ES2924557T3

ES2924557T3 - Método y sistema para la fabricación de rellenadores de huecos para piezas compuestas que muestran radios de curvatura variables.

Info

Publication number: ES2924557T3
Application number: ES18193855T
Authority: ES
Inventors: Christian Gordon; Andrew Klimovski
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: BR102018013491A2; CA3010842C; US20190091945A1; CA3010842A1; CN109571801A; CN109571801B; EP3461625A1; PT3461625T; EP3461625B1; US10717239B2

Abstract

Se proporcionan sistemas y métodos para fabricar preformas (714). Una realización es un método que comprende adquirir mechas de material reforzado con fibra (702), seleccionar una cantidad de mechas para utilizarlas en un paquete que tiene una forma agregada (704), ensamblar las mechas juntas en el paquete (706), curvar las mechas ensambladas por deslizando los haces ensamblados uno con respecto al otro (708), arrastrando el paquete a través de un troquel para unir el paquete en una preforma, forzando una sección transversal variable longitudinalmente a lo largo de la preforma (712) y bloqueando una curvatura de la preforma (714). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para la fabricación de rellenadores de huecos para piezas compuestas que muestran radios de curvatura variables

Campo de la invención

La divulgación se refiere al campo de los materiales compuestos y, en particular, a los rellenadores de huecos que mejoran la fuerza de las juntas en los materiales compuestos.

Antecedentes de la invención

Los laminados multicapa de material constitutivo (p. ej., Polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP)) pueden moldearse en una gran variedad de formas antes de que se endurezcan en una pieza compuesta integral. Por ejemplo, se pueden utilizar troqueles y/u otras herramientas de moldeo para modificar la forma de una hoja de laminado antes de que el laminado se endurezca en una pieza compuesta.

Las estructuras de soporte pueden fabricarse de laminados planos moldeados en formas con secciones transversales que incluyen un radio de curvatura. Cuando se combina con otros laminados formados para crear una estructura de soporte con una sección transversal I, J, T, Z, C, sombrero, etc., las uniones entre los laminados pueden tener un hueco longitudinal donde se combinan múltiples radios. Por lo tanto, es deseable utilizar un rellenador de huecos (coloquialmente llamado un «fideo») para ocupar los huecos.

Los rellenadores de huecos para piezas compuestas pueden estar hechos de fibra «preimpregnada» o un laminado seco para la infusión de resina o, incluso, laminados secos unidos con tachuelas para la infusión de resina. En todo caso, la formación de rellenadores de huecos para las piezas compuestas de contorno complejo sigue siendo un desafío, ya que las juntas pueden mostrar radios de curvatura que cambian en toda su longitud para ajustarse a la línea interior del molde (IML) de la estructura que se soporta. Los rellenadores de huecos actuales tienen tamaños de secciones transversales longitudinales constantes y se forman para ajustarse a la curvatura longitudinal de los huecos en las piezas compuestas.

Por lo tanto, se puede desear tener un método y aparato que pueda tomar en cuenta al menos algunos de los problemas antes discutidos, así como otros posibles problemas.

EP-A1-2105286, de conformidad con su resumen, establece un método de pultrusión que implica la impregnación de un material de fibra. El material de fibra impregnado se endurece en un perfil compuesto de fibra y se retira el perfil compuesto de fibra. El perfil compuesto de fibra se somete con fuerza durante el retiro, antes del endurecimiento total, de tal manera que las fibras del material de fibra se mueven unas contra otras en lados distintos del perfil compuesto de fibra. Asimismo, se incluye un dispositivo de pultrusión para fabricar perfiles de compuestos reforzados con fibra.

El documento WO-A1-98/30382, de conformidad con su resumen, establece un producto de pultrusión reforzado que comprende una matriz polimérica, al menos una fibra de refuerzo orientada longitudinalmente e incrustada en dicha matriz polimérica y al menos una fibra de refuerzo lineal orientada longitudinalmente e incrustada en dicha matriz polimérica. El producto se forma a través de un proceso de pultrusión mediante el cual se proporciona un conjunto de hilos compuestos que comprenden fibras de refuerzo y fibras poliméricas. Una fuerza de tensión suplementaria se aplica a un primer subconjunto de los hilos compuestos. Los hilos compuestos se calientan de tal manera que las fibras poliméricas de un segundo subconjunto de hilos compuestos se encojan para provocar que las fibras de refuerzo en cada uno del segundo subconjunto de hilos compuestos se doblen. El conjunto calentado de hilos compuestos, incluyendo las fibras de refuerzo dobladas, se consolida en un troquel de pultrusión.

Breve descripción

En la presente se describe un método que comprende: adquirir hilos de fibra; seleccionar una cantidad de hilos de fibra para utilizar para un haz que tiene una forma agregada; ensamblar los hilos de fibra en un haz; inducir planos de deslizamiento entre los hilos de fibra del haz mediante la aplicación de distintas cantidades de tensión a cada uno de los hilos de fibra; pasar el haz por un troquel para unir el manojo a una preforma, aplicando una sección transversal que varía longitudinalmente a lo largo de la preforma; y encerrar en una curvatura de la preforma, la curvatura que se define por las distintas cantidades de tensión.

Además, en la presente se describe un sistema que comprende: una guía configurada para ensamblar hilos de fibra en un manojo que tiene una forma agregada; accionamientos de tensión configurados para inducir planos de deslizamiento entre los hilos de fibra del manojo al aplicar distintas cantidades de tensión a cada uno de los hilos de fibra; calentadores configurados para calentar el manojo a una temperatura de adherencia en la que los hilos de fibra se unen; un sistema de accionamiento configurado para pasar el manojo por un troquel mientras se calienta el manojo, uniendo así el manojo a una preforma; y un enfriador configurado para reducir una temperatura de la preforma, encerrando así una curvatura de la preforma, la curvatura que se define por las distintas cantidades de tensión.

Las realizaciones descritas en la presente proporcionan técnicas y sistemas que son capaces de fabricar preformas de manera automática (p. ej., rellenadores de huecos) que muestran una curvatura variante a lo largo de su longitud. Esto resulta en rellenadores de huecos personalizados para piezas compuestas de distintas formas y tamaños, que a su vez mejoran la fuerza. Específicamente, las realizaciones descritas en la presente pueden fabricar preformas curvas al inducir planos de deslizamiento entre los hilos de fibra de material reforzado de fibra dentro de las preformas. Estos planos de deslizamiento pueden ajustarse durante un proceso de fabricación continuo y pueden incluso permitir que la curvatura se induzca en distintos ejes.

Otras realizaciones ilustrativas (p. ej., métodos y medios legibles por ordenador relacionados con las realizaciones anteriores) pueden describirse a continuación. Las características, funciones y ventajas que se han discutido pueden lograrse de manera independiente en varias realizaciones o pueden combinarse en incluso otras realizaciones cuyos detalles adicionales pueden visualizarse con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

Descripción de los dibujos

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

La figura 1 ilustra un panel en una realización ilustrativa.

La figura 2 ilustra una sección sombrero de un panel en una realización ilustrativa.

Las figuras 3A-3B ilustran vistas adicionales de la sección sombrero de la figura 2 en una realización ilustrativa.

Las figuras 4-5 ilustran secciones transversales de un rellenador de huecos en una realización ilustrativa.

La figura 6 es un diagrama que ilustra un sistema de fabricación para rellenadores de huecos curvos en una realización ilustrativa.

La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método para operar un sistema de fabricación para rellenadores de huecos curvos en una realización ilustrativa.

La figura 8 es un diagrama de fuerzas que ilustra una función de fuerza utilizada para aplicar una curvatura a un rellenador de huecos en una realización ilustrativa.

La figura 9 es un diagrama de bloques de un sistema de fabricación en una realización ilustrativa.

La Figura 10 es un diagrama de flujo de bloques de la producción de aviones y metodología del servicio en una realización ilustrativa.

La Figura 11 es un diagrama de bloques de un avión en una realización ilustrativa.

Descripción

Las figuras y la siguiente descripción ilustran realizaciones ilustrativas específicas de la divulgación. Por lo tanto, se podrá apreciar que aquellos especializados en la técnica serán capaces de idear varios arreglos que, aunque no se describen o muestran de manera explícita en la presente, representan los principios de la divulgación y se incluyen dentro del alcance de la divulgación. Además, cualquier ejemplo descrito en la presente tiene por objeto ayudar a comprender los principios de la divulgación y se deben interpretar sin limitación alguna a dichos ejemplos y condiciones recitadas de manera específica. Como consecuencia, la divulgación no está limitada a las modalidades específicas o ejemplos descritos a continuación, sino a las reivindicaciones y sus equivalentes.

Las figuras 1-3B ilustran un ambiente en el que un rellenador de huecos puede utilizarse para mejorar la fuerza de una unión. Específicamente, la figura 1 ilustra un panel 100 en una realización ilustrativa. El panel 100 es uno de varios componentes tales como alas, estabilizadores, etc. que pueden reforzarse de manera estructural con una sección sombrero o cordón. En esta realización, el panel 100 se refuerza mediante varias secciones sombrero 110 que se distribuyen a lo largo de una anchura (W). Cada sección sombrero 110 se extiende a lo largo de una longitud (L) del panel 100. Como se muestra en la FIG. 1, el radio de la curvatura de cada sección sombrero puede variar a lo largo de la longitud del panel 100. Por lo tanto, en el punto P1 a lo largo de la longitud del panel 100, hay un primer radio de curvatura R1, y en el punto P2 hay un segundo radio de curvatura R2 el cual es mayor que R1.

La figura 2 ilustra una sección sombrero 200 de un panel en una realización ilustrativa. Específicamente, la FIG. 2 es un diagrama de corte de sección que corresponde a las flechas de vista 2 de la FIG. 1. La sección sombrero 200 se extiende a lo largo de una anchura (W), longitud (L) y espesor (T). La variación de la sección transversal puede ocurrir a lo largo de la longitud de la sección sombrero 200 y/o dentro de las preformas que rellenan los huecos dentro de la sección sombrero 200. Las técnicas discutidas en la presente permiten que las preformas (p. ej., la preforma 350 y la preforma 352 de la FIG. 3) por formarse de los hilos de fibra se forman/recortan de manera longitudinal en formas con secciones transversales variables. De esta manera, las preformas tendrán la misma cantidad de hilos de fibra/partes de punta a punta aunque la sección transversal puede variar de una ubicación a la siguiente a lo largo de la longitud de la preforma. Esto se puede lograr al cortar el perímetro de la preforma y/o al ajustar la forma de un troquel que da forma al preformado. Los detalles específicos de la sección sombrero 200 se proporcionan respecto a las figuras 3A-3B.

Profundizando en la geometría de la sección sombrero 200, las figuras 3A-3B proporcionan vistas finales de la sección sombrero 200 que corresponden a las flechas de vista 3 de la FIG. 2. La FIG. 3A es una vista final en despiece, mientras que la FIG. 3B es una vista final estándar. En esta realización, la sección sombrero 200 comprende una porción de piel 310 para el panel 100 y un laminado de solapamiento multicapa 320 colocada sobre la piel 310 para formar un «sombrero». Una envoltura 330 se coloca entre el laminado de solapamiento 320 y la piel 310. La preforma 350 y la preforma 352 se insertan en la unión hecha por la intersección de la envoltura 330, el laminado de solapamiento 320 y la piel 310.

Los laminados que operan como rellenadores de huecos de preformas pueden comprender capas o partes de fibra picada, fibra de vidrio, láminas adhesivas o fibra de carbono. La fibra de carbono que se ha impregnado con una resina curable o una resina termoplástica se denomina un laminado «preimpregnado». Otros tipos de fibra de carbono incluyen «fibra seca» que no se ha impregnado con resina, pero puede incluir un agente adhesivo o aglutinante. Después de que los laminados se han organizado y endurecido, estos pueden formar una pieza compuesta integrada.

En esta realización, cada laminado comprende una o más capas de material constitutivo, tal como fibra de carbono en la forma de «fibra seca» (es decir, no impregnada con resina) que puede estabilizarse mediante un agente aglutinante (p. ej., un agente adhesivo, velo termoplástico, etc.). Después de colocarse y ajustarse a una forma deseada (p. ej., a través de la consolidación de una preforma), la piel 310, laminado de solapamiento 320, envoltura 330, preforma 350 y preforma 352 se curan en conjunto o, de lo contrario, se endurecen (p. ej., a través de la aplicación de calor en un vacío) con el fin de formar una pieza compuesta integral (p. ej., un cordón fibra de carbono curado que muestra la fuerza deseada).

Como se muestra en la FIG. 3B, el laminado de solapamiento 320 y piel 310 se encuentran en la unión 360. Sin la preforma 350, la unión 360 podría mostrar un radio de curvatura reducido. Por lo tanto, se desea que la preforma 350 forme una unión 360 sin vacíos y la preforma 350 se coloca dentro del volumen 370, en la unión 360. La preforma 350 también se le puede denominar «fideo» o «espaciador». La preforma 350 llena los vacíos en una unión 350, aumentando así la fuerza de la unión 360 y facilitando el enlace entre la piel 310 y el laminado de solapamiento 320.

Las fibras (no mostradas) dentro de la preforma 350 están orientadas de tal manera que se extienden a lo largo de la longitud de la preforma 350 conforme la preforma 350 se curva. Se debe entender que la preforma 350 puede ser particularmente larga (p. ej., del orden de decenas de metros) y particularmente estrecha (p. ej., con varias anchuras, pero con un promedio de algunos centímetros) y puede ser el resultado de un proceso de fabricación continuo. En las realizaciones en las que las fibras continuas y largas se utilizan para formar la preforma 350 y la preforma 352, la preforma 350 y la preforma 352 pueden empalmarse con el fin de aumentar su longitud.

La anchura y espesor de la preforma 350 puede variar a lo largo de la longitud de la preforma 350 y puede variar dependiendo del tipo de rellenador de huecos que se crea. Las fibras individuales (p. ej., fibras de carbono) dentro de cada hilo de fibra en la preforma 350 puede integrarse con (o dentro) de un agente aglutinante. El agente aglutinante puede comprender un velo termoplástico, resina termoestable o incluso una combinación de las mismas. Mientras tanto, las fibras pueden comprender fibras unidireccionales que se extienden a lo largo de la longitud de la preforma 350.

Las figuras 4-5 ilustran secciones transversales de una preforma 350 en una realización ilustrativa. Las figuras 4-5 específicamente corresponden a las flechas de vista 4 de la FIG. 3B. Para la realización ilustrada en la FIG. 4, la preforma 350 se subdivide en cuatro hilos de fibra (T1, T2, T3 y T4) a lo largo de su espesor. Los planos de deslizamiento 410 entre los hilos de fibra también se ilustran, así como las fibras 414 y el material 412 (p. ej., un velo termoplástico, agente aglutinante, resina, etc.). La disposición de los planos de deslizamiento en la FIG. 4 puede utilizarse para reforzar la curvatura/ondulación sobre un eje (p. ej., A1). En contraste, la realización ilustrada en la FIG. 5 se subdivide en varios hilos de fibra (T1, T2A, T2B, T3A, ^t3^b, T3C, T4A, T4B, T4C, T4D) a lo largo tanto de su espesor como su anchura. Esto resulta en planos de deslizamiento 410 que están orientados lateralmente y planos de deslizamiento 510 que están orientados verticalmente. La configuración representada en la FIG. 5 permite el refuerzo de la curvatura/ondulación sobre varios ejes (p. ej., A1 y A2) conforme la preforma 350 continúa a lo largo de su longitud. En realizaciones adicionales, la preforma 350 puede estar subdividida en cualquier cantidad adecuada de hilos de fibra. La forma de los hilos de fibra también puede variar dentro de una preforma 350. Por ejemplo, en la FIG. 4, el hilo de fibra T1 es triangular, mientras que los hilos de fibra T2-T4 son trapezoidales.

La figura 6 es un diagrama que ilustra un sistema de fabricación 600 para rellenadores de huecos curvos en una realización ilustrativa. En particular, el sistema de fabricación 600 puede utilizarse para reforzar los radios de curvatura deseados (e incluso cambiar los radios de curvatura) en los rellenadores de huecos con el fin de garantizar que los rellenadores de huecos no llenen en exceso o dejen vacíos en las uniones de los componentes estructurales tales como secciones sombrero de paneles, cordones, etc.

En esta realización, el sistema de fabricación 600 incluye rollos 610 de material reforzado de fibra. Cada rollo proporciona un hilo de fibra distinto (p. ej., T1, T2, T3, T4) del material reforzado de fibra. Además, cada rollo 610 incluye una unidad de tensión. La unidad de tensión 622 aplica tensión al hilo de fibra T1, la unidad de tensión 624 aplica tensión al hilo de fibra T2, la unidad de tensión 626 aplica tensión al hilo de fibra T3 y la unidad de tensión 628 aplica tensión al hilo de fibra T4. Las cantidades de tensión pueden variar, por ejemplo, entre diez a cien Newtons. Puede aplicarse una cantidad distinta de tensión a cada hilo de fibra, lo que resulta en planos de deslizamiento entre los hilos de fibra cuando estos se combinan y se pasan por el troquel 640. Las unidades de tensión 622-628 pueden comprender motores de tensión, una combinación de resortes y/o engranajes, etc.

Conforme los hilos de fibra salen de los rollos 610 a través de los rodillos 620, cada hilo de fibra se forma mediante un cortador 690 (p. ej., una cuchilla o una combinación de cuchillas) en una forma transversal. La forma para un hilo de fibra puede ser plana (p. ej., sustancialmente plana o con una superficie inferior o superior suave) con el fin de garantizar que exista una gran área interfacial entre el hilo de fibra y otros hilos de fibra.

En realizaciones adicionales, se pueden utilizar otros dispositivos de modelado. La forma específica puede variar dependiendo de la forma final transversal deseada para el rellenador de huecos. Los hilos de fibra continúan por la guía 680, la cual ensambla los hilos de fibra en un manojo 682 que tiene una forma transversal agregada que corresponde aproximadamente a la forma deseada de la preforma 350. Por ejemplo, la forma agregada para el manojo 682 puede ser una forma que no es circular (p. ej., una forma que es más o menos triangular o cuadrada). El manojo 682 se calienta mediante calentadores 630 a una temperatura de adherencia o una temperatura de punto de adherencia. En la temperatura de punto de adherencia, las propiedades adhesivas de un material dentro de cada hilo de fibra (p. ej., un agente adhesivo, agente aglutinante, velo, etc.) activado, pero el curado aún no ocurre. Tal temperatura puede comprender 80-160° Celsius (C) para las resinas termoestables o 140-240 °C para velos termoplásticos. La calefacción garantiza que el manojo 682 es capaz de remodelarse mediante el troquel 640 sin fracturarse o romperse. Los calentadores 630 pueden comprender cualquier componente calentador adecuado, tales como calentadores radiantes que utilizan un elemento de calefacción radiante por infrarrojos.

El manojo 682 pasa además por el troquel 640 mientras se calienta (p. ej., lo que resulta en decenas o cientos de kilos de presión que comprimen y desbarata el manojo 682 en la preforma 350). El troquel 640, por lo tanto, desbarata el manojo 682 (p. ej., por diez a veinte por ciento por volumen) y forma/une el manojo 682 con el fin de crear la preforma 350.

Después de expulsar el troquel 640, la preforma 350 ingresa al enfriador 650, el cual incluye una cámara de refrigeración 652. Dentro de la cámara de refrigeración 652, un líquido refrigerante (p. ej., un chorro de aire debajo de la temperatura de punto de adherencia) reduce la temperatura de la preforma 350 para solidificar la preforma 350. En algunas realizaciones, el enfriador 650 utiliza líquidos y refrigerantes químicos para enfriar la preforma 350 mediante la conducción a través de un evaporador o un circuito de refrigeración convencional. En las realizaciones en las que los hilos de fibra T1-T4 son hilos de fibra seca, la preforma 350 puede fabricarse «seca» de tal manera que espere la impregnación/infusión de resina y el curado. En las realizaciones adicionales, los hilos de fibra T1-T4 comprenden fibra que están preimpregnados con resina curable (preimpregnada), láminas adhesivas, fibra de vidrio, etc.

El sistema de accionamiento 660 lleva la preforma 350 por el troquel 640 en un proceso continuo. La cantidad de tensión aplicada por el sistema de accionamiento 660 puede basarse en la suma de cantidades de tensión aplicadas por las unidades de tensión 622-628, así como una velocidad a la que la preforma 350 se debe llevar por el troquel 640. En esta realización, el sistema de accionamiento 660 comprende rodillos de presión 662 y 663, los cuales giran en las direcciones 666 y 667, lo que forma un pellizco 668 por el que pasa la preforma 350. El pellizco 668 proporciona una acción de agarre y arrastre a la preforma 350. Por lo tanto, el pellizco 668 se puede dimensionar para ser más pequeño que la sección transversal de la preforma 350 con el fin de proporcionar suficiente fuerza de sujeción. La geometría del material de la preforma 350 ya se ha fijado mediante los procesos de calefacción, formado y enfriamiento.

Los rodillos aplican una fuerza de arrastre (p. ej., decenas de kilos de fuerza) con el fin de sacar la preforma 350 del troquel 640. Esta fuerza también aplica tensión a la preforma 350, garantizando que la preforma 350 permanezca tensa. En realizaciones adicionales, el sistema de accionamiento 660 puede comprender un tirador de tensión unido a la preforma 350, tal como un motor que saca una cuerda que se sujeta a una punta de la preforma 350.

El control de tensión calibrado cuidadosamente, efectuado hilo por hilo antes del ingreso al troquel 640, permite la creación de planos de deslizamiento de manera controlable. Por lo tanto, en algunas realizaciones es deseable que el rodillo 662, el rodillo 664 y/o los rodillos 610 incluya un embrague y/o un freno (no mostrado) para facilitar el control de tensión. Estos sistemas pueden calibrarse y/o dirigirse mediante el controlador 670.

El controlador 670 gestiona las distintas operaciones de los componentes del sistema de fabricación 600 descrito anteriormente. Por ejemplo, el controlador 670 puede ajustar una cantidad de fuerza de arrastre aplicada por el sistema de accionamiento 660, una cantidad de líquido refrigerante aplicado por el enfriador 650, una cantidad de calor aplicado por los calentadores 630, etc., con el fin de garantizar que se alcance un proceso en estado estacionario en donde el desenrollado, calentamiento, ingreso, enfriamiento y retiro se realizan simultáneamente. El sensor 632 proporciona información sobre la temperatura al controlador 670 que indica una temperatura del manojo 682 antes de ingresar al troquel 640. El controlador 670 puede participar en un control de retroalimentación activo al regular la fuerza de arrastre del sistema de accionamiento 660 con base en la información del sensor 632. Por ejemplo, si la temperatura es demasiado alta, el controlador 670 puede aumentar la velocidad a la que se retira la preforma 350 y, si la temperatura es demasiado baja, el controlador 670 puede disminuir la velocidad a la que se retira la preforma 350. El controlador 670 puede implementarse, por ejemplo, como circuito personalizado, como un procesador de hardware que ejecuta las instrucciones programadas o alguna combinación de los mismos.

En una realización adicional, el rodillo de presión 662 y/o el rodillo de presión 664 incluyen sensores internos (p. ej., sensores de torsión que detectan la torsión en un rodillo, sensores de carga, etc.) que miden la resistencia de la preforma 350 por retirar. Esta medición indica un nivel de tensión en la preforma 350. Por lo tanto, el controlador 670 puede utilizar la información de los sensores internos en el rodillo de presión 662 y/o el rodillo de presión 664 para garantizar que la tensión en la preforma 350 se mantiene entre un nivel de tensión mínimo y máximo deseado.

Ya que se aplican distintas cantidades de tensión a los diferentes hilos de fibra, se generan planos de deslizamiento entre los hilos de fibra. Esto resulta en longitudes incrementales diferentes de cada hilo de fibra que pasa por el troquel 640, lo que resulta en distintas/diferentes tensiones en la preforma 350. Después de que la preforma 350 se ha enfriado por debajo de la temperatura de adherencia (o temperatura de punto de adherencia) y se corta/forma, las tensiones ocasionan tensiones internas que refuerzan una curvatura a lo largo de una longitud de la preforma 350. Por ejemplo, estas tensiones pueden ser particularmente adecuadas al momento de generar radios de curvatura entre trescientos ochenta y quinientos ocho centímetros (ciento cincuenta y doscientas pulgadas).

Las longitudes de la preforma 350 pueden cortarse y almacenarse para su aplicación posterior a un laminado que se curará en una pieza compuesta. A lo largo del proceso, el controlador 670 puede regular el desenrollado, la tensión, el calentamiento y el retiro de los hilos de fibra al prevenir que la tensión en los hilos de fibra exceda un valor objetivo o que se salga de un intervalo objetivo. El controlador 670 puede ajustar además las cantidades de tensión aplicadas por las unidades de tensión 622-628 durante la fabricación continua. Esto ajusta los planos de deslizamiento, lo cual altera el radio de curvatura de la preforma 350 en distintas posiciones a lo largo de la longitud de la preforma 350. El controlador 670 puede incluso ajustar las cantidades de tensión para alterar la dirección de curvatura si así se desea. Por ejemplo, la tensión más alta se aplica a los hilos de fibra dentro de la curva donde la curva está más tensa y el radio de la curvatura es más pequeña, mientras que la tensión más baja se aplica a los hilos de fibra afuera de la curva donde la curva está menos tensa y el radio de la curvatura es mayor.

Los detalles ilustrativos de la operación del sistema de fabricación 600 se discutirán respecto a la FIG. 7. Se debe asumir, para esta realización, que un operador ha cargado material reforzado de fibra en los rodillos 610 y que el controlador 670 ha seleccionado una cantidad de hilos de fibra para utilizarse para la preforma 350, con base en la altura deseada para la preforma 350. El controlador 670 puede incluso dejar hilos de fibra en ubicaciones longitudinales específicas para ajustar dinámicamente la forma transversal. El operador ha ingresado puntas de hilos de fibra de los rodillos 610 por el troquel 640 y en los rodillos 662 y 664. Por lo tanto, puede haber una sección líder de la preforma 350 que aún no tiene una sección transversal o curvatura deseadas. Esta sección líder puede sacarse por el sistema de fabricación 600 y después retirarse. En resumen, la sección líder se utiliza para cebar el proceso de creación de rellenadores de huecos y no formará parte de la preforma 350 colocada para una pieza compuesta.

La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método 700 para operar un sistema de fabricación 600 para rellenadores de huecos curvos en una realización ilustrativa. Los pasos del método 700 se describen con relación al sistema de fabricación 600 de la FIG. 1, pero aquellos especializados en la técnica podrán apreciar que el método 700 puede llevarse a cabo en otros sistemas. Los pasos de los diagramas de flujo descritos en la presente no son exhaustivos y pueden incluir otros pasos que no se muestran. Los pasos descritos en la presente también pueden llevarse a cabo en un orden alternativo.

El controlador 670 dirige la operación del sistema de accionamiento 660 para iniciar la rotación, lo cual ocasiona que la preforma 350 (y, por lo tanto, los hilos de fibra T1-T4) avance, cuando se retira de aguas arriba a aguas abajo. Esto resulta en la adquisición de hilos de fibra T1-T4 de material reforzado de fibra de los rodillos 610 (paso 702). Durante este proceso, el controlador 670 puede utilizar activamente la información de uno o más sensores internos en el sistema de accionamiento 660 para regular una velocidad del sistema de accionamiento 660. El controlador 670 también puede seleccionar una cantidad de hilos de fibra para utilizarse en un manojo 682 que tiene una forma agregada (paso 704).

Después de desenrollarse de los rodillos 610, los hilos de fibra T1-T4 pueden formarse/cortarse longitudinalmente por los cortadores (690) (p. ej., las cuchillas o combinaciones de cuchillas) en distintas formas transversales. De esta manera, la preforma resultante tendrá la misma cantidad de hilos de fibra/partes de punta a punta aunque la sección transversal puede variar de una ubicación a la siguiente a lo largo de la longitud de la preforma. La variación transversal a lo largo de la longitud de un manojo 682 resultante puede lograrse al cortar el perímetro de la preforma y ajustando la forma del troquel 640. En realizaciones adicionales, cualquier componente adecuado puede utilizarse para formar los hilos de fibra T1-T4. Los hilos de fibra proceden a la guía 680, donde se ensamblan en un manojo 682 que tiene una forma transversal agregada que corresponde aproximadamente a la forma transversal de la preforma (paso 706). Las unidades de tensión 622 curvan los hilos de fibra ensamblados deslizando los hilos de fibra ensamblados entre sí (paso 708). Por lo tanto, mientras se retiran los hilos de fibra, se inducen planos de deslizamiento entre los hilos de fibra T1-T4 aplicando distintas cantidades de tensión a cada uno de los hilos de fibra T1-T4 a través de las unidades de tensión 622-628.

Los hilos de fibra se siguen retirando y pasan por los calentadores 630. Los calentadores 630 aplican calor al manojo 682, aumentando la temperatura del manojo 682 a una temperatura de adherencia (o temperatura de punto de adherencia) en la que los hilos de fibra se unen (paso 710). La temperatura de adherencia puede ser para un material constitutivo dentro de los hilos de fibra que une los hilos de fibra entre sí (p. ej., un agente aglutinante, velo termoplástico, etc.). Esto mejora la capacidad de los hilos de fibra individuales de unirse/cohesionarse. El manojo 682 pasa por el troquel 640 mientras se calienta, lo cual comprime (es decir, desbarata y forma) el manojo 682 en la preforma 350 (paso 712). Esto refuerza una sección transversal longitudinal a lo largo de la preforma, lo cual puede variar. Después de salir del troquel 640, la preforma 350 se enfría por el enfriador 650, bloqueando de esta manera una curvatura de la preforma definida por las distintas cantidades de tensión aplicadas a los hilos de fibra T1-T4 (paso 714). Cuando la preforma 350 se corta/forma, la preforma 350 muestra el radio de curvatura bloqueada por las distintas tensiones. Por lo tanto, la preforma 350 se curva a lo largo de su longitud.

En realizaciones adicionales, el controlador 670 puede determinar (p. ej., con base en un programa de control numérico) que una preforma 350 debe mostrar distintos radios de curvatura en diferentes ubicaciones a lo largo de su longitud. Con este fin, el controlador 670 puede dirigir las unidades de tensión 622-628 para alterar la cantidad de tensión aplicada, con el fin de cambiar el radio de curvatura en distintas ubicaciones a lo largo de la longitud de la preforma 350.

El método 700 proporciona un beneficio sustancial sobre técnicas anteriores para formar rellenadores de huecos, ya que el método 700 permite la formación de rellenadores de huecos con varios radios de curvatura a lo largo de su longitud a través de un proceso continuo. Esta técnica previene la formación de arrugas y acodamiento cuando se aplica un rellenador de huecos a un laminado en espera del curado. Además, esta técnica permite una fabricación rápida, económica y automatizada de rellenadores de huecos.

Mientras que el método 700 describe la selección de una cantidad de hilos de fibra con base en una altura deseada para la preforma 350 en realizaciones adicionales, el número de hilos de fibra puede seleccionarse con base en la altura, anchura, peso de la superficie del material reforzado de fibra, etc.

La FIG. 8 es un diagrama de fuerzas que ilustra una función de fuerza 800 utilizada para aplicar una curvatura deseada a una preforma en una realización ilustrativa. El controlador 670 puede almacenar y cargar una variedad de funciones de fuerza (p. ej., funciones matemáticamente definidas que indican cantidades de fuerza por aplicarse en hilos de fibra individuales) con el fin de reforzar una variedad de radios de curvatura en una preforma 350. Por ejemplo, el controlador 670 puede detectar una posición longitudinal a lo largo de la preforma 350 e identificar un radio de curvatura para reforzar en la posición. El controlador 670 puede entonces cargar una función de fuerza para el radio de curvatura y dirigir las unidades de tensión 622-628 con base en la función de fuerza.

En esta realización, la función de fuerza 80 aplica la fuerza F1 al hilo de fibra T1, la fuerza F2 al hilo de fibra T2, la fuerza F3 al hilo de fibra T3 y la fuerza F4 al hilo de fibra T4. Cuando estas fuerzas se aplican para resistir las fuerzas de retiro del sistema de accionamiento 660, esto provoca cantidades ligeramente distintas de cada hilo de fibra por retirarse a través del troquel 640 (p. ej., una diferencia en la longitud menor que diez por ciento o uno por ciento). En este ejemplo, ya que el hilo de fibra T4 experimenta la fuerza de resistencia más alta, se retira la menor cantidad del hilo de fibra T4 por el troquel 640. En cambio, ya que el hilo de fibra T1 experimenta la fuerza de resistencia más baja, se retira la mayor cantidad del hilo de fibra T1 por el troquel 640. Esto resulta en distintas tensiones en una preforma 350 que hace que la preforma 350 se enrosque. La ondulación resulta en el hilo de fibra T1 que forma una porción exterior de la curvatura y el hilo de fibra T4 que forma una porción interior de la curvatura.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos, se describen procesos, sistemas y métodos adicionales en el contexto de un sistema de fabricación que refuerza la curvatura dentro de un rellenador de huecos a través del uso de planos de deslizamiento.

La FIG. 9 es un diagrama de bloques de un sistema de fabricación 900 en una realización ilustrativa. El sistema de fabricación 900 aplica distintas cantidades de tensión a los hilos de fibra 920 almacenados en rollos 910 con el fin de reforzar los distintos radios de curvatura en un rellenador de huecos 844 resultante. En esta realización, cada hilo de fibra 920 incluye fibras unidireccionales 922 que se mantienen unidas por un agente aglutinante 924. Las unidades de tensión 970, gestionadas por el controlador 990, aplican cantidades variables de tensión en cada hilo de fibra 920. Los cortadores 926 forman cada hilo de fibra 920 en una forma transversal deseada, incluyendo, por ejemplo, variaciones transversales longitudinales a lo largo de la preforma. Los hilos de fibra 920 ingresan a la guía 836, la cual ensambla los hilos de fibra 920 en un manojo 938. El manojo 938 ingresa al troquel 940, el cual puede tener una entrada más amplia que la forma final del troquel. Esta forma garantiza que el manojo 938 no se amontone, lo que refuerza una forma transversal en el manojo 938 para formar la preforma 944. La preforma 944 se enfría mediante transferencia de calor por convección dentro del enfriador 950 y se retira a través del troquel 940 por el sistema de accionamiento 960. Un sensor 932 puede supervisarse por el controlador 990 para determinar una temperatura de hilos de fibra 920 y/o una cantidad de distancia lineal trazada mediante el sistema de accionamiento 960. Con base en esta información, el controlador 990 puede ajustar una velocidad del sistema de accionamiento 960, una cantidad de calor aplicado por los calentadores 930 y/o las cantidades de tensión aplicadas por las unidades de tensión 970.

Refiriéndose más particularmente a los dibujos, las realizaciones de la divulgación pueden describirse en el contexto de un método de fabricación y servicio de aviones 1000 como se muestra en la FIG. 10 y un avión 1002 como se muestra en la FIG. 11. Durante la preproducción, el método ilustrativo 1000 puede incluir la especificación y diseño 1004 del avión 1002 y adquisición de materiales 1006. Durante la producción, se lleva a cabo la fabricación de componentes y subconjuntos 1008 e integración de sistemas 1010 del avión 1002. A partir de ahí, el avión 1002 puede someterse a una certificación y suministro 1012 con el fin de colocarse en el servicio 1014. Mientras se encuentra en servicio por un cliente, el avión 1002 se programa para un mantenimiento y servicio de rutina 1016 (lo cual también puede incluir su modificación, reconfiguración, remodelación, etc.). Los aparatos y métodos representados en la presente pueden emplearse durante cualquiera de una o más etapas adecuadas del método de producción y servicio 1000 (p. ej., especificación y diseño 1004, adquisición de materiales 1006, fabricación de componentes y subconjuntos 1008, integración de sistemas 1010, certificación y suministro 1012, servicio 1014, mantenimiento y servicio 1016) y/o cualquier componente adecuado del avión 1002 (p. ej., un fuselaje 1018, sistemas, 1020, interior 1022, propulsión 1024, eléctrico 1026, hidráulico 1028, ambiental 1030).

Cada uno de los procesos del método 1000 pueden realizarse o llevarse a cabo mediante un integrador de sistemas, un tercero y/o un operador (p. ej., un cliente). Para los fines de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, sin limitación, cualquier cantidad de fabricantes de aviones y subcontratistas de grandes sistemas; un tercero puede incluir, sin limitación, cualquier cantidad de vendedores, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una aerolínea, una empresa de arrendamiento, entidad militar, organización de servicios, etc.

Como se muestra en la FIG. 11, el avión 1002 producido mediante el método ilustrativo 1000 puede incluir un fuselaje 1018 con una pluralidad de sistemas 1020 y un interior 1022. Los ejemplos de sistemas de alto nivel 1020 incluyen uno o más de un sistema de propulsión 1024, un sistema eléctrico 1026, un sistema hidráulico 1028 y un sistema ambiental 1030. Cualquier cantidad de otros sistemas pueden incluirse. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la invención pueden aplicarse a otras industrias, tal como la industria automotriz.

Como ya se mencionó anteriormente, los aparatos y métodos representados en la presente pueden emplearse durante una o más de las etapas del método de producción y servicio 1000. Por ejemplo, los componentes y subconjuntos correspondientes a la etapa de producción 1008 pueden fabricarse de manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras el avión 1002 está en servicio. Además, una o más realizaciones de aparatos, realizaciones de métodos o una combinación de los mismos pueden utilizarse durante las etapas de producción 1008 y 1010, por ejemplo, agilizando sustancialmente el ensamblaje de o la reducción de los costos del avión 1002. Similarmente, una o más realizaciones de aparatos, realizaciones de métodos o una combinación de los mismos pueden utilizarse mientras el avión 1002 está en servicio, por ejemplo y sin limitación, al mantenimiento y servicio 1016. Por ejemplo, las técnicas y sistemas descritos en la presente pueden utilizarse para los pasos 1006, 1008, 1010, 1014 y/o 1016 y/o pueden utilizarse para e fuselaje 1018 y/o interior 1022. Estas técnicas y sistemas pueden incluso utilizarse para los sistemas 1020, incluyendo, por ejemplo, la propulsión 1024, eléctrico 1026, hidráulico 1028 y/o ambiental 1030.

En una realización, la preforma 350 se utiliza dentro de una sección sombrero de un panel en el fuselaje 1418 y se fabrica durante la fabricación de componentes y subconjuntos 1408. El panel puede entonces ensamblarse en un avión en la integración de sistemas 1410 y después puede utilizarse en el servicio 1414 hasta que el desgaste deja el panel inservible. Después, en el mantenimiento y servicio 1416, el panel puede desecharse y reemplazarse con un panel de cubierta del ventilador recién fabricado o se puede reparar. Las preformas nuevas pueden utilizarse a lo largo de la fabricación de componentes y subconjuntos 1408 con el fin de facilitar la fabricación del nuevo panel.

Cualquiera de los distintos elementos de control (p. ej., componentes eléctricos o electrónicos) que se muestran en las figuras o se describen en la presente pueden implementarse como hardware, un software que implementa el procesador, un firmware que implementa el procesador o una combinación de estos. Por ejemplo, un elemento se puede implementar como hardware dedicado. Los elementos de hardware dedicados pueden llamarse «procesadores», «controladores» o alguna terminología similar. Cuando se proporciona mediante un procesador, las funciones pueden proporcionarse mediante un solo procesador dedicado, mediante un solo procesador compartido o mediante una pluralidad de procesadores individuales, algunos de los cuales pueden compartirse.

Además, el uso explícito del término «procesador» o «controlador» no debe interpretarse para referirse exclusivamente al hardware capaz de ejecutar el software y puede incluir de manera implícita, sin limitación, hardware de procesador de señal digital (DSP), un procesador de red, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) u otros circuitos, matriz de puertas programables de campo (FPGA), memoria de solo lectura (ROM) para almacenar software, memoria de acceso aleatorio (RAM), almacenamiento no volátil, lógica o algún otro componente o módulo de hardware físico.

Además, un elemento de control puede implementarse como instrucciones ejecutables por un procesador o un ordenador para llevar a cabo las funciones del elemento. Algunos ejemplos de las instrucciones son software, códigos de programas y firmware. Las instrucciones son operacionales al momento de ejecutarse por el procesador para dirigir el procesador para llevar a cabo las funciones del elemento. Las instrucciones pueden almacenarse en los dispositivos de almacenamiento que son legibles por el procesador. Algunos ejemplos de los dispositivos de almacenamiento son memorias de estado digital o sólido, medios de almacenamiento magnético tales como discos y cintas magnéticos, discos duros o medios de almacenamiento de datos digitales de lectura óptica.

Aunque las realizaciones específicas se describen en la presente, el alcance de la divulgación no está limitado a aquellas realizaciones específicas. El alcance de la divulgación se define mediante las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método que comprende:

adquirir (702) hilos de fibra;

seleccionar (704) una cantidad de hilos de fibra para utilizarse para un manojo que tiene una forma agregada; ensamblar (706) los hilos de fibra entre sí en un manojo;

inducir planos de deslizamiento entre los hilos de fibra del manojo aplicando distintas cantidades de tensión cada uno de los hilos de fibra;

retirar (712) el manojo por el troquel para unir el manojo en una preforma, reforzando una sección transversal que varía longitudinalmente a lo largo de la preforma;

y

bloquear en una curvatura de la preforma, la curvatura que se define por las distintas cantidades de tensión.

2. El método de la reivindicación 1 en donde:

las cantidades de tensión aplicadas a cada hilo de fibra se seleccionan con base en una curvatura deseada para la preforma.

3. El método de la reivindicación 1 o 2 que comprende además:

tensiones variantes a los hilos de fibra a través de las unidades de tensión que cada una controla de manera ajustable la tensión en un hilo de fibra específico.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:

seleccionar una cantidad de hilos de fibra para utilizarse para el manojo con base en una altura para la preforma en una ubicación longitudinal específica.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

calentar (710) el manojo a una temperatura de adherencia en la que los hilos de fibra se unen entre sí.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:

los hilos de fibra se ensamblan entre sí a lo largo de varios ejes; y

los planos de deslizamiento se inducen entre los hilos de fibra a lo largo de los ejes.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

alterar los planos de deslizamiento mientras se fabrica la preforma de manera continua, lo que resulta en el ajuste de un radio de la curvatura de la preforma.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

girar los rodillos de presión que presionan la preforma para retirar el manojo a través del troquel.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

ajustar una velocidad de retiro del manojo a través del troquel con base en una temperatura del manojo antes de ingresar al troquel.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

enfriar la preforma.

11. Un sistema que comprende:

una guía (680) configurada para ensamblar hilos de fibra (T1-T4) entre sí en un manojo (682) que tiene una forma agregada;

unidades de tensión (622-628) configuradas para inducir planos de deslizamiento entre los hilos de fibra del manojo aplicando distintas cantidades de tensión cada uno de los hilos de fibra;

calentadores (630) configurados para calentar para el calentamiento del manojo a una temperatura de adherencia en la que los hilos de fibra se unen entre sí;

un sistema de accionamiento (660) configurado para retirar el manojo a través del troquel mientras el manojo se calienta, uniendo así el manojo en una preforma (350);

y

un enfriador (650) configurado para reducir una temperatura de la preforma, bloqueando así una curvatura de la preforma, la curvatura que se define por las distintas cantidades de tensión.

12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende, además:

un sensor (632) configurado para medir una temperatura del manojo antes de que el manojo ingrese al troquel; y un controlador (670) configurado para dirigir el sistema de accionamiento para ajustar una velocidad de retiro del manojo a través del troquel con base en una temperatura del manojo antes de ingresar al troquel.

13. El sistema de la reivindicación 11 o 12, que comprende, además:

un controlador (670) configurado para dirigir las unidades de tensión para ajustar las cantidades de tensión aplicadas a los hilos de fibra durante la fabricación de la preforma.

14. El sistema de la reivindicación 11 en donde:

la guía está configurada para ensamblar los hilos de fibra a lo largo de varios ejes.

15. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 11-14 en donde:

los calentadores comprenden un elemento de calefacción radiante.