CN110654564A - 制造管道桁条的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括结构构件的管道桁条，该结构构件具有帽形横截面。结构构件具有冠部、一对腹板和一对支脚部。通道构件具有U形横截面并具有基部和一对凸缘。通道构件的凸缘共固化至结构构件的腹板的相对的内表面。结构构件和通道构件一起提供具有闭合的横截面的管道，该管道适于例如在飞行器机翼中输送流体，以便在飞行器燃料系统中提供通风功能。

Description

制造管道桁条的方法
技术领域
本发明涉及适于输送流体的管道桁条和制造管道桁条的方法。
背景技术
US2013/0316147公开了一种适于在飞行器机翼中输送流体的桁条。该桁条可以适于向飞行器机翼中的一个或更多个燃料油箱提供通风，或者它可以适于向一个或更多个燃料油箱提供燃料。提供下悬管以在桁条与燃料油箱之间提供流体连接。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了制造管道桁条的方法，该方法包括：提供具有帽形横截面的结构构件，该结构构件包括冠部、一对腹板和一对支脚部；提供具有U形横截面的通道构件，该通道构件包括基部和一对凸缘；并且将通道构件的凸缘附着至结构构件的腹板的相对的内表面，使得结构构件和通道构件一起提供适于输送流体的具有闭合的横截面的管道。
可选地，通道构件的凸缘通过共结合、共固化或二次结合的接合件附着至结构构件的腹板的相对的内表面。
可选地，通道构件的凸缘通过将它们共固化以形成接合件来附着至结构构件的腹板的相对的内表面。
共固化接合件可以在共注入工艺之后形成，其中，通道构件和结构构件组装成干纤维预制件，然后与树脂或其他基质材料共注入。与预浸渍高压釜固化过程相比，这种共注入工艺降低了成本。
优选地，通道构件和结构构件组装成干纤维预制件，然后与基质材料共注入。
通道构件的凸缘可以通过共注入工艺附着至结构构件的腹板的相对的内表面，其中，通道构件和结构构件组装为干纤维预制件，然后与基质材料共注入。
可选地，通道构件的基部和凸缘由复合材料制成、比如纤维增强复合材料。
可选地，管道桁条附着至蒙皮，以形成结构件、比如机翼蒙皮结构件。
可选地，蒙皮由复合材料制成、比如纤维增强复合材料。
可选地，附着凸缘的步骤包括将由心轴承载的通道构件插入结构构件的腹板的相对的内表面之间，然后使心轴膨胀，以便心轴将通道构件的凸缘压靠在结构构件的腹板的相对的内表面上。这防止凸缘在插入时卡在腹板的相对的内表面上，并且这样做可以减轻部件的褶皱。
可选地，心轴包括：具有腰形的横截面形状并具有一对凹侧部的支撑芯、以及围绕芯的囊状物；其中，施加真空以便通过真空使囊状物被吸入支撑芯的凹侧部中，并且在心轴插入腹板的相对的内表面之间时持续施加真空；并且其中，在插入之后，通过释放真空或施加正压使心轴膨胀，从而将囊状物推离支撑芯的凹侧部。因此，在这种情况下，囊状物被推离支撑芯的凹侧部并抵靠结构构件的腹板的相对的内表面。换句话说，囊状物推动通道构件的凸缘抵靠结构构件的腹板的相对的内表面。
可选地，通道构件在凸缘形成阶段中形成在心轴上。
在一个实施方式中，在凸缘形成阶段之前施加真空、并且在凸缘形成阶段期间持续施加真空，使得支撑芯在凸缘形成阶段期间处于收缩状态。
在替代实施方式中，在凸缘形成阶段期间不施加真空，使得支撑芯在凸缘形成阶段期间处于松弛状态。
在施加真空之前，在囊状物与支撑芯的凹侧部之间能够存在间隙，并且囊状物通过真空被吸入间隙中。或者，在施加真空之前，在支撑芯的囊状物与凹侧部之间可以没有间隙。
可选地，真空的施加使得支撑芯收缩。
可选地，支撑芯由可压缩或弹性材料制成、比如橡胶，以便真空的施加使得支撑芯收缩。
可选地，囊状物由弹性体材料制成、比如橡胶。
根据本发明的另一方面，提供了管道桁条，该管道桁条包括：具有帽形横截面的结构构件，该结构构件包括冠部、一对腹板和一对支脚部；和具有U形横截面的通道构件，该通道构件包括基部和一对凸缘，其中，通道构件的凸缘被附着至结构构件的腹板的相对的内表面，并且结构构件和通道构件一起提供了具有闭合的横截面的管道，该管道适于输送流体。
可选地，通道构件的凸缘通过共结合、共固化或二次结合的接合件附着至结构构件的腹板的相对的内表面。
可选地，通道构件的基部和凸缘由复合材料制成、比如纤维增强复合材料。
可选地，管道桁条附着至蒙皮，蒙皮和桁条一起提供加固的面板结构件、比如机翼蒙皮结构件。
可选地，蒙皮由复合材料制成、比如纤维增强复合材料。
可选地，结构构件的支脚部附着至蒙皮。
可选地，管道桁条通过共结合、共固化或二次结合的接合件附着至蒙皮。
可选地，管道与燃料油箱系统的第一油箱和第二油箱流体连通。例如，第一油箱是燃料油箱，第二油箱是通风油箱。在这种情况下，管道桁条是通风桁条。或者，管道桁条可用于另一功能，例如在飞行器或其他载具的不同部分之间运输燃料。
可选地，一个油箱或两个油箱均在飞行器机翼之中。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是飞行器的平面图；
图2是飞行器的燃料油箱系统的平面图；
图3是包括蒙皮和管道桁条的结构件的横截面图；并且
图4至图15示出了制造图3的结构件的方法。
具体实施方式
图1是飞行器1的平面图，飞行器1包括一对机翼2和机身3。图2是飞行器的燃料油箱系统的某些元件的平面图，其包括机身内的中央燃料油箱10和机翼2内的机翼油箱11至13。机翼油箱包括内侧燃料油箱11、外侧燃料油箱12和通风油箱13。油箱10至13由翼肋14至16分隔开。
机翼油箱11至13在前后方向上由翼梁17、18限制。机翼油箱11至13的上边界和下边界由上机翼蒙皮和下机翼蒙皮提供，其未在图2中示出。每个机翼蒙皮都由在翼展方向上沿机翼长度延伸的桁条加固。附接至上机翼蒙皮的桁条中的两个桁条为所谓的“管道桁条”20、30，如图2所示。其他附接至上机翼蒙皮的桁条未被示出，以便简化附图。
每个管道桁条20、30包括内部隔板21、31外侧的管道部分20a、30a；和内部隔板21、31的内侧的结构件部分20b、30b。
管道桁条20的管道部分20a经由互连管22与外侧燃料油箱12流体连通，并且经由桁条20的端部处的出口23与通风油箱13流体连通。管道桁条30的管道部分30a经由互连管33与内侧燃料油箱11流体连通，并且经由桁条30的端部处的出口34与通风油箱13流体连通。管道桁条30的管道部分30a还经由互连管32与中央燃料油箱10流体连通。可选地，每个互连管22、32、33的远端装配有喇叭口或浮阀，其未被示出。
在飞行器操作期间，管道桁条20、30用于在通风油箱13与燃料油箱10至13之间沿任一方向输送空气，以便管理油箱内的空气压力。因此，每个管道桁条20、30具有两个功能：加强上机翼蒙皮；并且提供将空气输送至通风油箱13以及从通风油箱13输送空气的管道。
图3是管道桁条20和承载管道桁条20的上机翼蒙皮46的横截面图。另一管道桁条30具有相同的构造。管道桁条20包括具有帽形横截面的结构构件25和具有U形横截面的通道构件26。结构构件具有冠部40、一对腹板41和一对支脚部42。通道构件具有基部43和一对凸缘44。通道构件的凸缘44通过相应的共固化接合件附着至结构构件的相对的腹板41内表面。结构构件的支脚部42和通道构件的基部43通过共固化、共结合或二次结合的接合件附着至上机翼蒙皮46。结构构件25和通道构件26一起提供了具有闭合的梯形横截面的管道45，该管道45适于输送流体。
互连管22通过在冠部40上切割的孔和附接的下悬管配装件(未示出)、比如在US2013/0316147中描述的配装件连接至管道45，该专利的公开内容通过参引并入本文。
制造管道桁条20的方法在图4至图15中示出。
碳纤维复合材料垫板50被装配到金属凹形工具51中。结构构件25或如图4所示在垫板50中压制成形，或在凸形工具(未示出)上压制成形后插入到垫板50中。处于该阶段的结构构件25是干纤维预制件，这种干纤维预制件是干碳纤维板层的层压件。或者，板层可以是手工铺设或辊压成形、或使用其他合适的成形方法形成的。
接下来，通过施加由图5中的箭头标示的压力，根据需要对结构构件25进行压实(de-baulked)。
通道构件26通过在图6中示出的过程形成。首先将通道构件26铺设为平坦的干纤维层叠件，这种平坦的干纤维层叠件是干碳纤维板层的平坦的层压件。然后在心轴60上的每个边缘处将平坦的干纤维层叠件26弯曲，以便形成通道构件26的凸缘44。
如图7所示，心轴60包括具有中空中心62的支撑芯61和围绕芯的橡胶囊状物63。支撑芯61具有腰形的横截面形状并具有一对凹侧部64。芯61由加固的弹性体材料制成，没有穿孔或孔(除了中空中心62)。囊状物63具有梯形横截面形状并具有一对成角度的侧部65。
当心轴处于图7所示的它的松弛状态时，在囊状物的成角度的侧部65与支撑芯的凹侧部64之间存在间隙66。囊状物63的一端是封闭的，另一端是打开的。经由囊状物开口端处的配装件(未示出)将真空施加到囊状物内部中，使囊状物被吸入间隙66中并且使芯61在宽度方向和高度方向上收缩，如图所示8。芯的中空中心62有助于这种收缩并且还减小了芯61的重量。心轴60现在处于收缩状态。平坦的干纤维层叠件在图6中的处于这种收缩状态的心轴60上形成。
接下来，如图9所示，承载通道构件26的心轴60插入到腹板41的相对的内表面之间的通道中。持续施加真空，以便心轴60在插入时保持收缩状态。这防止心轴60或凸缘44在插入时卡在腹板41上。
接下来，释放真空，使得心轴60膨胀回图10所示的它的松弛状态，并且将凸缘44推压至与腹板41接触。因此，通过释放真空使心轴60膨胀，以便将囊状物63从支撑芯的凹侧部推离并将凸缘44压靠在结构构件的腹板41的相对的内表面上。在这种情况下，心轴通过释放真空来膨胀，但可选地，心轴还通过在囊状物内施加正压来膨胀。
然后如图11所示，将预制的条形件(noodles)插入，并且通过施加由图12中的箭头标示的压力，根据需要对组件进行压实(de-baulked)。
接下来，如图13所示将组件从工具51上移除，并如图14所示将该组件放置在注入工具71上的上机翼蒙皮46上。处于该阶段的上机翼蒙皮46是干纤维预制件，这种干纤维预制件是干碳纤维板层的层压件。
最后，上机翼蒙皮46和组件被真空袋装并与环氧树脂72共注入，如图15所示。环氧树脂72注入上机翼蒙皮46、结构构件25和通道构件26的干纤维板层，并且随着环氧树脂72在注入过程之后固化，环氧树脂72在共注入的部件之间形成多种共固化接合件。
在树脂固化后，再次对囊状物的内部施加真空，这使心轴60收缩并使心轴60能够被纵向地拉出管道45，留下图3的最终的结构件。
可选地，芯61的中空中心62能够用于施加真空，使得芯塌缩，以便有助于将芯从两个弯曲的且在翼展方向上倾斜的机翼结构件移除。
在上述方法中，该结构件通过将树脂注入干纤维预制件中来形成，但是可替代地，碳纤维部件中的一些或全部的碳纤维部件可以铺设为“预浸”层压件，其中，层压件中的每个板层是用环氧树脂预浸渍的纤维板层。
在上述示例中，当心轴处于图7所示的它的松弛状态时，囊状物具有梯形形状，其中，在囊状物的成角度的侧部65和支撑芯的凹侧部64之间存在一对间隙66。在替代实施方式中，当心轴处于它的松弛状态时，囊状物具有与支撑芯61的腰形形状匹配的腰形形状，因此不存在间隙。在这种情况下，不需要在图6的凸缘形成阶段期间施加真空。在凸缘44形成之后施加真空，这使心轴发生小的收缩，这足以确保在承载通道构件的心轴如图9所示插入时具有足够的间隙。如在上面的示例中，通过释放真空和/或施加正压使心轴膨胀，以便将囊状物从支撑芯61的凹侧部64推离。
因此，在一个实施方式中，在凸缘形成阶段之前施加真空、并且在凸缘形成阶段期间持续施加真空，使得支撑芯在如图6所示的凸缘形成阶段期间处于收缩状态。在替代实施方式中，在凸缘形成阶段期间不施加真空，使得支撑芯在图6的凸缘形成阶段期间处于松弛状态。
在出现词语“或”时，其应被解释为表示“和/或”，使得所涉及的项目不一定是相互排斥的，并且可以以任何适当的组合使用。
尽管上文已经参照一个或更多个优选实施方式描述本发明，但将理解的是，在不超出在所附的权利中限定的本发明的范围的情况下，可以进行多种改变或修改。

Claims (16)

1.一种制造管道桁条的方法，该方法包括：
a.提供具有帽形横截面的结构构件，所述结构构件包括冠部、一对腹板和一对支脚部；
b.提供具有U形横截面的通道构件，所述通道构件包括基部和一对凸缘；以及
c.将所述通道构件的所述凸缘附着至所述结构构件的所述腹板的相对的内表面，使得所述结构构件和所述通道构件一起提供适于输送流体的具有闭合的横截面的管道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，附着所述凸缘的步骤包括将由心轴承载的所述通道构件插入所述结构构件的所述腹板的相对的内表面之间，然后使所述心轴膨胀，以便所述心轴将所述通道构件的所述凸缘压靠在所述结构构件的所述腹板的相对的内表面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述心轴包括支撑芯和包围所述芯的囊状物，所述支撑芯具有腰形的横截面形状并具有一对凹侧部；
其中，施加真空以便通过真空使所述囊状物被吸入所述支撑芯的所述凹侧部中，并且在所述心轴插入所述腹板的相对的内表面之间时持续施加真空；
其中，在插入之后，通过释放真空或施加正压使所述心轴膨胀，以便将所述囊状物从所述支撑芯的所述凹侧部推离。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，真空的施加使得所述支撑芯收缩。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述支撑芯由可压缩或弹性材料制成。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，其中，所述囊状物由弹性体材料制成。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的方法，其中，在凸缘形成阶段中，所述通道构件形成在所述心轴上，并且在所述凸缘形成阶段之前施加真空，并且在凸缘形成阶段期间持续施加真空。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述通道构件的所述凸缘通过共结合、共固化或二次结合的接合件附着至所述结构构件的所述腹板的相对的内表面。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述通道构件的所述凸缘通过将它们共固化以形成接合件来附着至所述结构构件的所述腹板的相对的内表面。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述通道构件和所述结构构件组装成干纤维预制件，然后与基质材料共注入。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述通道构件的所述凸缘通过共注入工艺附着至所述结构构件的所述腹板的相对的内表面，其中，所述通道构件和所述结构构件组装成干纤维预制件，然后与基质材料共注入。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述通道构件的所述基部和所述凸缘由复合材料制成。
13.一种制造结构件的方法，所述方法包括：通过前述权利要求中的任一项所述的方法来制造管道桁条；并将所述管道桁条组件附着至蒙皮。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述结构构件的所述支脚部附着至所述蒙皮。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述管道桁条组件通过共结合、共固化或二次结合的接合件附着至所述蒙皮。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其中，所述蒙皮是飞行器机翼蒙皮。
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