CN110856986A - 用于形成复合结构的柔性心轴 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于形成复合结构的柔性心轴。提供了一种用于飞机结构的复合制造系统。复合制造系统包括用于形成复合结构的工具、真空袋以及工具基底。工具包括固化复合板和柔性材料层。固化复合板彼此平行地延伸。柔性材料层定位于固化复合板之间并且结合于固化复合板。真空袋环绕工具并且被构造为在复合结构的固化期间向工具施加压力。工具被构造为响应于压力而变形并且防止在固化期间在复合结构中产生质量差的层压和/或异常。工具基底被构造为在工具变形时将工具保持就位。

Description

用于形成复合结构的柔性心轴
技术领域
本公开总体涉及制造复合结构。更具体地，本公开涉及在制造用于飞机应用的复合结构中使用的柔性心轴。
背景技术
制造商越来越多地使用复合结构以提供用于各种应用的重量轻且结构合理的部件。使用真空袋处理制造这些复合结构中的很多。对于这种技术，利用热和压力将复合材料铺设在工具上并且固化以形成该部件的期望形状。在固化期间，真空袋环绕上述部件并且真空施加压力以抵靠工具形成复合材料的轮廓。在固化之后，从制造系统移除复合结构以用于进一步处理。
当形成复合结构时，可以使用一个或多个工具。例如，在装袋并且固化之前，可以将复合材料铺设在一组心轴上。这些工具被设计成经受制造条件并且可以包括许多不同类型的材料，诸如，金属、金属合金或其他合适的材料。这些材料的性能影响固化复合部件的形状和质量。含有金属的工具可能比期望的更坚硬，从而引起工具上的复合材料层之间的间隙状况。因此，复合部件可具有不期望的层压质量。那么可能需要对部件进行再加工或丢弃所述部件，从而增加了制造合适的部件所需的成本和时间。
因此，将希望具有一种考虑到至少一部分以上讨论的问题及其他可能的问题的方法和设备。
发明内容
本公开的一个示例性实施方式提供了一种包括工具和环绕工具的真空袋的复合制造系统。工具用于形成复合结构。工具包括彼此平行延伸的固化复合板和定位在固化复合板之间并且结合于固化复合板的柔性材料层。真空袋被构造为向工具施加压力。
本公开的另一示例性实施方式提供了一种用于形成复合结构的方法。将复合材料铺设在工具上。工具包括彼此平行延伸的固化复合板和定位在固化复合板之间并且结合于固化复合板的柔性材料层。用单个真空袋环绕复合材料和工具。使用真空袋向复合材料和工具施加压力。使复合材料固化以形成复合结构。在固化期间，使工具变形以防止在固化期间在复合结构中形成不良的层压质量、异常或这两者。
本公开的另一示例性实施方式提供了一种用于飞机结构的复合制造系统。复合制造系统包括第一心轴、与第一心轴平行并且相邻定位的第二心轴、以及真空袋。第一心轴具有彼此平行延伸的多个第一固化复合板和定位于多个第一固化复合板之间并且结合于多个第一固化复合板的多个第一柔性材料层。第二心轴具有彼此平行延伸的多个第二固化复合板和定位于多个第二固化复合板之间并且结合于多个第二固化复合板的多个第二柔性材料层。真空袋环绕第一心轴和第二心轴。真空袋被配置为向定位在第一心轴和第二心轴上的复合材料施加压力以形成飞机结构。
该特征和功能可以在本公开的各种实施方式中单独实现，或者该特征和功能可以在其他实施方式中结合，其中可以参考以下描述和附图来了解进一步的细节。
附图说明
在所附权利要求中阐述了被认为是新颖特征的示意性实施例的特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的示意性实施方式的以下详细描述，将更好地理解示例性实施方式和优选的使用模式及其进一步的目的和特征，其中：
图1是根据一个示例性实施方式的复合制造系统的立体图的图示；
图2是根据一个示例性实施方式的制造环境的框图的图示；
图3是根据一个示例性实施方式的复合制造系统的端视图的图示；
图4是根据一个示例性实施方式的复合制造系统中的心轴的分解图的图示；
图5是根据一个示例性实施方式的复合制造系统的侧视立体图的图示；
图6是根据一个示例性实施方式的具有复合材料的心轴的横截面图的图示；
图7是根据一个示例性实施方式的具有复合材料的心轴的横截面图的另一图示；
图8是根据一个示例性实施方式的复合制造系统中的心轴的替代设计的图示；
图9是根据一个示例性实施方式的用于形成飞机的复合结构的工艺的流程图的图示；
图10是根据一个示例性实施方式的飞机制造和维修方法的框图的图示；以及
图11是在其中可以实施一示例性实施方式的飞机的框图的图示。
具体实施方式
示例性实施方式认识并考虑到一个或多个不同的因素。例如，示例性实施方式认识并考虑到，用于复合结构的其当前制造工艺可能导致复合部件不满足规格。一些制造系统使用由金属或金属合金材料组成的心轴。在真空和/或压力下，金属心轴可能没有适当挠曲，导致降低的层压质量。当形成长飞机结构(诸如，纵梁)时，该问题被放大。心轴的刚度导致复合材料层之间沿着所述部件的长度(尤其在铺层递减位置中)的分离。这些腹板褶皱缺陷可能使该部件无法用在飞机机翼中。替代地，将需要对部件进行再加工，从而制造商要花费额外的时间和金钱。
示例性实施方式还认识并考虑到，不同类型的飞机部件在使用工具中可能需要不同级别的刚度以提高层压质量。当前使用的系统可能不具有设计灵活性以便容易地接收制造规则的这种改变。
此外，示例性实施方式认识并考虑到，复合制造工艺通常比期望的更加耗时。对于欠固化的部件，一些复合制造系统需要多个真空袋。待装袋的区域必须为预备好的、清洁的、并且适当地绑带。每个附加袋增加了撕裂或损坏袋或系统的机会，可能使得工艺减速并且增加制造成本。
此外，当前采用的制造组件可能是复杂的、笨重的并且在人体工程学上具有挑战性。操作者必须将重金属心轴移动到位，从这种心轴中拔出该部件，并且将组件从一个位置移动到另一个位置。一些制造系统竖直地制造纵梁，对于人工操作员在人体工程学上呈现更大的挑战。组件的高度使得更加难以着手。操作员可能面对重复拉紧或冒着其他伤害的风险。
因此，所公开的实施方式涉及一种低成本的、在人体工程学上具有优势的复合制造系统，其包括调整至合适刚度以提高复合部件的层压质量的一组柔性心轴。复合制造系统包括第一心轴、邻近于第一心轴定位的第二心轴、以及真空袋。第一心轴具有彼此平行延伸的多个第一固化复合板和定位于多个第一固化复合板之间并且结合于多个第一固化复合板的多个第一柔性材料层。第二心轴具有彼此平行延伸的多个第二固化复合板和定位于多个第二固化复合板之间并且结合于多个第二固化复合板的多个第二柔性材料层。真空袋环绕第一心轴和第二心轴。真空袋被构造为向定位在第一心轴和第二心轴上的复合材料施加压力以形成飞机结构。根据一个示例性实施方式，可以使用单独的真空袋。
现在参考附图且特别是参考图1，根据一个示例性实施方式描绘了复合制造系统的立体图的图示。复合制造系统100包括能够采用真空袋技术来加强并且固化复合材料以形成飞机部件的组件和/或装置的组合。
在该示例性实施例中，复合制造系统100包括心轴102、心轴104、工具基底106、支撑结构108以及气压控制系统110。心轴102和心轴104共同形成工具111。支撑结构108具有通过真空管线(该图中未示出)与气压控制系统110和真空袋流体连通的真空口112。
在此示例性实施例中，心轴102和心轴104用于形成飞机机翼的复合纵梁。如图5所示，复合材料被铺设在心轴102和心轴104上。当气压控制系统110对真空袋抽真空时，复合材料以期望的方式形成在心轴102和心轴104上。
在此示例性实施例中，工具基底106被构造为容纳第二组心轴。换言之，两个以上的心轴可以固定至工具基底106的另一侧，使得两个纵梁可以同时形成。
人工操作员114可以在通过复合制造系统100制造的部件上执行工艺。工具基底106在箭头116的方向上移动以允许支撑结构108上的多个构造。人工操作员114可以站在平台117上。平台117可以在箭头118的方向上移动以相对于人工操作员114调节心轴102和心轴104的高度。
现在转到图2，根据一个示例性实施方式描绘了制造环境的框图的图示。制造环境200为其中复合制造系统202内的部件可以用于制造复合结构204的环境。具体地，复合制造系统202内的部件可以用于形成并固化复合结构204。
复合结构204为一种配置为在平台206中使用的结构。平台204可以是例如但不限于移动平台、固定平台、陆基结构、水基结构或空基结构。更具体地，该平台可以是飞机、水面舰船、坦克、人员运输车、火车、宇宙飞船、空间站、卫星、潜艇、汽车、发电厂、桥梁、水坝、房屋、制造设备、建筑物以及其他合适的平台。
在此示例性实施例中，平台206采取飞机208的形式。当为飞机208制造复合结构204时，复合结构204采取飞机结构209的形式。飞机结构209可以为例如但不限于纵梁、翼梁、翼肋、安定面、面板或配置为在飞机208中使用的其他合适的结构。
如所描绘的，复合制造系统202包括工具210、工具基底211、真空袋212、支撑结构214、移动系统216以及抽出工具218。工具210可以包括单个心轴或一组心轴，这取决于具体实现方式。
如所示出的，工具210包括固化复合板222和柔性材料层224。固化复合板222彼此平行、彼此邻近对齐地沿着工具210的长度225向下延伸。换言之，固化复合板222从工具210的一端沿着工具210的细长部分向下延伸长度225至工具210的另一端。
柔性材料层224放置在固化复合板222之间并且结合于固化复合板。在此示例性实施例中，一个柔性材料层224夹在两个固化复合板222之间。
固化复合板222被构造成为工具210提供具有刚度的部件。固化复合板222可以包括多种不同的材料。例如但不限于，固化复合板222可以包括双马来酰亚胺、碳纤维环氧树脂、碳纤维增强塑料、玻璃纤维或者其他合适的材料中的至少一种。在此示例性实施例中，工具210具有通过固化复合板222的数量、厚度或形状中的至少一者确定的期望刚度229。
柔性材料层224被构造成为工具210提供期望的柔性等级。柔性材料层224可以包括橡胶、含氟弹性体、硅树脂或具有相对更柔软的特性的其他合适的材料中的至少一种。
固化复合板222为用于形成工具210的预固化结构。在工具210的形成期间，固化复合板222使用柔性材料层224彼此共结合以形成完整的工具。
在此示例性实施例中，工具基底211被构造为在复合材料220的固化期间将工具210保持就位。工具基底211可以包括各种部件以将工具210锁定就位。工具基底211还可以被构造为在一个或多个方向上移动工具210。
如所描绘的，真空袋212环绕工具210和复合材料220。在复合结构204的形成期间，真空袋212向工具210和复合材料220施加压力226。
工具210被设计成显著地降低不一致228。不一致228可包括例如但不限于不良的层压质量、脱层、空隙或其他异常。由于工具210包括柔性材料，工具210被构造为响应于压力226以期望方式变形并且防止在固化期间在复合结构204中出现不一致228。换言之，工具210被构造为沿着其长度225朝向复合结构204的腹板230挠曲。因此，工具210可以弯曲、挠曲和扭曲，使得在复合材料220的各层之间在所选择的容限之外不会出现分离。
在此示例性实施例中，复合结构204采取纵梁231的形式。由于纵梁包括前部232、后部233以及叶片234，因此需要一组心轴形成纵梁231。
在此示例性实施例中，工具210包括第一心轴236和第二心轴238。第一心轴236和第二心轴238彼此相邻地位于水平面239上。间隙240位于第一心轴236与第二心轴238之间。第一心轴236和第二心轴238可以通过改变其中一个或多个固化复合板的厚度来调整至期望刚度229(或柔性)。
在纵梁231的制造期间，复合材料220以期望的方式铺设在第一心轴236和第二心轴238上。在一些示例性实施例中，复合材料220可以采取预浸材料的形式。在其他示例性实施例中，复合材料220可以包括预成型件和在固化之前注入到复合预成型件中的树脂。
在此示例性实施例中，第一心轴236可以用于形成纵梁231的前部232，而第二心轴238可以用于形成纵梁231的后部233。间隙240被构造为形成纵梁231的叶片234。
在此示例性实施例中，不使用金属来形成第一心轴236和第二心轴238。相反，第一心轴236和第二心轴238各自包括多层材料，这些层在预固化复合材料的板和具有粘合特性的柔性材料的板之间交替。
具体地，第一心轴236具有多个第一固化复合板242和多个第一柔性材料层244。如本文中使用的，当涉及项目使用“多个”时意味着一个或多个项目。因此，多个柔性材料层为一个或多个柔性材料层。
多个第一固化复合板242彼此平行地沿着第一心轴236的长度225向下延伸。多个第一柔性材料层244定位于多个第一固化复合板242之间并且结合于多个第一固化复合板。在此示例性实施例中，多个第一柔性材料层244中的一个第一柔性材料层夹在多个第一固化复合板242中的两个第一固化复合板之间。
以类似的方式，第二心轴238具有多个第二固化复合板246和多个第二柔性材料层248。形成第二心轴238的固化复合板的数量、形状、厚度以及类型可与用于形成第一心轴236的数量相同或不同。形成第二心轴238的柔性材料层的数量、形状、厚度以及类型可与用于形成第一心轴236的数量相同或不同。第一心轴236的期望刚度229可与第二心轴238的刚度相同或不同。
多个第二固化复合板246彼此平行地沿着第二心轴238的长度225向下延伸。多个第二柔性材料层248定位于多个第二固化复合板246之间并且结合于多个第二固化复合板。在此示例性实施例中，多个第二柔性材料层248中的一个第二柔性材料层夹在多个第二固化复合板246的两个第二固化复合板之间。
当使用第一心轴236和第二心轴238时，真空袋212环绕两个心轴并且向位于第一心轴236和第二心轴238上的复合材料220施加压力226以形成纵梁231。具有通气装置和释放膜的单个预制包封尼龙袋可以用于真空袋212。使用单个预制尼龙袋减少了纵梁231的制造时间。可能不需要清洁、绑带及其他工艺。
如所示出的，工具210可以包括抽出特征件(extrusion feature)250、升降提供件(lifting provision)252以及索引特征件(indexing feature)254。当工具210包括一个以上的心轴时，这些特征件可以存在于一个或所有心轴上。
在此示例性实施例中，抽出特征件250与第一心轴236和第二心轴238相关联。抽出特征件250被配置为机械地连接到抽出工具218。抽出工具218用于将第一心轴236与第二心轴238分离以取回纵梁231。抽出特征件250可沿着每个心轴的外侧按照期望间隔布置。抽出特征件250可以附接至心轴或者形成为每个心轴的一部分。
升降提供件252可以与工具210、工具基底211或这两者相关联。升降提供件252被构造为机械地连接到升降并且操纵工具210的移动系统256。
在此示例性实施例中，索引特征件254可以与工具210、工具基底211或这两者相关联。索引特征件254被构造为帮助复合材料220在工具基底211上对齐。
如所描绘的，支撑结构214与工具基底211相关联。工具基底211可以机械地连接至支撑结构214。
支撑结构214被构造为在竖直方向258或水平方向260中的至少一者上移动。支撑结构214可以使用移动系统256以在任一方向上移动。在一些示例性实施例中，工具基底211被构造为相对于人工操作员在竖直方向258、水平方向260或两者上移动。在仍然其他示例性实施例中，人工操作员站在相对于支撑结构214、工具基底211或这两者在任一方向上移动的平台上。
复合制造系统202可以包括参考图2未示出的附加部件。例如，复合制造系统202可包括真空口、供应管线、气压调节系统、高压釜、机器人操作员、人工操作员或通常在制造复合结构中使用的其他项目。
根据一个示例性实施方式，与当前使用的系统相比，制造复合结构204可能花费更少的时间。在固化期间，用于形成复合结构204的心轴将以期望方式变形，从而显著地减少在当前采用的制造系统中看到的不一致228。每个心轴的设计可以适于制造商、平台以及部件提供期望刚度229并且提高层压质量的需要。示例性实施方式允许使用预制装袋。系统不再需要清洗并且绑带以容纳多个袋。人工操作员具有的益处在于，符合人体工程学设计的工具移动，进一步降低了受伤的风险并且在制造期间节省了时间。
参考图3，根据一个示例性实施方式描绘了复合制造系统的端视图的图示。示出了图1的复合制造系统100的端视图。图3示出了如在图2中以框图形式示出的复合制造系统202内的部件的物理实施方式的实例。
如所示出的，使用支架300将心轴102和心轴104索引至工具基底106。具体地，支架300将心轴102的端部302和心轴104的端部304索引至工具基底106。
在此示例性实施例中，稳定器306沿着工具基底106的表面定位。稳定器306被构造为防止心轴102和心轴104在固化期间在水平方向上的不期望移动和转移。稳定器306的一部分可以定位为靠近心轴102并与心轴102相关联，并且一部分(在该视图中未示出)定位为靠近心轴104并与心轴104相关联。心轴102与心轴104之间存在间隙308。
在此示例性实施例中，工具基底106的区域310不具有心轴。然而，区域310被设计成容纳一组心轴。支架312可以用于将一组心轴索引至区域310中的工具基底106。稳定器314可以显著地限制该心轴在固化期间在水平方向上的不期望移动。
现在转到图4，根据一个示例性实施方式描绘了复合制造系统中的心轴的分解图的图示。在该视图中，示出了心轴102和心轴104的内部配置。
如所示出的，心轴102包括固化复合板400和柔性材料层402。柔性材料层402定位在每组固化复合板400之间。
心轴104包括固化复合板404和柔性材料层406。柔性材料层406定位在每组固化复合板404之间。在此示例性实施例中，还可以由柔性材料制造心轴104的外罩。
固化复合板400和固化复合板404延伸了心轴102和心轴104的全部长度408。尽管在此示例性实施例中，针对每个心轴示出了十个板，但一个或两个心轴可以包括任意数量的板、柔性材料层或这两者。固化复合板的尺寸、形状以及厚度允许刚度的通用性。
在图5中，根据一个示例性实施方式描绘了复合制造系统的侧视立体图的图示。复合材料500已铺设在心轴102和心轴104上。在此示例性实施例中，复合材料500将形成飞机机翼的纵梁。
如所描绘的，心轴102具有抽出特征件502和移动提供件504。当固化完成时，抽出工具可以连接至抽出特征件502以拉动心轴102远离心轴104，使得更容易抽出固化复合纵梁。抽出特征件502沿着心轴102的长度408按照期望间隔布置。
在制造期间，心轴102可能需要移动至工厂地面上的一个或多个不同位置。移动提供件(movement provision)504沿着心轴102的长度408以一间隔分隔开并且可以连接至移动系统以将心轴102移动至期望位置。心轴104具有相似的抽出特征件和移动提供件，虽然它们在该视图中未示出。
心轴102的端部302具有分度盘506。心轴104的端部304具有分度盘508。分度盘506和分度盘508分别为用于心轴102和心轴104的附加索引特征件。在一些情况下，不需要分度盘506和分度盘508。
接下来转向图6，根据一个示例性实施方式描绘了具有复合材料的心轴的横截面图的图示。沿着图5中的线6-6示出了具有复合材料500的心轴102和心轴104的横截面图。
在此示例性实施例中，复合材料500的层600、层602以及层606已以期望方式铺设在心轴102和心轴104上。条状件604已定位在复合材料层之间。轴线608表示纵梁中心线。
心轴102和心轴104中的板和柔性材料的构造允许每个心轴具有柔性方向和刚性方向。心轴104在箭头610的方向上是柔性的。心轴102以类似的方式表现。心轴102在箭头612的方向上基本上是刚性的。心轴104以类似的方式表现。
如所描绘的，心轴104中的板614和心轴102中的板616比针对每个心轴示出的其他板厚。在其他示例性实施例中，所有板的厚度可以彼此相同或不同，这取决于具体实现方式。板614和板616为纵梁的腹板所共用以确保板结合接缝特征不是非常接近临界半径。
心轴102和心轴104具有半径边缘。可以期望方式选择心轴102中的半径边缘618和心轴104中的半径边缘620中的每一者的半径，以减小锐利边缘周围的真空袋上的压力，从而减小真空袋泄露和/或破裂的风险。在其他示例性实施例中，一个或多个边缘可具有不同的形状。
心轴104具有厚度622，并且心轴102具有厚度624。在此示例性实施例中，厚度622和厚度624基本上相同。在其他示例性实施例中，厚度622和厚度624可以不同，这取决于飞机结构的构造。选择心轴102和心轴104的斜率以形成纵梁的期望形状。
如所示出的，心轴102和心轴104中的柔性和刚性特征允许它们在固化期间朝向复合结构的腹板626挠曲。这种变形提高了纵梁质量。
图7示出了根据一个示例性实施方式的具有复合材料的心轴的横截面图的另一图示。已将固化部件添加至复合制造系统100。
如所示出的，衬板700已定位在复合材料500的正上方。释放膜702、通气装置704以及真空袋706也环绕心轴102、心轴104以及复合材料500。在装袋之后，用带固定真空袋706。根据一个示例性实施方式，复合材料500然后可以固化以形成纵梁。
本文中示出的固化部件仅是固化复合材料500所需的不同部件的一些实例。可能需要附加衬板、通气装置以及膜。通气装置可始终具有一个厚度或者在其覆盖的工具的不同部分中可具有不同厚度。这些部件可以预装成一组并且在心轴上铺开或者每个部件单独定位。
参考图8，根据一个示例性实施方式描绘了复合制造系统中的心轴的替代设计的图示。示出了心轴800和心轴802的横截面图。心轴800和心轴802分别是图2中的第一心轴236和第二心轴238的物理实施方式的实例。
心轴800包括固化复合板804和介于它们之间的柔性材料层806。心轴802包括固化复合板808和介于它们之间的柔性材料层810。复合材料814已铺设在心轴800和心轴802上。
借助于一个示例性实施方式，心轴800和心轴802突出了制造商具有的通用性和设计灵活性。在此示例性实施例中，心轴800具有3个固化复合板804，而心轴802具有13个固化复合板808。因此，心轴802比心轴800更具柔性。
在此示例性实施例中，衬板816、释放膜818、通气装置820以及真空袋822环绕心轴800和心轴802。密封带824封闭真空袋822以防止漏风。
图1以及图3至图8中所示的不同部件可以与图2中的部件结合、与图2中的部件一起使用或者这两者的结合。另外，图1以及图3至图8中的部件中的一些可以是图2中以框形式示出的部件可以如何实现为物理结构的示例性实例。
除了图3至图8中示出的那些之外，可以实现用于复合制造系统100的其他构造。例如，可以使用多个附加心轴以形成复合结构。在其他示例性实施例中，心轴、固化复合板或复合材料层的形状和厚度可以不同于本文中示出的那些。在仍然其他示例性实施例中，固化复合板可以沿着心轴的长度分割。换言之，可以使用两个或更多个区段，而不是具有一个长的预固化复合板。
接下来参考图9，根据一个示例性实施方式描绘了用于形成飞机的复合结构的工艺的流程图的图示。图9中描绘的方法可以用于形成图2中示出的飞机208的复合结构204。
该工艺开始于在一组心轴上铺设复合材料(操作900)。每个心轴均包括彼此平行延伸的固化复合板和定位在固化复合板之间并且结合于固化复合板的柔性材料层。在操作900之前，可以使用工具基底和支撑结构的组合依照要求调整心轴的方位。
接下来，用真空袋覆盖复合材料和心轴(操作902)。对系统抽真空(操作904)。通过真空袋将压力施加至复合材料和心轴(操作906)。
然后使复合材料固化以形成复合结构(操作908)。在操作908过程中，使每个心轴沿着其长度变形以防止在复合结构中形成不一致(操作910)。
在固化之后，对系统进行除袋(debag)(操作912)。可以在复合结构上执行附加工艺。使用连接至心轴中的抽出特征件的抽出工具使心轴彼此分离(操作914)。
将复合结构从心轴移除(操作916)，随后该工艺终止。可选地，可以使用连接至心轴中的每一个上的升降提供件的移动系统将心轴移动至另一位置。
不同的所描绘的示例性实施方式中的流程图和框图举例说明了一个示例性实施方式中的设备和方法的一些可能的实现方式的结构、功能和操作。在这一方面，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、区段、功能和/或操作或步骤的一部分。
可以在如图10所示的飞机制造和维修方法1000以及如图11所示的飞机1100的上下文中描述本公开的示例性实施方式。首先转到图10，根据一个示例性实施方式描绘了飞机制造和维修方法的框图的图示。在生产前期间，飞机制造和维修方法1000可以包括图11中的飞机1100的规格和设计1002以及材料采购1004。
在生产期间，进行图11中飞机1100的部件和子组件制造1006以及系统集成1008。此后，图11中的飞机1100可以经历认证和交付1010，以投入使用1012。在用户使用1012期间，图11中的飞机1100按计划进行维护和保养1014，其包括任何改造、重构、整修以及其他维护和维修。
在部件和子组件制造1006期间，可以制造图2中的使用复合制造系统202形成的复合结构204。此外，复合制造系统202可以用于修改为了例行维护和维修1014而制造的零件，该例行维护和维修作为图11中的飞机1100的改造、重构或整修的一部分。第一心轴236和第二心轴238可以用于形成部件和子组件制造1006或例行维护和维修1014中的复合部件。
飞机制造和维修方法1000的每个过程可以由系统集成商、第三方、运营商或其某种组合运行或执行。在这些实例中，运营商可以是用户。为了该描述的目的，系统集成商可包括但不限于任意数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可包括但不限于任意数量的承包商、分包商以及供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事企业、服务机构等。
现在参考图11，描绘了在其中可以实现使用一个示例性实施方式制造的复合结构的飞机的框图的图示。在该实例中，飞机1100通过图10中的飞机制造和维修方法1000生产，并且可以包括具有多个系统1104的机身1102和内部1106。系统1104的实例包括推进系统1108、电力系统1110、液压系统1112和环境系统1114中的一个或多个。可以包括任意数量的其他系统。虽然示出了航空航天的实例，但是不同的示例性实施方式可以应用于其他行业，诸如汽车行业。
本文中实施的设备和方法可在图10中的飞机制造和维修方法1000的至少一个阶段期间采用。
在一个示例性实施例中，在图10中的部件和子组件制造1006中生产的部件和子组件可以与图10中飞机1100在投入使用1012时生产的部件或子组件相似的方式制作或制造。作为又一个示例，一个或多个装置实施方式、方法实施方式或其组合可以在生产阶段(诸如图10中的部件和子组件制造1006以及系统集成1008)期间使用。在图10中的飞机1100在投入使用1012时、在维护和维修1014期间或者这两者，可以利用一个或多个装置实施方式、方法实施方式或者其组合。多个不同的示例性实施方式的使用可以显著加速飞机1100的组装，降低飞机1100的成本，或者既加速飞机1100的组装又降低飞机1100的成本。
借助于一个示例性实施方式，与当前使用的系统相比，制造用于飞机应用的复合结构花费了更少的时间。用于形成纵梁的心轴将以期望方式挠曲和扭曲，从而显著减少了在纵梁腹板中看到的任何不一致。每个心轴的设计可以适于制造商、平台以及部件提供期望的刚度等级，以提高层压质量。
示例性实施方式还允许使用预制装袋。可以使用单个袋而不是多个袋，从而节省了装袋过程的时间并且减小了渗漏的风险。系统不再需要清洗并且绑带以容纳多个袋。
另外，人工操作员具有的益处在于，使用工具基底和支撑结构的符合人体工程学设计的工具移动，进一步降低了受伤的风险并且节省了制造期间的时间。工具基底设计成固定心轴，使得它们可以期望方式变形而不产生滑动。
抽出特征件、索引特征件以及升降提供件允许部件的迅速机械释放和组件在工厂地面上的移动。由于心轴由复合材料制成，因此相比于它们的金属对应物，该心轴重量轻。根据一个示例性实施方式的心轴显著减少了不一致并且在长的、复杂的飞机结构中提供了优质的层压。
在示例性实施方式的一些替代实施方式中，方框中提到的一个或多个功能可以不按照附图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，连续示出的两个方框可以基本上同时执行，或者方框有时可以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。而且，除了流程图或框图中示出的方框之外，还可以添加其他方框。
已出于说明和描述的目的而呈现了对不同示例性实施方式的说明，并且并非旨在是穷尽的或限制于所公开的形式的实施方式。对于本领域一般技术人员来说，许多修改和变化将是显而易见的。另外，与其他期望的实施方式相比较，不同的说明性实施方式可提供不同的特征。选择和描述所选择的一个或多个实施方式，以便最好地解释实施方式的原理、实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够针对具有适于所预期的特定使用的各种修改的各种实施方式来理解本公开内容。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种用于形成飞机结构(209)的复合制造系统(202)，所述复合制造系统(202)包括：
第一心轴(236)，具有彼此平行延伸的多个第一固化复合板(242)和定位于多个第一固化复合板(242)之间并且结合于多个第一固化复合板的多个第一柔性材料层(244)；
第二心轴(238)，邻近于所述第一心轴(236)定位，其中，所述第二心轴(238)具有彼此平行延伸的多个第二固化复合板(246)和定位于所述多个第二固化复合板(246)之间并且结合于多个第二固化复合板的多个第二柔性材料层(224)；以及
真空袋(212)，环绕第一心轴(236)和第二心轴(238)，所述真空袋(212)被构造为向位于第一心轴(236)和第二心轴(238)上的复合材料(220)施加压力(226)以形成飞机结构(209)。
条款2.根据条款1所述的复合制造系统(202)，还包括：
工具基底(211)，被构造为将第一心轴(236)和第二心轴(238)保持就位。
条款3.根据条款2所述的复合制造系统(202)，还包括：
支撑结构(214)，与所述工具基底(211)相关联并且被构造为在竖直方向(258)或水平方向(260)中的至少一者上移动。
条款4.根据条款1-3所述的复合制造系统(202)，其中，第一心轴(236)和第二心轴(238)被构造为响应于压力(226)而变形并且防止在固化期间在飞机结构(209)中产生不一致(228)。
条款5.根据条款1-4所述的复合制造系统(202)，其中，第一心轴(236)或第二心轴(238)中的至少一者基于改变多个第一固化复合板(242)或多个第二固化复合板(248)中的至少一者的厚度而调整至期望刚度(229)。

Claims (15)

1.一种复合制造系统(202)，所述复合制造系统包括：
工具(210)，所述工具用于形成复合结构(204)，所述工具(210)包括：
固化复合板(222)，彼此平行地延伸；以及
柔性材料层(224)，定位于所述固化复合板(222)之间并结合于所述固化复合板；以及
真空袋(212)，所述真空袋环绕所述工具(210)并被构造为向所述工具(210)施加压力(226)。
2.根据权利要求1所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)被构造为响应于所述压力(226)而变形并防止在固化期间在所述复合结构(204)中产生不一致(228)。
3.根据权利要求2所述的复合制造系统(202)，还包括：
工具基底(211)，被构造为当所述工具(210)在固化期间变形时将所述工具保持就位。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)被构造为朝向所述复合结构(204)的腹板(230)沿着所述工具的长度(225)挠曲。
5.根据权利要求4所述的复合制造系统(202)，其中，所述固化复合板(222)沿着所述工具(210)的所述长度(225)彼此邻近地对齐。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)包括：
第一心轴(236)，所述第一心轴具有多个第一固化复合板(242)和多个第一柔性材料层(244)，其中，所述第一心轴(236)用于形成飞机结构(209)的前部(232)；以及
第二心轴(238)，所述第二心轴具有多个第二固化复合板(246)和多个第二复合材料层(248)，其中，所述第二心轴(238)用于形成飞机结构(209)的后部(233)。
7.根据权利要求6所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)还包括：
多个抽出特征件(250)，所述多个抽出特征件与所述第一心轴(236)和所述第二心轴(238)相关联，其中，所述多个抽出特征件(250)被构造为连接到用于使所述第一心轴(236)与所述第二心轴(238)分离的抽出工具(210)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)具有由所述固化复合板(222)的数量、厚度或形状中的至少一者确定的期望刚度(229)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)还包括：
多个索引特征件(254)，所述多个索引特征件被构造为帮助复合材料(220)在所述工具(210)上对齐。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的复合制造系统(202)，其中，所述工具(210)还包括：
多个升降提供件，所述多个升降提供件被构造为连接到升降所述工具(210)的移动系统。
11.一种用于形成复合结构(204)的方法，所述方法包括：
将复合材料(220)铺设在工具(210)上，其中，所述工具(210)包括彼此平行地延伸的固化复合板(222)和定位于所述固化复合板(222)之间并结合于所述固化复合板的柔性材料层(224)；
利用真空袋(212)覆盖所述复合材料(220)和所述工具(210)；
使用所述真空袋(212)向所述复合材料(220)和所述工具(210)施加压力(226)；以及
使所述复合材料(220)固化以形成所述复合结构(204)，其中，所述工具(210)沿着它的长度(225)变形以防止在固化期间在所述复合结构(204)中形成不一致(228)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述工具(210)通过朝向所述复合结构(204)的腹板(230)沿着所述工具的长度(225)挠曲而变形。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
使用工具基底(211)在竖直方向(258)或水平方向(260)中的至少一者上移动所述工具(210)。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述工具(210)包括第一心轴(236)和第二心轴(238)，并且所述方法还包括：
将抽出工具(210)连接至位于所述第一心轴(236)和所述第二心轴(238)中的抽出特征件(250)；
使用所述抽出工具(210)使所述第一心轴(236)与所述第二心轴(238)分离以释放所述复合结构(204)；以及
从所述第一心轴(236)和所述第二心轴(238)中移除所述复合结构(204)。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将移动系统(256)连接至所述第一心轴(236)和所述第二心轴(238)中的多个升降提供件(252)；以及
使所述第一心轴(236)、所述第二心轴(238)以及所述复合结构(204)移动。
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