CN109956023A - 具有集成索引层压堆叠的加强纵梁面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有集成索引堆叠的加强纵梁面板。示例性复合面板包括具有内表面的蒙皮构件。用于定位支撑工具的索引包括联接到所述内表面的分层的第一组层压堆叠和第二组层压堆叠，使得在分层的所述第一组层压堆叠和分层的所述第二组层压堆叠之间形成通道。分层的所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述通道中的支撑工具以相对于所述面板自动对准所述支撑工具。纵梁可以包括盖部分，所述盖部分从分层的所述第一组层压堆叠延伸到分层的所述第二组层压堆叠，以在所述蒙皮构件的所述内表面上形成凸缘部分。所述索引和所述蒙皮构件可以共固化或者共粘合。

Description

具有集成索引层压堆叠的加强纵梁面板
技术领域
本公开总体涉及飞行器支撑结构，更具体地，涉及纵梁面板。
背景技术
在飞行器和运载火箭构造中，诸如飞行器的蒙皮之类的各种表面可以附接到称为纵梁或加强件的结构支撑构件。在飞行器机身中，纵梁附接到沿飞行器的纵向延伸的机身蒙皮。它们主要负责将作用在蒙皮上的空气动力载荷传递到包括框架的内部结构上。在飞行器的机翼或水平稳定器中，纵梁附接到机翼蒙皮并且这里它们的主要功能还是将作用在机翼上的弯曲载荷传递到诸如肋和翼梁的内部结构上。
复合部件上的加强构件的传统制造会是工具密集的。考虑到飞行器机翼和机身的规模，这些部件的成型和处理设备可能昂贵、笨重并且需要大量的工厂占地面积。使用这种设备也会产生不希望的时间和劳动。
因此，需要用于制造飞行器支撑结构的改进的系统和方法，这样的系统和方法减少了对劳动力、大量工具、工厂生产面积以及材料处理设备的需求。
发明内容
以下呈现了本公开的简化概述，以便提供对本公开的某些实施方式的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述，并且它没有标识本公开的关键和重要元素或描绘本公开的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文中公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
提供具有集成索引堆叠的加强纵梁面板以及制造这种面板的方法。具体地说，一种复合面板包括具有内表面的蒙皮构件。该复合面板还包括用于将支撑工具定位在内表面上的索引。索引可以包括联接到内表面的分层的第一组层压堆叠和分层的第二组层压堆叠，使得在分层的第一组层压堆叠和分层的第二组层压堆叠之间形成通道。
分层的第一组层压堆叠和第二组层压堆叠可以构造成支托通道中的支撑工具。在一些实施方式中，支撑工具是成形心轴。在一些实施方式中，支撑工具可以与分层的每个层压堆叠的一部分齐平。支撑工具可以经由索引自动对准。
复合面板还包括纵梁，该纵梁包括盖部分。盖部分可以从分层的第一组层压堆叠跨越到分层的第二组层压堆叠，以在蒙皮构件的内表面上形成第一凸缘部分和第二凸缘部分。每个凸缘部分可以从盖部分延伸。纵梁可以包括覆盖层压件，该覆盖层压件包括多个纵梁层片。
分层的每组层压堆叠可以包括多个索引层片。第一填料可以定位在第一组层压堆叠的第一顶部索引层片的顶部上。第二填料可以定位在第二组层压堆叠的第二顶部索引层片的顶部上。第一凸缘部分可以位于第一组层压堆叠的第一细长基部层片上。第二凸缘部分可以位于第二组层压堆叠的第二细长基部层片上。第一和第二细长基部层片可以分别形成第一和第二组层压堆叠的底层。
在一些实施方式中，索引和蒙皮构件共固化。在其他实施方式中，索引和蒙皮构件共粘合。分层的层压堆叠可以包括预浸渍有树脂体系的复合纤维。
本公开的其他实施包括与所描述的设备对应的系统和方法。例如，在可以包括前述和/或后续实施例和方面中任一项的主题的至少一部分的另一方面中，提供一种飞行器，该飞行器包括如上所述的一个或多个复合面板。
还提供一种制造所述加强复合面板的方法。该方法包括提供具有内表面的蒙皮构件。然后，可以将分层的第一组层压堆叠和分层的第二组层压堆叠层压到所述蒙皮构件的所述内表面上以形成索引，该索引具有位于所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠之间的索引通道。
所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述索引通道中的支撑工具。在一些实施方式中，所述支撑工具是成形心轴。所述方法还包括将所述支撑工具定位在所述索引通道内。在一些实施方式中，支撑工具与分层的每个层压堆叠的一部分齐平。所述支撑工具可以在所述索引通道内自动对准。该方法还包括将一个或多个纵梁层片沉积到所述支撑工具以及所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠上以形成纵梁。然后，连结所述蒙皮构件、所述第一组层压堆叠、所述第二组层压堆叠以及所述纵梁层片。
所述方法可以还包括将第一填料定位在所述第一组层压堆叠的第一顶部索引层片的顶部上，并且将第二填料定位在所述第二组层压堆叠的第二顶部索引层片的顶部上。
所述纵梁包括盖部分，该盖部分从分层的所述第一组层压堆叠跨越到分层的所述第二组层压堆叠，以在所述蒙皮构件的所述内表面上形成第一凸缘部分和第二凸缘部分。每个凸缘部分从所述盖部分延伸。
所述第一凸缘部分可以位于所述第一组层压堆叠的第一细长基部层片上，并且所述第二凸缘部分可以位于所述第二组层压堆叠的第二细长基部层片上。所述第一细长基部层片和所述第二细长基部层片可以分别形成所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠的底层。
在一些实施方式中，所述索引和所述蒙皮构件共固化。在其他实施方式中，所述索引和所述蒙皮构件共粘合。分层的所述层压堆叠可以包括预浸渍有树脂体系的复合纤维。
以下参照附图进一步描述这些以及其他实施方式。
附图说明
图1示出了可以利用本公开的各种实施方式实施的加强纵梁面板的实施例。
图2示出了现有纵梁面板组件系统的实施例的截面图。
图3A和3B示出了根据一个或多个实施方式具有集成索引层压堆叠的示例性加强纵梁面板的横截面视图。
图3C、图3D和图3E示出了根据一个或多个实施例具有集成索引层压堆叠和相应的支撑工具的加强纵梁面板的附加实施例的截面图。
图4示出了可以与本公开的各个实施方式一起使用的各种复合材料层。
图5A、图5B和图5C示出了根据一个或多个实施方式具有集成索引层压堆叠的加强纵梁面板的附加实施例的截面图。
图6示出了根据一个或多个实施方式用于制造具有集成索引层压堆叠的加强复合面板的示例性过程。
图7是根据一个或多个实施方式的可包括如本文中所述的加强纵梁面板的飞行器的示意图。
图8是可以利用本文中描述的方法和组件的飞行器生产和维护方法的框图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节以便透彻理解所呈现的概念。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所呈现的概念。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以免不必要地模糊所描述的概念。虽然将结合具体实施例描述一些概念，但是应该理解，这些实施例并不意图进行限制。相反，旨在覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本公开的实质和范围内的另选、变型以及等同物。
例如，将在诸如蒙皮面板之类的特定飞行器结构的背景下描述本公开的技术。然而，应该注意，本公开的技术和机构可以应用于各种其他交通工具或建筑结构的各种其他面板组件。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便透彻理解本公开。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施本公开的特定示例性实施方式。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以免不必要地模糊本公开。为清楚起见，有时将以单数形式描述本公开的各种技术和机构。然而，应该注意，除非另有说明，否则一些实施例包括技术的多次迭代或机构的多次实例化。
本公开描述了用于飞行器和其他交通工具或工业系统的新型加强纵梁面板组件。如本文中所述，术语“纵梁”、“桁梁”，“加强件”、“支撑结构”以及“支撑构件”可以互换使用。本文中所述的加强纵梁面板包括：包括层压堆叠的集成索引。
每个索引均可以包括一对层压堆叠，这一对层压堆叠包括第一组分层的层压堆叠和第二组分层的层压堆叠。每组层压堆叠均可以由构建到面板的蒙皮构件的内表面上的多层片复合材料形成。如本文中使用的，形成索引的层压堆叠组中的复合材料层片可被称为“索引层片”。第一组和第二组层压堆叠可以限定位于两组层压堆叠之间的具有特定截面形状的索引通道。层压堆叠构造成支托诸如成形心轴之类的支撑工具。支撑工具可以包括与索引通道的横截面形状相对应的横截面形状，使得支撑工具的表面的一个或多个部分与层压堆叠齐平。
在构建过程中，在加强纵梁面板中使用支撑工具以在固化过程中支撑诸如具有内部腔的加强件之类的各种支撑结构的形状。这种支撑工具必须适当对准以确保支撑结构位于正确位置，并包括用于足够的结构稳定性的适当形状。
加强纵梁面板的传统制造涉及手动放置支撑工具，这可能是劳动和工具非常密集的。这样的现有系统可以实施诸如光学激光模板之类的复杂的引导系统以引导将支撑工具手动放置到面板上。另外，自动拾取和放置系统可以用于基于引导系统定位支撑工具，但是建立拾取和放置移动和测量测试的迭代以对自动化系统进行编程从而恰当定位物品(工具、纵梁和其他面板部分)会是代价高的并且劳动密集的。照此，确保支撑工具或纵梁的准确放置可能导致劳动力需求增加和构建时间延长。
这些部件的尺寸和灵活性还使得运输、定位和对准部件麻烦或耗时，这可能需要大型设备和占地面积。例如，110英尺的纵梁可能需要相同长度的支撑工具。操纵这种大型支撑工具可能导致成本增加并降低制造产量的效率。
本文中描述的支撑工具在集成索引通道内的放置确保了支撑工具相对于加强纵梁面板恰当对准。例如，集成索引提供了迫使支撑工具恰当对准的引导结构。另外，这种构造允许支撑工具被牢固地放置到加强纵梁面板上，这可以确保在整个构建过程中的恰当对准。除了支撑工具之外，索引的层压堆叠组还可以在固化过程中为纵梁提供额外的支撑，也为面板提供额外的结构支撑。集成索引通道可以与自动拾取和放置系统结合使用，以在制造过程中完全自动放置并对准支撑工具。此外，该集成索引通道可以利用自动带放置过程和精确度能力来对准工具。
因此，所描述的系统和组件提供了对现有制造结构支撑构件的系统的改进，其中支撑工具的放置或对准是手动完成的。所描述的组件提供支撑工具的自动对准，其比现有系统更精确并有效，从而减少劳动力并消除对大量工具和操纵设备的需要。
参考图1描述可以用本公开的各个实施方式实施的加强纵梁面板100的实施例。如图1中描绘的，面板100由横轴(X轴)、纵轴(Y轴)和竖直轴(Z轴)限定。在一些实施方式中，面板100可以是飞行器机身外壳的一部分。然而，在其他实施方式中，面板100可以是各种其他结构的一部分。例如，各种面板可以包括蒙皮面板的一部分或水平和竖直稳定器或控制表面中的结构的一部分。
如图1中所示，面板100包括具有内表面110-A的外蒙皮构件110。在各个实施方式中，面板100的结构可包括框架106。面板100可以用一个或多个诸如纵梁120之类的加强支撑结构增强，这些加强支撑结构沿内表面110-A联接到面板100。在一些实施方式中，如图1中所示，纵梁120可以构造成使得纵梁120的长度取向成基本上平行于飞行方向105，该飞行方向平行于Y轴。然而，在各种实施方式中，加强的支撑结构可以基于载荷路径和偏转方向以各种其他角度和取向定向，以便减小主结构的载荷和偏转。另外，加强的支撑结构可以包括由其他功能驱使的其他取向，例如布线的支架附接或通过纵梁排出气体所需的位置。
纵梁120可以构造有各种截面形状以用于不同的结构特性。各种纵梁类型可以包括诸如帽形纵梁之类的封闭的截面形状或诸如L形纵梁之类的开放的截面形状。其他形成的纵梁类型可以包括叶片纵梁、Z形纵梁、C形纵梁等。图2示出了现有纵梁面板组件系统200的实施例的截面图。在一些实施方式中，系统200可以是面板100，并且图2描绘了对应纵轴从A-A视点(在图1中标识的)看到的面板的一部分的截面。
如所示，面板200包括蒙皮构件210，该蒙皮构件具有沿内表面210-A的帽形纵梁220。在一些实施方式中，为了结构和制造质量的目的，根据需要，纵梁220可以定位在基础装料211上。然而，在其他实施方式中，纵梁220可以直接放置在蒙皮构件210上。
在各个实施方式中，面板的组装可能需要支撑工具以在纵梁固化或以其他方式设置就位时为纵梁提供结构或位置支撑。例如，支撑工具230可以包括成形心轴。这种心轴可以包括诸如实心橡胶心轴、膨胀橡胶心轴、由粘土或粉末形成的冲刷心轴以及飞散泡沫心轴之类的各种类型的心轴中的任何一种。在其他实施例中，支撑工具可以是可充气的囊袋类型。在一些实施方式中，还可以包括诸如条状件条状物240之类的各种半径填料，其可以用于填充纵梁220、支撑工具230和基础装料211或蒙皮构件210之间的间隙，以防止树脂在固化期间淤积。
在纵梁面板组件中，这种支撑工具必须精确地对准在蒙皮构件或基础装料上，以便精确地控制纵梁位置以及纵梁的定位和形状。在现有的面板组件中，通常利用大型工具辅助提升、运输以及放置支撑工具以完成支撑工具和/或纵梁的放置和/或对准。可以借助包括使用光学激光模板在由激光器限定的边界内引导手动放置的各种方法另外实现精确放置。可以实施各种其他对准机构以引导支撑工具的手动放置。确保支撑工具的准确手动对准的努力可进一步导致增加的劳动力需求和更长的构建时间。
另外，支撑工具通常包括可以达到等于纵梁长度的长度。如前所述，777X飞行器的纵梁可以长达110英尺。照此，110英尺的实心橡胶心轴可以包括显著的重量。这种大型的支撑工具还可能需要大量的操纵工具和设备以形成、翻转、定位和运输支撑工具。例如，处理拾取和放置设备可以用于运输和操控这种工具。由于它们的尺寸，支撑工具放置中也可能发生尺寸变化。这可能进一步影响制造效率并增加劳动时间以及制造产量的成本。
通过将层压堆叠集成到面板的蒙皮构件上，可以沿面板的内表面构造集成的索引结构以自动对准支撑工具。参考图3A和图3B，示出了根据一个或多个实施方式的具有集成索引层压堆叠的示例性加强纵梁面板300的截面图。在各个实施方式中，加强的纵梁面板300包括蒙皮构件310，其具有位于蒙皮构件310的内表面310-A处的支撑工具索引350。在一些实施方式中，蒙皮构件310可以包括多个层片或者多层复合材料。如本文中使用的，包括蒙皮构件的复合材料的层片可以称为“蒙皮构件层片”或“面板层片”。在一些实施方式中，除了蒙皮构件310以外或者代替蒙皮构件310可以包括基础装料或其他更高的组件结构。
在各个实施方式中，索引350包括一组层压堆叠351和一组层压堆叠352。每个层压堆叠均可以包括由诸如预浸料之类的复合材料形成的多层片或者多层索引层片，参考图5A、图5B、图5C进一步描述索引层片。每组层压堆叠均可以包括外表面和内表面。层压堆叠351包括内表面351-A和外表面351-B。层压堆叠352包括内表面352-A和外表面352-B。
两组层压堆叠351和352可以在内表面351-A和352-A之间限定通道354。在一些实施方式中，通道354可以由内表面351-A和352-A以及蒙皮构件310的内表面310-A限定。然而，在其他实施方式中，如诸如图3D与图3E之类的实施方式中所示，通道354可以完全由层压堆叠的内表面限定。在其他实施方式中，如诸如图5B之类的实施方式中所示，通道也可以由基本装料或其他更高级别的组件结构限定。在一些实施方式中，通道的形状对应诸如心轴之类的支撑工具的一部分的形状。照此，层压堆叠351和352可以构造成支托通道354中的支撑工具(例如如图3B中描绘的支撑工具330)。在一些实施方式中，支撑工具330可以是支撑工具230。在一些实施方式中，支撑工具330可以由内层片外套332包围。例如，各种支撑工具可以包括诸如透气白色织物或塑料片之类的预备材料。
在一些实施方式中，支撑工具的表面与每组层压堆叠的内表面齐平。在一些实施方式中，支撑工具的底表面也与蒙皮构件310的内表面310-A或其他诸如基本装料之类的更高级别的组件结构齐平。在各个实施方式中，支撑工具330在被放置在通道354中时在索引350内相对于面板300自动对准。这样的构造还可以提供用于放置支撑工具330的更牢固的构造，使得支撑工具330在放置之后的任何移动被阻止，从而确保维持恰当的对准。
一旦支撑工具330放置在索引350内并对准，纵梁320就可以放置到面板300上。在各个实施方式中，纵梁320是具有圆形盖部分322的圆形纵梁。如本文中使用的，术语“圆形纵梁”可以与“圆形帽型纵梁”或“ω纵梁”互换地使用。然而，应该注意，本文中描述的实施方式可以根据相应支撑工具的形状以各种纵梁形状实施。纵梁320的盖部分322可以从一组分层的层压堆叠351跨越到另一组分层的层压堆叠352并且延伸到位于蒙皮构件310的内表面310-A上的凸缘部分324中。在图3B中，为了阐明的目的，凸缘部分324加了阴影。在一些实施方式中，纵梁320包括包覆层压，该包覆层压包括多个纵梁层片。在一些实施方式中，纵梁层片可以包括复合材料。在一些实施方式中，纵梁层片的这种复合材料可以是与面板层片或分层的层压叠堆351和352中的索引层片相同的材料。
支撑工具330的上表面可以对应纵梁320的盖部分的形状。照此，纵梁320的盖部分可以与支撑工具330齐平。另外，层压叠堆351和352也可以提供与半径填料相同的功能以与支撑工具330协作而进一步支撑纵梁320的形状和结构。诸如组351和352之类的层压堆叠组也可以有助于面板本身的结构刚度和完整性。
在一些实施方式中，支撑工具、层压堆叠与纵梁之间可以存在空间370或间隙。这可能是由于用于形成层压堆叠的复合材料的厚度的限制。然而，这样的空间370可以忽略不计并且可以不影响层压堆叠结合支撑工具330支撑纵梁320的能力。这些空间可以仅在面板以未经时效的未固化组装状态组装期间存在。在共固化或共粘合过程之后，可以借助部件的压缩及树脂流消除这些空间370。
在一些实施方式中，诸如半径填料240之类的另外的填料可以放置在成组的层压堆叠的顶部上以填充这些空间。如图3B中所示，半径填料340位于层压堆叠351的最顶部的索引层片上，以填充支撑工具330、层压堆叠351与纵梁320之间的空间。在一些实施方式中，可以使用另一填料填充空间370。在其他实施方式中，如将参考图3C进一步描述的，支撑工具330可以构造成填充在空间370中以提供与纵梁的更多的表面接触。这种半径填料可以由具有不同比例的预浸料树脂和碳纤维或具有类似材料性质的其他物质预制。
在一些实施方式中，层压堆叠可以构造成为通道提供不同的形状轮廓以对应其他支撑工具的各种形状。如图3A和3B中所示，具有圆形基部的心轴由层压堆叠351和352支撑。图3C示出了具有集成索引层压堆叠的另一示例性加强纵梁面板300-A的截面图。图3C中的面板300-A包括具有索引360-A的蒙皮构件311，该索引包括位于蒙皮构件311的内表面311-A上的层压堆叠361-A和362-A。如所示，层压堆叠361-A和362-A的内表面限定具有矩形截面的通道364-A，其对应支撑工具330-A的基部的形状。
然而，这种矩形构造可能需要层压堆叠和支撑工具之间的严格的几何公差，以确保层压堆叠适当地间隔开并且支撑工具的尺寸设定成适当地装配在层压堆叠之间。因此，这种构造可能需要层压堆叠的壁与支撑工具之间的精确的尺寸变化，其中支撑工具的尺寸稍小并且层压堆叠的尺寸略大。例如，支撑工具可以包括2英寸+0.000英寸，-.002英寸的宽度；并且通道可以包括2英寸+0.002英寸，-.000英寸的宽度。
圆形通道的一个好处是具有相应圆形基部的支撑工具将更容易安置到通道中。因此，诸如图3A和图3B中以及下面的图3E中所示的实施方式之类的弯曲的实施方式允许支撑工具和通道的中心线对准。弯曲表面还减少或消除了可能在支撑工具与索引之间形成的任何间隙。
图3D示出了具有集成索引层压堆叠的另一示例性加强纵梁面板300-B的截面图。图3D中的面板300-B包括具有索引360-B的蒙皮构件311，该索引包括位于蒙皮构件311的内表面311-A上的层压堆叠361-B和362-B。如所示，层压堆叠361-B和362-B的内表面限定具有菱形截面的通道364-B，其对应支撑工具330-B的基部的形状。这种菱形构造还可以促使支撑工具330-B安置到菱形通道364-B中以对准支撑工具和通道的中心线。层压堆叠可以构造成包括各种其他截面形状以容纳不同的支撑工具。
还如图3C中所示，支撑工具330-A还可以构造有凸耳334-A和335-A，其形成分别接触层压堆叠361-A和362-A的顶表面的表面。这样的凸耳部可以提供额外的支撑以确保支撑工具330-A的恰当对准。另外，凸耳可以使支撑工具的形状优化以尽可能地填充间隙。例如，凸耳还可以使支撑工具330-A的表面与层压堆叠的外表面接近连续，以消除或减少在索引、支撑工具与纵梁之间可能出现的诸如空间370之类的任何空间或间隙。
图3E示出了根据一个或多个实施方式的另一示例性支撑工具330-C的截面，支撑工具330-C与具有集成索引层压堆叠的加强纵梁面板300-C一起实施。如图3E中所示，面板300-C包括具有层压堆叠361-C和362-C的索引360-C，该索引提供完全弯曲的通道364-C。索引360-C构造成装配具有相应基部形状的支撑工具330-C。这种支撑工具330-C可以仅包括一个凸耳335-C。该构造可以允许支撑工具330-C通过在通道364-C内旋转而使其自身抵靠一个层压堆叠(层压堆叠362-C)定位，以抵靠这个层压堆叠362-C调整其自身并且安置到通道364-C中。在各个实施方式中，本文中所述的加强纵梁面板和支撑工具可以包括凸缘的构造和基部形状的不同组合，以提供上述期望的索引特性。
因此，描述的加强纵梁面板可以提供飞行器和其他交通工具或结构的部件的更简单并且流线型的制造。通过包括位于面板上的集成索引机构，支撑工具的放置不需要不精确的手动放置或用于恰当对准的复杂的引导机构以及操纵设备。因此，可以更精确地建造加强的纵梁面板，从而通过确保恰当对准面板而提高质量。而且，大大减少了现有系统中用昂贵的操纵设备运输支撑工具并将支撑工具装配就位所需的劳动力和时间。因此，这种面板使用所提供的索引机构减少了制造期间支撑工具的劳动力和操纵时间。总体而言，可以提高制造的面板的质量，同时可以减少制造时间和成本。
如前所述，索引350的层压堆叠可以包括多层片或多层复合材料。在各个实施方式中，复合材料可以包括各种预浸渍复合材料(或“预浸料”)，例如预浸渍有热固性聚合物基质材料或诸如环氧树脂之类的树脂体系的复合纤维。例如，树脂体系(通常为环氧树脂)可能已经包含适当的固化剂。结果，预浸料准备好放入模具或诸如蒙皮构件310之类的表面中，而不添加任何更多的树脂。在一些实施方式中，复合材料可以是树脂灌注的或热成型的。
在一些实施方式中，索引350的层压堆叠可以共固化或共粘结到蒙皮构件310。例如，层压堆叠可以在经由共粘合过程连结到蒙皮构件310之前被预制并固化。在这样的实施例中，蒙皮构件310在共粘合过程之前可以预先固化或不预先固化。作为另一个实施例，可以预制层压堆叠并将其放置到固化的蒙皮构件310上以进行共粘合。作为另一个实施例，可以预制层压堆叠并将其放置到蒙皮构件310上以共固化在一起。在叠层堆叠在连结到蒙皮构件310之前被预制的这样的实施方式中，层压堆叠可以被手动放置在蒙皮构件310上。然而，层压堆叠的这种手动放置也可能需要精确的测量和引导以确保精确对准支撑工具。
在其他实施方式中，索引350的叠层堆叠可以作为复合材料条带沉积在蒙皮构件310上以用于共固化或共粘合。在一些实施方式中，复合材料条带可以借助具有末端执行器的机械臂组件或起重机架系统自动沉积。例如，复合条带可以储存在可旋转的卷轴上并且被分配以形成和/或沉积到组件结构上。因此，使用复合条带的自动沉积形成索引的层压堆叠可以进一步增强归因于加强纵梁面板中的人为错误的精度和对准。在其他实施例中，索引350的层压堆叠可以借助自动纤维放置机或能够逐层片放置可变宽度的复合材料的其他层压设备直接沉积。
图4中描绘了可以与本公开的各个实施方式一起使用的复合材料条带的实施例。复合条带400可以包括一层或多层材料。如图4中所示，复合条带400可以包括第一层410、第二层412和第三层414。然而，在各个实施方式中，复合条带400可以包括任何数量的层。在一些实施方式中，这些层可以包括相同或不同的材料和构造。在一些实施方式中，多个层可以包括在复合材料条带400中，以优化沉积到较高水平的组件结构上的速率。例如，可能包括在单个复合条带400中包括多个层以实现每个层压堆叠的期望厚度。包括多个层还可以减少对待沉积的附加材料的需要，从而减少制造期间出错的可能性。一旦沉积，就可以从末端执行器切割或分离复合材料条带。在一些实施方式中，可以将附加条带放置在面板上以形成重叠的、不连续的或连续的层片。在一些实施方式中，单个索引可以包括重叠或不连续的索引层片。在一些实施方式中，层压堆叠的每个层片均可以单独地沉积成一层复合条带400。
然而，在其他实施方式中，可以在沉积之前组合并预层压多个层。在一些实施方式中，为了各种期望的机械特性可以组合多个层。例如，相邻层可以包括构造成垂直于另一层中的纤维构造的纤维，以增加整个复合材料的强度。在一些实施方式中，可以改变每层的宽度以适应层压堆叠的各种设计特性或形状。例如，如图4中所示，第一层410可以包括相对于第二层412更大的宽度，第二层412则可以包括相对于第三层414更大的宽度。而且，这些层在边缘420处对准。当复合材料条带沉积到蒙皮构件310的内表面310-A上时，条带可以形成层压堆叠361-A的前三层。然后具有较窄宽度的附加层可以沉积到条带400上以完成层压堆叠361-A的形成。
在一些实施方式中，复合材料400衬有背衬基底402，该背衬基底可以防止复合材料400不合意地粘附到自身位于存储卷轴上的复合材料或粘附到机械臂系统的其他部件。在各个实施方式中，背衬基底可以包括诸如纸、塑料、薄膜、布之类的各种材料。因此，树脂灌注材料可能不需要背衬基底402。在各个实施方式中，在将复合材料放置在面板上之前，将移除背衬基底。
在各个实施方式中，如以上描述的，也可以使用这样的复合材料条带制造蒙皮构件310的一个层片或者多个层片。在一些实施方式中，也可以使用复合材料条带制造纵梁320的一个层片或者多个层片。例如，一旦支撑工具330在索引350内被适当地定位并对准，机器臂组件就可以将诸如复合条带400之类的复合材料条带形成到一个或多个纵梁层片中以作为纵梁320的覆盖层压件沉积。在一些实施方式中，纵梁320可以与层压堆叠和/或蒙皮构件一起共固化。在其他实施方式中，纵梁320可以共粘合到层压堆叠和/或蒙皮构件。
图5A、图5B和图5C示出了根据一个或多个实施方式的示例性加强纵梁面板的附加构造。在一些实施方式中，纵梁320的凸缘部分324可以构造成位于索引350的一部分上。例如，图5A中示出了示例性加强纵梁面板500-A的截面图，该纵梁面板500-A具有包括层压堆叠的索引550，该层压堆叠包括细长的基部层片。每个细长的基部层片均可以形成每组层压堆叠中的底层索引层片。如所示，索引550包括具有细长的基部层片551-A的层压堆叠551以及具有细长的基部层片552-A的层压堆叠552。细长的基部层片551-A和552-A均构造在蒙皮构件510的内表面510-A上，顶部上构建有附加的层片。在一些实施方式中，成组的分层层压堆叠可以包括多个细长的基部层片。
如所示，类似于索引350，索引550可以构造成保持支撑工具330。一旦支撑工具330在索引550内定位在面板500-A上，纵梁320就可以放置在面板500-A上。类似于图3B，纵梁320的盖部分322可以从一组分层的层压堆叠551跨越到另一组分层的层压堆叠552并延伸到凸缘部分324中。如所示，纵梁320的盖部分322由支撑工具以及索引550的层压堆叠支撑。然而，纵梁320的凸缘部分324构造成搁置在细长的基部层片551-A和552-A上，而不是直接搁置在蒙皮构件510的内表面510-A上。
可以基于用于建造加强纵梁面板的材料以及连结方法实施这样的实施方式。例如，可能期望通过共固化将纵梁320连结到面板500-A。蒙皮构件510可以已经预成型并固化。因此，层压堆叠551和552可以与纵梁320一起沉积到蒙皮构件510上以共固化在一起。
在一些实施方式中，索引的复合层片可以构建在基础装料上，使得索引通道位于基础装料之上或之内。图5B示出了具有索引550-B的示例性加强纵梁面板500-B的截面图，索引550-B包括构建在基础装料553上的层压堆叠551和552。在一些实施方式中，基础装料553与层压堆叠551和552可以是单体结构。
在其他实施方式中，分层的层压堆叠是蒙皮构件的一体部分。例如，索引的分层的层压堆叠建造在蒙皮构件的层压面板层片中，其中不连续的面板层片形成索引通道。图5C示出了示例性加强纵梁面板500-C的截面图，该加强纵梁面板具有索引550，该索引包括建造在在蒙皮构件510内的层压堆叠。在各个实施方式中，索引560的层压堆叠561和562可以建造成蒙皮构件510的一部分。换句话说，层压堆叠层片可以是蒙皮构件510的面板层片。在一些实施方式中，层压堆叠561和562的一个层片或多个层片沿着蒙皮构件510的面板层片的长度是连续的。在一些实施方式中，层压堆叠层片可以包括与蒙皮构件510相同的材料。在索引560和蒙皮构件510预制在一起的情况下可以实施这样的实施例。
然后，支撑工具530可以在索引560内定位并对准。类似于空间370，空间570可能存在于层压结构之间或层压结构与支撑工具之间。然而，这样的空间570可以忽略不计，并且在索引与支撑工具530的表面充分接触的情况下不会影响索引的支撑能力。
然后，帽纵梁520可以沉积到面板500-C上。在图5C中，为了阐明的目的，纵梁520的凸缘部分524是阴影的。如图5C中所示，在一些实施方式中，纵梁520的盖部分522可以完全由支撑工具530支撑。纵梁520的凸缘部分524构造成铺设在蒙皮构件510的层压堆叠561和562上。照此，在一些实施方式中，索引的层压堆叠可以不用于支撑纵梁520的形状和/或位置。
还提供了制造加强复合面板的方法。参照图6，示出了根据一个或多个实施方式的用于制作加强复合面板的示例性方法600。在各个实施方式中，所描述的各种结构可以由机器人末端执行器自动形成并沉积以用于在制造期间以最少的工具自动放置复合材料。
在步骤610处，提供蒙皮构件。在一些实施方式中，蒙皮构件可以是具有内表面310-A的蒙皮构件310。在一些实施方式中，可以层压多个面板层片以形成蒙皮构件。然后，在步骤620处，将第一组分层的层压堆叠层压到蒙皮构件的内表面上。在一些实施方式中，第一组层压堆叠可以是层压堆叠351。在步骤630处，第二组分层的层压堆叠被层压到蒙皮构件的内表面上。在一些实施方式中，第二组层压堆叠可以是层压堆叠352。
在一些实施方式中，步骤620和630可以同步、连续或同时执行。例如，可以在步骤620处层压一系列索引层片以构建第一组层压堆叠，之后在步骤630处层压随后的一系列索引层片以构建第二组层压堆叠。作为另一个实施例，第一组层压堆叠和第二组层压堆叠的每个索引层片可以同时被层压到蒙皮构件上，使得同时构建第一和第二组层压堆叠。在又一个实施例中，每组层压堆叠的每个索引层片均可以被一次放置一个，之后每组层压堆叠的随后的索引层片连续放置在每组叠层堆叠中。
如前所述，可以通过一次沉积单个索引层片来层压一组层压堆叠。然而，在一些实施方式中，可以在每个步骤620或630处沉积多个索引层片。例如，对于每组层压堆叠，可以一次层压两个或更多个索引层片。例如，可以使用诸如Fives Forest-LinéATLAS或ACCESS机器之类的层压设备创建这种预层压的索引层片。
在各个实施方式中，可以将附加组的层压堆叠层压到蒙皮构件的内表面上。例如，可以层压六组层压堆叠以提供三个索引通道。如先前关于步骤620和630所述，这些附加组的叠层堆叠可以与第一和第二组层压堆叠同步、连续或同时放置。
随后，成组的层压堆叠可以与蒙皮构件的层压面板层片共固化或共粘合。在成组的层压堆叠与蒙皮构件共粘合的实施方式中，粘附膜可以放置在成组的层压堆叠与蒙皮构件之间，以帮助成组的层压堆叠附着到蒙皮构件。
在一些实施方式中，具有索引通道的索引形成在第一组和第二组层压堆叠之间。形成的索引通道可以是索引350的通道354，或者索引360-A的通道364-A。第一和第二组层压堆叠可以构造成支托索引通道中的诸如支撑工具330之类的支撑工具。如前所述，索引的层压堆叠可以构造成提供具有各种期望的截面形状的通道。因此，具有相应的截面基部形状的支撑工具可以相对于复合面板在索引通道内自动对准。
在步骤640处，支撑工具定位在索引通道内。支撑工具的基部可以包括与通道的截面形状相对应的截面形状，以便牢固地装配在索引内。在一些实施方式中，支撑工具的一个或多个表面可以与分层的层压堆叠的部分表面齐平。
在步骤650处，可以将纵梁放置到蒙皮构件、第一和第二组层压堆叠以及支撑工具上。在一些实施方式中，纵梁可以是包括一个或多个纵梁层片的纵梁320。如前所述，纵梁可以包括弯曲的盖部分，该盖部分从第一组层压堆叠跨越到第二组层压堆叠。盖部分可以由支撑工具以及索引的层压堆叠支撑。然而，在一些实施方式中，盖部分可以仅由支撑工具支撑。盖部分的每个端部可以延伸到诸如凸缘部分324之类的凸缘部分中，该凸缘部分可以位于索引或蒙皮构件上。
如前所述，纵梁可以包括多个纵梁层片。在一些实施方式中，纵梁可以在被放置到如上所述的蒙皮构件、层压堆叠和支撑工具上之前被预制。然而，在其他实施方式中，在650中的步骤中，一个或多个纵梁层片可以连续地上下沉积。可选地，一个或多个诸如条状件240之类的填料可以定位在每组层压堆叠的顶部上。这可以为纵梁的形状提供额外的支撑，并填充纵梁和支撑工具或蒙皮构件之间的额外空间。
在步骤660处，将蒙皮构件的面板层片和纵梁层片连结。如所述，蒙皮构件和纵梁可以共固化或共粘合。共固化或共粘合过程还可以将成组层压堆叠的索引层片连结到蒙皮构件和/或纵梁层片。在一些实施方式中，包括蒙皮构件以及纵梁的面板可以放置在真空袋内以获得额外的压力以将复合层保持在适当位置以进行固化或粘合。
可以在如图7中所示的飞行器700以及如图8中所示的飞行器制造和维护方法800的背景下描述本公开的实施例。图7是根据一个或多个实施方式的飞行器700的示意图，飞行器700可以包括如本文中所述的加强纵梁面板。如图7中描绘的，飞行器700包括具有内饰770的机身750。飞行器700包括联接到机身750的机翼720。飞行器700还可以包括由机翼720支撑的发动机730。飞行器700是这样的交通工具的一个实施例，其中可以根据示例性实施方式实施并操作描述的系统和方法(例如加强纵梁面板100)。尽管示出了航空航天实施例，但是本文中公开的原理可以应用于诸如例如汽车行业之类的其他行业。因此，除了飞行器700之外，本文中公开的原理还可以适用于其他交通工具，例如陆地交通工具、海上交通工具、航天器等。
图8是可以利用本文中描述的方法和组件的飞行器生产和维护方法的框图。在预生产期间，示例性方法800可以包括飞行器700的规格和设计(框804)以及材料采购(框806)。在生产期间，可以进行飞行器700的部件和子组件制造(框808)以及检查系统集成(框810)。可以在飞行器700的任何规格和设计(框804)、材料采购(框806)、部件和子组件制造(框808)和/或检查系统集成(框810)中实施所描述的设备和相应的操作方法。
此后，飞行器700可以通过认证并交付(框812)以投入服役(框814)。在服役时，飞行器700可以被安排进行例行维护检修(框816)。日常维护检修可以包括飞行器700的一个或多个检查系统的改造、重构、翻新等。所描述的设备和相应的操作方法可以在认证和交付(框812)、服役(框814)和/或日常维护检修(框816)中的任一者中实施。
示例性性方法800的每个过程可以由检查系统集成商、第三方和/或操作员(例如，客户)进行或执行。出于本描述的目的，检查系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主要检查系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供货商；并且操作员可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
此外，本公开包括如以下列举的段落中描述的实施例：
A1.一种复合面板(300)，该复合面板包括：具有内表面(310-A)的蒙皮构件(310)；用于将支撑工具(330)定位在所述内表面上的索引(350)，该索引包括联接到所述内表面的分层的第一组层压堆叠(351)和分层的第二组层压堆叠(352)，使得通道(354)形成在分层的第一组和第二组层压堆叠之间，其中分层的第一和第二组层压堆叠构造成支托通道中的支撑工具；以及包括盖部分(322)的纵梁(320)，其中盖部分从分层的第一组层压堆叠跨越到分层的第二组层压堆叠，以形成位于蒙皮构件的内表面上的第一凸缘部分(324)和第二凸缘部分(324)，每个凸缘部分从盖部分延伸。
A2.A1的复合面板，其中纵梁包括覆盖层压件(400)，该覆盖层压件包括多个纵梁层片(410、412、414)。
A3.A1或A2的复合面板，其中分层的第一组和第二组层压堆叠构造成支托支撑工具，使得支撑工具与分层的每组层压堆叠的一部分齐平。
A4.A1、A2或A3的复合面板，其中索引和蒙皮构件共固化。
A5.A1至A4中任一项的复合面板，其中索引和蒙皮构件共粘合。
A6.A1至A5中任一项的复合面板，其中支撑工具是成形心轴。
A7.A1至A6中任一项的复合面板，其中分层的层压堆叠包括预浸渍有树脂体系的复合纤维。
A8.A1至A7中任一项的复合面板，其中支撑工具在索引内自动对准。
A9.A1至A8中任一项的复合面板，其中分层的每组层压堆叠包括多个索引层片(410、412、414)；并且其中第一填料(340)位于第一组层压堆叠的第一顶部索引层片(414)的顶部上，并且第二填料(370)位于第二组层压堆叠的第二顶部索引层片(414)的顶部上。
A10.A1至A9中任一项的复合面板，其中第一凸缘部分位于第一组层压堆叠的第一细长基部层片(551-A)上，其中第二凸缘部分位于第二组层压堆叠的第二细长基部层片(552-A)上，其中第一和第二细长基部层片分别形成第一和第二组层压堆叠的底层。
B1.一种制造加强复合面板(300)的方法(600)，该方法包括：提供(610)具有内表面(310-A)的蒙皮构件(310)；将分层的第一组层压堆叠(351)和分层的第二组层压堆叠(352)层压(620、630)到蒙皮构件的内表面上以形成索引(350)，该索引具有位于第一组和第二组层压堆叠之间的索引通道(354)，其中第一和第二组层压堆叠构造成支托索引通道中的支撑工具(330)；将支撑工具定位(640)在索引通道内；将一个或多个纵梁层片(410、412、414)沉积(650)到支撑工具以及第一和第二组层压堆叠上以形成纵梁(320)；并且连结(660)蒙皮构件、第一组层压堆叠、第二组层压堆叠以及纵梁层片。
B2.B1的方法，其中纵梁包括盖部分(322)，该盖部分从分层的第一组层压堆叠跨越到分层的第二组层压堆叠，以在蒙皮构件的内表面上形成第一凸缘部分(324)和第二凸缘部分(324)，每个凸缘部分从盖部分延伸。
B3.B2的方法，其中索引和蒙皮构件共固化或共粘合。
B4.B1、B2或B3的方法，其中第一组和第二组层压堆叠构造成支托支撑工具，使得支撑工具与分层的每组层压堆叠的一部分齐平。
B5.B1至B4中任一项的方法，其中支撑工具是成形心轴。
B6.B1至B5中任一项的方法，其中层压堆叠包括用树脂体系预浸渍的复合纤维。
B7.B1至B6中任一项的方法，其中支撑工具在索引通道内自动对准。
B8.B1至B7中任一项的方法，还包括：将第一填料(340)定位在第一组层压堆叠的第一顶部索引层片(414)的顶部上，并将第二填料(370)定位在第二组层压堆叠的第二顶部索引层片(414)的顶部上。
B9.B1至B8中任一项的方法，其中第一凸缘部分位于第一组层压堆叠的第一细长基部层片(551-A)上，其中第二凸缘部分位于第二组层压堆叠的第二细长基部层片(552-A)上，其中第一和第二细长基部层片分别形成第一和第二组层压堆叠的底层。
C1.一种飞行器(700)，该飞行器包括一个或多个复合面板(300)，所述一个或多个复合面板包括：具有内表面(310-A)的蒙皮构件(310)；用于将支撑工具(330)定位在内表面上的索引(350)，索引包括联接到内表面的第一组层压堆叠(351)和分层的第二组层压堆叠(352)，使得在分层的第一组和第二组层压堆叠之间形成通道(354)，其中分层的第一和第二组层压堆叠构造成支托通道中的支撑工具；以及包括盖部分(322)的纵梁(320)，其中盖部分从分层的第一组层压堆叠跨越到分层的第二组层压堆叠以在蒙皮构件的内表面上形成第一凸缘部分(324)和第二凸缘部分(324)，每个凸缘部分从盖部分延伸；其中分层的第一组和第二组层压堆叠构造成支托支撑工具，使得支撑工具与分层的每组层压堆叠的一部分齐平。
在以上描述中，阐述了许多具体细节以透彻理解所公开概念的，这些概念可以在没有这些细节中的一些或全部的情况下实践。在其他情况下，已经省略了已知装置和/或过程的细节以避免不必要地模糊本公开。
虽然已经参考本公开的特定实施方式具体示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的实施方式的宗旨或范围的情况下，可以对所公开的实施方式的形式和细节进行改变。因此，本公开旨在被解释为包括落入本公开的真实宗旨和范围内的所有变更和等同物。因此，本实施例被认为是示例性的而非限制性的。
尽管为了方便起见，上文中以单数形式描述了许多部件和过程，但是本领域技术人员将理解，多个部件和重复过程也可用于实践本公开的技术。

Claims (15)

1.一种制造加强复合面板的方法，该方法包括：
提供具有内表面的蒙皮构件；
将分层的第一组层压堆叠和分层的第二组层压堆叠层压到所述蒙皮构件的所述内表面上以形成索引，该索引具有位于所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠之间的索引通道，其中所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述索引通道中的支撑工具；
将所述支撑工具定位在所述索引通道内；
将一个或多个纵梁层片沉积到所述支撑工具以及所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠上以形成纵梁；并且
连结所述蒙皮构件、所述第一组层压堆叠、所述第二组层压堆叠以及所述纵梁层片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纵梁包括盖部分，该盖部分从分层的所述第一组层压堆叠跨越到分层的所述第二组层压堆叠，以在所述蒙皮构件的所述内表面上形成第一凸缘部分和第二凸缘部分，每个凸缘部分从所述盖部分延伸。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述索引和所述蒙皮构件共固化。
4.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述索引和所述蒙皮构件共粘合。
5.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述支撑工具，使得所述支撑工具与分层的每一组层压堆叠的一部分齐平。
6.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述支撑工具是成形心轴。
7.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述层压堆叠包括用树脂体系预浸渍的复合纤维。
8.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，所述支撑工具在所述索引通道内自动对准。
9.根据权利要求1或者2所述的方法，该方法还包括：
将第一填料定位在所述第一组层压堆叠的第一顶部索引层片的顶部上；并且
将第二填料定位在所述第二组层压堆叠的第二顶部索引层片的顶部上。
10.根据权利要求1或者2所述的方法，
其中，所述第一凸缘部分位于所述第一组层压堆叠的第一细长基部层片上，
其中，所述第二凸缘部分位于所述第二组层压堆叠的第二细长基部层片上，
其中，所述第一细长基部层片和所述第二细长基部层片分别形成所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠的底层。
11.一种复合面板，所述复合面板包括：
具有内表面的蒙皮构件；
用于将支撑工具定位在所述内表面上的索引，所述索引包括联接到所述内表面的分层的第一组层压堆叠和分层的第二组层压堆叠，使得在分层的所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠之间形成通道，其中分层的所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述通道中的支撑工具；以及
包括盖部分的纵梁，其中所述盖部分从分层的所述第一组层压堆叠跨越到分层的所述第二组层压堆叠以在所述蒙皮构件的所述内表面上形成第一凸缘部分和第二凸缘部分，每个凸缘部分从所述盖部分延伸。
12.根据权利要求11所述的复合面板，其中，所述纵梁包括覆盖层压件，该覆盖层压件包括多个纵梁层片。
13.根据权利要求11或者12所述的复合面板，其中，分层的所述第一组层压堆叠和所述第二组层压堆叠构造成支托所述支撑工具，使得所述支撑工具与分层的每一组层压堆叠的一部分齐平。
14.根据权利要求11或者12所述的复合面板，其中，分层的所述层压堆叠包括预浸渍有树脂体系的复合纤维。
15.根据权利要求11或者12所述的复合面板，
其中，分层的每组层压堆叠包括多个索引层片；并且
其中，第一填料位于所述第一组层压堆叠的第一顶部索引层片的顶部上，并且第二填料位于所述第二组层压堆叠的第二顶部索引层片的顶部上。
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