CN108340594A - 用于复合部件的心轴及用心轴修补和形成部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于复合部件的心轴及用心轴修补和形成部件的方法，该心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔和外表面。致动器可在空腔中在第一位置和第二位置之间移动。外表面可支撑复合部件。当致动器处于第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。

Description

用于复合部件的心轴及用心轴修补和形成部件的方法
技术领域
本公开总体上涉及用于复合部件的系统和方法，并且更具体地涉及用于形成和/或修补复合部件的心轴系统和方法。
背景技术
可使用诸如丝线缠绕、带材放置、外编织(overbraid)、切纤维粗纱(chop fiberroving)、涂覆、手工堆叠的各种生产方法或其他复合加工技术和固化工艺构造复合部件，诸如用于飞机的制造中的那些复合部件。大多数这些工艺使用刚性固化工具/心轴，将复合材料施加在该刚性固化工具/心轴上，并且然后使该复合材料固化成刚性复合部件。例如，可以使用自动纤维放置(AFP)机将纤维增强物放置在模具或心轴上以形成复合层压件。之后，可以使复合部件在高压釜内固化，该高压釜在固化周期期间对部件施加热量和压力。
一些复合部件几何结构包括可能需要诸如支撑囊状物(bladder)的工具的内部空腔，将该工具放置在空腔中，以确保在施加复合材料期间或当在高压釜压力下处理时适当地维持部件几何结构。支撑囊状物可以是可充气囊状物，该可充气囊状物可在固化之前容易地装配到内部空腔中，并且然后在高压釜固化过程中被充气，以便对施加到部件的高压釜压力作出反应。通常，通过经由真空袋使这样的可充气囊状物与高压釜压力相通而对这样的可充气囊状物加压。然而，当替代地在高压釜外固化部件时(例如，如在修补的情况下执行的)，用于支撑复合部件(例如，框架中的桁条或其它纵向结构件)以进行高压釜固化的囊状物可能是不合适的。在这种情况下，部件和囊状物暴露于与高压釜中不同的温度和压力条件，使得充气囊状物可能不适当地执行，并且实际上可对最终部件特性产生负面影响。这产生了对一种支撑工具的需要，该支撑工具可在固化之前装配到复合部件空腔中，可在高压釜外固化期间符合部件空腔的内部几何结构，并且最后可在固化之后尺寸减小以从部件中移除。
发明内容
在实例中，描述了一种用于复合部件的心轴，该心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔、以及可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器。心轴进一步包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的外表面。外表面配置成支撑复合部件。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于空腔中的第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
在另一实例中，描述了一种用心轴修补部件的方法，该方法包括将心轴配置成收缩状态。心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔。心轴进一步包括可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器、以及由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的外表面。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于空腔中的第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
修补部件的方法还包括将处于收缩状态的心轴插入部件的内部空间中。在将心轴插入部件的内部空间中之后，该方法包括将致动器从第二位置移动到第一位置，以使心轴从收缩状态扩张到扩张状态。当心轴处于扩张状态时，该方法包括修补部件。在修补部件之后，该方法包括将致动器从第一位置移动到第二位置，以使心轴从扩张状态收缩到收缩状态。在使心轴收缩之后，该方法包括从部件的内部空间移除心轴。
在另一实例中，描述了一种用心轴形成部件的方法，该方法包括在槽上堆叠多个层，并且将处于扩张状态的心轴定位在槽中的多个层上。心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔。心轴进一步包括可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器、以及由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的外表面。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于空腔中的第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
形成部件的方法还包括将机身蒙皮定位在多个层上以在多个层和机身蒙皮之间形成内部空间。心轴在内部空间中。该方法进一步包括使多个层和机身蒙皮共固化，并且将致动器从第一位置移动到第二位置，以使心轴从扩张状态收缩到收缩状态。在使心轴收缩之后，该方法包括从内部空间移除心轴。
已经讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立实现或者可以在另外一些实施例中组合，可参考以下描述和附图看出其进一步的细节。
附图说明
在所附权利要求中阐述被认为是新颖特征的说明性实施例的特性。然而，在结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将最好地理解说明性实施例以及其优选使用模式、进一步的目的和描述，其中：
图1示出根据实例实施例的包括用于形成和/或修补复合部件的心轴的实例系统。
图2示出根据实例实施例的可以从使用心轴受益的复合部件的实例。
图3A示出根据实例实施例的心轴的实例壳体。
图3B示出图3A中的壳体的部分的顶视平面图。
图4A示出根据实例实施例的心轴的致动器的顶视平面图。
图4B示出图4A中的致动器的端视平面图。
图4C示出图4A中的致动器的侧视平面图。
图5A示出根据实例实施例的心轴的部分的顶视平面图，其中致动器处于心轴的空腔内的一个位置。
图5B示出根据实例实施例的处于收缩状态的心轴的端视平面图。
图6A示出根据实例实施例的心轴的部分的顶视平面图，其中致动器处于心轴的空腔内的另一位置。
图6B示出根据实例实施例的处于扩张状态的心轴的端视平面图。
图7示出根据实例实施例的心轴的部分的透视图。
图8A示出根据实例实施例的用于用心轴形成复合部件的方法的第一阶段的横截面端视图。
图8B示出根据实例实施例的用于用心轴形成复合部件的方法的第二阶段的横截面端视图。
图8C示出根据实例实施例的用于用心轴形成复合部件的方法的第三阶段的横截面端视图。
图8D示出根据实例实施例的用于用心轴形成复合部件的方法的第四阶段的横截面端视图。
图9A示出根据实例实施例的用于用心轴修补复合部件的方法的第一阶段的端视图。
图9B示出根据实例实施例的用于用心轴修补复合部件的方法的第二阶段的端视图。
图9C示出根据实例实施例的用于用心轴修补复合部件的方法的第三阶段的端视图。
图10示出根据实例实施例的用于形成复合部件的实例过程的流程图。
图11示出根据实例实施例的用于形成复合部件的实例过程的流程图。
图12示出根据实例实施例的用于形成复合部件的实例过程的流程图。
图13示出根据实例实施例的用于形成复合部件的实例过程的流程图。
图14示出根据实例实施例的用于修补复合部件的实例过程的流程图。
图15示出根据实例实施例的用于修补复合部件的实例过程的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地描述所公开的实施例，在附图中示出一些但不是全部的所公开的实施例。实际上，可以描述若干不同的实施例，并且不应将其解释为限于本文所阐述的实施例。相反，描述了这些实施例，使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本公开的范围。
在实例中，描述了一种用于复合部件制造和/或修补的心轴。另外，描述了用于用心轴形成复合部件和/或修补复合部件的方法。心轴可包括壳体，该壳体具有定位以形成空腔和外表面的多个心轴部分。在制造和/或修补期间，外表面可支撑复合部件。心轴还包括可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度。当致动器处于空腔中的第二位置时，外表面的周界具有第二长度。在实例中，第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
在扩张状态下，心轴可在制造和/或修补过程期间填充复合部件的内部空间以支撑复合部件。而在收缩状态下，心轴可相对容易并且在具有很小的(或不存在)损坏复合部件的风险的情况下插入复合部件的内部空间中和/或从复合部件的内部空间取出。有益的是，心轴还可在修补期间支撑复合部件，在该修补期间可以涉及施加高压釜外和/或真空袋固化压力。由于心轴可在固化之前和/或之后尺寸减小以从部件中移除，心轴可进一步重复使用。
在实例中，壳体可包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。上心轴部分、下心轴部分和/或中间心轴部分可相对于彼此移动，以使心轴在收缩状态和扩张状态之间转换。上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分的相对移动可响应于当致动器在空腔内在第一位置和第二位置之间移动时，致动器和壳体的这些部分中的一个或多个之间的接合。
例如，在一个实例中，中间心轴部分可包括第一中间心轴部分和第二中间心轴部分，并且当致动器从第二位置移动到第一位置时，致动器可促使第一中间心轴部分和第二中间心轴部分向外彼此远离。在实施方案中，第一中间心轴部分和第二中间心轴部分可作出响应地促使上心轴部分和下心轴部分彼此远离，使得当从收缩状态转换到扩张状态时，心轴向上、向下和侧向扩张。类似地，由于致动器与壳体的部分接合和/或壳体的部分彼此接合，当从扩张状态转换到收缩状态时，心轴可在相同方向上收缩。
此外，在实例中，上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分可各自具有沿着从心轴的第一端部延伸到心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口。切口可有益地有助于使心轴沿着复合部件的内部空间的非线性或弧形轮廓弯曲。另外或替代地，致动器可包括通过联接件彼此耦接的多个致动器区段，该联接件有助于使致动器沿着复合部件的内部空间的非线性或弧形轮廓弯曲。
现在参照图1，根据实例，心轴100可用于形成和/或固化部件层压件102，该部件层压件102包括纤维增强聚合物树脂的多个板层或多个层(未示出)。例如，将纤维增强聚合物层的多个层堆叠在心轴100上以使层形成期望的部件形状。部件层压件102可部分地或完全地围绕心轴100，使得心轴100至少基本上被部件层压件102包围。
心轴100包括壳体104，致动器106定位在该壳体104中。壳体104形成外壳，该外壳可向外扩张成扩张状态并且向内收缩成收缩状态，以响应于致动器106在壳体104内移动。如下面详细描述的，在扩张状态，心轴100可在堆叠和/或固化期间支撑部件层压件102，并且在收缩状态，心轴100可插入部件层压件102中和/或从部件层压件102取出。
在一个实例中，心轴100可由诸如(杜邦公司(E.I.du Pont de Nemoursand Company))涂覆的硅酮或硬橡胶的弹性体材料形成，并且可以是柔韧的，以使心轴100能够符合各种配置。例如，壳体104可由柔性硅橡胶形成，并且因此，壳体104可为柔性壳体或弹性体壳体，使得壳体104可以在不损坏部件层压件102和/或不污染部件层压件102的情况下接触未固化的部件层压件102。在附加或替代实例中，可通过增材制造工艺(例如，三维印刷工艺)形成心轴100。
可以使部件层压件102固化以形成各种复合组件、结构或部件中的任一个，该各种复合组件、结构或部件形成全部或部分外壳，该外壳沿其长度具有一致或不一致的横截面。例如，固化的部件可以包括用于输送流体的管道(未示出)或导管(未示出)，例如但不限于，在各种应用(包括车辆)中使用的空气管道和燃料管线。通常，心轴100可用于使具有一个或多个内部空腔的各种几何结构的各种复合树脂部件固化。
图2示出可以从使用心轴100形成部件层压件102受益的复合部件200的实例。复合部件200是纤维增强复合树脂桁条。如图2所示，复合部件200包括形成内部空间204的帽区段202、一对侧向延伸的凸缘区段206、以及在固化期间与凸缘区段206合并在一起的基本平坦的机身蒙皮区段208。如本领域普通技术人员将认识到的，替代的桁条几何结构是可行的。
用于复合部件200的实例复合材料通常可以是轻质材料，诸如未固化的预浸渍增强带材或织物(即“预浸料”)。带材或织物可包括多种纤维，诸如嵌入基质材料(诸如聚合物，例如环氧树脂或酚醛树脂)中的石墨纤维。带材或织物可为单向的或编织的，这取决于期望的增强程度。因此，将预浸料带材或织物放置在心轴100(或模具)上，以使带材或织物预先形成如由心轴100限定的复合部件200的期望形状。复合部件200可为任何合适的尺寸，以提供各种增强程度，并且可包括任何数量的预浸料带材或织物的层。
图3A描绘根据一个实例的心轴100的壳体104的透视图。如图3A所示，壳体104包括上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316。第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316定位在上心轴部分310和下心轴部分312之间。在一个实例中，上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316是分离的结构；然而，在替代实例中，可以这样的方式一体地形成上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和/或第二中间心轴部分316，即，允许壳体104的相应部分310、312、314和316之间的相对移动。
在这种布置中，壳体104包括由上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316限定的外表面318。外表面318经配置支撑复合部件200。在图3A中，壳体104具有基本上梯形形状。该梯形形状很好地起作用以填充图2所示的复合部件200的内部空间204，用于固化。在其他实例中，壳体104可根据需要被配置成其他形状，以填充复合部件的特定空腔。作为实例，壳体104可为矩形或正方形，而不是三角形形状。在另外的其他实例中，壳体104可形成圆形帽形状，或者根据心轴100的应用，另外的其他形状也是可行的。
尽管图2所示的复合部件200具有线性形状，但是在替代实例中，复合部件200可具有非线性形状。如图3A所示，上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316各自具有沿着纵向轴线322的多个切口320，该纵向轴线322从心轴100的第一端部324延伸到心轴100的第二端部326。切口320可有助于使心轴100沿着复合部件200的非线性轮廓和/或弧形轮廓弯曲。
另外或替代地，如将在下面进一步详细描述的，切口320可有助于使壳体104扩张和/或收缩。在图3A的实例中，中间心轴部分314、316的切口320在从第一端部324到第二端部326的方向上以一角度从下心轴部分312延伸到上心轴部分310。这减轻了当心轴的部分310、312、314、316的表面在心轴100的扩张或收缩期间相对彼此滑动时可出现的潜在的干扰问题。作为实例，切口320相对于纵向轴线322的角度可为大约115度至大约125度。
在图3A中，上心轴部分310和下心轴部分312的切口320基本上垂直于纵向轴线322；然而，在替代实例中，上心轴部分310和下心轴部分312的切口320还可以与第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316的切口320的角度类似的角度提供。
如图3A进一步所示，上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316限定空腔328。空腔328从壳体104的第一端部324延伸到壳体104的第二端部326。如以上所指出的，空腔328接收心轴100的致动器106。
图3B示出壳体104的部分，其中移除了上心轴部分310以暴露空腔328。如图3B所示，空腔328包括具有多种不同尺寸的多个区段。例如，在图3B中，空腔328包括第一区段330和第二区段332。第一区段330中的空腔328的宽度小于第二区段332中的空腔328的宽度。另外，空腔328的侧壁334在第一区段330和第二区段332之间具有倾斜的轮廓。通过提供空腔328的宽度的相对平缓的改变，倾斜的轮廓可有助于致动器106在空腔328中的第一区段330和第二区段332之间的移动。在实例中，导向突起336也可以相对的方式在一个或多个位置处倾斜，使得当致动器106在空腔328的倾斜的轮廓上移动时，心轴100可收缩。
返回来参照图3A，心轴100的壳体104还包括多个导向突起336，这多个导向突起336从上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316延伸到空腔328中。导向突起336可接收致动器106的对应形状的特征，以引导致动器106沿着纵向轴线322在空腔328内的移动。在图3A中，导向突起336为T形；然而，在其他实例中，导向突起336可具有不同的形状。例如，在其他实例中，导向突起336可为圆形或半圆形。
图4A至图4C描绘根据实例的致动器106的区段。如图4A至图4C所示，致动器106具有上表面438、下表面440、第一侧表面442和第二侧表面444。上表面438、下表面440、第一侧表面442和第二侧表面444限定致动器106的外表面446。
致动器106包括在致动器106的上表面438、下表面440、第一侧表面442和第二侧表面444上的多个导向槽448。导向槽448中的每个可接收壳体104的导向突起336中的相应的一个导向突起336，以引导致动器106在空腔328中的第一位置和空腔328中的第二位置之间的移动。在图4A至图4C中，导向槽448也为T形；然而，在其他实例中，导向槽448可具有不同的形状，以便接收不同形状的导向突起336。
如图4A所示，从前端部450到第一侧表面442和第二侧表面444上的凸缘部分454，致动器106的外表面446的宽度(即，大体上在从第一侧表面442到第二侧表面444的方向上延伸的尺寸)增加，并且从凸缘部分454到致动器106的后端部452，致动器106的外表面446的宽度减小。致动器106的第一侧表面442和第二侧表面444因此可具有倾斜的表面外形。这可进一步有助于使致动器106在空腔328中的第一区段330和第二区段332之间移动。
如图4A和图4C所示，可通过多个销458将联接件456耦接到致动器106。例如，每个销458可延伸通过致动器106中的相应槽(未示出)，以将联接件456耦接到致动器106。联接件456可用于使致动器106的多个区段彼此耦接，以便形成长度至少与壳体104和/或复合部件200的长度一样长的致动器106。另外或替代地，联接件456可延伸到空腔328外，以提供用于相对于壳体104移动致动器106的机构。在一个实施方案中，用户可手动地牵拉联接件456以使致动器106在空腔328内移动。在附加或替代实施方案中，可将联接件456耦接到自主或半自主地牵拉联接件456以使致动器106在空腔328内移动的装置(未示出)。
如以上所指出的，致动器106可在空腔328中在空腔328中的第一位置和空腔328中的第二位置之间移动。当致动器106处于空腔328中的第一位置时，外表面318的周界具有第一长度。当致动器106处于空腔328中的第二位置时，外表面318的周界具有第二长度。在实例中，第一长度大于第二长度，使得当致动器106处于第一位置时，心轴100处于扩张状态，并且当致动器106处于第二位置时，心轴100处于收缩状态。例如，在图3至图4C所示的实例中，当将致动器106定位在空腔328的第一区段330中时，致动器106处于第一位置，并且当将致动器106定位在空腔328的第二区段332中时，致动器106处于第二位置。
根据实例，图5A至图5B示出处于收缩状态的心轴100，并且图6A至图6B示出处于扩张状态的心轴100。在图5A和图6A中，已经移除了上心轴部分310，以更清楚地示出壳体104的空腔328中的致动器106。
如图5A所示，致动器106处于空腔328中的第二位置，使得致动器106的凸缘部分454定位在空腔328的第二区段332中。在该实例中，致动器106的外表面446具有的宽度小于第二区段332中的空腔328的宽度。通常，当致动器106处于空腔328中的第二位置时，致动器106在第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316上施加相对小的(或不施加)力。
图5B示出与图5A所示的处于第二位置的致动器106对应的处于收缩状态的心轴100。在图5B中，当心轴100处于收缩状态时，外表面318的周界560具有第二长度。进一步地，如图5B所示，壳体104的导向突起336在致动器106的相应的导向槽448中。更具体地，在图5B中，导向突起336定位在导向槽448的内部部分(即，朝向空腔328的中心的部分)中。
为了使心轴100从收缩状态转换到扩张状态，使致动器106从图5A所示的第二位置移动到图6A所示的第一位置。如图6A所示，当致动器106处于空腔328中的第一位置时，致动器106的凸缘部分454定位在空腔328的第一区段330中。致动器106的外表面446具有的宽度大于第一区段330中的空腔328的宽度。因此，当致动器106处于第一位置时，致动器106促使第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外彼此远离。
图6B示出与图6A所示的处于第一位置的致动器106对应的处于扩张状态的心轴100。在图6B中，已经使上心轴部分310、下心轴部分312、第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316相对于图5B所示的这些组件的相应位置向外移动。例如，在图6B中，已经使部分310、312、314、316向外移动足以使相应的导向突起336邻接导向槽448的外部部分的距离。因此，导向槽448和导向突起336可提供止动特征，以控制心轴100的扩张和/或收缩的程度。在一个实例中，部分310、312、314和316可向外移动大约1毫米至大约15毫米的距离。部分310、312、314和316相对于彼此移动的距离可基于心轴100的周界560(和/或外径)，在一些实施方案中，该周界560(和/或外径)可以是移动范围的限制因素。
如图6B所示，当心轴100处于扩张状态时，外表面318的周界560具有第一长度。如图5B和图6B所示，第一长度大于第二长度，使得心轴100在扩张状态具有相对较大的横截面尺寸，并且在收缩状态具有相对较小的横截面尺寸。
还如图5B和图6B所示，当心轴100从图5B的收缩状态转换到图6B的扩张状态时，心轴100的横截面尺寸在多个方向上扩张。如以上所指出的，当致动器106从第二位置移动到第一位置时，致动器106促使第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外彼此远离。在所示实例中，响应于致动器106促使第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外，第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316促使上心轴部分310向上远离下心轴部分312。
可至少部分地基于上心轴部分310与第一中间心轴部分314和上心轴部分310与第二中间心轴部分316中的每个之间的接合来实现上心轴部分310的相对移动。例如，如图6B所示，上心轴部分310具有接合第一中间心轴部分314的第一顶表面664和第二中间心轴部分316的第二顶表面666的底表面662。第一顶表面664、第二顶表面666和底表面662各自具有对应的斜坡式外形(例如，相对于图3A中的纵向轴线322)。因此，当第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外移动时，第一顶表面664和第二顶表面666沿着底表面662滑动，从而由于表面662、664和666的斜坡式外形使上心轴部分310向上移动。
类似地，响应于致动器106促使第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外，第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316可促使下心轴部分312向下远离上心轴部分310。例如，可至少部分地基于下心轴部分312与第一中间心轴部分314和下心轴部分312与第二中间心轴部分316中的每个之间的接合来实现下心轴部分312的相对移动。如图6B所示，下心轴部分312具有接合第一中间心轴部分314的第一底表面670和第二中间心轴部分316的第二底表面672的顶表面668。第一底表面670、第二底表面672和顶表面668各自具有对应的斜坡式外形。因此，当第一中间心轴部分314和第二中间心轴部分316向外移动时，第一底表面670和第二底表面672沿着顶表面668滑动，从而由于表面668、670和672的斜坡式外形使下心轴部分312向下移动。
如以上所指出的，心轴100扩张和/或收缩的程度基于一个或多个因素，包括例如，致动器106、空腔328的第一区段330、空腔328的第二区段332、导向突起336和/或导向槽448的尺寸。因此，在替代实例中，致动器106、第一区段330、第二区段332、导向突起336和/或导向槽448可具有与图5B和图6B所示的那些尺寸不同的尺寸，以提供心轴100的较大或较小的扩张和/或收缩程度。
图7示出根据实例的心轴100的透视图，其中移除了上心轴部分310以暴露空腔328中的致动器106。如图7所示，心轴100正在弯曲，使得纵向轴线322具有非线性和/或弧形轮廓。壳体104的外表面318中的切口320有助于心轴100的该弯曲布置。
还如图7所示，致动器106包括通过如上所述的一个或多个联接件456彼此耦接的多个致动器区段106A至106D。联接件456提供致动器区段106A至106D之间的分离，并允许致动器区段106A至106D相对于彼此移动。因此，通过联接件456将多个致动器区段106A至106D彼此耦接也允许致动器106弯曲。
进一步如图7所示，空腔328包括多个第一区段330和多个第二区段332。因此，通过使致动器在空腔328中在单个方向上移动，心轴100可在收缩状态和扩张状态之间来回重复地转换。这可用于在收缩状态和扩张状态之间简单且有效地致动心轴100。
在操作中，可使心轴100收缩以插入复合部件200的内部空间204中和/或从复合部件200的内部空间204移除，并且可使心轴100扩张以在形成复合部件200的过程和/或修补复合部件200的过程期间支撑复合部件200。如上所述，通过在空腔328中的第一位置和空腔328中的第二位置之间移动致动器106来操作心轴100，以使心轴100分别在扩张状态和收缩状态之间扩张和收缩。
图8A至图8D是示出根据实例的用于使用心轴100形成复合部件800的方法的各个阶段的横截面端视图。在所示实例中，复合部件800是共固化到机身蒙皮808的帽形桁条802；然而，在其他实例中，复合部件800可具有不同的形状和/或配置。
如图8A所示，桁条802定位在槽876中。槽876包括具有大体上梯形帽形状的横截面的凹槽，该凹槽提供用于使桁条802成形和/或支撑桁条802的成形件。在实例中，桁条802可包括复合材料的多个层。
在槽876中，桁条802具有限定内部空间804的内表面877。在扩张状态，心轴100定位在桁条802的内部空间804中，使得心轴100的外表面318与桁条802的内表面877支撑接触。因此，致动器106可处于空腔328中的第一位置，以将心轴100配置成扩张状态。在图8A中，当将心轴100定位在内部空间804中时，心轴100处于扩张状态；然而，在其他实例中，在收缩状态，可将心轴100定位在内部空间804中，并且然后在内部空间804中使心轴100扩张到扩张状态。
图8B示出当心轴100处于扩张状态时定位在内部空间804中的心轴100。如图8B所示，一旦心轴100定位在桁条802的内部空间804中，就将机身蒙皮808层压在槽876、桁条802的端部凸缘区段806和心轴100上。
然后通过在压热或类似过程中施加热量和压力使机身蒙皮808与桁条802共固化。通常，共固化使机身蒙皮808结合到桁条802的凸缘区段806和心轴100的外表面318。在心轴100在内部空间804中同时处于扩张状态的情况下，心轴100的外表面318可有助于在共固化期间施加的压缩力下维持桁条802的形状。
图8C示出用于使机身蒙皮808和桁条802共固化的实例步骤。图8C示出通过首先将垫板片材878定位在机身蒙皮808上、并且将真空袋880定位在垫板片材878和机身蒙皮808上以形成用于压热的加压环境来进行共固化。然后将真空袋880和机身蒙皮808之间的空气空间抽真空，以对机身蒙皮808、桁条802的凸缘区段806和心轴100的外表面318施加均匀的压力。然后在固化温度下使用高压釜同时在真空下使机身蒙皮808共固化到桁条802的凸缘区段806。
图8D示出在共固化完成之后的制造过程的阶段。如图8D所示，将机身蒙皮808与垫板片材878和真空袋880分离，使心轴100收缩到收缩状态。因此，可使致动器106在空腔328中从第一位置移动到第二位置，以使心轴100从扩张状态收缩到收缩状态。
还如图8D所示，当心轴100处于收缩状态时，由于处于收缩状态的心轴100的尺寸小于内部空间的尺寸，所以在心轴100和桁条802之间存在间隙882。处于收缩状态的心轴100的较小尺寸提供了在具有相对小的损坏复合部件800的风险的情况下从内部空间804容易地移除心轴100。
在图8A至图8D的实例中，心轴100保持在内部空间804中用于固化。这允许心轴100处于扩张状态，以支撑复合部件800抵抗在固化过程期间施加的压力。在替代实例中，可在固化之前从内部空间804移除心轴100。例如，在将机身蒙皮808定位在桁条802上之后，可使心轴100塌陷并从内部空间804取出，并且然后可执行固化。在使用高压釜在内部空间804的内部和外部对复合部件800施加相等的压力的情况下，这是可行的。通过在固化之前移除心轴100，心轴100不经受固化过程的增加的温度和压力，这可以延长心轴100的使用寿命。
图9A至图9C示出用于修补复合部件900的方法的各个阶段的端视图。如图9A所示，复合部件900是共固化到机身蒙皮908的帽形桁条902。复合部件900还包括桁条902和机身蒙皮908之间的内部空间904。复合部件900包括机身蒙皮908上的损坏区域990。
为了修补复合部件900，可嵌接损坏区域990。另外，可将心轴100配置成收缩状态，并且然后插入复合部件900的内部空间904中。致动器106可处于空腔328中的第二位置，以将心轴100配置成收缩状态。
图9B示出处于收缩状态的插入复合部件900的内部空间904中的心轴100。如图9B所示，由于处于收缩状态的心轴100的尺寸小于内部空间904的尺寸，所以在心轴100和复合部件900之间存在间隙982。处于收缩状态的心轴100的较小尺寸提供了在具有相对小的进一步损坏复合部件900的风险的情况下将心轴100容易地插入内部空间904中。
在将心轴100插入复合部件900的内部空间904之后，使致动器106从第二位置移动到第一位置，以使心轴100从收缩状态扩张到扩张状态。图9C示出在使心轴100扩张到扩张状态之后的内部空间904中的心轴100。如图9C所示，当心轴100处于扩张状态时，心轴100的外表面318与复合部分900进行支撑接触。因此，减小或消除了间隙982。
当心轴100处于扩张状态时，可在复合部件900上执行修补操作。作为实例，可将未固化的材料施加到损坏区域990，并且然后固化。例如，可将真空袋980施加到损坏区域990处的材料，以使材料固化并修补复合部件900。
在修补复合部件之后，使致动器106从第一位置移动到第二位置，以使心轴100从扩张状态收缩到如图9B所示的收缩状态。在收缩状态，心轴100和复合部件900之间的间隙982再次出现。在收缩状态，可在具有相对小的损坏复合部件900的风险的情况下从内部空间904容易地移除心轴100。
图10描绘根据实例的用于用心轴修补部件的方法1000的流程图。如图10所示，方法1000包括，将心轴配置成收缩状态(在框1010)。心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔。心轴进一步包括可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器、以及由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的外表面。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于空腔中的第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
方法1000包括，将处于收缩状态的心轴插入部件的内部空间中(在框1012)。在将心轴插入部件的内部空间中(在框1012)之后，方法1000包括，使致动器从第二位置移动到第一位置，以使心轴从收缩状态扩张到扩张状态(在框1014)。当心轴处于扩张状态时，该方法包括，修补部件(在框1016)。在修补部件(在框1016)之后，方法1000包括，使致动器从第一位置移动到第二位置，以使心轴从扩张状态收缩到收缩状态(在框1018)。在使心轴收缩(在框1018)之后，方法1000包括，从部件的内部空间移除心轴(在框1020)。
图11至图13描绘根据进一步的实例的方法1000的附加方面。如图11所示，使致动器从第二位置移动到第一位置(在框1014)包括，促使上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分向外彼此远离，以使心轴扩张(在框1022)。
如图12所示，将心轴插入部件的内部空间中(在框1012)包括，使心轴沿着部件的弧形轮廓弯曲(在框1024)。在实例中，上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分包括沿着从心轴的第一端部延伸到心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口，以有助于使心轴弯曲(在框1024)。
如图13所示，修补部件(在框1016)包括真空装袋以使部件固化(在框1026)。
图14描绘根据实例的用心轴形成部件的方法1100的流程图。如图14所示，方法1100包括，在槽上堆叠多个层(在框1110)。在框1112，方法1100包括将处于扩张状态的心轴定位在槽中的多个层上。
心轴包括上心轴部分、下心轴部分以及上心轴部分和下心轴部分之间的中间心轴部分。心轴还包括由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的空腔。心轴进一步包括可在空腔中在空腔中的第一位置和空腔中的第二位置之间移动的致动器、以及由上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分限定的外表面。当致动器处于空腔中的第一位置时，外表面的周界具有第一长度，并且当致动器处于空腔中的第二位置时，周界具有第二长度。第一长度大于第二长度，使得当致动器处于第一位置时，心轴处于扩张状态，并且当致动器处于第二位置时，心轴处于收缩状态。
在框1114，方法1100包括将机身蒙皮定位在多个层上，以在多个层和机身蒙皮之间形成内部空间。心轴在内部空间中。在框1116，方法1100包括使多个层和机身蒙皮共固化。在框1118，方法1100包括使致动器从第一位置移动到第二位置，以使心轴从扩张状态收缩到收缩状态。在使心轴收缩(在框1118)之后，方法1100包括，从内部空间移除心轴(在框1120)。
在一个实例中，在使多个层共固化(在框1116)之后执行使心轴收缩(在框1118)和移除心轴(在框1120)。在另一实例中，在使多个层共固化(在框1116)之前执行使心轴收缩(在框1118)和移除心轴(在框1120)。
图15描绘根据进一步的实例的方法1100的附加方面。如图15所示，将心轴定位在多个层上(在框1112)包括，使心轴沿着多个层的非线性部分弯曲(在框1122)。在实例中，上心轴部分、下心轴部分和中间心轴部分包括沿着从心轴的第一端部延伸到心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口，以有助于使心轴弯曲(在框1022)。
应当理解，对于本文公开的该和其他过程和方法，流程图示出了本实施例的一个可行实施方案的功能和操作。如本领域技术人员将理解的，替代实施方案包括在本公开的实例实施例的范围内，其中根据所涉及的功能，可以不按照示出或讨论的顺序(包括基本上同时地或以相反的顺序)执行功能。
另外，图10至图15所示的方法1000和方法1100描绘了可用于图1至图7所示的心轴100的方法的实例。在一些实例中，诸如当以特定方式操作时，心轴100的组件可以布置成适于、能够或适合于执行功能。在附加或替代实例中，方法1000和方法1100可包括如图10至图15所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管这些图的框以相继的顺序示出，但是也可以并行地执行，和/或以与本文所描述的顺序不同的顺序执行这些框。此外，可以将各个框组合成较少的框、划分为附加框、和/或基于期望的实施方案移除。
进一步地，在图1至图9C的实例中，心轴100具有大体上梯形形状，以符合复合部件200、800、900的对应形状的内部空间204、804、904；然而，在其他实例中，心轴100可具有不同的形状，以符合不同形状的复合部件。
如本文所使用的，术语“基本上”是指所叙述的特性、参数或值不需要精确地实现，而可以以不消除特性旨在提供的效果的量出现偏差或变化，例如包括公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素。类似地，术语“约”包括允许偏差或变化(例如包括公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素)的所叙述的特性、参数或值的方面、以及延伸合理的量以提供这样的变化的参数范围。
在实例中，可在复合部件的制造期间或在复合部件的修补期间使用心轴100。本公开的实施例可以用于各种潜在的应用，特别是在运输工业中，包括例如航空航天、船舶、汽车应用以及其中可以使用复合部件的高压釜固化的其他应用。作为一个实例，可以在飞机制造和维修的背景中使用本公开的实施例。例如，所公开的实施例的飞机应用可以包括但不限于加强构件(仅举几个实例，诸如但不限于梁、翼梁和桁条)的固化。
出于说明和描述的目的已经呈现了不同有利的布置的描述，并且该描述并非旨在是详尽的或限于所公开的形式的实施例。许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。进一步地，与其他有利实施例相比，不同的有利实施例可以描述不同的优点。选择和描述所选择的一个实施例或多个实施例，以便解释实施例的原理、实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够针对具有适合于预期的具体用途的各种修改的各种实施例来理解本公开。

Claims (20)

1.一种用于复合部件的心轴，所述心轴包括：
上心轴部分；
下心轴部分；
中间心轴部分，在所述上心轴部分和所述下心轴部分之间；
空腔，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定；
致动器，能在所述空腔中在所述空腔中的第一位置和所述空腔中的第二位置之间移动；以及
外表面，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定，其中，所述外表面配置成支撑所述复合部件，
其中，当所述致动器处于所述空腔中的所述第一位置时，所述外表面的周界具有第一长度，并且当所述致动器处于所述空腔中的所述第二位置时，所述周界具有第二长度，并且
其中，所述第一长度大于所述第二长度，使得当所述致动器处于所述第一位置时，所述心轴处于扩张状态，并且当所述致动器处于所述第二位置时，所述心轴处于收缩状态。
2.根据权利要求1所述的心轴，其中，所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分各自具有沿着从所述心轴的第一端部延伸到所述心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口。
3.根据权利要求2所述的心轴，其中，所述中间心轴部分的所述多个切口在从所述第一端部到所述第二端部的方向上以一角度从所述下心轴部分延伸到所述上心轴部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的心轴，其中，所述中间心轴部分包括在所述空腔的相对侧上的第一中间心轴部分和第二中间心轴部分。
5.根据权利要求4所述的心轴，其中，当所述致动器从所述第二位置移动到所述第一位置时，所述致动器促使所述第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分向外彼此远离，并且
其中，响应于所述致动器促使所述第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分向外，所述第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分促使所述上心轴部分向上远离所述下心轴部分。
6.根据权利要求5所述的心轴，其中，所述上心轴部分具有接合所述第一中间心轴部分的第一顶表面和所述第二中间心轴部分的第二顶表面的底表面，并且
其中，所述第一顶表面、所述第二顶表面和所述底表面各自具有斜坡式外形，
其中，响应于所述致动器促使第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分向外，所述底表面与所述第一顶表面和所述第二顶表面的接合促使所述上心轴部分向上。
7.根据权利要求5所述的心轴，其中，响应于所述致动器促使第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分向外，所述第一中间心轴部分和所述第二中间心轴部分促使所述下心轴部分向下远离所述上心轴部分。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的心轴，其中，所述空腔包括第一区段和第二区段，并且
其中，所述第一区段中的所述空腔的宽度小于所述第二区段中的所述空腔的宽度。
9.根据权利要求8所述的心轴，其中，所述致动器的外表面具有的宽度小于所述第二区段中的所述空腔的宽度且大于所述第一区段中的所述空腔的宽度。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的心轴，进一步包括：
多个导向突起，从所述上心轴部分、所述中间心轴部分和所述下心轴部分延伸到所述空腔中；以及
多个导向槽，在所述致动器上，
其中，所述多个导向槽中的每个导向槽接收所述多个导向突起中的相应一个导向突起，以引导所述致动器在所述第一位置和所述第二位置之间的移动。
11.根据权利要求10所述的心轴，其中，所述多个导向突起和所述多个导向槽为T形。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的心轴，其中，所述致动器包括通过多个联接件彼此耦接的多个区段，以允许所述致动器弯曲。
13.一种用心轴修补部件的方法，所述方法包括：
将心轴配置成收缩状态，其中，所述心轴包括：
上心轴部分，
下心轴部分，
中间心轴部分，在所述上心轴部分和所述下心轴部分之间，
空腔，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定，以及
致动器，能在所述空腔中在所述空腔中的第一位置和所述空腔中的第二位置之间移动；
外表面，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定，
其中，当所述致动器处于所述空腔中的所述第一位置时，所述外表面的周界具有第一长度，并且当所述致动器处于所述空腔中的所述第二位置时，所述周界具有第二长度，并且
其中，所述第一长度大于所述第二长度，使得当所述致动器处于所述第一位置时，所述心轴处于扩张状态，并且当所述致动器处于所述第二位置时，所述心轴处于所述收缩状态；
将处于所述收缩状态的所述心轴插入部件的内部空间中；
在将所述心轴插入所述部件的所述内部空间中之后，使所述致动器从所述第二位置移动到所述第一位置，以使所述心轴从所述收缩状态扩张到所述扩张状态；
当所述心轴处于所述扩张状态时，修补所述部件；
在修补所述部件之后，使所述致动器从所述第一位置移动到所述第二位置，以使所述心轴从所述扩张状态收缩到所述收缩状态；
以及
在使所述心轴收缩之后，从所述部件的所述内部空间移除所述心轴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，使所述致动器从所述第二位置移动到所述第一位置包括，促使所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分向外彼此远离，以使所述心轴扩张。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，将所述心轴插入所述部件的所述内部空间中包括，使所述心轴沿着所述部件的弧形轮廓弯曲，
其中，所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分包括沿着从所述心轴的第一端部延伸到所述心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口，以有助于使所述心轴弯曲。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中，修补所述部件包括，真空装袋以使所述部件固化。
17.一种用心轴形成部件的方法，所述方法包括：
在槽上堆叠多个层；
将处于扩张状态的心轴定位在所述槽中的所述多个层上，其中，所述心轴包括：
上心轴部分，
下心轴部分，
中间心轴部分，在所述上心轴部分和所述下心轴部分之间，空腔，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定，
致动器，能在所述空腔中在所述空腔中的第一位置和所述空腔中的第二位置之间移动，以及
外表面，由所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分限定，
其中，当所述致动器处于所述空腔中的所述第一位置时，所述外表面的周界具有第一长度，并且当所述致动器处于所述空腔中的所述第二位置时，所述周界具有第二长度，并且
其中，所述第一长度大于所述第二长度，使得当所述致动器处于所述第一位置时，所述心轴处于所述扩张状态，并且当所述致动器处于所述第二位置时，所述心轴处于收缩状态；
将机身蒙皮定位在所述多个层上，以在所述多个层和所述机身蒙皮之间形成内部空间，其中，所述心轴在所述内部空间中；
使所述多个层和所述机身蒙皮共固化；
使所述致动器从所述第一位置移动到所述第二位置，以使所述心轴从所述扩张状态收缩到所述收缩状态；以及
在使所述心轴收缩之后，从所述内部空间移除所述心轴。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在使所述多个层共固化之前使所述心轴收缩并移除所述心轴。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，在使所述多个层共固化之后使所述心轴收缩并移除所述心轴。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述上心轴部分、所述下心轴部分和所述中间心轴部分各自具有沿着从所述心轴的第一端部延伸到所述心轴的第二端部的纵向轴线的多个切口，并且
其中，将所述心轴定位在所述多个层上包括，使所述心轴沿着所述多个层的非线性部分弯曲。
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