CN108943768B

CN108943768B - 将物体柔性真空地固定到复杂表面

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Publication number: CN108943768B
Application number: CN201810479529.4A
Authority: CN
Inventors: A·哈尔布里特
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: US11654669B2; JP2018199325A; US20210339516A1; CN108943768A; JP7111483B2; US11097524B2; US20180339413A1

Abstract

本发明涉及将物体柔性真空地固定到复杂表面。提供了用于真空处理复合零件的系统和方法。一个实施方式是一种对物体执行真空固定的方法。该方法包括以下步骤：用不透性隔膜覆盖所述物体；将真空端口定位在所述不透性隔膜处；以及将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜和所述物体之间的空气泄漏。

Description

将物体柔性真空地固定到复杂表面

技术领域

本公开涉及组装领域，并且具体地涉及在制造环境下将较小零件组装到较大零件上。

背景技术

诸如碳纤维增强聚合物(CFRP)零件之类的复合零件最初被铺设在一起形成层压件的多个层中。层压件的每个层内的各个纤维彼此平行地对准，但不同的层可能表现出不同的纤维取向，以便增加所得复合材料沿着不同尺寸的强度。层压件包括响应于温度变化而凝固以便将层压件硬化成复合零件(例如，用于飞行器)的热塑性或热固性树脂。

已硬化成复合零件的层压件表现出完整的结构强度。由此，层压件在硬化之前可能在铺设到表面(例如，竖直或其他非水平表面)上时不能支撑本身。这样可能使大型层压件向复杂表面(例如，筒形形状)上的铺设复杂化，因为这会增加层压件在完成铺设之前剥离或移出成形工具的机会。因此，准确放置或定位较大和/或笨重的铺设过程是困难的。对于经由真空袋固化技术固化的层压件，在层压件从对应的复杂表面剥离(或相对于其移位)之前将真空袋固定在层压件周围的劳动量可能会增加。使问题更加复杂的是，用于将真空袋固定到工具表面的材料(诸如粘性带)未经接触认可，因此不允许碰触未固化的复合材料。结果，整个铺设过程必须在施加真空袋并经由密封剂将真空袋固装到复杂表面之前完成。由此，仍期望将层压件(和/或其他物体)快速而有效地固定到复杂表面，特别是当层压件被布置到复杂组件中时。另一值得注意的问题是，期望将“生坯”复合结构从成形工具移动到组装位置而无需施加密封剂以将真空袋密封到“生坯”复合结构。因此，期望有考虑至少一些上述问题以及其他可能问题的方法和设备。

发明内容

本文中描述的实施方式提供一种在不需要胶合物或紧固件且不损坏物体的情况下将物体(诸如层压件)快速而有效地固定到复杂表面的高体积真空系统。这些真空系统甚至在增粘剂已施加到工具表面的情况下提供了将层压件保持到位的益处。其原因源自于，随着时间的推移，如果层压件被储存在非水平位置中，则层压件可能移动。也就是说，施加的真空用以将物体固定到位。这有益地增加了物体的固定速度。此外，大型物体可以快速的方式分段地固定，这消除了大型物体从具有复杂表面的成形工具下垂或剥离的机会。

一个实施方式是一种对物体执行真空固定的方法。该方法包括以下步骤：用不透性隔膜(impermeable membrane)覆盖所述物体；将真空端口定位在所述不透性隔膜处；以及将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜和所述物体之间的空气泄漏。

另一实施方式是一种包含编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在被处理器执行时能操作以执行对物体执行真空固定的方法。该方法包括以下步骤：用不透性隔膜覆盖所述物体；将真空端口定位在所述不透性隔膜处；以及将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜和所述物体之间的空气泄漏。

另一实施方式是一种系统，该系统包括：不透性隔膜；真空端口，所述真空端口位于所述不透性隔膜处；以及泵，所述泵将负压施加到所述真空端口以排空所述不透性隔膜和物体之间的空气，所述负压通过排空所述物体和所述不透性隔膜之间的空气直接固定所述不透性隔膜。

又一实施方式是一种设备，该设备包括：不透性隔膜；真空端口，所述真空端口贯穿所述不透性隔膜；以及泵，所述泵与所述真空端口联接并提供足够的体积流，以当将所述不透性隔膜放置在表面上时抵消所述不透性隔膜的边缘处的空气泄漏。

可在下文描述其他示例性实施方式(例如，涉及前述实施方式的方法和计算机可读介质)。已讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现或者可在其他实施方式组合地实现，其进一步细节可以参考以下描述和附图。

附图说明

现在仅通过举例的方式并参考附图描述本公开的一些实施方式。在所有图中，相同的附图标记表示相同的要素或相同类型的要素。

图1是图示示例性实施方式中的真空固定系统的视图。

图2至图5是图示示例性实施方式中的用于固定层压件各部分的真空固定系统的操作的视图。

图6是竖直和侧向均可透气的可渗透层的立体图。

图7A至图7B是图示示例性实施方式中的用于操作真空固定系统的方法的流程图。

图8至图9是图示示例性实施方式中的补充真空袋固化系统的真空固定系统的视图。

图10是方便示例性实施方式中的真空固定系统的真空施加的框架的立体图。

图11是示例性实施方式中的真空固定系统的框图。

图12是示例性实施方式中的飞行器生产和保养方法的流程图。

图13是示例性实施方式中的飞行器的框图。

具体实施方式

附图和以下描述图示了本公开的具体示例性实施方式。由此将理解，本领域技术人员将能够设计出虽然在本文中未明确描述或示出但是体现本公开的原理并且包括在本公开的范围内的各种布置。此外，本文中描述的任何实例旨在帮助理解本公开的原理，并且应被解释为不限于这样的具体记载的实例和条件。结果，本公开并不限于下面描述的具体实施方式或实例，而是由权利要求书及其等同物限制。

图1是示例性实施方式中的真空固定系统100的视图。真空固定系统100包括能操作以利用负压(例如，抽吸)以便将物体固定到复杂表面的任何系统、装置或部件。具体而言，真空固定系统100从覆盖物体120的不透性隔膜140(例如，乳胶片或者在保留可穿透性的同时表现出高水平的伸长率的其他材料)下面吸取空气。该动作会产生将不透性隔膜140固定到成形工具110的负压。负压也迫使隔膜140紧贴在物体120上，这样确保物体120在成形工具110处保持到位。可渗透层130放置在物体120和隔膜140之间。可渗透层130侧向和竖直均是可透气的，这意味着经由端口150吸取的负压均匀地横跨物体120施加而不是局限于端口150处。在该实施方式中，端口150位于隔膜140的上端部182处。然而，端口150可根据需要位于隔膜140的中心部184、下端部183或其他部分处。端口150可直接接触或直接定位在可渗透层130之上。

泵160从隔膜140和物体120之间吸取空气。该空气行进穿过软管152并被排入周围环境。泵160是高流量泵，这意味着泵160能够经由软管152吸取大量空气，但不一定处于高压下。在一个实施方式中，泵160施加22到29英寸汞(in.Hg)的负压以形成真空，但是以几十立方英尺/分钟(CFM)的空气流量(例如，50到200CFM之间)进行，其由端口150承受。因此，泵160和端口150能够横跨不透性隔膜(例如，覆盖区)保持至少一英寸汞的压力。这可仅仅由泵160执行，或者根据需要与其他泵组合来执行。施加的压力量和泵160吸取的CFM量可根据隔膜140的总边界长度(L)而变化。控制器170基于来自诸如压力传感器或流量传感器之类的传感器(未示出)的输入来管理泵160的操作，以便确保真空始终在克服沿着隔膜140的周界的泄漏的期望范围内。传感器可位于任何合适的位置，诸如可渗透层130、隔膜140、端口150、泵160，等。例如，控制器170可增加或降低泵送操作的速度或强度，以便保持空气的恒定的体积流动，或者保持恒定的负压。控制器170可例如实施为定制电路、执行编程指令的硬件处理器或其一些组合。

由隔膜140施加到物体120的保持力(F_H)的量基于每单位时间由泵160吸取的体积(VP)、每单位时间空气经由隔膜140的端部142泄漏的体积(VL)之间的差以及隔膜140覆盖的总面积。F_H也可根据由泵160施加的压力来建模。VL被VP克服。因此，VP应该等于或大于VL。为了确保实现该结果，隔膜140的端部142可延伸超出可渗透层130的端部132。隔膜140未经由密封剂、胶合物、紧固件、磁性等固装到成形工具110。然而，在空气经由周界泄漏到系统中的同时，由泵160保持隔膜140下的真空。由此，因为负压是将隔膜140固定到成形工具110的主要的(例如，唯一的)力，所以在该配置中仍可能存在较小的空气泄漏。空气泄漏可能由为空气流提供通道的隔膜140中的褶皱引起。然而，褶皱仅仅是空气泄漏的一个原因，因为当隔膜140未被密封到成形工具110时，空气将从隔膜140的边缘泄漏。即使如此，VL仍然较小，因此通过排空比经由不透性隔膜140的端部142和成形工具110之间的泄漏造成的损失相等或更大量的空气来保持负压。

由隔膜140固定到位的物体120可包括未固化的纤维增强层压件，其包括由以下材料构成的多个层：碳纤维增强聚合物(CFRP)、“生坯复合材料”或包括刚性部件(诸如金属部件或由其他材料制成的部件)的任何其他合适的部件。可渗透层130包括能够随着隔膜140施加力而变形、紧贴在物体120之上同时仍能够横跨物体120自由吸取空气的材料。也就是说，可渗透层130能够横跨物体120吸取空气，而不会导致划分出或者在物体120上留下某种类型的非期望标记。例如，可渗透层130可包括由方便空气流动的材料构成的柔顺双平面网状物。可渗透层130是高流动性材料，这就是说可渗透层130基本上不限制泵160吸取空气的速率。可渗透层130抵抗空气流动的阻力因此对于泵160的流量的影响可忽略。在一些实施方式中，可渗透层130包括开孔泡沫材料。然而，在这样的实施方式中，选择的开孔泡沫材料必须具有不会在隔膜140下塌陷的足够的刚性，并且具有不会抑制空气流动的足够开度。隔膜140的塌陷将关闭或限制空气流动，这是不期望的，因为空气流动然后将被限制进入隔膜140下方的这些区域。隔膜140可包括任何合适的气体可穿透的可弯曲材料。例如，隔膜140可包括防止空气直接通过它逸出的塑料片。在其他实施方式中，为了方便，隔膜140和可渗透层130可在结构上联合或结合。可渗透层130和隔膜140两者均可包括能接受与碳纤维复合材料的使用并且不与树脂发生化学相互作用的获准接触的材料。

利用上文在真空固定系统100中涉及的各种部件提供的讨论，图2至图5图示了分阶段将大型物体固定到复杂成形表面的真空固定系统100的使用。图2图示的是，在将物体220放置到成形工具210(也可被称为心轴)的弯曲表面212上之后，物体220可能经受将导致物体220下垂或以其他方式从成形工具210剥离的力(例如，来自重力)。因此，通过将随附有隔膜140的可渗透层130覆盖在物体120之上来利用真空固定系统100。然后，真空可经由真空端口150而被快速地抽吸以固定物体220的第一部分222，并且可在不将隔膜140密封到物体220或其他部件的情况下这样完成。根据期望，然后，隔膜140可在施加真空之前或期间被侧拉以消除其上的任何褶皱。

图3图示了可执行以便固定物体220的另一部分的下一个步骤。在该实施方式中，将另一可渗透层300放置在物体220的部分224的顶部上。将可渗透层300部分地插入到隔膜140下面，这样通过增加VL临时增加了泵160处的负载。然而，这只是一个临时措施。图4图示了将附加不透性隔膜400放置在可渗透层300的顶部上。在该点处，VL基本上减小，因为隔膜400和隔膜140将抵靠彼此和成形工具210进行压力密封。在该实施方式中，另一端口410可放置在隔膜400处，并且可经由软管420吸出空气。然而，在这种情况下使用附加端口是可选的，因为整个物体220现在位于可从中吸取空气的单个体积内，并且可渗透层130和300方便了横跨整个物体220的空气流动。

图5图示了用于固定图2的物体220的另一部分的另选技术。在该实施方式中，另一可渗透层530和另一隔膜540施加在物体220的完全分离部分522之上。由泵560经由真空端口550和软管552来吸取空气，导致基于真空的固定件550。在该实施方式中，即使物体220被部分地暴露，物体220从成形工具110、隔膜140和/或可渗透层130下垂或剥离的机会也已被消除。其他部分可以这种方式固定，以便将初始部分桥接成统一的整体。在其他实施方式中，可利用这些技术将一个或更多个物体固定到旋转并呈筒形形状的成形工具210(例如，作为真空袋系统的渐进和/或附加应用)。

图1至图5中描述的物体的快速固定是有利的。对于拉伸数十或数百英尺的大型层压件，这种固定速度的增加意味着下垂或剥离的机会可基本上减少，这又减少了涉及生产最终复合零件的总体劳动力。也就是说，本文中描述的系统和技术允许快速拾取和放置体积大和/或大型物体，而不需要标记物体表面或者以其他方式花费大量的设置时间。技术人员可例如使用本文中描述的固定技术从心轴拾取“生坯”状态层压件。生坯层压件可进一步放置到成形工具上作为待固化组件的一部分，并且可快速释放固定。由这些系统促进的下垂或剥离量减少也减少了物体220处的褶皱形成，以增强强度。因此，快速固定有助于确保最终复合零件的期望结构强度，并且还允许快速拾取和放置操作而无需使用密封剂或以其他方式标记被拾取物体。

图6是竖直及侧向均可透气的可渗透层600的立体图。也就是说，空气610可自由流过可渗透层600中的间隙620，以及横跨可渗透层600中的间隙620。这可能是因为可渗透层600为双平面网状物。双平面网状物的第一层630包括彼此平行布置的结构元件632，并且双平面网状物的第二层640包括彼此平行布置的结构元件642，但方向不同于层630。层630使空气能够在第一方向上水平流动，并且层640使空气能够在第二方向上水平流动。同时，两层允许空气自由竖直流动。由此，如果负压施加到可渗透层600的一个部分，则负压可横跨整个可渗透层600均匀地吸取空气。可渗透层600实现了自由空气流动，并且不会干扰泵160对空气的吸取。也就是说，可渗透层600并不限制泵160的CFM速率。可渗透层600可包括聚乙烯、聚丙烯、尼龙，等。在一个实施方式中，可渗透层600被选择为在固定物体时将不会化学干扰可固化树脂的粘附的“获准接触”的材料。例如，可渗透层600可由不标记物体220的不含硅树脂的材料制成。

将参照图7A至图7B讨论真空固定系统100的操作的说明性细节。对于该实施方式，假定诸如多层层压件之类的物体120已被放置到具有复杂表面的成形工具上，物体120容易从该复杂表面下垂或剥离。这样的成形工具的实例可以是筒形形状的成形工具。

图7A至图7B是图示示例性实施方式中的用于操作真空固定系统的方法700的流程图。参考图1的真空固定系统100描述方法700的步骤，但是本领域技术人员将理解可在其他系统中执行方法700。本文中描述的流程图的步骤并不全是包容性的并且可包括未示出的其他步骤。本文中描述的步骤也可按照另选的次序执行。

将物体120放置到成形工具110上(步骤702)。可例如基于根据用于控制复合材料带铺设的数控(NC)程序的控制器170的指令经由机器人装置来执行该操作。将可渗透层130放置到物体120上，并贴合物体120的形状(步骤704)。在其中支撑结构(例如，图10的框架1030)提供足够支撑以确保针对期望水平的真空存在足够的空气流动以抵消沿着周界的空气泄漏的实施方式中，可以跳过该步骤。支撑结构可确保与物体120的期望分离，同时隔膜140的边缘经由抽吸而保持到位。可渗透层130侧向和竖直均是可透气的。可渗透层130因此确保有足够体积的空气横跨物体120移动以横跨物体120均匀地施加负压，而不局限于真空端口150处。可渗透层130用隔膜140覆盖，隔膜140是表面积大于可渗透层130的气体可穿透的(步骤706)隔膜140，并且放置成使得隔膜140的端部142延伸超出可渗透层130的端部132。这样确保隔膜140被负压直接牢固地吸到成形工具210上。在物体120被固定到拾取放置装置而不是成形工具110的其他实施方式中，隔膜140不会延伸超出物体120的端部142。如果隔膜140不延伸超出可渗透层130的端部132，则空气流将经由可渗透层130渗透到隔膜140下面。

上述布置允许在不使用密封剂的情况下固定物体120，例如使得真空袋和呼吸器可以快速安装和去除。该布置因为其使用负压，还允许在不标记物体120的情况下执行固定。这样的布置也可能在理论上用于固化，但可能在固化周期期间难以保持并因此不能一致地生产具有期望质量的固化零件。

真空端口150位于隔膜140处(步骤708)。以这种方式，物体120和/或成形工具110中的任一者与隔膜140组合，导致真空腔室。例如，真空端口150可能之前已固定到隔膜140，或者隔膜140中的孔可被切割并将真空端口150与之固定。在另一实施方式中，真空端口150位于成形工具110处，然而真空端口150不必位于成形工具110处，只要沿着可渗透层130定位即可。软管151联接到真空端口150，并且泵160将负压施加到真空端口150(步骤710)。该负压排空隔膜140和物体120之间的空气。可渗透层130调节空气的排空，确保空气横跨物体120充分流动以促进真空。此外，负压将隔膜140直接固定到成形工具110(或者，在拾取和放置的实施方式中，固定到物体120)。具体而言，隔膜140的延伸超出可渗透层130的部分被下拉抵靠物体120和/或成形工具110，以形成不阻止所有空气侵入的基于真空的固定件550。这是在不将隔膜140固装到成形工具110的情况下执行的。也就是说，不使用介入部件，诸如密封剂、胶合物、带、紧固件，等。因此，在不固装(例如，用密封剂密封、紧固或胶合)到位的情况下将隔膜140固定到位。

方法700提供的显著优点在于，能够将物体快速固定到复杂表面。此外，方法700能够在分段的基础上执行固定，并且不需要带、密封剂、胶合物、紧固件，等。当将大型层压件固定到位时，该益处尤其有用。该技术甚至可用于快速固结和/或压紧多层层压件。因为隔膜140横跨物体120的表面施加力，由于隔膜140外侧的压力与隔膜140内侧的压力相比有压差，这样的固结技术确保下面的层压件在固结期间不会以非期望的方式变形。虽然描述了经由真空将物体120固结在成形工具110上，但是可在物体120下面的任何合适的表面上执行固结。拾取和放置机器也可利用该技术以在成形工具之间移动物体120。在不使用密封剂的情况下，可渗透层130和隔膜140可以相对于物体120快速放置并快速去除，但是根据期望仍方便物体120的拾取和放置或固结。在不使用密封剂的情况下，不必对物体120划分/标记。此外，不再需要使用密封剂的设置时间和停机时间。拾取和放置技术可用于“生坯”层压件以及其他更加刚性的结构(诸如固化复合材料、金属或其他材料)。

图7B提供了用于拾取和放置物体120的方法750。根据图7B，在步骤752中定位物体120，并且在步骤754中用不透性隔膜140覆盖物体120。在一些实施方式中，如果支撑结构(例如，图10的框架1030)提供足够的支撑以确保有足够的空气流支撑期望水平的真空同时仍抵消沿着周界的空气泄漏，则可跳过步骤754。支撑结构可能确保物体120和隔膜140之间的期望分离。在该实施方式中，隔膜140不会延伸超出物体120的端部。在另一实施方式中，可选地，可渗透层可放置在不透性隔膜和物体之间。在步骤756中，将真空端口150定位在不透性隔膜140处；并且将负压施加到真空端口150以排空不透性隔膜140和物体120之间的空气(步骤758)。这导致另一步骤，包括：响应于真空吸取而在隔膜140和物体120之间形成真空固定，或者在隔膜140和成形工具110之间形成真空固定。鉴于支撑结构和/或可渗透层，在空气可能移动的地方完成真空固定。然后，使物体120移向新位置(步骤760)，并且在由负压移动期间将物体120保持到不透性隔膜140的适当位置。然后，可释放负压以从物体120抽回不透性隔膜140。

也可利用由真空固定系统100提供的快速固定技术，以便增强用于固化层压件的真空袋装技术。图8图示了示例性实施方式中的真空袋制造系统800。系统800包括能够利用真空袋技术将层压件840固结、形成和/或固化成复合零件(例如，纤维增强复合零件，诸如飞行器机翼或任何其他合适的部件)的部件和/或装置的任何组合。

在该实施方式中，系统800包括成形工具810，成形工具810形成在制造期间层压件840所遵循的表面。层压件840可包括已经包括热固性或热塑性树脂的“预浸料坯”碳纤维层压件，或者任何合适的可固化层压件。如图8所示，经由真空袋820在工具810上将层压件840保持到位，经由端部密封剂822使真空袋820胶粘/密封以围绕工具810上的层压件840。边缘呼吸器836围绕层压件840并且经由真空袋820密封到层压件840。边缘呼吸器836提供使固化过程的空气在真空袋820内行进的通道。然后，空气经由端口850离开真空袋820，端口850作为真空管路860的配件操作。在该实施方式中，真空管路860由压缩机870供电。

在一个实施方式中进行操作时，压缩机870可排空真空袋820的空气。去除真空袋820里的空气允许大气压力将真空袋压靠层压件840。这样将真空袋820保持抵靠层压件840以使层压件840贴合工具810。压力也导致真空袋820紧密贴合到边缘呼吸器836。这提供了在层压件840固化时保持层压件840紧密抵靠工具810的轮廓的益处，还提供了吸出气泡的益处，否则在固化过程期间将形成气泡。固化过程本身可进一步涉及施加大量的压力和/或热(例如，热压罐内)。

图9是示例性实施方式中的系统800的截面侧视图，并且包括放置在系统800顶上的真空固定系统900。该视图由图8的视图箭头9表示。图9图示的是，真空固定系统900放置在系统800之上，并且包括可渗透层910以及真空袋920。提供端口950，可经由端口950施加负压。以这种方式，如果在操作系统800期间遇到任何非期望的泄漏，则真空固定系统900防止空气保持在真空袋820内。在这样的实施方式中，可能有益的是确保可渗透层910是耐热的。

系统800可能用于在用于预成型件的真空袋820泄漏的情况下节省昂贵的预成型件。如果真空袋820没有泄漏，则真空袋920下的外部真空腔室中的真空的量保持低于图8的系统所使用的真空。这样防止真空袋820被拉出预成型件并且不提供期望水平的真空。该双重装袋也可在预成型件的树脂灌注期间使用，其中真空袋920可以在任何期望时间快速地去除。

图10是示例性实施方式中的方便为真空固定系统施加真空的框架1030的立体图。在该实施方式中，框架1030在隔膜1020外部。框架1030可经由可透气的紧固件、粘合剂等固装到隔膜1020。以这种方式，框架1030将隔膜1020固定在预定配置下。框架1030包括侧向构件1032，并且进一步包括固定到侧向构件1032且各自形成拱形的竖直构件1036。压顶构件1034联接各个竖直构件1036。真空端口1050固定到基部1054，基部1054本身由框架1030保持到位。经由软管1052排空端口150的空气。在该实施方式中，隔膜1020可包括柔性隔膜(诸如乳胶橡胶)，并且框架1030可被设计成使得它不延伸超出隔膜1020。由此，框架1030与其他部件作用而形成不利用密封剂的快速拾取放置装置，其中真空袋具有刚性支撑。注意到在该实例中，双平面网状物供柔性隔膜(诸如乳胶橡胶)使用。在该示例中，可渗透层不会延伸超出隔膜1020。注意到，框架1030对于拾取和放置操作是特别有用的，框架1030促进真空袋与物体的分离，这可能使得不需要可渗透层130。框架1030可因此放置在物体上，吸取真空并且保持在真空袋下，此时可以拾取并重新定位物体，随后去除真空并去除支撑的真空袋。在其他实施方式中，框架1030可用作自动化机器人系统的末端执行器的至少一部分，并且可基于提供给操作末端执行器的致动器(未示出)的指令来响应。

实例

在以下实例中，在真空固定系统的背景下描述附加过程、系统和方法。

图11是示例性实施方式中的真空固定系统1100的框图。根据图11，真空固定系统1100包括其上放置有层压件1130的成形工具1150。层压件1130包括多个材料层1140，诸如干的碳纤维、带钉的预成型件、拾取和放置材料、CFRP，等。每个层均包括多根平行纤维1142以及树脂1144(例如，热固性或热塑性树脂)。不透性隔膜覆盖层压件1130，并且可渗透层1120介于层压件1130和不透性隔膜1110之间。端口1108和软管1106提供用于泵1104的通道以吸取截留在不透性隔膜1110和层压件1130之间的空气。控制器1102管理泵1104的操作。例如，控制器1102可调节施加到泵1104的动力的量，以便确保恒定水平的压力或空气流。也就是说，被泵1104吸出的空气必须足以抵消由于真空损失而沿着隔膜1110的周界的空气侵入并且仍保持真空袋下期望水平的真空。

更具体地参照附图，可在如图12中示出的飞行器制造及保养方法1200以及如图13中示出的飞行器1202的背景下描述本公开的实施方式。在预生产期间，示例性方法1200可包括飞行器1202的规范和设计1204以及材料采购1206。在生产期间，发生飞行器1202的部件及子组件制造1208以及系统整合1210。此后，飞行器1202可经历认证和交付1212，以便置于服役1214之中。在为客户服役的同时，飞行器1202定期做日常维护及检修1216(其可包括改造、重构、翻新和其它维护或检修)。在生产及保养方法1200中的任何一个或更多个合适的阶段期间(例如，规范和设计1204、材料采购1206、部件及子组件制造1208、系统整合1210、认证和交付1212、服役1214、维护及检修1216)和/或飞行器1202的任何合适的部件(例如，机身1218、系统1220、内饰1222、推进系统1224、电气系统1226、液压系统1228和环境系统1230)可采用本文中体现的设备和方法。

方法1200的每种工艺均可由系统整合商、第三方或运营商(例如，客户)中的至少一者执行或进行。出于对此描述的目的，系统整合商可包括(但不限于)任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可包括(但不限于)任何数量的供货商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等。

如图13所示，由示例性方法1200生产的飞行器1202可包括具有多个系统1220和内饰1222的机身1218。高级系统1220的实例包括推进系统1224、电气系统1226、液压系统1228和环境系统1230中的一种或多种系统。可包括任何数量的其它系统。虽然示出了航空航天实例，但是本发明的原理可应用到其它行业，诸如汽车行业。

如上文已经提到的，在生产及保养方法1200中的任何一个或更多个阶段期间可采用本文中体现的设备和方法。例如，对应于生产阶段1208的部件或子组件能以类似于在飞行器1202处于服役时生产的部件或子组件的方式来制作或制造。另外，在生产阶段1208和1210期间，可利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或它们的组合，例如大大加快飞行器1202的组装并降低成本。类似地，在飞行器1202处于服役时，例如但不限于在维护及检修1216期间，可利用一个或多个设备实施方式、方法实施方式或它们的组合。若干不同例证性实施方式的使用可。例如，本文中描述的技术和系统可用于步骤1206、1208、1210、1214和/或1216，以及/或者可用于机身1218和/或内饰1222。这些技术和系统可甚至用于系统1220，包括例如推进系统1224、电气系统1226、液压系统1228和环境系统1230。

在一个实施方式中，层压件被固化成包括一部分机身1218的复合零件，并且在部件及子组件制造1208期间制造。然后，复合零件可在系统整合1210中被组装到飞行器中，然后投入服役1214，直到磨损使复合零件不可用。然后，在维护及检修1216中，零件可被丢弃并更换为新制造的复合零件。本发明的部件和方法可在整个部件及子组件制造1208中使用，以便固定将固化成新复合零件的层压件。

图中示出或本文中描述的任何各种控制元件(例如，电气或电子部件)可实现为硬件、实现软件的处理器、实现固件的处理器或这些的一些组合。例如，元件可以被实施为专用硬件。专用硬件元件可被称为“处理器”、“控制器”或一些类似的术语。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器来提供，其中一些处理器可以共享。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为专指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用应用程序集成电路(ASIC)或其他电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器、逻辑或一些其他物理硬件部件或模块。

另外，控制元件可被实施为可由处理器或计算机执行的指令以执行元件的功能。指令的一些例子是软件、程序代码和固件。指令在由处理器执行时可操作以指示处理器执行元件的功能。指令可以存储在处理器可读的存储设备上。存储设备的一些例子是数字或固态存储器，诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。

下面的条款中也涉及本发明，这些条款不会与权利要求书混淆。

A1、一种方法，该方法包括以下步骤：

通过如下手段对物体执行真空固定：

用不透性隔膜覆盖所述物体706；

将真空端口定位在所述不透性隔膜处708；以及

将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜与所述物体之间的空气泄漏710。

A2、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

将可渗透层放置到所述物体上以与所述物体贴合并且位于所述物体与所述不透性隔膜之间704。

A3、还提供了根据段落A2所述的方法，其中：

所述可渗透层覆盖所述物体的第一部分；并且

所述方法进一步包括：

用第二可渗透层覆盖所述物体的第二部分；

用第二不透性隔膜覆盖所述第二可渗透层，所述第二不透性隔膜的面积大于由所述第二可渗透层限定的覆盖面积；

将第二真空端口定位在所述第二不透性隔膜处；以及

将负压施加到所述第二真空端口以排空所述第二不透性隔膜与所述物体之间的空气。

A4、还提供了根据段落A3所述的方法，所述方法进一步包括：

用所述不透性隔膜覆盖所述可渗透层，使得所述不透性隔膜的端部延伸超出所述可渗透层的端部。

A5、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

保持所述不透性隔膜与所述物体之间分离以方便去除所述不透性隔膜下面的空气。

A6、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

用框架在结构上增强所述不透性隔膜以在吸取真空时方便空气在所述不透性隔膜和所述物体之间移动。

A7、还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

抵消沿着所述不透性隔膜的边缘的空气泄漏，以维持将所述不透性隔膜保持到所述物体的负压的量。

A8、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

通过将负压施加到所述真空端口以排空所述不透性隔膜与所述物体之间的空气，在不使用密封剂的情况下将所述不透性隔膜的边缘密封到所述物体。

A9、还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

所述真空端口和真空泵能够沿着所述不透性隔膜保持至少一英寸汞的压力。

A10、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

将所述物体定位在成形工具上；以及

将所述不透性隔膜的边缘布置为超出所述物体的边缘，使得负压排空所述不透性隔膜与所述成形工具之间的空气。

A11、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

通过拉动所述不透性隔膜将所述物体与成形工具分离；

将所述物体放置在新位置；以及

暂停负压。

A12、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

将框架固装到所述不透性隔膜以将所述不透性隔膜固定在预定配置下，方便拾取和放置操作，同时还确保空气在所述不透性隔膜与所述物体之间移动，从而方便抽真空。

A13、还提供了根据段落A1所述的方法，所述方法进一步包括：

通过抽真空在所述不透性隔膜的周界区域与成形工具之间形成真空固定。

A14、还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

响应于施加负压而将所述物体贴合到弯曲表面。

根据本发明的又一方面，提供了：

B1、一种设备，该设备包括：

不透性隔膜140；

真空端口150，所述真空端口贯穿所述不透性隔膜；以及

泵160，所述泵与所述真空端口联接并提供足够的体积流，以当将所述不透性隔膜放置在表面212上时抵消所述不透性隔膜的边缘处的空气泄漏。

B2、还提供了根据段落B1所述的设备，所述设备进一步包括：

可渗透层130，所述可渗透层在操作所述设备期间插入到所述表面与所述不透性隔膜之间。

B3、还提供了根据段落B2所述的设备，其中：

所述可渗透层包括含多个层630，640的双平面网状物，每个层均包括平行结构元件632。

B4、还提供了根据段落B2所述的设备，其中：

所述双平面网状物响应于由所述泵施加的负压而贴合到物体120。

B5、还提供了根据段落B1所述的设备，所述设备进一步包括：

框架1030，所述框架固装到所述不透性隔膜以将所述不透性隔膜固定在预定配置下。

B6、还提供了根据段落B1所述的设备，所述设备进一步包括：

软管151，所述软管将所述泵联接到所述真空端口。

B7、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的端部183，182处。

B8、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的中心部184处。

B9、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

可渗透层130覆盖物体的第一部分222；并且

所述设备进一步包括：

第二可渗透层300，所述第二可渗透层覆盖所述物体的第二部分224；

第二不透性隔膜400，所述第二不透性隔膜的面积大于由所述第二可渗透层限定的覆盖面积，并且覆盖所述第二可渗透层使得所述第二不透性隔膜的端部延伸超出所述第二可渗透层的端部；以及

第二真空端口410，所述第二真空端口位于所述第二不透性隔膜处。

B10、还提供了根据段落B9所述的设备，其中：

所述物体包括未固化的纤维增强层压件。

B11、还提供了根据段落B9所述的设备，其中：

所述物体包括碳纤维增强聚合物(CFRP)。

B12、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

负压引起的抽吸将所述不透性隔膜保持到位，并且相比经由所述不透性隔膜的端部处泄漏而损失的空气，所述负压排空更大量的空气。

B13、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

所述不透性隔膜包括乳胶。

B14、还提供了根据段落B1所述的设备，其中：

所述物体能变形并且沿着成形工具210的弯曲表面212放置。

根据本发明的又一方面，提供了：

C1、一种系统，该系统包括：

不透性隔膜140；

真空端口150，所述真空端口位于所述不透性隔膜处；以及

泵160，所述泵将负压施加到所述真空端口以排空所述不透性隔膜与物体120之间的空气，所述负压通过排空所述物体与所述不透性隔膜之间的空气直接固定所述不透性隔膜。

C2、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

可渗透层130覆盖所述物体的第一部分222；并且

所述系统进一步包括：

第二不透性隔膜，所述第二不透性隔膜的面积大于由所述第二可渗透层限定的覆盖面积，并且覆盖所述第二可渗透层使得所述第二不透性隔膜的端部延伸超出所述第二可渗透层的端部；以及

C3、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述物体包括未固化的纤维增强层压件。

C4、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述物体包括碳纤维增强聚合物(CFRP)。

C5、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

负压引起的抽吸将所述不透性隔膜保持在所述可渗透层处，并且相比经由所述不透性隔膜的端部142处泄漏而损失的空气，所述负压排空更大量的空气。

C6、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述不透性隔膜包括乳胶。

C7、还提供了根据段落C1所述的系统，所述系统进一步包括：

C8、还提供了根据段落C1所述的系统，所述系统进一步包括：

软管151，所述软管联接到所述真空端口。

C9、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的端部182，183处。

C10、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的中心部184处。

C11、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述物体能变形并且沿着成形工具210的弯曲表面212放置。

C12、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述可渗透层包括含多个层630，640的双平面网状物，每个层均包括平行结构元件。

C13、还提供了根据段落C1所述的系统，其中：

所述真空端口正好位于所述可渗透层之上。

C14、一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在被处理器执行时能操作以执行包括以下步骤的方法：

通过如下手段执行对物体120的真空固定：

用不透性隔膜140覆盖所述物体；

将真空端口150定位在所述不透性隔膜处；以及

将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜和所述物体之间的空气泄漏。

虽然本文中描述了具体实施方式，但是本公开的范围并不限于这些具体实施方式。本公开的范围由以下权利要求书及其任何等同物限定。

Claims

1.一种结合真空固定的成形方法，该方法包括以下步骤：

通过如下手段对物体执行真空固定：

用不透性隔膜覆盖成形工具上的所述物体，所述不透性隔膜未被密封到所述成形工具；

将真空端口定位在所述不透性隔膜处；以及

将负压施加到所述真空端口以抵消所述不透性隔膜与所述物体之间的空气泄漏，

该方法还包括以下步骤：

经由端部密封剂使真空袋胶粘/密封以围绕所述成形工具上的所述物体；

经由所述真空袋将边缘呼吸器密封到所述物体周围，其中所述边缘呼吸器提供使固化过程的空气在所述真空袋内行进的通道；

通过压缩机经由具有端口的真空管路排空所述真空袋的空气。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

将可渗透层放置到所述物体上以与所述物体贴合并且位于所述物体与所述不透性隔膜之间。

3. 根据权利要求2所述的方法，其中：

所述可渗透层覆盖所述物体的第一部分；并且

所述方法进一步包括：

用第二可渗透层覆盖所述物体的第二部分；

将第二真空端口定位在所述第二不透性隔膜处；以及

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括：

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

保持所述不透性隔膜与所述物体之间的分离，以方便去除所述不透性隔膜下面的空气。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

用框架在结构上增强所述不透性隔膜以在抽真空时方便空气在所述不透性隔膜与所述物体之间移动。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

抵消沿着所述不透性隔膜的边缘的空气泄漏以维持将所述不透性隔膜保持到所述物体的负压的量。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述真空端口和真空泵能够沿着所述不透性隔膜保持至少3400 Pa的压力。

10. 根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

将所述物体定位在所述成形工具上；以及

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

通过拉动所述不透性隔膜将所述物体与所述成形工具分离；

将所述物体放置在新位置；以及

暂停负压。

12.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

13.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

通过抽真空在所述不透性隔膜的周界区域与所述成形工具之间形成真空固定。

14.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

响应于施加负压而将所述物体贴合到弯曲表面。

15.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的设备，该设备包括：

所述不透性隔膜（140）；

所述真空端口（150），所述真空端口贯穿所述不透性隔膜；

泵（160），所述泵与所述真空端口联接并提供足够的体积流，以当将所述不透性隔膜放置在所述成形工具的表面（212）上时抵消所述不透性隔膜的边缘处的空气泄漏；

所述真空袋；

所述边缘呼吸器；

所述压缩机；以及

具有所述真空端口的所述真空管路。

16.根据权利要求15所述的设备，所述设备进一步包括：

可渗透层（130），在操作所述设备期间所述可渗透层介于所述表面与所述不透性隔膜之间。

17.根据权利要求16所述的设备，其中：

所述可渗透层包括含多个层（630，640）的双平面网状物，每个层均包括平行结构元件（632）。

18.根据权利要求17所述的设备，其中：

所述双平面网状物响应于由所述泵施加的负压而贴合到物体（120）。

19.根据权利要求15所述的设备，所述设备进一步包括：

框架（1030），所述框架固装到所述不透性隔膜以将所述不透性隔膜固定在预定配置下。

20.根据权利要求15所述的设备，所述设备进一步包括：

软管（151），所述软管将所述泵联接到所述真空端口。

21.根据权利要求15所述的设备，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的端部（183，182）处。

22.根据权利要求15所述的设备，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的中心部（184）处。

23. 根据权利要求15所述的设备，其中：

可渗透层（130）覆盖物体的第一部分（222）；并且

所述设备进一步包括：

第二可渗透层（300），所述第二可渗透层覆盖所述物体的第二部分（224）；

第二不透性隔膜（400），所述第二不透性隔膜的面积大于由所述第二可渗透层限定的覆盖面积，并且所述第二不透性隔膜覆盖所述第二可渗透层使得所述第二不透性隔膜的端部延伸超出所述第二可渗透层的端部；以及

第二真空端口（410），所述第二真空端口位于所述第二不透性隔膜处。

24.根据权利要求23所述的设备，其中：

所述物体包括未固化的纤维增强层压件。

25.根据权利要求23所述的设备，其中：

所述物体包括碳纤维增强聚合物（CFRP）。

26.根据权利要求15所述的设备，其中：

27.根据权利要求15所述的设备，其中：

所述不透性隔膜包括乳胶。

28.根据权利要求23所述的设备，其中：

所述物体能变形并且沿着所述成形工具（210）的弯曲表面（212）放置。

29.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的系统，该系统包括：

所述不透性隔膜（140）；

所述真空端口（150），所述真空端口位于所述不透性隔膜处；

泵（160），所述泵将负压施加到所述真空端口以排空所述不透性隔膜与物体（120）之间的空气，所述负压通过排空所述物体与所述不透性隔膜之间的空气直接固定所述不透性隔膜；

所述真空袋；

所述边缘呼吸器；

所述压缩机；以及

具有所述真空端口的所述真空管路。

30. 根据权利要求29所述的系统，其中：

可渗透层（130）覆盖所述物体的第一部分（222）；并且

所述系统进一步包括：

第二不透性隔膜，所述第二不透性隔膜的面积大于由所述第二可渗透层限定的覆盖面积，并且所述第二不透性隔膜覆盖所述第二可渗透层使得所述第二不透性隔膜的端部延伸超出所述第二可渗透层的端部；以及

31.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述物体包括未固化的纤维增强层压件。

32.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述物体包括碳纤维增强聚合物（CFRP）。

33.根据权利要求30所述的系统，其中：

负压引起的抽吸将所述不透性隔膜保持在所述可渗透层处，并且相比经由所述不透性隔膜的端部（142）处泄漏而损失的空气，所述负压排空更大量的空气。

34.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述不透性隔膜包括乳胶。

35.根据权利要求29所述的系统，所述系统进一步包括：

36.根据权利要求29所述的系统，所述系统进一步包括：

软管（151），所述软管联接到所述真空端口。

37.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的端部（182，183）处。

38.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述真空端口位于所述不透性隔膜的中心部（184）处。

39.根据权利要求29所述的系统，其中：

40.根据权利要求30所述的系统，其中：

所述可渗透层包括含多个层（630，640）的双平面网状物，每个层均包括平行结构元件。

41.根据权利要求30所述的系统，其中：

所述真空端口位于所述可渗透层的正上方。

42.一种包含编程指令的非暂时性计算机可读介质，所述编程指令在被处理器执行时能操作以执行根据权利要求1所述的方法。