ES2921060T3

ES2921060T3 - Cámaras de celdas múltiples controlables para compuestos

Info

Publication number: ES2921060T3
Application number: ES18161241T
Authority: ES
Inventors: Jason G Destories; Curtis R Estevo
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: CN108568975A; US10889073B2; PT3378634T; JP2018149799A; US20210069996A1; US11787132B2; US20180257314A1; EP3378634A1; EP3378634B1; JP7118649B2; CN108568975B

Abstract

Se proporcionan un aparato y un método para vejigas de aire presurizables con múltiples células. Una realización es un aparato que incluye una vejiga (150). La vejiga (150) incluye una carcasa (154) que encierra un volumen interno de la vejiga, las paredes (240) dentro de la vejiga (150) que subdivide el volumen interno en las celdas (152) que son herméticas entre sí, y conductos (156) que combina cada una de las células (152) con una fuente (166) de gas presurizado a través de una vía distinta. El aparato también incluye un controlador (168) que presuriza progresivamente las células individuales (152) dentro de la vejiga (150) desde una primera porción (120) de un laminado a una segunda porción (122) del laminado controlando la aplicación de gas desde el Fuente (166) a través del conducto (156). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cámaras de celdas múltiples controlables para compuestos

Campo técnico de la invención

La divulgación se refiere al campo de los materiales compuestos y, en particular, a la formación de partes compuestas.

Antecedentes técnicos

Las partes compuestas, como las fabricadas con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP, por sus siglas en inglés), se forman en una variedad de formas complejas. Para fabricar una pieza compuesta, se colocan múltiples capas de un material constituyente (por ejemplo, fibra de carbono) para formar un laminado. Las capas del laminado pueden estar preimpregnadas con una resina curable (por ejemplo, una resina termoendurecible o una resina termoplástica), o pueden comprender fibras de carbono secas que esperan la impregnación con la resina. Después de la impregnación con resina, el laminado se puede curar en una parte compuesta sólida, por ejemplo, mediante la aplicación de calor en una autoclave.

Cuando se forma un laminado en una forma deseada durante o antes del curado, una cámara/vejiga de aire presurizado puede sujetar el laminado contra una herramienta de formación. Sin embargo, bolsas de aire dentro del laminado pueden quedar atrapadas entre la cámara de aire y la herramienta de formación durante la consolidación, lo que no es deseable.

El documento EP 2623302 A1, según el resumen, describe un proceso para consolidar un laminado reforzado con fibra utilizando un colchón formado por al menos dos cámaras inflables, cubriendo dicho colchón sustancialmente toda la superficie del laminado, caracterizado porque, cada cámara del colchón está conectada a una fuente de gas presurizado y a una fuente de vacío, y porque se infla una primera cámara del colchón, mientras que al mismo tiempo se desinfla con vacío una segunda cámara del colchón.

El documento US 4704 028 A, según el resumen, describe un marco de impresión al vacío que incluye una placa de respaldo; un conjunto de cámara presurizable colocado en la placa de respaldo, el conjunto de cámara que incluye una pared inferior colocada en la placa de respaldo, una pluralidad de particiones selladas alrededor de los bordes inferiores de la misma a la pared inferior y que definen una serie de cámaras anidadas interconectadas dispuestas en alineación desde y presurizable desde el extremo de cabezal/superior hasta el extremo de patas/inferior del marco de impresión al vacío, y una pluralidad de orificios en cada partición en posiciones cercanas a la fijación de la partición respectiva a la pared inferior para proporcionar una comunicación fluida entre las cámaras de vejiga adyacentes; una membrana impermeable a los fluidos, flexible, situada sobre el conjunto de la cámara de aire para soportar una máscara y una lámina fotosensible; una placa transparente móvil entre una posición abierta para permitir que la máscara y la lámina fotosensible se coloquen sobre la membrana, y una posición cerrada para intercalar la máscara y la lámina fotosensible entre la membrana y la placa transparente en una región de evacuación definida entre la membrana y la placa transparente; un soplador para suministrar aire a presión al conjunto de cámara cuando la placa transparente está en la posición cerrada para aplicar una fuerza presionando la lámina fotosensible y la máscara contra la placa transparente en un patrón espacial predeterminado, comenzando desde una cámara más interna en el extremo de la cabeza hasta una cámara exterior; y un puerto de evacuación conectado de forma fluida con la región de evacuación para evacuar el mismo, el puerto de evacuación colocado en el extremo de cabezal del marco de vacío.

El documento EP 3103626 A1, según el resumen, describe un mandril que define una geometría vacía en una disposición para una carcasa de pala a través de un núcleo de mandril rígido y una pluralidad de cámaras de aire expandibles unidas entre sí en secuencia alrededor de una periferia del núcleo, formando una cubierta exterior expansible en el mandril. Las cámaras se pueden expandir de manera controlable individualmente o en subconjuntos apropiados de todas las cámaras para ajustar la distribución de presión y la posición del mandril dentro de la disposición después de cerrar un molde de carcasa de pala sobre la disposición. Las cámaras se pueden dividir transversalmente en múltiples posiciones a lo largo del mandril para definir conjuntos adicionales de cámaras ajustables a lo largo del mandril. También se describe un método para moldear una pala utilizando dicho mandril.

Breve descripción de la invención

Se proporcionan aparatos y métodos de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

Las realizaciones descritas en el presente documento proporcionan cámaras de aire mejoradas que incluyen múltiples celdas que pueden presurizarse de forma independiente. Esto permite que las celdas de la cámara de aire se inflen progresivamente en el orden deseado, empujando así las bolsas de aire dentro del laminado en la dirección deseada (por ejemplo, fuera del laminado). En realizaciones adicionales, las celdas pueden presurizarse en un orden que facilite la impregnación de resina para un laminado antes del curado.

Un ejemplo es un aparato que incluye una cámara. La cámara incluye una carcasa que encierra un volumen interno de la cámara, paredes dentro de la cámara que subdividen el volumen interno en celdas herméticas entre sí y conductos que conectan cada una de las celdas con una fuente de gas presurizado a través de una trayectoria distinta. El aparato también incluye un controlador que presuriza progresivamente celdas individuales dentro de la cámara desde una primera porción de un laminado a una segunda porción del laminado controlando la aplicación de gas desde la fuente a través del conducto.

Otro ejemplo es un sistema que incluye una primera herramienta de formación y una cámara que incluye una carcasa que encierra un volumen interno. Las paredes dentro de la cámara que subdividen el volumen interno en celdas herméticas entre sí. El sistema también incluye un laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) colocado entre la cámara y la primera herramienta de formación, una fuente de gas presurizado, conductos que acoplan de forma independiente la fuente con cada una de las celdas y un controlador que controla el inflado de la cámara inflando selectivamente celdas individuales de la cámara.

Otro ejemplo es un método. El método incluye colocar un laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) en una herramienta de formación, colocar una cámara encima del laminado, identificar las celdas dentro de la cámara que están situadas en una primera porción del laminado e identificar las celdas dentro de la cámara que están situadas en una segunda porción del laminado. El método también incluye forzar bolsas de aire del laminado desde la primera porción hasta la segunda porción inflando progresivamente las celdas desde la primera porción hasta la segunda porción.

Otro ejemplo es un aparato que incluye una cámara. La cámara incluye una cubierta que encierra un volumen interno de la cámara, paredes dentro de la cámara que subdividen el volumen interno en celdas herméticas entre sí y conductos que acoplan cada celda en una porción central de la cámara con una fuente de gas presurizado a través de una trayectoria distinta. El aparato también incluye válvulas que acoplan celdas en la periferia de la cámara con celdas en la porción central de la cámara.

Otro ejemplo es un método. El método incluye controlar el movimiento de la resina dentro de una preforma compuesta durante la consolidación. Esto incluye colocar la preforma en un mandril, colocar una bolsa de vacío con un arreglo de celdas de presión controladas individualmente sobre la preforma, colocar resina debajo de la bolsa de vacío y controlar individualmente la presión en al menos una celda de la bolsa de vacío para manipular el flujo de resina.

Otras realizaciones ejemplares (por ejemplo, métodos y medios legibles por computadora relacionados con las realizaciones anteriores) se pueden describir a continuación. Las características, funciones y ventajas que se han discutido se pueden lograr de forma independiente en varias realizaciones o se pueden combinar en otras realizaciones adicionales de las cuales se pueden ver detalles adicionales con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

Descripción de los dibujos

A continuación, se describen algunas realizaciones de la presente descripción, únicamente a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos. El mismo número de referencia representa el mismo elemento o el mismo tipo de elemento en todos los dibujos.

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una cámara y herramientas de formación complementarias en una realización ejemplar.

La FIG. 2 es una vista en perspectiva de la eliminación de las bolsas de aire de un laminado presurizando las celdas de una cámara en una secuencia ordenada en una realización ejemplar.

La FIG. 3 es un diagrama en corte que ilustra la cámara y las herramientas de formación de la FIG. 1 siendo operado para dar forma a un laminado en una realización ejemplar.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un método para fabricar una parte compuesta a través de una cámara que incluye múltiples celdas en una realización ejemplar.

La FIG. 5 es un diagrama en corte que ilustra una cámara fijada a una herramienta de formación en una realización ejemplar.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva de una cámara que regula la presurización de las celdas mediante válvulas internas en un ejemplo de realización.

La FIG. 7 es un diagrama en corte que ilustra una cámara de aire que facilita los procesos de impregnación de resina para un laminado en una realización ejemplar.

La FIG. 8 es una tabla que ilustra secuencias de presurización para celdas que simulan flujo peristáltico en una realización ejemplar.

La FIG. 9 es una tabla que ilustra secuencias de presurización para celdas que masajean resina en fibras secas de un laminado en una realización ejemplar.

La FIG. 10 es un diagrama que ilustra una cámara de aire para usar en bolsas al vacío en una realización ejemplar. La FIG. 11 es un diagrama de flujo que ilustra un método para operar una cámara de aire como una bolsa de vacío p facilitar la impregnación de resina en una realización ejemplar.

La FIG. 12 es un diagrama de bloques de un sistema de formación de laminados en una realización ejemplar.

de flujo de la metodología de producción y servicio de aeronaves en una realización ejem La FIG. diagrama de bloques de una aeronave en una realización ejemplar.

Descripción detallada

Las figuras y la siguiente descripción ilustran realizaciones ejemplares específicas de la divulgación. Por lo tanto, se apreciará que los expertos en la técnica podrán idear varios arreglos que, aunque no se describen o muestran explícitamente en este documento, incorporan los principios de la divulgación y están incluidos dentro del alcance de la divulgación. Además, todos los ejemplos descritos en el presente documento pretenden ayudar a comprender los principios de la divulgación, y deben interpretarse sin limitación a dichos ejemplos y condiciones mencionados específicamente. Como resultado, la descripción no se limita a las realizaciones o ejemplos específicos que se describen a continuación, sino a las reivindicaciones.

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de la cámara 150 y las herramientas de formación complementarias en una realización ejemplar. La cámara 150, en combinación con la herramienta de formación 100 y la herramienta de formación 180, consolida un laminado de material constituyente en una forma deseada para curar en una parte compuesta integral (es decir, una pieza de CFRP). La herramienta de formación está delimitada por la superficie inferior 118 y la superficie superior 112. La herramienta de formación 100 incluye además el lado 116. La superficie superior 112 de la herramienta de formación 100 define la forma de un lado de un laminado.

La cámara 150 se coloca sobre la superficie superior 112. La cámara 150 se presuriza durante la conformación para obligar a un laminado a adaptarse a la superficie superior 112. La cámara 150 incluye una carcasa hermética 154, que encierra un volumen interno de la cámara 150. La carcasa 154 es flexible y puede comprender silicona o caucho de un octavo de pulgada (3,175 mm) de espesor capaz de soportar calor y temperatura sustanciales (por ejemplo, 65-90 libras por pulgada cuadrada (PSI) a 190 ° Fahrenheit (F) - 290 ° F; 45699,5 - 63276,3 kg/m2 a 87,78 °C - 143,3 °C) Como se discutió en los párrafos anteriores, todos los ejemplos, incluido el anterior, no son limitativos. Por lo tanto, son posibles otros materiales y espesores.

La cámara 150 incluye además múltiples celdas 152, cada una de las cuales es presurizable por separado a través del conducto 156 (por ejemplo, tubería). El conducto 156 acopla cada celda 152 con la fuente de presión 166 a través de una ruta única/distinta, lo que permite presurizar cada celda 152 de forma independiente. Es decir, cada segmento del conducto 156 que proporciona una trayectoria desde una válvula 164 a una celda 152 no se comparte con ninguna otra celda 152. El conducto 156 penetra la carcasa 154 a través del puerto principal 158 y se dirige internamente a las celdas correspondientes 152. La cubierta 162 rodea el conducto 156 a medida que el conducto 156 avanza hacia las válvulas 164. Las válvulas 164 están controladas por el controlador 168 para suministrar gas presurizado desde la fuente 166 e inflar las celdas individuales 152. Es decir, cada válvula 164 puede controlar una pieza diferente de conducto 156 para aplicar gas a una celda diferente 152. Por lo tanto, el controlador 168 presuriza selectivamente la cámara 150 celda por celda. De esta manera, las celdas de la cámara 150 en una primera porción (por ejemplo, una porción central como la región 120) del laminado pueden inflarse antes de inflar las celdas de la cámara 150 en una segunda parte (por ejemplo, una periferia como las regiones 122) del laminado. Inflar las celdas 152 en este orden empuja las bolsas de aire fuera del laminado. Además, la cámara 150 puede empujar la resina a través de un laminado, reduciendo así las áreas ricas en resina y las áreas sin resina para asegurar una impregnación uniforme de la resina. El controlador 168 puede implementarse, por ejemplo, como un circuito personalizado, como un procesador de hardware que ejecuta instrucciones programadas, o alguna combinación de los mismos. En una realización adicional, el controlador 168 puede dirigir las operaciones de las válvulas 164 a través de circuitos/lógica de aire para inflar o presurizar selectivamente las celdas individuales 152 de la cámara 150.

La cámara 150 se puede subdividir en cualquier número adecuado de celdas 152. Además, una región central de la cámara 150 puede incluir cualquier combinación adecuada de celdas 152 próximas al centro de la cámara 150, y una periferia de la cámara 150 puede incluir cualquier combinación adecuada de celdas 152 próximas a las porciones distales de la cámara 150.

La herramienta de formación 180 está diseñada para colocarse sobre la cámara 150, de modo que se intercala un laminado entre la superficie 182 de la herramienta de formación 180 (por ejemplo, un mandril) y la carcasa 154 de la cámara 150 durante la infusión de resina de una preforma seca y luego la consolidación de la preforma infundida con resina. La cámara 150 puede usarse además durante la consolidación de una preforma preimpregnada. La herramienta de formación 180 incluye además el lado 186 y la superficie 188.

La FIG. 2 ilustra un entorno en el que se está formando un laminado 200, que comprende una capa 210 dispuesta sobre la herramienta de formación 180 y una capa 220 dispuesta sobre la herramienta de formación 100. Para llegar a esta configuración, la herramienta de formación 180 (incluida la capa 210) puede voltearse y colocarse encima de la cámara 150 (por ejemplo, después de que la cámara 150 se haya colocado encima de la capa 220 en la herramienta de formación 100).

La cámara 150 está intercalada entre la capa 210 y la capa 220. Cada una de estas capas se mantiene en posición mediante una herramienta de formación correspondiente. Las celdas 152 dentro de la cámara 150 se inflarán progresivamente desde el centro de la cámara 150 hasta la periferia de la cámara 150. Es decir, la FIG. 2 ilustra el inflado ordenado de las celdas 152 en la región 120, seguido de las celdas 152 en la región 122. Esto hace que las bolsas de aire (no mostradas) entre la cámara de aire 150 y una capa avancen en las direcciones 290 hacia la periferia del laminado 200 y, por lo tanto, fuera de la capa. Esto reduce el número de bolsas de aire que quedan en la capa 210 y la capa 220 durante la formación, mejorando de forma beneficiosa la resistencia de la pieza compuesta resultante.

La FIG. 3 es un diagrama en corte que ilustra la cámara y las herramientas de formación de la FIG. 1 siendo operado para dar forma a un laminado en una realización ejemplar. Específicamente, la FIG. 2 se corresponde con las flechas de vista 3 de la FIG. 2. La FIG. 3 ilustra que el volumen interno 230 de la cámara 150 está subdividido en celdas 152 por las paredes 240. Las paredes 240 son flexibles en una realización y pueden comprender los mismos materiales y/o espesor de materiales que la carcasa 154. Además, las paredes 240 son herméticas de modo que el gas 232 no puede viajar libremente entre las celdas 152. Esto asegura que las celdas 152 se inflan de forma independiente. A medida que se aplica presión a las celdas 152, la cámara 150 se infla y se presuriza, lo que obliga al laminado 200 a conformarse con la herramienta de formación 100 y la herramienta de formación 180. Específicamente, las capas 210 se consolidan contra la superficie 182 y las capas 220 se consolidan contra la superficie 112.

En resumen, la cámara 150 permite el control y el inflado independientes de las celdas 152, porque cada celda 152 está unida a una pieza única y distinta de conducto 156 controlada por válvulas 164, que a su vez están controladas por el controlador 168. Por lo tanto, el controlador 168 puede inflar las celdas individuales 152 activando las válvulas individuales 164. Esto elimina cualquier necesidad de comunicación electrónica directa entre el controlador 168 y las celdas 152, ya que cada válvula 164 puede controlarse para aplicar gas a una celda diferente 152 a través de una pieza distinta de conducto 156. Una vez curado el laminado, las celdas 152 de la cámara 150 pueden desinflarse y luego la cámara 150 puede extraerse del laminado.

Los detalles ilustrativos del funcionamiento de la cámara 150 se discutirán con respecto a la FIG. 4. Supongamos, para esta realización, que un usuario desea generar una parte compuesta hecha de CFRP y que el usuario tiene capas de material constituyente (por ejemplo, fibra seca o fibra "preimpregnada") disponibles para formar la pieza compuesta.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un método 400 para fabricar una pieza compuesta a través de una cámara 150 en una realización ejemplar. Los pasos del método 400 se describen con referencia a la cámara 150 de la FIG. 1, pero los expertos en la técnica apreciarán que el método 400 se puede realizar con otras cámaras que incluyen diferentes disposiciones de celdas. Los pasos de los diagramas de flujo descritos en este documento no incluyen todos y pueden incluir otros pasos que no se muestran. Los pasos descritos en este documento también se pueden realizar en un orden alternativo.

La capa 220 se coloca sobre la superficie 112 de la herramienta de formación 100 y la capa 210 se coloca sobre la superficie 182 de la herramienta de formación 180 (paso 402). Este proceso se puede realizar a través de cualquier técnica adecuada de colocación de CFRP. Con el laminado 200 depositado, la cámara 150 se coloca encima de las capas 220 del laminado 200 en la herramienta de formación 100 (paso 404). Luego, la herramienta de formación 180 se coloca encima de la cámara 150, lo que hace que la cámara 150 quede intercalada entre la herramienta de formación 100 y la herramienta de formación 180.

El controlador 168 identifica las celdas dentro de la cámara 150 que están ubicadas dentro de la cámara 150 en una primera porción (por ejemplo, una región central 120) del laminado (paso 406). Esta información puede preprogramarse en el controlador 168, o puede indicarse al controlador 168 a través de un conjunto de instrucciones de secuencia de presurización que indican el orden en el que deben presurizarse las celdas 152 individuales. El controlador 168 identifica además las celdas 152 dentro de la cámara 150 que están ubicadas en una segunda parte (por ejemplo, una periferia que comprende regiones 122) del laminado (paso 408). Estas celdas 152 pueden identificarse de manera similar a la descrita para el paso 406.

Con las celdas 152 en una primera parte (por ejemplo, una porción central) y las celdas 152 en una segunda porción (por ejemplo, una periferia) identificadas, el controlador 168 opera las válvulas 164 para comenzar a forzar bolsas de aire dentro del laminado 200 desde la porción central a la periferia inflando progresivamente las celdas desde la primera porción hasta la segunda porción (paso 410). Este proceso incluye inflar las celdas 152 en la primera porción, seguido de inflar las celdas 152 en la segunda porción. Así, las celdas 152 de la segunda parte se inflan en respuesta al inflado de las celdas 152 de la primera porción. En una realización, las celdas 152 se inflan entre sesenta y cinco y noventa PSI (45699,5 - 63276,3 kg/m2). La presurización/inflado puede ser causada por actuadores de operación del controlador 168 (no mostrados) para abrir y/o cerrar válvulas 164. El controlador 168 puede realizar estas operaciones en una secuencia deseada de modo que el gas fluya desde la fuente 165 a las celdas 152 en el orden deseado. El paso 414 puede ocurrir después de que las celdas en la porción central se hayan inflado a un nivel deseado de presión (por ejemplo, completamente presurizadas, o alguna fracción de la presurización total). Los pasos 406-414 se pueden realizar durante el curado del laminado 200 mediante la aplicación de calor (por ejemplo, 190 °- 290 °F), como parte de un proceso de eliminación de volumen para un laminado sin curar, etc. En realizaciones en las que la cámara 150 se utiliza durante el curado del laminado 200 en una pieza compuesta, después de que se haya completado el curado, la cámara 150 puede despresurizarse y luego retirarse de la pieza compuesta resultante del laminado 200.

En resumen, el método 400 permite que un controlador 168 presurice selectivamente las celdas individuales de la cámara 150 controlando la aplicación de gas desde la fuente 166 a través del conducto 156. Utilizando el método 400 para inflar las celdas 152 en una secuencia ordenada, las bolsas de aire dentro del laminado 200 pueden ser expulsadas del laminado en lugar de quedar atrapadas en su lugar por la cámara 150. Esto proporciona un beneficio sustancial al mejorar la resistencia de una pieza compuesta resultante.

Las FIG. 5-9 ilustran realizaciones ejemplares adicionales y usos de cámaras de celdas múltiples presurizables. La FIG.

5 es un diagrama en corte que ilustra una cámara 550 fijada a una herramienta de formación en una realización ejemplar. En esta realización, la cámara 550 facilita la conformación de un laminado plano 560 (por ejemplo, en lugar de un laminado hueco como el laminado 200). La cámara 550 está unida de manera fija a la herramienta de formación 520 e incluye celdas 552 que están separadas por paredes 540. Es decir, las paredes 540 subdividen el volumen interno 530 de la cámara 550 en celdas 552 llenas de gas 532. El actuador 510 impulsa la herramienta de formación 520, incluida la cámara 550, sobre la herramienta de formación 570.

Como se muestra en la FIG. 5, el laminado 560 se ha colocado sobre la superficie 572. Sin embargo, es probable que las esquinas interiores en las regiones 580 atrapen bolsas de aire en el laminado 560 durante la conformación. Para tener en cuenta esta tendencia, las celdas 552 se inflan en secuencia para expulsar las bolsas de aire durante la conformación en las direcciones indicadas por las flechas 590. Dependiendo de la disposición de las celdas 552 dentro de la cámara 550, las bolsas de aire en las regiones 580 también pueden ser forzadas dentro o fuera de la página.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva de una cámara 600 que regula la presurización de las celdas a través de válvulas internas en una realización ejemplar. La FIG. 6 muestra la carcasa 654, así como un puerto 670 que penetra la carcasa 654 y es alimentado por la línea 680. La cámara 600 incluye un conducto 656 que se dirige internamente a través de la cámara 600 a las celdas 652 en una porción central (por ejemplo, la región 620) de la cámara 600. Sin embargo, el conducto 656 no se dirige directamente a las celdas en la periferia de la cámara 600 (por ejemplo, las regiones 622). En su lugar, las válvulas 660 (por ejemplo, válvulas unidireccionales pasivas, reguladores de presión, etc.) están incluidas dentro de la cámara 600. Las válvulas 660 permiten que la presurización avance desde las celdas 652 en la porción central hasta las celdas 652 a lo largo de la periferia de la cámara 600 (por ejemplo, las regiones 622). En una realización, las válvulas 660 permiten que el gas ingrese a una celda 652 en la periferia solo después de que una celda acoplada haya sido presurizada por encima de un nivel objetivo de presión (por ejemplo, 50 PSI; 35153,48 kg/m2). De esta manera, no es necesario un controlador para gestionar el proceso de inflado, ya que las celdas 652 se inflarán en secuencia desde la porción central hasta la periferia.

La FIG. 7 es un diagrama en corte que ilustra una cámara 750 que facilita los procesos de impregnación de resina para un laminado (que comprende capas 722 y capas 732) en una realización ejemplar. Según la FIG. 7, el depósito 710 suministra resina curable mediante presión a las capas 722 y las capas 732 a través de los puertos 714, como indican las flechas 712. Sin embargo, debido a que el laminado es delgado, puede ser particularmente difícil que la resina impregne todas las porciones del laminado, especialmente las porciones del laminado que están próximas a las celdas E, F y G. Esto puede ser un problema particular cuando el laminado está comprimido entre la herramienta de formación 720, la herramienta de formación 730 y la cámara 750.

Para abordar estos problemas, la cámara 750 presuriza de forma controlada las celdas A-G en secuencias que se ilustran en las tablas de las FIG. 8-9. La FIG. 8 es una tabla 800 que ilustra secuencias de presurización para celdas que simulan el flujo peristáltico en una realización ejemplar. En algún punto inicial en el tiempo, la celda A se presuriza ("ON"; ENCENDIDO), luego la celda B se presuriza mientras que la celda A se presuriza, y luego la celda C se presuriza mientras que las celdas A y B se presurizan. Esto corresponde a un primer "pulso" de flujo peristáltico desde la celda A hacia la celda G. En este momento, la celda A se apaga y la celda D se presuriza junto con las celdas B y C. El proceso continúa de la misma manera conforme los pulsos del flujo peristáltico continúan forzando la resina hacia la celda G.

La FIG. 9 es una tabla 900 que ilustra secuencias de presurización para celdas que masajean resina en fibras secas de un laminado en una realización ejemplar. Los procesos ilustrados en la FIG. 9 de presurización oscilante o fluctuante a varias celdas ayuda a masajear la resina en la fibra circundante. Como se muestra en la FIG. 9, las celdas se activan y desactivan iterativamente para mejorar la penetración de la resina entre las fibras individuales de un laminado.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos, se describen procesos, sistemas y métodos adicionales en el contexto de una cámara que facilita la conformación de un laminado.

La FIG. 10 es un diagrama que ilustra una cámara de aire para usar en bolsas al vacío en una realización ejemplar. El sistema 1000 utiliza técnicas de bolsa de vacío para consolidar, formar y/o curar un laminado 1040 en una pieza compuesta. En esta realización, el sistema 1000 incluye la herramienta de formación 1010, que forma una superficie alrededor de la cual se adapta el laminado 1040 durante la fabricación. El laminado 1040 puede comprender un laminado de fibra de carbono "preimpregnado" que ha sido preimpregnado con una resina curable, o cualquier laminado curable adecuado en espera de impregnación con resina. Como se muestra en la FIG. 10, el laminado 1040 se mantiene en su lugar en la herramienta 1010 a través de la bolsa de vacío 1020, que se pega/sella mediante un sellador de bordes 1022 para rodear el laminado 1040 en la herramienta 1010. La bolsa de vacío 1020 es una cámara de aire progresivamente inflable que tiene múltiples celdas internas que son individualmente inflables. Por ejemplo, la bolsa de vacío 1020 puede comprender la cámara 150 de la FIG. 1.

Los respiraderos pueden rodear o cubrir el laminado 1040 y están sellados bajo la bolsa de vacío 1020. Los respiraderos proporcionan pasajes para que la resina, el aire y los gases volátiles del proceso de curado salgan de la preforma dentro de la bolsa de vacío 1020. El exceso de resina y los gases volátiles luego salen de la bolsa de vacío 1020 a través del puerto 1050, que funciona como un accesorio para la línea de vacío 1060. La línea de vacío 1060 está alimentada en esta realización por el compresor 1070.

Mientras está en funcionamiento, el compresor 1070 puede evacuar el aire de debajo de la bolsa de vacío 1020. Quitar el aire debajo de la bolsa de vacío 1020 permite que la presión atmosférica presione la bolsa de vacío contra el laminado 1040. Esto sujeta la bolsa de vacío 1020 contra el laminado 1040 para adaptar el laminado 1040 a la herramienta 1010. El compresor 1070 también puede o alternativamente inflar, a través de un colector, celdas individuales de la bolsa de vacío 1020 para aplicar una presión variable a la preforma. La presión también hace que la bolsa de vacío 1020 se ajuste firmemente a los respiraderos. Esto proporciona un beneficio al sujetar el laminado 1040 firmemente contra los contornos de la herramienta 1010 mientras el laminado 1040 cura, y también proporciona un beneficio en el sentido de que permite la aplicación selectiva de presión variable a través de la bolsa de vacío para ayudar a extraer las burbujas de gas y/o el exceso de resina que de lo contrario estaría presente durante el proceso de curado. El propio proceso de curado puede realizarse además durante la aplicación de cantidades sustanciales de presión y/o calor (por ejemplo, dentro de una autoclave).

La FIG. 11 es un diagrama de flujo que ilustra un método 1100 de hacer funcionar una cámara de aire como una bolsa de vacío para facilitar la impregnación de resina en una realización ejemplar. Según la FIG. 11, el método incluye controlar el movimiento de la resina dentro de una preforma compuesta (por ejemplo, el laminado 1040) colocando la preforma en un mandril (por ejemplo, la herramienta de formación 1010) (paso 1102). El método incluye además colocar una bolsa de vacío 1020 (también conocida como lámina de sellado) con una serie de celdas de presión controladas individualmente 152 sobre la preforma (paso 1104), colocar resina debajo de la lámina de sellado con bolsa de vacío (paso 1106), y controlar individualmente la presión en al menos una celda de la bolsa de vacío 1020 para manipular el flujo de resina (1108). En realizaciones adicionales, el método puede incluir la infusión de resina en la preforma.

La FIG. 12 es un diagrama de bloques de un sistema de formación de laminados 1200 en una realización ejemplar. En esta realización, se coloca un laminado 1220 sobre una herramienta de formación 1210. El laminado se impregna con resina desde el depósito 1224 a través de la tubería 1222. Mientras tanto, el actuador 1290 es administrado por el controlador 1250 para ajustar la posición de la herramienta de formación 1210. El controlador 1250 controla además los actuadores 1252, que controlablemente abren y cierran las válvulas 1254. Cuando las válvulas 1254 están abiertas, el gas (por ejemplo, aire) fluye desde la fuente 1256 a través de los conductos (1238, 1242, 1244) hacia el puerto 1240. Luego, el gas avanza a través de los conductos 1238, 1242, 1244) hacia diferentes celdas 1236 que están separadas por paredes 1234. Las paredes 1234 subdividen el volumen interno 1232 de la cámara 1230 en las celdas 1236.

Haciendo referencia más particularmente a los dibujos, las realizaciones de la divulgación pueden describirse en el contexto de un método de fabricación y servicio de aeronaves 1300 como se muestra en la FIG. 13 y una aeronave 1302 como se muestra en la FIG. 14. Durante la preproducción, el método ejemplar 1300 puede incluir la especificación y el diseño 1304 de la aeronave 1302 y la adquisición de material 1306. Durante la producción, tiene lugar la fabricación de componentes y subconjuntos 1308 y la integración del sistema 1302 de la aeronave 1302. Posteriormente, la aeronave 1302 puede pasar por la certificación y entrega 1312 para ser puesta en servicio 1314. Mientras está en servicio por parte de un cliente, la aeronave 1302 está programada para mantenimiento y servicio de rutina 1316 (que también puede incluir modificación, reconfiguración, restauración, etc.). Los aparatos y métodos aquí incorporados pueden emplearse durante una o más etapas adecuadas del método de producción y servicio 1300 (por ejemplo, la especificación y el diseño 1304, la adquisición de materiales 1306, la fabricación de componentes y subconjuntos 1308, la integración de sistemas 1310, la certificación y la entrega 1312, el servicio 1314, el mantenimiento y el servicio 1316) y/o cualquier componente adecuado de la aeronave 1302 (por ejemplo, el fuselaje 1318, los sistemas 1320, el interior 1322, la propulsión 1324, la eléctrica 1326, la hidráulica 1328, el medio ambiente 1330).

Cada uno de los procesos del método 1300 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, un tercero y/o un operador (por ejemplo, un cliente). A los efectos de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, entre otros, cualquier número de fabricantes de aeronaves y subcontratistas de sistemas importantes; un tercero puede incluir, entre otros, cualquier número de vendedores, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una línea aérea, una empresa de arrendamiento, una entidad militar, una organización de servicios, etc.

Como se muestra en la FIG. 14, la aeronave 1302 producida por el método ejemplar 1300 puede incluir un fuselaje 1318 con una pluralidad de sistemas 1320 y un interior 1322. Los ejemplos de sistemas de alto nivel 1320 incluyen uno o más de un sistema de propulsión 1324, un sistema eléctrico 1326, un sistema hidráulico 1328 y un sistema ambiental 1330. Puede incluirse cualquier número de otros sistemas. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la invención pueden aplicarse a otras industrias, como la industria automotriz.

Como ya se mencionó anteriormente, los aparatos y métodos incorporados en este documento pueden emplearse durante cualquiera o más de las etapas del método de producción y servicio 1300. Por ejemplo, los componentes o subconjuntos correspondientes a la etapa de producción 1308 pueden fabricarse o manufacturarse de manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras la aeronave 1302 está en servicio. Además, se pueden utilizar una o más realizaciones de aparatos, realizaciones de métodos o una combinación de los mismos durante las etapas de producción 1308 y 1310, por ejemplo, acelerando sustancialmente el ensamblaje o reduciendo el costo de una aeronave 1302. De manera similar, se pueden utilizar una o más realizaciones de aparatos, realizaciones de métodos o una combinación de los mismos mientras la aeronave 1302 está en servicio, por ejemplo y sin limitación, para mantenimiento y servicio 1316. Por ejemplo, las técnicas y los sistemas descritos en el presente pueden usarse para los pasos 1306, 1308, 1310, 1314 y/o 1316 y/o pueden usarse para el fuselaje 1318 y/o el interior 1322. Estas técnicas y sistemas pueden incluso utilizarse para los sistemas 1320, incluidos, por ejemplo, los de propulsión 1324, eléctricos 1326, hidráulicos 1328 y/o ambientales 1330.

En una realización, la cámara 150 se utiliza para formar una parte compuesta que comprende una porción del fuselaje 1318, y se fabrica durante la fabricación de componentes y subensamblajes 1308. A continuación, la parte compuesta puede montarse en una aeronave en la integración del sistema 1310, y luego utilizarse en el servicio 1314 hasta que el desgaste inutilice la parte compuesta. Luego, en mantenimiento y servicio 1316, la parte compuesta puede desecharse y reemplazarse con una parte recién fabricada. La cámara de aire 150 se puede utilizar en toda la fabricación de componentes y subconjuntos 1308 para fabricar partes compuestas adicionales.

Cualquiera de los diversos elementos de control (por ejemplo, componentes eléctricos o electrónicos) que se muestran en las figuras o se describen aquí pueden implementarse como hardware, un procesador que implementa software, un procesador que implementa firmware o alguna combinación de estos. Por ejemplo, un elemento puede implementarse como hardware dedicado. Los elementos de hardware dedicados pueden denominarse "procesadores", "controladores" o alguna terminología similar. Cuando las proporciona un procesador, las funciones pueden ser proporcionadas por un solo procesador dedicado, por un solo procesador compartido o por una pluralidad de procesadores individuales, algunos de los cuales pueden ser compartidos. Además, el uso explícito del término "procesador" o "controlador" no debe interpretarse como una referencia exclusiva al hardware capaz de ejecutar software y puede incluir implícitamente, entre otros, hardware de procesador de señal digital (DSP), un procesador de red, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) u otro circuito, arreglo de compuertas programables en campo (FPGA), memoria de solo lectura (ROM) para almacenar software, memoria de acceso aleatorio (RAM), almacenamiento no volátil, lógica o algún otro módulo o componente de hardware físico.

Además, un elemento de control puede implementarse como instrucciones ejecutables por un procesador o una computadora para realizar las funciones del elemento. Algunos ejemplos de instrucciones son software, código de programa y firmware. Las instrucciones son operativas cuando las ejecuta el procesador para indicarle que realice las funciones del elemento. Las instrucciones pueden almacenarse en dispositivos de almacenamiento que el procesador pueda leer. Algunos ejemplos de dispositivos de almacenamiento son memorias digitales o de estado sólido, medios de almacenamiento magnético tales como discos magnéticos y cintas magnéticas, discos duros o medios de almacenamiento de datos digitales legibles ópticamente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato que comprende:

una cámara (150) que comprende:

una carcasa (154) que encierra un volumen interno (230) de la cámara;

paredes (240) dentro de la cámara que subdividen el volumen interno en celdas (152) que son herméticas entre sí; un puerto principal (158) que penetra en la carcasa; y

conductos (156) que acoplan cada una de las celdas con una fuente (166) de gas presurizado a través de una trayectoria distinta, donde el conducto se dirige a través del volumen interno de la cámara y sale de la cámara a través del puerto principal; y

un controlador (168) configurado para presurizar progresivamente celdas individuales dentro de la cámara desde una primera porción (120) de un laminado a una segunda porción (122) del laminado controlando la aplicación de gas desde la fuente a través del conducto.

2. El aparato de la reivindicación 1 donde:

el controlador está configurado para presurizar selectivamente la cámara celda por celda.

3. El aparato de cualquier reivindicación precedente donde:

la carcasa consiste de silicona y las paredes consisten de silicona.

4. El aparato de cualquier reivindicación precedente donde:

la cámara está unida a una herramienta de formación rígida (520).

5. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde: cada celda de la cámara es capaz de soportar al menos 65 libras por pulgada cuadrada (450 kilopascales) de presión a 190° Fahrenheit (88 Celsius) sin romperse.

6. Un sistema que comprende:

una primera herramienta de formación (110);

una fuente (166) de gas a presión;

una cámara (150) que comprende:

una carcasa (154) que encierra un volumen interno;

conductos (156) que acoplan de forma independiente la fuente con cada una de las celdas, donde los conductos se enrutan a través del volumen interno de la cámara y salen de la cámara a través del puerto principal;

un laminado (200) de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) colocado entre la cámara y la primera herramienta de formación; y

un controlador (168) configurado para presurizar progresivamente celdas individuales dentro de la cámara desde una primera porción (120) del laminado a una segunda porción (122) del laminado controlando la aplicación de gas desde la fuente a través del conducto.

7. El sistema de la reivindicación 6, donde el controlador está configurado para:

identificar celdas en la cámara que están ubicadas en una primera porción (120) del laminado;

identificar celdas en la cámara que están ubicadas en una segunda porción (122) del laminado; e

inflar las celdas en la primera porción antes de inflar las celdas en la segunda porción, provocando así que la cámara fuerce bolsas de aire en el laminado desde la primera porción a la segunda porción.

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7 que comprende, además: un depósito (710) de resina; y ya sea:

(a) el controlador está configurado para oscilar la presión en cada una de las celdas haciendo que las celdas masajeen repetidamente la resina en las fibras del laminado durante la impregnación del laminado con resina del depósito; o (b) el sistema comprende además un puerto (714) configurado para aplicar resina desde el depósito al laminado, y donde la cámara incluye celdas próximas al puerto (A-C) y celdas distales desde el puerto (D-G) y el controlador está configurado para presurizar de forma iterativa las celdas próximas al puerto, presurizar las celdas distales al puerto, despresurizar las celdas próximas al puerto y despresurizar las celdas distales desde el puerto.

9. Un método que comprende:

colocar un laminado de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) sobre una herramienta de formación (402); colocar la cámara de cualquiera de las reivindicaciones anteriores encima del laminado (404);

identificar celdas dentro de la cámara que están ubicadas en una primera porción del laminado (406);

identificar celdas dentro de la cámara que están ubicadas en una segunda porción del laminado (408); y forzar bolsas de aire del laminado desde la primera porción hasta la segunda porción inflando progresivamente las celdas desde la primera porción hasta la segunda porción (410).

10. El método de la reivindicación 9 que comprende, además:

inflar las celdas en la primera porción antes de inflar las celdas en la segunda porción.

11. El método de la reivindicación 10 que comprende, además:

inflar las celdas en la primera porción a al menos 65 libras por pulgada cuadrada (450 kilopascales) de presión antes de inflar las celdas en la segunda porción.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 que comprende, además:

calentar el laminado, la herramienta de formación y la cámara de aire a por lo menos 190 grados Fahrenheit (88 Celsius) mientras se fuerza a las bolsas de aire fuera del laminado.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 que comprende, además:

durante la impregnación del laminado con resina curable, se aplica presión oscilante a cada una de las celdas, haciendo que las celdas masajeen repetidamente la resina en las fibras del laminado; y donde el método comprende opcionalmente: impregnar el laminado con una resina curable a través de un puerto; y

durante la impregnación, iterativamente:

presurizar las celdas próximas al puerto;

presurizar las celdas distales desde el puerto;

despresurizar las celdas próximas al puerto; y

despresurizar las celdas distales desde el puerto.