CN113335492A - 用于桁条面板的复合板条支撑件 - Google Patents

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Abstract

一种用于桁条面板的复合板条支撑件。本发明提供具有集成板条结构的加强桁条面板。示例复合面板包括具有内表面的蒙皮构件，以及在内表面上的板条。板条包括一组层状层压层片，并且从第一侧延伸到第二侧。该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓。复合面板还包括桁条，该桁条包括从板条的第一侧跨到板条的第二侧的帽部分，以在所述蒙皮构件的内表面上分别形成第一凸缘部分和第二凸缘部分。帽部分的基部段符合板条的相应第一侧和第二侧的期望几何轮廓。

Description

用于桁条面板的复合板条支撑件
技术领域
本公开总体上涉及飞行器支撑结构，并且更具体地涉及桁条面板。
背景技术
在飞行器和运载火箭的构造中，诸如飞行器的蒙皮的各种表面可附接到被称为桁条或加强肋的结构支撑构件。在典型的飞行器机身中，桁条附接到机身蒙皮并在飞行器的纵向方向上延伸。它们主要负责将作用在蒙皮上的空气动力载荷转移到包括框架在内的内部结构上。在飞行器的机翼或水平稳定器中，桁条附着在机翼/水平稳定器蒙皮上，它们的主要功能是将作用在机翼上的弯曲载荷转移到诸如肋和翼梁的内部结构上。
然而，支撑结构中的缺陷会导致在复合部件上制造加强构件的现有方法，诸如填面形状的变形、树脂渗出、开裂和褶皱。修复或减轻此类缺陷可能需要额外的人工和材料，并且通常是工具密集型的。考虑到飞行器机翼和机身的规模，用于这些零件的成形和搬运设备也可能昂贵、笨重，并且需要大量的工厂占地面积。
因此，需要用于制造飞行器支撑结构的改进的系统和方法，以减少制造挑战，以及对劳动力、大量工具、工厂空间和材料搬运设备的需求。
发明内容
以下提供本公开的简化概述，以便提供对本公开的某些示例的基本理解。该概述不是本公开的广泛总览，并且它没有标识本公开的关键和重要元素，也没有描绘本公开的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本文公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
提供了用于各种飞行器结构的加强复合面板以及制造此类面板的方法。具体地，复合面板(100)包括具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)。复合面板还包括在内表面上的板条(400)。该板条包括从第一侧(402)延伸到第二侧(404)的一组层状层压层片(420、422、424)。该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓。复合面板还包括桁条(520)，该桁条包括帽部分(521)，其中帽部分从板条的第一侧跨到板条的第二侧，以分别在蒙皮构件的内表面上形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从帽部分延伸。
桁条可包括多个桁条层片。帽部分的第一基部段(522-A)与板条的第一侧接触，并且符合板条的第一侧的期望几何轮廓。帽部分的第二基部段(522-B)与板条的第二侧接触，并且符合板条的第二侧的期望几何轮廓。
支撑工具(530)可定位在该组层状层压层片中的最上层层压层片的顶部上，使得接合第一基部段和第二基部段的帽部分的主段(526)由支撑工具支撑。板条、桁条和蒙皮构件可被共固化。板条、桁条和蒙皮构件可被共结合。支撑工具可为硅成形心轴，该硅成形心轴包括均匀混合在其中的20％二氧化硅微球。
该层状层压层片中的每个层压层片可包括预浸渍有树脂的复合纤维。相邻的层压层片的复合纤维可具有不同的取向角。
本公开的其他实施方式包括对应于所描述的装置的系统和方法。例如，在可包括前述和/或以下示例和方面中任一项的主题的至少一部分的另一方面，提供了一种飞行器，其包括一个或多个如上所述的复合面板。
还提供了一种制造所述复合面板的方法。该方法包括提供(610)具有内表面的蒙皮构件，以及将板条定位(620)在蒙皮构件的内表面上。板条包括一组层状层压层片，并且从第一侧延伸到第二侧。该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓。该方法还包括将桁条放置(630)到支撑工具(530)上，并且支撑工具和桁条定位(640)在该组层状层压层片中的最上层层压层片上。该方法还包括接合(650)蒙皮构件、板条和桁条。
这些和其他示例在下面参考附图进一步描述。
附图说明
图1示出了可用本公开的各种示例来实施的加强桁条面板的示例。
图2示出了现有桁条面板组装系统的示例的横截面视图。
图3示出了具有制造缺陷的另一现有桁条面板组装系统的横截面透视图。
图4A、图4B和图4C示出了根据一个或多个示例的示例板条。
图5A和图5B示出了根据一个或多个示例的结合有板条的加强桁条面板的横截面视图。
图6示出了根据一个或多个示例的用于制造加强桁条面板的示例过程序列。
图7示出了根据一个或多个示例的用于制造具有板条的加强桁条面板的示例过程。
图8是根据一个或多个示例的可包括如本文所述的加强桁条面板的飞行器的示意图。
图9是可利用本文描述的方法和组件的飞行器生产和服务方法的框图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所呈现的概念的透彻理解。所呈现的概念可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践。在其他情况下，没有详细描述众所周知的过程操作，以免不必要地模糊所描述的概念。尽管将结合具体示例描述一些概念，但应理解，这些示例并非旨在进行限制。相反，其旨在覆盖由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内可能包括的替代、修改和等同物。
例如，本公开的技术将在诸如飞行器面板的特定飞行器结构的背景下描述。然而，应注意，本公开的技术和机构可应用于各种其他交通工具或构建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，以便提供对本公开的透彻理解。本公开的特定示例可在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述众所周知的处理操作，以免不必要地模糊本公开。为了清楚起见，有时将以单数形式描述本公开的各种技术和机构。然而，应注意，除非另外说明，否则一些示例包括技术的多次迭代或机构的多次实例化。
总览
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桁条面板组件。如本文所述，术语“桁条”、“纵梁”、“加强肋”、“支撑结构”和“支撑构件”可互换使用。本文所述的加强桁条面板包括板条结构，该板条结构配置有侧，该侧包括用于在制造过程期间支撑和成形桁条的期望几何轮廓。如本文所用，板条结构可简称为板条。支撑工具在构建过程期间用于加强桁条面板中，以在固化过程期间支撑各种支撑结构的形状，诸如具有内部腔的加强肋。
板条可包括堆叠在彼此顶部的多层片复合材料。这些层片可包括预浸渍有树脂或预浸料的复合纤维。板条可为多方向的，其中在相邻层中复合纤维被配置成不同取向，从而可增加板条的强度。层压层片的宽度可变化，使得板条包括对应于桁条的各部分的期望几何形状，以便支撑桁条结构。可将板条放置在面板的蒙皮构件或其他更高级别的组装部件上的期望位置上。然后可将桁条(诸如帽形桁条)与心轴一起放置在板条上，使得在制造过程期间，桁条由板条和心轴支撑。
加强桁条面板的现有制造工艺包括使用半径填料，诸如面条型填料/填面(noodle)来支撑组装部件和支撑工具之间的空间。然而，此类填面脆弱，并且在固化过程的高温和高压下可能开裂或变形。这导致最终面板组件中的缺陷，这需要额外的检查、维修或处置/丢弃，从而导致额外的人工和材料。
更坚固更坚硬的板条不仅增加了整个面板组件的结构完整性，而且在固化过程的极端条件下为较小半径的桁条提供了更稳定的支撑。填面中的复合纤维通常是单向的，导致与所述板条相比填面结构相对于周围结构具有不期望的不同刚度和强度。因此，填面在制造过程期间经常移位或移动，从而在部件之间形成空隙。填面几何形状的限制可能会进一步加剧此类空隙。此类空隙会形成低压区域，从而导致树脂渗出、层褶皱和变形(诸如弯曲)以及半径变薄或变厚。平坦板条避免了对尖锐竖直尖端的需要，并且允许更精确的装配，从而消除了空隙和由空隙引起的问题。
因此，所描述的系统和组件对现有的制造结构支撑构件的系统的改进，现有的制造结构支撑构件的系统依赖于填面结构作为半径填料。所描述的组件提供了更坚固的支撑结构，该支撑结构改进了部件的几何形状并增加了面板组件的整体强度。
示例装置
参考图1描述了可用本公开的各种示例实施的加强桁条面板100的示例。如图1所示，面板100由横向轴线(X轴线)、纵向轴线(Y轴线)和竖向轴线(Z轴线)限定。在一些示例中，面板100可为飞行器机身的壳体的一部分。然而，在其他示例中，面板100可为各种其他结构的一部分。例如，各种面板可包括蒙皮面板、机翼结构或水平和竖向稳定器或控制表面中的结构的部分。
如图1所示，面板100包括具有内表面110-A的壳体构件110。在各种示例中，面板100的结构可包括框架106。面板100可利用一个或多个沿内表面110-A联接到面板100的加强支撑结构(诸如桁条120)来加强。在一些示例中，桁条120可被配置为使得桁条120的长度被定向成基本平行于飞行方向105，该飞行方向平行于Y轴线，如图1所示。然而，在各种示例中，加强支撑结构可基于载荷路径和偏转方向以各种其他角度和取向来定向，以便减小主结构的载荷和偏转。另外，加强支撑结构可包括由其他功能驱动的其他取向，诸如通过桁条的布线或排出气体的支架附件所需的位置。
桁条120可配置有用于不同结构属性的各种横截面形状。各种桁条类型可包括诸如帽形桁条的闭合横截面形状，或者诸如L形桁条的开放横截面形状。其他形成的桁条类型可包括叶片桁条、Z形桁条、C形桁条等。图2示出了现有的桁条面板组装系统200的示例的横截面图。在一些示例中，系统200可为面板100，并且图2描绘了从对应于纵向轴线的A-A视点(在图1中标识)观察的面板的一部分的横截面。
如图所示，现有的面板组装系统200包括蒙皮构件210，该蒙皮构件具有沿内表面210-A的帽形桁条220。在一些示例中，出于结构和制造质量的目的，如果需要，则桁条220可定位在基部装料211上。然而，在其他示例中，桁条220可直接放置在蒙皮构件210上。
在各种示例中，面板的组装可能需要支撑工具以在桁条固化或以其他方式设定到位时为桁条提供结构或位置支撑。例如，支撑工具230可为成形心轴。此类心轴可包括各种类型的心轴中的任一种，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。在其他示例中，支撑工具可为可膨胀的气囊类型。在一些示例中，支撑工具可包括各种半径填料，诸如填面240，其可起到填充桁条220、支撑工具230和基部装料211或蒙皮构件210之间的间隙的作用，以试图防止固化期间的树脂聚积。
在桁条面板组件中，此类支撑工具必须在蒙皮构件或基部装料上精确对准，以便精确地控制桁条的位置以及桁条的定位和形状。在现有的面板组件中，支撑工具和/或桁条的放置和/或对准通常通过大型工具辅助工具来完成，以提升、运输和放置支撑工具。可通过各种方法另外实现准确的放置，其包括使用光学激光模板来引导在由激光定义的边界内的手动放置。可实施各种其他对准机构以引导支撑工具的手动放置。努力确保支持工具的精确手动对准可能会进一步导致人工需求增加和构建时间延长。
另外，支撑工具通常包括长的长度，该长的长度可达到等于桁条的长度的长度。如前所述，用于777X飞行器的桁条最长可达110英尺。由此，110英尺的实心橡胶心轴可包括相当大的重量。此类大的支撑工具也可能需要大量的搬运工具和设备以形成、翻转、定位和运输支撑工具。例如，搬运取放设备可用来运输和操纵此类工具。由于它们的尺寸，支撑工具放置的尺寸也会发生变化。这可能进一步影响制造效率并增加劳动时间和制造生产率的成本。
如图2所示，填面通常是具有三角形或三角横截面的细长结构。半径填料，诸如填面，通常由包括不同比例的预浸渍树脂和碳纤维或具有类似材料属性的其他物质的层压带制成。然而，此类材料可能是柔性的和脆弱的。这种特性以及长的长度可能进一步加剧在运输、搬运和定位此类支撑工具时的困难。此类柔性还会在制造过程期间引起零件之间的过度运动，这可能损坏填面或产生导致不期望的缺陷的空隙。
参考图3，示出了另一个现有的桁条面板组装系统300的横截面透视图，其示出了通常出现的制造缺陷。现有的桁条面板组装系统300可包括用填面340定位在蒙皮构件310上的桁条320。现有的桁条面板组件系统300示出为移除了成形心轴，诸如支撑工具230。在各种示例中，填面340通常用于填充桁条、成型心轴和蒙皮构件的几何形状之间的半径。
可看到图3中的填面340变形，这可能是由固化过程期间的高压和高温条件引起的。填面的叠层制造也对填面的几何形状造成了限制，特别是在三角结构的顶角。填面的各层必须折叠起来以形成顶角，这可能会使竖直尖端变钝。结果，填面的几何形状可能不够精确地对应于桁条、心轴和/或蒙皮构件，从而留下空隙。此类空隙形成低压区域，来自桁条层片的树脂可能流入该低压区域，从而导致桁条层片之间的树脂渗出，并且使桁条或蒙皮构件的各个层起皱，从而导致表面不平整。例如，桁条层片之间的树脂渗出356导致桁条层片起皱。在一些示例中，桁条或蒙皮构件的片层之间的树脂渗出可导致如图所示的此类片层的起皱。另外，填面在固化过程期间的变形以及支撑工具和桁条的材料之间的热膨胀系数(CTE)的差异可能会进一步加剧制造过程期间的此类不规则性。
现有系统中可能发生的其他不规则性包括由氟化乙烯丙烯(FEP)或其他围绕支撑工具(诸如心轴)的塑料制成的包裹物引起的开裂和褶皱。包裹褶皱354是可能由在真空压力下的共固化过程期间FEP包裹的一部分移动到桁条的内表面中而引起的褶皱的示例。填面的变形还可能在蒙皮构件的各层中产生弓形波352，这导致面板几何形状的变形和潜在的结构问题。
此类填面变形也可能导致半径变薄或变厚。如本文所用，上部半径是指在桁条的顶部的弯曲部分，诸如上部半径321，而下部半径是指在桁条的底部的弯曲部分，诸如下部半径323。可将面板组件真空装袋，以在共固化或共粘合过程期间提供均匀的夹持压力。由于上部半径321的凸出的几何形状，较大的力从真空袋施加到抵靠心轴的上半径，这通常导致在这些区域处半径变薄或桁条厚度减小。相比之下，由于下部半径323的凹入的几何形状，从真空袋施加到下半径抵靠填面或其他支撑结构的力较小，这通常导致在此类区域处半径变厚或桁条更厚。
填面的变形还可进一步减小施加在较低半径上的压力，从而使半径进一步增厚。因为填面中的复合纤维通常是单向的(沿图3所示的Y轴线延伸)，所以填面结构沿Y轴线在轴向上可能很坚固。然而，这使得填面相对于需要支撑结构的其他方向(沿X轴线和Z轴线)的力具有不期望的不同刚度和强度。当在固化过程期间由于内部应力在其他方向施加力时，这种弱点以及与纤维方向相关的CTE差异可能会导致进一步的变形和空隙。
此类缺陷可能会干扰生产和制造过程中面板组件的检查。桁条厚度的不同可能会干扰确定结构孔隙率的超声脉冲回波技术。缺陷可能导致脉冲回波测量更加困难，从而减慢了过程。在测量受到干扰的情况下，安全要求可能要求假设存在孔隙度水平，需要额外的劳动力和材料来加固特定区域的结构。
此类制造难题可通过使用实板条层压体作为支撑工具并使用半径填料代替长而脆弱的填面来减少或消除。参考图4A、图4B和图4C，示出了根据一个或多个示例的示例板条400。图4A描绘了板条400的透视图，并且图4B描绘了板条400的正视图。
板条400可包括一组复合材料的层状层压层片。由此，形成板条的一组层压层片在本文中可被称为“板条层片”或“板条层”。板条层片可包括预浸渍有树脂的复合纤维，称为“预浸料”。例如，板条层可包括由
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制造的碳纤维。单层片内的复合纤维可被配置为在单一取向上延伸。然而，在一些示例中，单层片可配置有在多个取向上延伸的复合纤维。在某些示例中，每个层片的高度可薄至大约0.007英寸。
如图4B所示，板条由包括第一层420、第二层422和第三层424的多层板条层片形成。然而，在各种示例中，复合板条400可包括任意数量的层以形成期望几何轮廓。在一些示例中，板条可包括重叠或不连续的层压层片。在一些示例中，板条的不同层可包括相同或不同的材料和配置。在一些示例中，可组合多个层以获得各种期望的机械属性。例如，相邻的层可包括复合纤维，该复合纤维被配置为垂直于另一层中的纤维，以增加总复合材料的强度。然而，层可包括相对于相邻层中的复合纤维以各种不同的取向配置的复合纤维。
在一些示例中，可改变每个层的宽度(在X轴线的方向上)以获得各个侧的期望几何轮廓。例如，如图4B所示，第一层420可包括相对于第二层422更大的宽度，第二层422又可包括相对于第三层424更大的宽度。由此，通过从顶部到底部逐渐增加层的宽度，形成弯曲的几何轮廓。
在各种示例中，板条的形状相对于第一侧和第二侧对称。在一些示例中，板条的形状也相对于前侧和后侧对称。然而，取决于桁条的几何形状，板条的各个侧可能不一定是对称的。
在一些示例中，板条的各个侧可被进一步加工以获得期望几何轮廓。例如，每一层的边缘可诸如通过切割、机加工、打磨或其他工艺而被平滑。图4C描绘了具有第一侧402-A和第二侧404-A的示例板条400-A，该第一侧和第二侧已通过消除每一侧上的层的脊而被平滑。在某些示例中，平滑的侧可为支撑结构的形状提供更好的支撑，以及减小板条和支撑工具的各部分之间的间隔，以进一步减少本文所述的树脂渗出和其他缺陷。
在一些示例中，层的长度(在Y轴线的方向上)也可变化，以为板条的前侧410和/或后侧412提供几何轮廓。如图4A的透视图所示，底部几层中的每一层的长度可比上面的相邻层略长，从而在前侧410处形成略微弯曲的几何轮廓。由此，在一些示例中，底部的前侧和/或后侧板条还可被配置为支撑桁条或其他支撑结构的期望形状。在一些示例中，位于板条底部的这些较长的层可为整个板条贡献额外的强度和稳定性。
在制造硬化的桁条面板期间，可将板条与其他支撑工具一起放置在蒙皮构件的内表面上，以在部件的固化或粘结期间支撑桁条的形状。如下面将进一步描述的，板条的各个侧的几何轮廓可代替现有的填面来填充桁条和蒙皮构件之间的空间，从而支撑桁条的形状。
参考图5A和图5B，示出了根据一个或多个示例的结合有板条400的加强桁条面板500的横截面视图。在各种示例中，加强桁条面板500包括蒙皮构件510，其板条400位于蒙皮构件510的内表面510-A上。板条400可为本文所述的各种板条中的任一种，包括具有平滑侧的板条400-A。在一些示例中，蒙皮构件510可包括多层片或多层复合材料。如本文所用，其包括蒙皮构件的复合材料层可被称为“蒙皮构件层片”或“面板层片”。在一些示例中，蒙皮构件层的此类复合材料可为与板条的层片相同或不同的材料。在一些示例中，除了蒙皮构件510之外或代替蒙皮构件510，可包括基部装料或其他更高的组装结构。
在制造期间，桁条520可放置在蒙皮构件510上。如图所示，桁条520是具有帽部分521的帽形桁条或欧米茄桁条。然而，应注意，本文所述的示例可用各种桁条形状来实施。在各种示例中，桁条520可放置在诸如形成心轴530的支撑工具上。如本文所用，心轴530可被称为支撑工具530。心轴530可在将桁条运输和定位到蒙皮构件510上期间支撑桁条。
在各种示例中，心轴530由硅制成。在一些示例中，心轴可包括其中均匀混合有20％二氧化硅微球的硅制剂。包括二氧化硅微球可能会减少固化过程期间心轴的整体膨胀，并且可能导致膨胀更加均匀。在一些示例中，心轴530可用FEP包裹来包裹，以在制造过程期间改进心轴的搬运和移除。FEP包裹532被描绘为围绕心轴530的薄阴影层。
桁条520和心轴530可以放置在内表面510-A上，使得成形心轴530定位在板条的最上层压层片(上表面406)上。桁条520的帽部分521可从板条的第一侧跨到第二侧，并且延伸到位于蒙皮构件510的内表面510-A上的凸缘部分524-A和524-B中。在一些示例中，桁条520包括多个层压层片，在本文中称为“桁条层片”。在一些示例中，桁条层片可包括复合材料。在一些示例中，桁条层片的此类复合材料可为与蒙皮构件或板条的层片相同或不同的材料。为了说明的目的，如图5A和图5B所示，桁条层片和面板层片的高度可能被夸大。实际上，此类层压层片的高度可比所示的更薄，并且在某些示例中可有更多的层压层片。
部分的桁条520可包括对应于板条的第一侧和第二侧的几何轮廓的几何形状。例如，桁条520的下部半径可由帽部分的基部段限定，该基部段抵靠板条的第一侧和第二侧。如图所示，在图5A中，帽部分521包括接合帽部分的第一基部段522-A和第二基部段522-B的主段526，每个均由虚线限定。第一基部段522-A可抵靠第一侧402，并且第二基部段522-B可抵靠第二侧404。因此，帽部分的主段526可与支撑工具530平齐。
由此，板条可提供与半径填料相同的功能，以结合心轴530进一步支撑桁条520的形状和结构。如前所述，相对于以不同取向配置的相邻层中的复合纤维，板条可为多方向的。这种多方向的配置在未固化状态下比相对于复合纤维配置(如果有的话)为单向的填面强得多。而且，板条的多向形状允许设计的板条区域具有期望的强度和刚度。因此，在固化过程期间，板条在所有方向上均针对较小的半径提供了更坚硬和更均匀的支撑。
如图所示，示出了在基部段和板条层片的各个层之间的空间或间隙。这可能是由于用于形成板条的层压层片的复合材料的厚度(高度)的限制。然而，如图所示，板条层片的高度可被夸大，并且在实践中，此类空间或间隙可忽略不计，并且不会影响板结合支撑工具530支撑桁条520的能力。在一些示例中，此类空间仅可在面板的组装期间以绿色/生坯(green)未固化的组装状态存在。在共固化或共结合过程之后，此类空间可通过部件的压实和树脂流动来消除。如前所述，在一些示例中，可对板条进行机加工或处理以平滑由板条层片的厚度引起的脊，诸如在板条400-A中。
图5B示出了在附接和固化过程之后的加强桁条面板500，其中移除了心轴530而留下腔570。其余结构是增强的面板组件，其表现出比现有的面板组装系统(诸如系统300)更高的质量。板条无需填面来填充桁条和支撑工具与蒙皮构件之间的间隙。这减少了将长而沉重但脆弱的填面运输到面板组件并放置此类填面所需的时间和劳动力成本以及机械成本。
板条的集成进一步增加了面板组件的强度。板条的复合纤维的多方向构造在固化状态下也比单向填面强得多。此外，板条为蒙皮构件增加了额外的结构和刚度，特别是在需要更长或更高板条的较大桁条中。因此，与现有的桁条面板组装系统300相比，在桁条填充腔570之间存在更多的材料，并且整个箱体更硬且更坚固。板条的使用也可代替通常添加到面板组件中的其他加强结构。因此，板条的集成不会显著影响面板组件的重量，并且在某些情况下可减少整体重量。
板条的几何形状也比填面的几何形状更精确，填面在放置后可移动。不正确或不精确的填面几何形状会导致空隙或间隙，在固化过程期间形成低压区域，树脂可迁移到该区域(树脂渗出)。板条的平铺结构比填面更坚固，填面具有折叠的层以形成三角结构的上点或角。因为板条的上表面是平坦的，所以不需要锋利的竖直尖端，并且减少了在心轴和板条的界面之间的空隙的存在。
此外，单块板条替代了心轴两侧的两个填面结构，从而减少了组件总数。包含更少的单独组件进一步减少了在制造和固化过程期间移动的机会。因因此，整体树脂渗出和层片褶皱减少。与夹在三个结构(桁条、蒙皮构件和心轴)之间的填面不同，板条的单一扁平结构承受的应变较小，不太可能开裂或变形，并且承受的压力更大。
由于板条的强度和几何形状的改进，固化后桁条的整体几何形状得以改进。板条的变形将小于填面，从而允许在桁条的基部段处对较低半径施加更恒定的压力，从而减少潜在的半径增厚。所描述的板条，结合使用具有二氧化硅微球的改进的成形心轴，对桁条和蒙皮构件的内部压力可更均匀，从而允许具有更均匀厚度的更干净的固化桁条结构。在一些示例中，半径之间的主段的竖直和水平部分的直线度也得到改进，从而导致整体面板组件更坚固。
试验表明，使用本文所述的此类板条，桁条的几何形状更加均匀。在各种试验中测量横截面厚度和直线度。在一个示例中，第一基部段522-A的厚度T1和第二基部段522-B的厚度T7分别为0.2120英寸和0.2102英寸。此外，主段526的竖直侧的厚度T2和T6分别为0.2019英寸和0.2013英寸。此外，上部半径段的厚度T3和厚度T4分别为0.1864和0.1899英寸。最后，在主段的顶部的厚度T4为0.2117英寸。因此，整个桁条的厚度均匀性维持在可接受的水平。
而且，竖直侧和水平侧的重要部分在几何形状上维持期望的直线度。在上面的示例中，第一竖直部分被测量为在0.002英寸的偏差内具有1.415英寸的直线度的连续长度S1。第二竖直部分被测量为在0.002英寸的偏差内具有1.417英寸的直线度的连续长度S3。最终，主段的水平部分被测量为在0.002英寸的偏差内具有0.6227英寸的直线度的连续长度S2。此外，如图5B所示，横截面成像还示出蒙皮构件的弓形波更少，并且固化后的板条几乎没有变形。
操作方法
还提供了制造加强复合面板的方法。参考图6，示出了根据一个或多个示例的用于制造加强桁条面板的示例方法600。方法600的操作可结合图7来描述，图7示出了根据一个或多个示例的用于制造具有板条的加强桁条面板的示例过程序列700。图7描绘了组装部件的简化横截面图。
在操作610，提供蒙皮构件。如图7的步骤(A)所示，组装部件710可在第一位置(位置0)为桁条和其他支撑结构准备好。此类组装部件710可为飞行器的蒙皮面板。在某些示例中，组装部件710可为其他结构，诸如基部装料，或者是水平和竖直稳定器或控制表面中的结构。例如，部件710可为具有内表面510-A的蒙皮构件510。在一些示例中，可将多个面板层片层压以形成蒙皮构件。
在操作620，诸如在图7所示的步骤(B)中，将蒙皮构件运输到组装线中的第二位置(位置1)，在该第二位置将板条定位在蒙皮构件的内表面上。在一些示例中，板条可为板条400，或者是本文所述的各种板条中的任一个。在一些示例中，可使用各种引导系统和/或拾放系统将板条放置在蒙皮构件上的期望位置。板条层片的预浸料组合物可表现出粘性，从而允许部件在制造过程期间粘附并保持在原位。然而，在将板条共粘合到蒙皮构件的情况下，可使用粘合膜将板条粘合到蒙皮构件。在一些示例中，可使用机器人末端执行器自动定位板条。
在操作630，诸如在图7的步骤(C)中，将桁条放置在支撑工具上。桁条可为帽形桁条520，并且支撑工具可为成型心轴，诸如心轴530。如前所述，桁条可包括弯曲的帽部分，该帽部分包括接合第一基部段和第二基部段的主段。桁条可包括一个或多个桁条层片，并且可在被放置到成型心轴上之前被预制。帽部分的每个基部段可进一步延伸到凸缘部分中，该凸缘部分包括来自第一基部段的第一凸缘部分和来自第二基部段的第二凸缘部分。帽部分的一个或多个部分，特别是主段，可齐平地抵靠成形心轴，该成形心轴具有对应于桁条的几何形状。支撑工具530支撑桁条520，以防止桁条在运输、搬运和定位期间损坏。步骤(C)可发生在单独的位置(位置2)。
在操作640，诸如在图7的步骤(D)中，将支撑工具和桁条定位在板条的最上层层压层片上。然后，在步骤(D)中，将桁条和心轴定位在板条上。这可发生在组装部件的位置(位置1)。如本文所述，心轴可定位在板条的上表面上。此外，桁条的帽部分的基部段可抵靠在板条的相应侧上，而桁条的凸缘部可位于蒙皮构件的内表面上。
在操作650，将板条、桁条和蒙皮构件接合。为了使预浸料层压体固化，可能需要结合使用压力和热量。如所描述的，蒙皮构件、板条和桁条可被共固化或被共结合。共固化或共粘合工艺也可将板条接合到蒙皮构件和/或桁条层片。在一些示例中，可将包括组件的面板放置在真空袋中以施加额外压力，以将复合层保持在适当的位置以进行固化或粘合。在图7的步骤(E)，将组件放置在真空袋760内以施加额外压力，以将复合层保持在适当的位置，用于在步骤(F)固化。在一些示例中，对于步骤(E)和(F)，可将组件移动到组装线上的单独位置(位置3)。例如，面板组件可在350华氏度(90PSI)下的烘箱或高压釜中固化几个小时。
在各种示例中，所描述的一个或多个结构可通过机器人末端执行器自动形成和沉积，用于在制造期间用最少的工具自动放置复合材料。在一些示例中，通过机器人末端执行器将板条定位在蒙皮构件上。在一些示例中，板条的一个或多个层压层片可经由自动末端执行器沉积在蒙皮构件上以形成板条。例如，可层压一系列层压层片以构建板条。在一些示例中，可通过一次沉积单个层压层片来形成板条。然而，在一些示例中，可一次沉积多个层压层片。例如，可使用诸如Fives Forest-LinéATLAS或ACCESS机器的层压设备制造此类预层压层片。随后可将层压层片与蒙皮构件的层压层片共固化或共结合。在板条和蒙皮构件或共粘合的示例中，可将粘合剂膜放置在层压堆叠体和蒙皮构件之间，以帮助将层压堆叠体附接到蒙皮构件。
在各种示例中，如上所述，还可使用此类复合材料条来制造一层或多层蒙皮构件510。在一些示例中，也可使用复合材料条来制造一层或多层桁条520。例如，一旦将支撑工具530适当地定位在板条400上，机械臂组件就可将一条复合材料条形成一个或多个桁条层片，以沉积到心轴、板条和蒙皮构件上。部件的此类自动放置和形成可减少存储、运输和放置此类部件所需的占地面积和人力，这些部件可能非常重且尺寸很大。
飞行器示例
本公开的示例可在如图8所示的飞行器800和如图9所示的飞行器制造和维修方法800的背景下描述。图8是根据一个或多个示例的飞行器800的示意图，该飞行器可包括本文所述的加强桁条面板。如图7所示，飞行器800包括具有内部880的机身850。飞行器800包括联接到机身850的机翼820。飞行器800还可包括由机翼820支撑的发动机830。根据说明性示例，飞行器800是交通工具的一个示例，在该交通工具中可实施和操作所描述的系统和方法，诸如加强桁条面板100。尽管示出了航空示例，但本文公开的原理可应用于其他工业，诸如汽车工业。因此，除了飞行器800之外，本文公开的原理可适用于其他交通工具，诸如陆地交通工具、海上交通工具、航天交通工具等。
图9是可利用本文描述的方法和组件的飞行器生产和服务方法的框图。在预生产期间，说明性方法900可包括飞行器800的规格和设计(框904)和材料采购(框906)。在生产期间，可进行飞行器800的部件和子组件制造(框908)和检查系统集成(框910)。所描述的装置和相应的操作方法可在飞行器800的规格和设计(框904)、材料采购(框906)、部件和子组件制造(框908)和/或飞行器800的检查系统集成(框910)中的任一种中实施。
此后，飞行器800可经过认证和交付(框912)以投入使用(框914)。在使用中，可安排飞行器800进行例行维护和维修(框916)。例行维护和服务可包括飞行器800的一个或多个检查系统的改装、重新配置、翻新等。所描述的装置和相应的操作方法可在证明和交付(框912)、投入使用(框914)和/或例行维护和维修(框916)中的任一种中实施。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种复合面板(100)，其包括：
具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)；
内表面上的板条(400)，该板条包括一组层状层压层片(420、422、424)，该板条从第一侧(402)延伸到第二侧(404)，其中该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓；以及
包括帽部分(521)的桁条(520)，其中帽部分从板条的第一侧跨到板条的第二侧，以在蒙皮构件的内表面上分别形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从帽部分延伸。
条款2.根据条款1所述的复合面板，其中桁条包括多个桁条层片。
条款3.根据条款1或条款2所述的复合面板，其中帽部分的第一基部段(522-A)与板条的第一侧接触，并且符合板条的第一侧的期望几何轮廓，其中帽部分的第二基部段(522-B)与板条的第二侧接触，并且符合板条的第二侧的期望几何轮廓。
条款4.根据条款3所述的复合面板，其中支撑工具(530)定位在该组层状层压层片的最上层层压层片的顶部上，使得接合第一基部段和第二基部段的帽部分的主段(526)由支撑工具支撑。
条款5.根据条款4所述的复合面板，其中支撑工具是硅成形心轴，该硅成型心轴包括均匀混合在其中的20％的二氧化硅微球。
条款6.根据条款1至5中任一项所述的复合面板，其中板条、桁条和蒙皮构件被共固化。
条款7.根据条款1至5中任一项所述的复合面板，其中板条、桁条和蒙皮构件被共粘合。
条款8.根据条款1至7中任一项所述的复合面板，其中该组层状层压层片中的每个层压层片包括预浸渍有树脂的复合纤维。
条款9.根据条款8所述的复合面板，其中相邻的层压层片的复合纤维具有不同的取向角。
条款10.一种制造强化复合面板(100)的方法(700)，该方法包括：
提供(710)具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)；
将板条(400)定位(720)在蒙皮构件的内表面上，该板条包括一组层状层压层片(420、422、424)，该板条从第一侧(402)延伸到第二侧(402)404)，其中该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓；
将桁条(520)放置(730)到支撑工具(530)上；
将支撑工具和其上的桁条定位(740)在该组层状层压层片中的最上层层压层片上；以及
接合(750)蒙皮构件、板条和桁条。
条款11.根据条款10所述的方法，其中桁条包括从板条的第一侧跨到板条的第二侧的帽部分(521)，以在蒙皮构件的内表面上分别形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从帽部分延伸。
条款12.根据条款11所述的方法，
其中帽部分的第一基部段(522-A)与板条的第一侧接触，并且符合板条的第一侧的期望几何轮廓，
其中帽部分的第二基部段(522-B)与板条的第二侧接触，并且符合板条的第二侧的期望几何轮廓，并且
其中接合第一基部段和第二基部段的帽部分的主段(526)由支撑工具支撑且符合支撑工具的形状。
条款13.根据条款10至12中任一项所述的方法，其中板条、桁条和蒙皮构件通过共固化工艺或共粘合工艺接合。
条款14.根据条款10至13中任一项所述的方法，其中支撑工具是成形心轴。
条款15.根据条款10至14中任一项所述的方法，其中该组层状层压层片中的每个层压层片包括预浸渍有树脂的复合纤维。
条款16.根据条款15所述的方法，其中相邻的层压层片的复合纤维具有不同的取向角。
条款17.一种包括一个或多个复合面板(100)的飞行器(800)，该一个或多个复合面板包括：
具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)；
内表面上的板条(400)，该板条包括一组层状层压层片(420、422、424)，该板条从第一侧(402)延伸到第二侧(404)，其中该组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成第一侧和第二侧中的每一个的期望几何轮廓；以及
包括帽部分(521)的桁条(520)，其中帽部分从板条的第一侧跨到板条的第二侧，以在蒙皮构件的内表面上分别形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从帽部分延伸。
条款18.根据条款17所述的飞行器，其中桁条包括多个桁条层片。
条款19.根据条款17或条款18所述的飞行器，其中帽部分的第一基部段(522-A)与板条的第一侧接触，并且符合板条的第一侧的期望几何轮廓，其中帽部分的第二基部段(522-B)与板条的第二侧接触，并且符合板条的第二侧的期望几何轮廓。
条款20.根据条款17至19中任一项所述的飞行器，其中该组层状层压层片中的每个层状层压层片包括预浸渍有树脂的复合纤维。
说明性方法900的每个过程可由检查系统集成商、第三方和/或操作员(例如，客户)执行或实施。出于本说明的目的，检查系统集成商可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；第三方可包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供应商；运营商可为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
结论
在以上描述中，阐述了许多具体细节以提供对所公开概念的透彻理解，在没有这些细节中的一些或全部的情况下实践这些概念。在其他情况下，省略了已知设备和/或过程的细节，以避免不必要地混淆本公开。
尽管已参考本公开的具体示例具体示出和描述了本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可对所公开的示例的形式和细节进行改变。因此，旨在将本公开解释为包括落入本公开的真实精神和范围内的所有变型和等同物。因此，本示例被认为是说明性的而非限制性的。
尽管为了方便起见，上面以单数形式描述了许多部件和过程，但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 (10)

1.一种复合面板(100)，其包括：
具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)；
所述内表面上的板条(400)，所述板条包括一组层状层压层片(420、422、424)，所述板条从第一侧(402)延伸到第二侧(404)，其中所述一组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成所述第一侧和所述第二侧中的每一个的期望几何轮廓；以及
包括帽部分(521)的桁条(520)，其中所述帽部分从所述板条的所述第一侧跨到所述板条的所述第二侧，以在所述蒙皮构件的所述内表面上分别形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从所述帽部分延伸。
2.根据权利要求1所述的复合面板，其中所述桁条包括多个桁条层片。
3.根据权利要求1所述的复合面板，其中所述帽部分的第一基部段(522-A)与所述板条的所述第一侧接触并且符合所述板条的所述第一侧的所述期望几何轮廓，其中所述帽部分的第二基部段(522-B)与所述板条的所述第二侧接触并且符合所述板条的所述第二侧的所述期望几何轮廓。
4.根据权利要求3所述的复合面板，其中支撑工具(530)定位在所述一组层状层压层片的最上层层压层片的顶部上，使得接合所述第一基部段和所述第二基部段的所述帽部分的主段(526)由所述支撑工具支撑。
5.根据权利要求4所述的复合面板，其中所述支撑工具是硅成形心轴，所述硅成形心轴包括均匀混合在其中的20％的二氧化硅微球。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合面板，其中所述一组层状层压层片中的每个层压层片包括预浸渍有树脂的复合纤维。
7.根据权利要求6所述的复合面板，其中相邻的层压层片的复合纤维具有不同的取向角。
8.一种制造加强复合面板(100)的方法(700)，所述方法包括：
提供(710)具有内表面(510-A)的蒙皮构件(510)；
将板条(400)定位(720)在所述蒙皮构件的所述内表面上，所述板条包括一组层状层压层片(420、422、424)，所述板条从第一侧(402)延伸到第二侧(404)，其中所述一组层状层压层片中的每个层压层片的尺寸被设定为形成所述第一侧和所述第二侧中的每一个的期望几何轮廓；
将桁条(520)放置(730)到支撑工具(530)上；
将所述支撑工具和其上的所述桁条定位(740)在所述一组层状层压层片中的最上层层压层片上；以及
接合(750)所述蒙皮构件、所述板条和所述桁条。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述桁条包括从所述板条的所述第一侧跨到所述板条的所述第二侧的帽部分(521)，以在所述蒙皮构件的所述内表面上分别形成第一凸缘部分(524-A)和第二凸缘部分(524-B)，每个凸缘部分从所述帽部分延伸。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述板条、所述桁条和所述蒙皮构件通过共固化工艺或共结合工艺接合。
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