CN109571801A - 用于复合零件的展现变化的曲率半径的间隙填充件的制造 - Google Patents

Abstract

本申请提供了用于复合零件的展现变化的曲率半径的间隙填充件的制造。一个实施方式是一种方法，该方法包括：获取纤维增强材料的丝束，选择多个丝束来用于具有聚合形状的捆束，将丝束共同组装成捆束，通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲，穿过模具拉拔捆束以使捆束结合成预成型件，沿预成型件强加纵向地变化的截面，并且锁定预成型件的曲率。

Description

用于复合零件的展现变化的曲率半径的间隙填充件的制造

技术领域

本公开涉及复合材料的领域、并且尤其涉及提高复合材料中的接合部的强度的间隙填充件。

背景技术

构成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压板可以在它们变硬成整体式复合零件之前形成为各种不同的形状中的任一种。例如，在层压板变硬成复合零件之前，可以利用模具和/或其他成型工具来改变层压板的片材形状。

可以由形成为具有包括弯曲半径的截面的形状的扁平层压板来制造支撑结构。在与其他成型层压板结合以产生具有I形、J形、T形、Z形、C形、帽形等截面的支撑结构时，层压板之间的接合部可以具有结合了多种半径的纵向间隙。因此，期望间隙填充件(俗称为“面条件(noodle)”)用来占据间隙。

用于复合零件的间隙填充件可以由“预浸”纤维或用于树脂灌注的干层压板、或甚至用于树脂灌注的拼凑在一起的干层压板制成。在任何情况下，用于复杂轮廓复合零件的间隙填充件的形式依然是充满挑战的，因为接合部可能展现出沿其长度改变的曲率半径以符合所支撑的结构的内模线(IML)。当前的间隙填充件具有恒定的纵向截面尺寸并且形成为符合复合零件中的间隙的纵向曲率。

因此，将期望具有一种考虑到至少一些以上讨论的问题以及其他可能的问题的方法和设备。

发明内容

本文中描述的实施例提供了能够自动制造预成型件(例如，间隙填充件)的技术和系统，这些预成型件展现出沿其长度变化的曲率。这导致了针对各种形状和尺寸的复合零件而定制的间隙填充件，这进而提高了强度。具体地，本文中描述的实施例可以通过在预成型件内的纤维增强材料的丝束之间引起滑动平面来制造弯曲的预成型件。这些滑动平面可以在连续的制造过程中进行调整、并且甚至可以允许沿多个轴线产生曲率。

一个实施例是一种方法，该方法包括：获取纤维增强材料的丝束，选择多个丝束来用于具有聚合形状的捆束(bundle)，将丝束共同组装成捆束，通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲，穿过模具拉拔捆束以使捆束结合成预成型件，强加沿预成型件纵向地变化的截面，并且锁定预成型件的曲率。

另一个实施例是一种设备，该设备包括张力驱动器，这些张力驱动器在丝束聚合为捆束之前通过向丝束中的各个丝束施加不同的张力量而在各个丝束之间引起滑动平面。该设备还包括控制器和驱动系统，该控制器选择由这些张力驱动器施加的张力量，该驱动系统穿过模具拉拔捆束，由此使捆束结合成预成型件。

另一个实施例是一种制品。该制品包括用于飞机的预成型件。该预成型件包括纤维增强材料的多个丝束，这些丝束各自已成形为纵向地变化的不同截面形状。这些丝束通过相对于彼此滑动而弯曲。

另一个实施例是一种制品。该制品包括用于飞机的预成型件。该预成型件包括纤维增强材料的多个丝束，这些丝束各自已成形为不同截面形状。各个丝束由与预成型件中的其他丝束不同的量而张紧，导致丝束之间的滑动平面。

另一个实施例是一种系统，该系统包括引导件和张力驱动器，该引导件将纤维增强材料的丝束共同组装成具有聚合形状的捆束，这些张力驱动器通过向丝束中的各个丝束施加不同的张力量而在捆束的丝束之间引起滑动平面。该系统还包括：加热器，这些加热器将捆束加热至粘结温度，丝束在该粘结温度下结合在一起；驱动系统，该驱动系统在丝束被加热时穿过模具拉拔丝束，由此使捆束结合为预成型件；以及冷却器，该冷却器降低预成型件的温度，由此锁定由这些不同的张力量限定的曲率。

另一个实施例是一种系统，该系统包括：控制器，该控制器配置成用于选择纤维增强材料的多个丝束以用于组装成具有聚合形状的捆束；引导件，该引导件配置成用于将纤维增强材料的多个丝束共同组装成捆束；以及张力驱动器，这些张力驱动器配置成用于通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲。该系统还包括：加热器，这些加热器将捆束加热至粘结温度，丝束在该粘结温度下结合在一起；驱动系统，该驱动系统在丝束被加热时穿过模具拉拔丝束，由此使捆束结合为预成型件；以及冷却器，该冷却器配置成用于降低预成型件的温度，由此锁定由滑动平面限定的曲率。

另一个实施例是体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，这些编程指令在由处理器执行时可操作成用于执行方法。该方法包括：引导驱动系统获取纤维增强材料的丝束，引导驱动系统穿过引导件拉拔丝束，该引导件将丝束共同组装成具有聚合形状的捆束，并且引导张力驱动器通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲。该方法还包括：引导驱动系统穿过模具拉拔捆束以将捆束结合成预成型件，强加沿预成型件纵向地变化的截面，并且锁定预成型件处的曲率。

其他示意性实施例(例如，与前述实施例相关的方法和计算机可读介质)可以在下文中描述。已讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现、或者可以在其他实施例中组合，其进一步的细节可以参照以下说明和附图看到。

附图说明

现在将参照附图并且仅通过举例的方式描述本公开的一些实施例。在所有图上，相同的参考标号表示相同的元件或相同类型的元件。

图1展示了示意性实施例中的面板。

图2展示了示意性实施例中的面板的帽形区段。

图3A至图3B展示了示意性实施例中的图2的帽形区段的进一步视图。

图4至图5展示了示意性实施例中的间隙填充件的截面。

图6是展示了示意性实施例中的用于弯曲的间隙填充件的制造系统的图示。

图7是展示了示意性实施例中的用于操作用于弯曲的间隙填充件的制造系统的方法的流程图。

图8是展示了示意性实施例中的用于向间隙填充件施加曲率的力函数的力图。

图9是示意性实施例中的制造系统的框图。

图10是示意性实施例中的飞机制造及维修方法的流程图。

图11是示意性实施例中的飞机的框图。

具体实施方式

附图和以下说明展示了本公开的具体示意性实施方式。因此将可以理解的是，本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置尽管在文中未明确描述或示出，但仍体现了本公开的原理并且被包括在本公开的范围内。此外，本文中描述的任何实例旨在帮助理解本公开的原理，并且应解读为不限于这些具体列举的实例和条件。因此，本公开并不限于以下描述的具体实施例或实例，而是由权利要求及其等同物限定。

图1至图3B展示了其中可以利用间隙填充件以提高接合部的强度的环境。具体地，图1展示了示意性实施方式中的面板100。面板100是诸如机翼、稳定面等的各种部件之一，这些部件可以在结构上利用帽形区段或桁条来增强。在这个实施例中，面板100由沿宽度(W)分布的多个帽形区段110增强。各个帽形区段110沿面板100的长度(L)延伸。如在图1中示出的，每个帽形区段的曲率半径可以沿面板100的长度变化。因此，在沿面板100的长度的点P1处，存在第一曲率半径R1，并且在点P2处，存在大于R1的第二曲率半径R2。

图2展示了示意性实施例中的面板的帽形区段200。具体地，图2是与图1的观看箭头2对应的截面图。帽形区段200沿宽度(W)、长度(L)、和厚度(T)延伸。截面变化可以沿帽形区段200的长度和/或在填充帽形区段200内的间隙的预成型件内出现。本文中讨论的技术允许由纵向地成形/修剪成变化的截面形状的丝束来形成预成型件(例如，图3的预成型件350和预成型件352)。以此方式，即便截面可以沿预成型件的长度在不同位置处变化，但预成型件在端部之间将具有相同数量的丝束/件。这可以通过修剪预成型件的周边和/或调整使预成型件成形的模具的形状来实现。关于图3A至图3B提供了帽形区段200的具体细节。

深入研究帽形区段200的几何形状，图3A至图3B提供了与图2的观看箭头3对应的帽形区段200的端视图。图3A是分解端视图，而图3B是标准端视图。在这个实施例中，帽形区段200包括用于面板100的蒙皮310的一部分、以及铺设在蒙皮310上以形成“帽形件”的多层重叠层压板320。包绕件(wrap)330放置在重叠层压板320与蒙皮310之间。预成型件350和预成型件352插入到由包绕件330、重叠层压板320与蒙皮310的交会处形成的接合部中。

用作预成型间隙填充件的层压板可以包括短纤维、纤维玻璃、粘附膜、或碳纤维的层或件。已用可固化树脂或热塑性树脂浸渍的碳纤维被称为“预浸”层压板。其他类型的碳纤维包括尚未用树脂浸渍但可以包括增粘剂或粘合剂的“干纤维”。在层压板已被安排和变硬之后，它们可以形成整体式复合零件。

在这个实施例中，每个层压板包括一层或多层构成材料，诸如，可以通过粘结剂(例如，增粘剂、热塑性膜等)稳定的呈“干纤维”形式(即，没有用树脂浸渍)的碳纤维。在经铺设并符合期望形状(例如，经由对预成型件的固结)之后，蒙皮310、重叠层压板320、包绕件330、预成型件350和预成型件352共同固化或以其他方式变硬(例如，经由在真空中施加热)，以便形成整体式复合零件(例如，展现出期望强度的固化碳纤维桁条)。

如在图3B中示出的，重叠层压板320和蒙皮310在接合部360处联合。在没有预成型件350的情况下，接合部360将展现出密封的曲率半径。因此，期望预成型件350形成没有空隙的接合部360，并且预成型件350被放置在接合部360处的体积370内。预成型件350也可以被称为“面条件”或“间隔物”。预成型件350在接合部360处将空隙填满，由此增加了接合部360的强度并且促进蒙皮310与重叠层压板320之间的结合。

预成型件350内的纤维(未示出)被定向成使得它们随着预成型件350弯曲而沿着预成型件350的长度延伸。应理解的是，预成型件350可以特别长(例如，几十米的量级)并且特别窄(例如，宽度有变化但平均为几厘米)，并且可以由连续的制造过程得到。在其中利用长的连续纤维形成预成型件350和预成型件352的实施例中，预成型件350和预成型件352可以叠接在一起以便增加长度。

预成型件350的宽度和厚度可以沿预成型件350的长度变化，并且可以依据所产生的间隙填充件的类型而变化。预成型件350处的每个丝束内的各个纤维(例如，碳纤维)可以用粘合剂结合(或结合在粘合剂内)。粘合剂可以包括热塑性膜、热固性树脂或甚至其组合。同时，纤维可以包括沿预成型件350的长度延伸的单向纤维。

图4至图5展示了示意性实施例中的预成型件350的截面。图4至图5具体地对应于图3B的观看箭头4。对于图4中展示的实施例，预成型件350沿其厚度被细分为四个丝束(T1、T2、T3和T4)。还展示了丝束之间的滑动平面410，如同纤维414和材料412(例如，热塑性膜、粘合剂、树脂等)。图4中的滑动平面的安排可以用于围绕一个轴线(例如，A1)强加曲率/卷曲。相对而言，图5中展示的实施例沿其厚度和其宽度两者被细分为许多丝束(T1、T2A、T2B、T3A、T3B、T3C、T4A、T4B、T4C、T4D)。这导致了横向地定向的滑动平面410和竖直地定向的滑动平面510。图5中描绘的构型使得随着预成型件350沿其长度延续而能够围绕多个轴线(例如，A1和A2)强加曲率/卷曲。在另外的实施例中，预成型件350可以被细分为任何合适数量的丝束。在预成型件350内，丝束的形状也可以变化。例如，在图4中，丝束T1是三角形的，而丝束T2-T4是梯形的。

图6是展示了示意性实施例中的用于弯曲的间隙填充件的制造系统600的图示。具体地，制造系统600可以用于将期望的曲率半径(和甚至变化的曲率半径)强加到间隙填充件上，以便确保间隙填充件没有装得溢出诸如面板、桁条等的帽形区段的结构部件的接合部或在其中留下空隙。

在这个实施例中，制造系统600包括纤维增强材料的滚筒610。每个滚筒提供纤维增强材料的不同丝束(例如，T1、T2、T3、T4)。此外，每个滚筒610包括张力驱动器。张力驱动器622向丝束T1施加张力，张力驱动器624向丝束T2施加张力，张力驱动器626向丝束T3施加张力，并且张力驱动器628向丝束T4施加张力。张力的量可以例如在十牛顿与一百牛顿之间变化。可以向各个丝束施加不同的张力量，从而在丝束被结合并且穿过模具640被拉动时导致丝束之间的滑动平面。张力驱动器622-628可以包括张力电机、弹簧和/或齿轮的组合等等。

随着丝束经由滚筒620从滚筒610离开，这些丝束各自通过切割器690(例如，刀片或刀片组合)成形为一截面形状。对于丝束的形状可以是扁平的(例如，基本上平坦的、或者具有平滑的下表面或上表面)，以便确保在该丝束与其他丝束之间存在大的界面面积。

在另外的实施例中，可以利用其他的成形装置。具体形状可以依据对于间隙填充件所期望的最终截面形状而变化。丝束继续穿过引导件680，该引导件将这些丝束组装成具有聚合截面形状的捆束682，该聚合截面形状大致对应于预成型件350的期望形状。例如，捆束682的聚合形状可以是非圆形的形状(例如，大致三角形或方形的形状)。捆束682被加热器630加热至粘结温度或粘合点温度。在粘合点温度下，各个丝束内的材料(例如，增粘剂、粘合剂、膜等)的粘结特性被激活，但尚未发生固化。这样的温度可以包括针对热固性树脂的80至160摄氏度(℃)或针对热塑性膜的140至240℃。加热确保了捆束682能够通过模具640来再次成形，而不会破裂或破坏。加热器630可以包括任何合适的加热部件，例如，利用红外辐热加热元件的辐射加热器。

捆束682在加热时被进一步穿过模具640拉拔(例如，造成几十或几百磅的压力来将捆束682压缩和压实成预成型件350)。模具640因此将捆束682压实(例如，压实了体积的百分之十到二十)并且使捆束682成形/结合，以便产生预成型件350。

一旦离开模具640，预成型件350就进入冷却器650，该冷却器包括冷却腔室652。在冷却腔室652内，冷却流体(例如，低于粘合点温度的空气射流)使预成型件350的温度降低以使预成型件350凝固。在一些实施例中，液体和化学制冷剂由冷却器650使用，以通过穿过蒸发器或传统的制冷回路的传导来冷却预成型件350。在其中丝束T1-T4是干纤维的丝束的实施例中，预成型件350可以被制成为“干的”，从而使其等待树脂浸渍/灌注和固化。在另外的实施例中，丝束T1-T4包括用可固化树脂(预浸坯料)、粘附膜、纤维玻璃等预浸渍的纤维。

驱动系统660在连续的过程中穿过模具640拉动预成型件350。由驱动系统660施加的张力量可以基于由张力驱动器622-628施加的张力量的总和以及应当穿过模具640拉拔预成型件350的速度。在这个实施例中，驱动系统660包括压紧滚筒662和664，这些压紧滚筒沿方向666和667旋转，从而形成拉动预成型件350所穿过的咬口(nip)668。咬口668为预成型件350提供抓握和拉动动作。因此，咬口668的尺寸可以被确定成小于预成型件350的截面，以便提供足够的夹持力。预成型件350的材料几何形状已经通过加热、成型和冷却过程而设定。

滚筒施加拉力(例如，几十磅的力)，以便将预成型件350从模具640拉出。这个力还向预成型件350施加张力，从而确保了预成型件350保持张紧。在另外的实施例中，驱动系统660可以包括附接至预成型件350的张力拉具，例如，拉动夹持到预成型件350的尖端的绳索的电机。

在进入到模具640中之前在逐个丝束的基础上执行的仔细校准的张力控制使得能够以可控的方式引起滑动平面。因此，在一些实施例中，期望滚筒662、滚筒664、和/或滚筒610包括离合器和/或制动器(未示出)来促进张力控制。这些系统可以由控制器670校准和/或引导。

控制器670管理以上描述的制造系统600的部件的各种操作。例如，控制器670可以调整由驱动系统660施加的拉力的量、经由冷却器650施加的冷却流体的量、由加热器630施加的热的量等等，以便确保达到其中同时执行解绕、加热、馈送、冷却和拉拔的稳态过程。传感器632为控制器670提供表明捆束682在进入模具640之前的温度的温度反馈。控制器670可以通过基于来自传感器632的输入调节驱动系统660的拉力来进行主动反馈控制。例如，如果温度过高，控制器670可以增加预成型件350被拉拔的速度，并且如果温度过低，控制器670可以降低预成型件350被拉拔的速度。控制器670可以实现为例如定制电路、执行编程指令的硬件处理器或其某种组合。

在另一个实施例中，压紧滚筒662和/或压紧滚筒664包括测量预成型件350被拉拔所受的阻力的内部传感器(例如，感测滚筒处的扭矩的扭矩传感器、负载传感器等等)。这种测量表明了预成型件350处的张力水平。因此，控制器670可以利用来自压紧滚筒662和/或压紧滚筒664处的内部传感器的输入，以确保预成型件350处的张力被保持在期望的最小张力水平与最大张力水平之间。

因为对不同的丝束施加了不同的张力量，因此在丝束之间产生了滑动平面。这导致了穿过模具640的各个丝束具有递增的不同长度，这导致了预成型件350处的不同/有区别的张力。在预成型件350已被冷却至低于粘结温度(或粘合点温度)并且被切割/成形之后，张力引起了沿预成型件350的长度强加曲率的内部应力。例如，这些张力在产生一百五十英寸至两百英寸之间的曲率半径时可以是特别合适的。

预成型件350的长度可以被切割和被储存以用于对将固化成复合零件的层压板的后续应用。贯穿整个过程，控制器670可以通过防止丝束处的张力超过目标值或超出目标范围来调节丝束的解绕、张紧、加热和拉拔。控制器670可以在连续的制造过程中进一步调整由张力驱动器622-628施加的张力量。这调整了滑动平面，从而改变了预成型件350在沿预成型件350的长度的不同位置处的曲率半径。如果期望，控制器670甚至可以调整张力量来改变曲率的方向。例如，将最高的张力施加给弯曲的内侧处(在该处弯曲最紧并且曲率半径最小)的丝束，而将最低的张力施加给弯曲的外侧处(在该处弯曲最不紧并且曲率半径最大)的丝束。

将关于图7讨论制造系统600的操作的示意性细节。对于这个实施例，假定操作者已将纤维增强材料装载到滚筒610上，并且控制器670已基于对于预成型件350所期望的高度而选择了多个丝束来用于预成型件350。控制器670甚至可以在特定的纵向位置处落下丝束以动态地调整截面形状。操作者已将丝束的尖端从滚筒610馈送穿过模具640并馈送到滚筒662和664中。因此，可以存在预成型件350的前导区段，该前导区段尚不具有期望的截面或曲率。这个前导区段可以被拉动穿过制造系统600并然后被移除。简言之，该前导区段用于为间隙填充件形成的过程做准备，并且将不是被铺设成复合零件的预成型件350的一部分。

图7是展示了示意性实施例中的用于操作用于弯曲的间隙填充件的制造系统600的方法700的流程图。参考图1中的制造系统600描述了方法700的步骤，但是本领域技术人员将理解，方法700可以在其他系统中执行。本文中描述的流程图的步骤并非全部包括在内，而是可以包括未示出的其他步骤。本文中描述的步骤也可以以替代的顺序执行。

控制器670引导驱动系统660的操作来开始旋转，这致使预成型件350(以及因此丝束T1-T4)前进、从上游拉动至下游。这导致了从滚筒610获取纤维增强材料的丝束T1-T4(步骤702)。在这个过程中，控制器670可以主动地使用来自驱动系统660处的一个或多个内部传感器的输入来调节驱动系统660的速度。控制器670还可以选择多个丝束来用于具有聚合形状的捆束682(步骤704)。

在从滚筒610解绕之后，可以通过切割器690(例如，刀片或刀片组合)将丝束T1-T4纵向地成形/修剪成变化的截面形状。以此方式，即便截面可以沿预成型件的长度在不同位置处变化，但所得到的预成型件在端部之间可以具有相同数量的丝束/件。沿所得到的捆束682的长度的截面变化可以通过修剪预成型件的周边和调整模具640的形状来实现。在另外的实施例中，可以利用任何合适的部件使丝束T1-T4成形。丝束继续行进至引导件680，在该处将这些丝束组装成具有聚合截面形状的捆束682，该聚合截面形状大致对应于预成型件350的截面形状(步骤706)。张力驱动器622通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲(步骤708)。因此，在丝束正在被拉拔时，通过经由张力驱动器622-628向丝束T1-T4中的各个丝束施加不同的张力量而在丝束T1-T4之间引起滑动平面。

继续拉动丝束，并且经过加热器630。加热器630将热供应至捆束682，使捆束682的温度增加至粘结温度(或粘合点温度)，在该温度下丝束结合在一起(步骤710)。粘结温度可以针对丝束内的将纤维的丝束结合在一起的构成材料(例如，粘合剂、热塑性膜等)。这提高了单独的丝束结合/粘合在一起的能力。在加热时穿过模具640拉拔捆束682，这将捆束682压缩(即，压实和成形)为预成型件350(步骤712)。这沿预成型件强加了纵向截面，该纵向截面可以变化。一旦离开模具640，通过冷却器650使预成型件350冷却，由此锁定预成型件的由施加给丝束T1-T4的不同张力量限定的曲率(步骤714)。在预成型件350切割/成形时，预成型件350展现了由不同的张力锁定的曲率半径。因此，预成型件350沿其长度弯曲。

在另外的实施例中，控制器670可以确定(例如，基于数控程序)预成型件350应在沿其长度的不同位置处展现不同的曲率半径。为此，控制器670可以引导张力驱动器622-628改变所施加的张力量，以便改变沿预成型件350的长度的不同位置处的曲率半径。

方法700提供了优于用于形成间隙填充件的现有技术的显著益处，因为方法700允许了经由连续的过程形成沿其长度具有变化的曲率半径的间隙填充件。这种技术在将间隙填充件施加于等待固化的层压板时防止了褶皱形成和扭折。此外，这种技术允许了对间隙填充件的快速且经济的自动化制造。

虽然方法700描述了基于对于预成型件350的期望高度来选择多个丝束，但在另外的实施例中，丝束的数量可以基于纤维增强材料的高度、宽度、面积重量等来选择。

图8是展示了示意性实施例中的用于向预成型件施加期望曲率的力函数800的力图。控制器670可以存储和加载各种力函数(例如，数学上限定的函数，表明施加给各个丝束的力的量)，以便将各种曲率半径强加到预成型件350上。例如，控制器670可以检测沿预成型件350的长度方向位置，并且识别强加在该位置处的曲率半径。控制器670然后可以加载对应该曲率半径的力函数，并且基于该力函数引导张力驱动器622-628。

在这个实施例中，力函数800向丝束T1施加力F1、向丝束T2施加力F2、向丝束T3施加力F3、并且向丝束T4施加力F4。当施加了这些力来抵抗驱动系统660的拉拔力时，其致使各个丝束被拉拔穿过模具640的量略微不同(例如，小于百分之十或百分之一的长度的不同)。在这个实例中，因为丝束T4经受最高的阻力，丝束T4被拉拔穿过模具640的量最小。相比之下，因为丝束T1经受最低的阻力，丝束T1被拉拔穿过模具640的量最大。这导致了预成型件350处的致使预成型件350卷曲的不同张力。该卷曲致使丝束T1形成曲率的外部，并且丝束T4形成曲率的内部。

实例

在以下实例中，在经由滑动平面的使用在间隙填充件内强加曲率的制造系统的背景下描述了额外的过程、系统和方法。

图9是示意性实施例中的制造系统900的框图。制造系统900向储存在滚筒910上的丝束920施加不同的张力量，以便将变化的曲率半径强加到所得到的间隙填充件844上。在这个实施例中，每个丝束920包括由粘合剂924保持在一起的单向纤维922。由控制器990管理的张力驱动器970向各个丝束920施加可变的张力量。切割器926将各个丝束920成形为期望的截面形状，包括例如沿预成型件的长度方向的截面变化。丝束920进入引导件836，该引导件将丝束920组装成捆束938。捆束938进入模具940，该模具可以具有比最终的模具形状更宽的入口。这个形状确保了捆束938不会聚成一团，这将截面形状强加到捆束938上以形成预成型件944。预成型件944在冷却器950内通过对流热传递被冷却并且被驱动系统960拉拔穿过模具940。传感器932可以由控制器990监测来确定丝束920的温度和/或由驱动系统960拉拔的直线距离的量。基于这种信息，控制器990可以调整驱动系统960的速度、由加热器930施加的热的量和/或由张力驱动器970施加的张力量。

更具体地参照附图，可以在如图10所示的飞机制造和维修方法1000和如图11所示的飞机1002的背景下描述本公开的实施例。在预生产过程中，示意性方法1000可以包括飞机1002的规范和设计1004以及材料采购1006。在生产过程中，进行飞机1002的部件和子组件制造1008和系统整合1010。此后，飞机1002可以经过认证和交付1012以便投入使用1014。在由客户使用时，飞机1002被定期进行例行维护和维修1016，其还可以包括修改、重新配置、翻新等。可以在制造和维修方法1000的任何一个或多个合适的阶段(例如，规范和设计1004、材料采购1006、部件和子组件制造1008、系统整合1010、认证和交付1012、投入使用1014、维护和维修1016)过程中和/或在飞机1002的任何合适的部件(例如，机身1018、系统1020、内部设施1022、推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028、环境系统1030)中采用本文中体现的设备和方法。

方法1000的每一个过程可以由系统整合商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或实施。出于本说明的目的，系统整合商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任意数目的零售商、分包商以及供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

如图11所示，通过示意性方法1000生产的飞机1002可以包括具有多个系统1020和内部1022的机身1018。高级系统1020的实例包括推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028和环境系统1030中的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天实例，但是本发明的原理可以应用于其他行业，例如汽车行业。

如以上已经提及的，本文中体现的设备和方法可以在制造和维修方法1000的一个或多个阶段过程中使用。例如，与生产阶段1008对应的部件或子组件可以以类似于飞机1002投入使用时生产的部件或子组件的方式制作或制造。另外，例如通过极大地加速飞机1002的组装或降低飞机的成本，在生产阶段1008和1010过程中可以利用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合。类似地，当飞机1002投入使用时，可以利用设备实施例、方法实施例或其组合中的一个或多个来例如但不限于进行维护和维修1016。例如，本文中描述的技术和系统可以用于步骤1006、1008、1010、1014和/或1016，和/或可以用于机身1018和/或内部设施1022。这些技术和系统甚至可以用于系统1020，包括例如推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028和/或环境系统1030。

在一个实施例中，预成型件350用在机身1418处的面板的帽形区段内，并且在部件和子组件制造1408的过程中制造。然后，面板可以在系统整合1410中组装到飞机中，并然后投入使用1414，直至面板被磨损得不能使用。然后，在维护和维修1416中，面板可以被丢弃并用新制造的风扇整流罩面板替换或者可以被修复。可以在整个部件和子组件制造1408过程中利用新的预成型件，以便促进新面板的制造。

图中示出或本文中描述的各种控制元件(例如，电气或电子部件)中的任一者可以实现为硬件、处理器执行软件、处理器执行固件或其一些组合。例如，元件可以实现为专用硬件。专用硬件元件可以被称作“处理器”、“控制器”或某个类似的专业术语。在由处理器提供时，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提供，其中一些处理器可以共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解读为排他性地指代能够执行软件的硬件，而是可以暗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内存(ROM)、随机存取内存(RAM)、非易失性存储器、逻辑或一些其他的物理硬件部件或模块。

此外，控制元件可以实现为可由处理器或计算机执行以执行元件的功能的指令。这些指令的一些实例是软件、程序代码和固件。当由处理器执行指令以引导处理器执行元件的功能时，指令是可操作的。指令可以存储在由处理器可读的存储设备上。存储设备的一些实例是数字或固态内存、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。

在以下不与权利要求混淆的条款中也提到了本发明。

A1.一种方法，包括：

获取纤维增强材料的丝束(步骤702)；

选择多个丝束来用于具有聚合形状的捆束(步骤704)；

将丝束共同组装成捆束(步骤706)；

通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲(步骤708)；

穿过模具拉拔捆束以使捆束结合成预成型件，沿预成型件强加纵向地变化的截面(步骤712)；以及

锁定预成型件的曲率(步骤714)。

A2.还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

在捆束的丝束之间引起滑动平面是通过向丝束中的各个丝束施加不同的张力量。

A3.还提供了根据段落A2所述的方法，其中：

曲率由不同的张力量来限定。

A4.还提供了根据段落A2所述的方法，其中：

施加给每个丝束的张力量基于对于预成型件的期望曲率来选择。

A5.还提供了根据段落A2所述的方法，进一步包括：

经由张力驱动器使对丝束的张力变化，这些张力驱动器各自可调整地控制特定丝束处的张力。

A6.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

选择多个丝束来用于捆束是基于预成型件在特定纵向位置处的高度。

A7.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

将捆束加热至粘结温度，丝束在粘结温度下结合在一起(步骤710)。

A8.还提供了根据段落A7所述的方法，其中：

穿过模具拉拔捆束在捆束被加热时执行。

A9.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

冷却预成型件(714)。

A10.还提供了根据段落A9所述的方法，其中：

冷却预成型件包括将低于粘结温度的空气引导到预成型件上。

A11.还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

将丝束沿多个轴线组装在一起；并且

在丝束之间沿这些轴线引起滑动平面。

A12.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

在连续地制造预成型件时改变滑动平面，导致调整预成型件的曲率半径。

A13.还提供了根据段落A1所述的方法，其中：

将丝束共同组装成捆束导致了非圆形的聚合形状。

A14.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

连续地且同时地执行获取、组装、引起和拉拔。

A15.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

使多个压紧滚筒旋转，这些压紧滚筒将预成型件压紧以穿过模具拉动捆束。

A16.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

拉动附接至整体式预成型件的张力拉具，以穿过模具拉拔捆束。

A17.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

基于纤维增强材料的面积重量选择用于预成型件的多个丝束。

A18.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

基于捆束在进入模具之前的温度来调整穿过模具拉拔捆束的速度。

A19.还提供了根据段落A1所述的方法，进一步包括：

通过修剪丝束来改变聚合形状。

根据本发明的另外的方面，提供了：

B1.一种体现编程指令的非暂时性计算机可读介质，这些编程指令在由处理器执行时可操作成用于执行方法，该方法包括：

引导驱动系统获取纤维增强材料的丝束(步骤702)；

引导驱动系统穿过引导件拉拔丝束，该引导件将丝束共同组装成具有聚合形状的捆束(步骤706)；

引导张力驱动器通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲(步骤708)；

引导驱动系统穿过模具拉拔捆束以使捆束结合成预成型件，沿预成型件强加纵向地变化的截面(步骤712)；以及

锁定预成型件处的曲率(步骤714)。

根据本发明的另外的方面，提供了：

C1.一种系统，包括：

控制器(670)，配置成用于选择纤维增强材料的多个丝束(T1-T4)以用于组装成具有聚合形状的捆束(682)；

引导件(680)，配置成用于将纤维增强材料的多个丝束共同组装成捆束；

张力驱动器(622-628)，配置成用于通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲；

加热器(630)，配置成用于将捆束加热至粘结温度，丝束在该粘结温度下结合在一起；

驱动系统(660)，配置成用于在捆束被加热时穿过模具(640)拉拔捆束，由此使捆束结合为预成型件(350)；以及

冷却器(650)，配置成用于降低预成型件的温度，由此锁定由滑动平面限定的曲率。

根据本发明的另外的方面，提供了：

D1.一种系统，包括：

引导件(680)，将纤维增强材料的丝束(T1-T4)共同组装成具有聚合形状的捆束(682)；

张力驱动器(622-628)，通过向丝束中的各个丝束施加不同的张力量来在捆束的丝束之间引起滑动平面；

加热器(630)，将捆束加热至粘结温度，丝束在该粘结温度下结合在一起；

驱动系统(660)，在捆束被加热时穿过模具拉拔捆束，由此使捆束结合为预成型件(350)；以及

冷却器(650)，降低预成型件的温度，由此锁定由不同的张力量限定的曲率。

D2.还提供了根据段落D1所述的系统，进一步包括：

传感器(632)，在捆束进入模具之前测量捆束的温度；以及

控制器(670)，基于捆束在进入模具之前的温度引导驱动系统调整穿过模具拉拔捆束的速度。

D3.还提供了根据段落D1所述的系统，进一步包括：

控制器(670)，引导张力驱动器调整在预成型件的制造过程中施加给丝束的张力量。

D4.还提供了根据段落D1所述的系统，其中：

加热器包括辐射加热元件。

D5.还提供了根据段落D1所述的系统，其中：

纤维增强材料包括干碳纤维。

D6.还提供了根据段落D1所述的系统，其中：

引导件沿多个轴线组装丝束。

根据本发明的另外的方面，提供了：

E1.一种制品，包括：

用于飞机的预成型件(350)，包括：

纤维增强材料的多个丝束(T1-T4)，这些丝束各自已成形为不同的截面形状，

各个丝束由与预成型件中的其他丝束不同的量而张紧，导致这些丝束之间的滑动平面。

E2.还提供了根据段落E1所述的制品，其中：

预成型件的截面形状纵向地变化。

F1.一种制品，包括：

用于飞机的预成型件(350)，包括：

纤维增强材料的多个丝束(T1-T4)，这些丝束各自已成形为纵向地变化的不同截面形状，

丝束通过相对于彼此滑动而弯曲。

F2.还提供了根据段落F1所述的制品，其中：

各个丝束由与预成型件中的其他丝束不同的量而张紧，导致这些丝束之间的滑动平面。

根据本发明的另外的方面，提供了：

G1.一种设备，包括：

张力驱动器(622-628)，在丝束聚合为捆束(682)之前通过向这些丝束中的各个丝束施加不同的张力量来在各个丝束(T1-T4)之间引起滑动平面；

控制器(670)，选择由张力驱动器施加的张力量；以及

驱动系统(660)，穿过模具拉拔捆束，由此使捆束结合为预成型件(350)。

虽然本文中描述了具体实施例，但本公开的范围并不限于那些具体实施例。本公开的范围由所附权利要求及其任何等同物限定。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

获取纤维增强材料的丝束(步骤702)；

选择多个丝束来用于具有聚合形状的捆束(步骤704)；

将所述丝束共同组装成所述捆束(步骤706)；

通过使组装好的丝束相对于彼此滑动来使组装好的丝束弯曲(步骤708)；

穿过模具拉拔所述捆束以使所述捆束结合成预成型件，沿所述预成型件强加纵向地变化的截面(步骤712)；以及

锁定所述预成型件的曲率(步骤714)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在所述捆束的所述丝束之间引起滑动平面是通过向所述丝束中的每个丝束施加不同的张力量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述曲率由不同的张力量来限定。

4.根据权利要求2所述的方法，其中：

施加给每个丝束的张力量基于对于所述预成型件的期望曲率来选择。

5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

经由张力驱动器使对所述丝束的张力变化，所述张力驱动器各自能调整地控制特定丝束处的张力。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

选择多个丝束来用于所述捆束是基于所述预成型件在特定纵向位置处的高度。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将所述捆束加热至粘结温度，所述丝束在所述粘结温度下结合在一起(步骤710)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述丝束沿多个轴线组装在一起；并且

在所述丝束之间沿所述轴线引起滑动平面。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在连续地制造所述预成型件时改变滑动平面，导致调整所述预成型件的曲率半径。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使压紧滚筒旋转，所述压紧滚筒将所述预成型件压紧以穿过所述模具拉动所述捆束。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于所述捆束在进入所述模具之前的温度来调整穿过所述模具拉拔所述捆束的速度。

12.一种系统，包括：

引导件(680)，所述引导件将纤维增强材料的丝束(T1-T4)共同组装成具有聚合形状的捆束(682)；

张力驱动器(622-628)，所述张力驱动器通过向所述丝束中的每个丝束施加不同的张力量来在所述捆束的所述丝束之间引起滑动平面；

加热器(630)，所述加热器将所述捆束加热至粘结温度，所述丝束在所述粘结温度下结合在一起；

驱动系统(660)，所述驱动系统在所述捆束被加热时穿过模具拉拔所述捆束，由此使所述捆束结合为预成形件(350)；以及

冷却器(650)，所述冷却器降低所述预成形件的温度，由此锁定由不同的张力量限定的曲率。

13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括：

传感器(632)，所述传感器在所述捆束进入所述模具之前测量所述捆束的温度；以及

控制器(670)，所述控制器基于所述捆束在进入所述模具之前的温度引导所述驱动系统调整穿过所述模具拉拔所述捆束的速度。

14.根据权利要求12所述的系统，进一步包括：

控制器(670)，所述控制器引导所述张力驱动器调整在所述预成形件的制造过程中施加给所述丝束的张力量。

15.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述引导件沿多个轴线组装所述丝束。