置所述空腔中，使得通过所述工具本身施加一定压力和一定温度。
附图说明
下面借助于附图更详细地解释本发明的优选实施例。附图中：
图1是通过根据本发明的实施例的方法制造的飞机结构部件的横截面图。
具体实施方式
如图1所示，具有第一部件3'和连接到第一部件3'的第二部件5'的纤维复合材料的飞机结构部件1'可以通过根据本发明的方法制造。在本实施例中，飞机结构部件1'涉及机身外壳区段7，其中第一部件3'对应于蒙皮元件9'，第二部件5'对应于支撑元件11'，特别是纵梁元件，用于支撑蒙皮元件9'。该方法包括以下步骤：
首先，提供半成品第一部件3和半成品第二部件5。半成品第一部件3和半成品第二部件5都由干纤维预制件制成。半成品第一部件3具有第一连接面13，并且半成品第二部件5具有用于连接到第一连接面13的第二连接面15。半成品第一部件3形成为半成品蒙皮元件9，其包括含有第一连接表面13的内部表面17。半成品第二部件5形成为半成品支撑元件11，其包括含有第二连接表面15的凸缘部分19。
随后，在半成品第一部件3的第一连接表面13上或在半成品第二部件5的第二连接表面15上施加用于辅助粘合的中间层21。在本实施例中的中间层21形成为粘合剂膜23，特别是Cytec Industries的FM 300薄膜，其以固态的整体形式施加在第一连接表面13上或在第二连接表面15上，特别是通过从一个辊子上展开它并将其放置在第一连接表面13或第二连接表面15上。在本实施例中，粘合剂膜23是被穿孔的并且包括结构化表面以允许和促进其下面的第一或第二连接表面13、15的气体交换。
作为下一步骤，通过将半成品第一部件3抵靠半成品第二部件5放置，使得第一连接表面13抵靠第二连接表面15，来制备半成品飞机结构部件1。以这种方式，粘合剂膜23夹在半成品蒙皮元件9和半成品支撑元件11的凸缘部分19之间，特别是夹在第一连接表面13和第二连接表面15之间。半成品飞机结构部件1定位在相应的工具25上，所述工具用于形成和支撑待制造的飞机结构部件1'的期望形状，其中半成品第一部件3放置在工具25上，半成品第二部件5放置在半成品第一部件3上。以这种方式，半成品蒙皮元件9的与内表面17相对的外表面27搁置在工具25上。
然后，半成品飞机结构部件1的表面29，特别是半成品飞机结构部件1的不与工具25接触的表面29被真空袋31覆盖。
随后，半成品飞机结构部件1和其所放置到的工具25一起被放在高压釜(autoclave，未示出)或烘箱(oven，未示出)中。在所述高压釜或烘箱中，半成品飞机结构部件1被预加热至注入温度，使得粘合剂膜23在第一连接表面13和第二连接表面15之间被预固化，以便不会被注入的基体材料33冲掉。
在注入温度下，通过对在真空袋31下方的环境施加真空35，所述基体材料33被注入穿过半成品飞机结构部件1，即穿过半成品第一部件3和半成品第二部件5并且在它们之间。
在基体材料33已经完全注入之后，所述半成品飞机结构部件1通过在高压釜中在一定时间上施加一定压力和一定温度、或仅通过在一定时间上在烘箱中施加一定温度而固化。
最后，在固化完成之后，成品飞机结构部件1'可以从高压釜或烘箱中取出。中间层21，即粘合剂膜23显著加强了在支撑元件11'和蒙皮元件9'之间的连接，使得支撑元件11'的凸缘部分19可以最小化，以使飞机的结构部件1'具有最小重量。

Claims (15)

1.一种用于制造具有第一部件(3')和与所述第一部件(3')相连接的第二部件(5')的纤维复合材料的飞机结构部件(1')的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供由干纤维预制件制成的半成品第一部件(3)，该半成品第一部件具有第一连接表面(13)，
b)提供由干纤维预制件或硬化纤维基体复合件制成的半成品第二部件(5)，其中所述半成品第二部件(5)具有用于连接到所述半成品第一部件(3)的第一连接表面(13)的第二连接表面(15))，
c)通过将所述半成品第一部件(3)抵靠所述半成品第二部件(5)放置，使得所述第一连接表面(13)抵靠所述第二连接表面(15)，来制备半成品飞机结构部件(1)，
d)注入基体材料(33)通过半成品飞机结构部件(1)，
e)固化所述半成品飞机结构部件(1)，
特征在于：
在注入基体材料(33)通过半成品飞机结构部件(1)之前，在半成品第一部件(3)的第一连接表面(13)和半成品第二部件(5)的第二连接表面(15)之间施加用于辅助粘合的中间层(21)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间层(21)形成为粘合剂膜(23)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过将所述粘合剂膜(23)固态地和/或整体地放置在所述第一连接表面(13)和/或第二连接表面(15)上来将所述粘合剂膜(23)施加在所述第一连接表面(13)和所述第二连接表面(15)之间。
4.根据权利要求2所述的方法，其中通过将气溶胶喷射到所述第一连接表面(13)和/或所述第二连接表面(15)上而将所述粘合剂膜(23)施加在所述第一连接表面(13)和所述第二连接表面(15)之间。
5.根据权利要求2所述的方法，其中通过将液态或粘性树脂分配到所述第一连接表面(13)和/或所述第二连接表面(15)上而将所述粘合剂膜(23)施加在所述第一连接表面(13)和所述第二连接表面(15)之间。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述粘合剂膜(23)是穿孔的和/或包括结构化表面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间层(21)形成为干纤维或预浸渍纤维的抓绒。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间层(21)形成为干纤维或预浸渍纤维的织物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述半成品第一部件(3)和半成品第二部件(5)中的一个形成为半成品蒙皮元件(9)，并且其中所述半成品第一部件(3)和半成品第二部件(5)中的另一个形成为半成品支撑元件(11)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述半成品第一部件(3)形成为半成品蒙皮元件(9)，所述半成品第二部件(5)形成为半成品支撑元件(11)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述半成品蒙皮元件(9)包括含有所述第一连接表面(13)的内表面(17)，并且所述半成品支撑元件(11)包括含有第二连接表面(15)的凸缘部分(19)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中在施加所述中间层(21)之后且在注入所述基体材料(33)之前，所述中间层(21)被预固化。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述中间层(21)在被施加之后通过固定装置固定到所述第一连接表面(13)和/或所述第二连接表面(15)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述半成品第一部件(3)放置在一个工具(25)上，所述半成品第二部件(5)放置在所述半成品第一部件(3)上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中为了进行固化，将所述工具(25)和放置在其上的所述半成品飞机结构部件(1)一起在烘箱中暴露于一定温度，或者在高压釜中暴露于一定压力和一定温度。
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