ES2965858T3

ES2965858T3 - Métodos y sistemas para unir estructuras de compuesto

Info

Publication number: ES2965858T3
Application number: ES18201042T
Authority: ES
Inventors: Steven Donald Blanchard; Gary D Oakes; Arne K Lewis
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: JP7231375B2; CA3021355C; EP3501806A1; EP3501806B1; CA3021355A1; KR102577575B1; US20190184652A1; CN109927314B; BR102018071112A2; KR20190074207A; JP2019107884A; TW201927525A; US11040496B2; BR102018071112B1; CN109927314A; TWI797173B

Abstract

Un método (200) para unir estructuras compuestas incluye colocar (202) una segunda estructura (104) en un sitio de unión (110) en una primera estructura (102) y acoplar (204) una primera bolsa de vacío (106) a la primera estructura. de modo que la primera bolsa de vacío cubra el sitio de unión. El método también incluye aplicar (206) un vacío a la primera bolsa de vacío para inducir una primera fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la primera bolsa de vacío. Una segunda bolsa de vacío (108) está acoplada (208) a la primera estructura de manera que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura y al menos una parte de la primera bolsa de vacío. El método incluye además aplicar (210) un vacío a la segunda bolsa de vacío para inducir una segunda fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la segunda bolsa de vacío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos y sistemas para unir estructuras de compuesto

Antecedentes de la invención

El campo de la divulgación se refiere a sistemas y métodos para unir estructuras formadas por materiales de compuestos y, en particular, a métodos y sistemas para realizar dicha unión fuera del autoclave.

El uso de estructuras formadas por materiales compuestos ha ganado popularidad, sobre todo en aplicaciones como los fuselajes de las aeronaves, donde las ventajas incluyen una mayor resistencia y rigidez, un menor peso y una reducción del número de piezas. Sin embargo, cuando resultan dañadas, las estructuras de materiales compuestos suelen requerir extensos trabajos de reparación que pueden dejar en tierra la aeronave, lo que aumenta los costes de mantenimiento de la misma. Los procedimientos de mantenimiento actuales suelen exigir que se desmonte y sustituya el componente dañado antes de que la aeronave pueda reanudar el vuelo.

Al menos algunos métodos conocidos de reparación y unión emplean el uso de una bolsa de vacío para aplicar presión atmosférica y proporcionar un contacto íntimo durante el proceso de curado. A medida que el epoxi entre las capas de compuesto se cura, el epoxi emite compuestos orgánicos volátiles. Bajo vacío, esta desgasificación aumenta debido a la baja presión de vapor bajo la bolsa de vacío. Además, cualquier humedad residente en la estructura de compuesto madre, la aeronave, también se vaporiza. Dicha desgasificación puede dar lugar a niveles inaceptables de porosidad atrapada en las capas curadas de compuesto y/o en la línea de unión adhesiva. Si se produce demasiada porosidad, el compuesto curado puede ser estructuralmente inaceptable. A continuación, los técnicos de reparación deben eliminar físicamente todas las capas afectadas rectificándolas y comenzando el proceso de unión desde el principio. Esto puede llevar unas horas o unos días, dependiendo de la complejidad y el tamaño de la pieza.

Al menos algunos métodos conocidos de reparación y unión curan las piezas bajo presión en un autoclave para mantener los volátiles en solución durante el curado de las resinas epoxi y evitar así la porosidad en las piezas de compuesto. Sin embargo, los autoclaves son caros de adquirir y manejar, y su tamaño es limitado. Del mismo modo, los autoclaves rara vez se utilizan para realizar reparaciones por adhesión en estructuras o piezas de compuesto.

US 20170341320, en su Resumen, expone un aparato y métodos para fabricar y reparar materiales compuestos reforzados con fibra. En varias realizaciones, estos aparatos y métodos utilizan un dispositivo de retención/liberación de resina que comprende resina que tiene una viscosidad que depende de la temperatura para su infusión en una región de una pieza. El dispositivo de retención/liberación de resina puede incluir una primera lámina y una segunda lámina opuesta que encierre, al menos parcialmente, la cantidad de resina. La primera lámina y la segunda lámina pueden ser permeables al gas. La segunda lámina puede ser sustancialmente impermeable a la resina cuando la viscosidad de la resina es superior a una viscosidad umbral y permeable a la resina cuando la viscosidad de la resina es inferior a la viscosidad umbral.

US 6761 783 B2, en su Resumen, establece un método para reparar una zona dañada, denominada zona de reparación, de una estructura de compuesto que comprende los pasos de: hacer marcas de alineación en la zona de reparación; fabricar un par de plantillas de alineación; preparar la zona de reparación para una reparación de unión en caliente y embolsada al vacío; montar un parche de reparación; consolidar el parche de reparación; calentar el parche de reparación; transferir y alinear el parche de reparación a la zona de reparación; embolsar al vacío, calentar y enfriar el parche de reparación para un curado parcial en la zona de reparación; calentar y enfriar el parche de reparación en un horno; y pegar el parche de reparación a la zona de reparación.

Breve descripción de la invención

En un aspecto, se proporciona un método para pegar una estructura. El método incluye la colocación de una segunda estructura en un sitio de unión sobre una primera estructura y el acoplamiento de una primera bolsa de vacío a la primera estructura de forma que la primera bolsa de vacío cubra el sitio de unión. El método también incluye aplicar un vacío a la primera bolsa de vacío para inducir una primera fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la primera bolsa de vacío. Una segunda bolsa de vacío está acoplada a la primera estructura de tal forma que la segunda bolsa de vacío cubre la segunda estructura y al menos una parte de la primera bolsa de vacío. El método incluye además aplicar un vacío a la segunda bolsa de vacío para inducir una segunda fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la segunda bolsa de vacío.

En otro aspecto, se proporciona un sistema de unión de estructuras de compuesto. El sistema de unión de estructuras de compuesto incluye una primera estructura que incluye un sitio de unión y una segunda estructura configurada para acoplarse a la primera estructura en el sitio de unión. El sistema de unión de estructuras de compuesto también incluye una primera bolsa de vacío acoplada a la primera estructura. La primera bolsa de vacío está configurada para aplicar una primera fuerza mecánica a la segunda estructura cuando se aplica un vacío a la primera bolsa de vacío. El sistema de unión de estructuras de compuesto incluye además una segunda bolsa de vacío acoplada a la primera estructura de forma que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura. La segunda bolsa de vacío está configurada para aplicar una segunda fuerza mecánica a la segunda estructura cuando se aplica vacío a la segunda bolsa de vacío.

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 más detalles de los cuales se pueden ver con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

La divulgación está definida por las reivindicaciones. Las realizaciones se describen además mediante los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1. Un sistema de unión de estructuras de compuesto 100 que comprende: una primera estructura 102 que comprende un sitio de unión 110; una segunda estructura 104 configurada para acoplarse a dicha primera estructura en dicho sitio de unión; una primera bolsa de vacío 106 acoplada a dicha primera estructura, en la que dicha primera bolsa de vacío está configurada para aplicar una primera fuerza mecánica F1 a dicha segunda estructura cuando se aplica un vacío a la primera bolsa de vacío; y una segunda bolsa de vacío 108 acoplada a dicha primera estructura de forma que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura, en la que dicha segunda bolsa de vacío está configurada para aplicar una segunda fuerza mecánica F2 a dicha segunda estructura cuando se aplica un vacío a la segunda bolsa de vacío.

Ejemplo 2. En el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 del ejemplo anterior, dicha primera bolsa de vacío 106 y dicha segunda bolsa de vacío 108 están configuradas para aplicar la primera fuerza mecánica F1 y la segunda fuerza mecánica F2 simultáneamente.

Ejemplo 3. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, en el que dicha segunda bolsa de vacío 108 está configurada para mantener la segunda fuerza mecánica F2 sobre dicha segunda estructura 104 y dicha primera bolsa de vacío 106 después de que dicha primera bolsa de vacío se ventile al menos parcialmente a la atmósfera.

Ejemplo 4. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos precedentes, en el que dicha segunda bolsa de vacío 108 está configurada para entrar en contacto con dicha primera bolsa de vacío 106 en toda un área de dicha segunda estructura 104 de forma que la segunda fuerza mecánica F2 se aplique a dicha primera bolsa de vacío y a dicha segunda estructura.

Ejemplo 5. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, comprende además una manta calefactora 128 colocada entre dicha primera bolsa de vacío 106 y dicha segunda estructura 104.

Ejemplo 6. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, en el que dicha primera bolsa de vacío 106 define un primer volumen 112 entre dicha primera bolsa de vacío 106 y dicha primera estructura 102, en el que dicha segunda estructura 104 se coloca dentro de dicho primer volumen.

Ejemplo 7. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, comprende además una primera sonda 116 acoplada a dicha primera bolsa de vacío 106, en la que dicha primera sonda acopla selectivamente dicho primer volumen 112 en comunicación de flujo con una fuente de vacío 118.

Ejemplo 8. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, en el que dicha segunda bolsa de vacío 108 define un segundo volumen 122 entre dicha segunda bolsa de vacío, dicha primera estructura 102 y dicha primera bolsa de vacío 106, en el que dicha segunda estructura 104 se coloca fuera de dicho segundo volumen entre dicha primera bolsa de vacío y dicha primera estructura.

Ejemplo 9. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, en el que dicha primera sonda 116 se coloca fuera de dicho segundo volumen 122 cuando dicha segunda bolsa de vacío 108 se acopla a dicha primera bolsa de vacío 106.

Ejemplo 10. El sistema de unión de estructuras de compuesto 100 de cualquiera de los ejemplos anteriores, comprende además una segunda sonda 126 acoplada a dicha segunda bolsa de vacío 108, en la que dicha segunda sonda acopla selectivamente dicho segundo volumen 122 en comunicación de flujo con una fuente de vacío 118.

Breve descripción de los dibujos

La FIGURA 1 es una vista superior de un sistema ejemplar de unión de estructuras de compuesto que ilustra una primera estructura, una segunda estructura y una primera bolsa de vacío;

La FIGURA 2 es una vista superior del sistema de unión de estructuras de compuesto mostrado en la FIGURA 1 que ilustra además una segunda bolsa de vacío;

La FIGURA 3 es una vista lateral en sección transversal del sistema de unión de estructuras de compuesto mostrado en la FIGURA 2; y

La FIGURA 4 ilustra un método para unir una estructura de compuesto utilizando el sistema de unión de estructuras de compuesto mostrado en las FIGURAS 2 y 3.

Descripción detallada de la invención

Las implementaciones aquí descritas incluyen métodos y sistemas para unir estructuras de compuestos. El método incluye la colocación de una segunda estructura en un sitio de unión sobre una primera estructura y el acoplamiento de una primera bolsa de vacío a la primera estructura de forma que la primera bolsa de vacío cubra el sitio de unión. El método también incluye aplicar un vacío a la primera bolsa de vacío para inducir una primera fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la primera bolsa de vacío. Una segunda bolsa de vacío está acoplada a la primera estructura de tal forma que la segunda bolsa de vacío cubre la segunda estructura y al menos una parte de la primera bolsa de vacío. El método incluye además aplicar un vacío a la segunda bolsa de vacío para inducir una segunda fuerza mecánica a la segunda estructura a través de la segunda bolsa de vacío. Después de aplicar las dos fuerzas mecánicas a la segunda estructura simultáneamente, la primera bolsa de vacío se ventila al menos parcialmente para eliminar o reducir la primera fuerza mecánica de la primera bolsa de vacío sobre la segunda estructura y exponer la segunda estructura a la presión atmosférica. El vacío se mantiene en la segunda bolsa de vacío para mantener la segunda fuerza mecánica en la segunda estructura mientras se sigue exponiendo la segunda estructura a una presión sustancialmente atmosférica dentro del primer volumen. Al exponer la segunda estructura a la presión atmosférica durante el curado y mantener la fuerza de compactación proporcionada por la segunda bolsa de vacío, los compuestos orgánicos volátiles formados durante el curado dentro de al menos la segunda estructura se mantienen en solución y pueden eliminarse de la segunda estructura sin vaporizarse, evitando así la porosidad dentro de la segunda estructura.

El sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito se utiliza para reparar una estructura dañada o en un proceso de unión secundario para unir dos estructuras de material compuesto. El sistema permite utilizar la presión de compactación atmosférica sin los problemas asociados a la baja presión de vapor en los curados tradicionales con bolsas de vacío. Más concretamente, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito permite aplicar presión mecánica a las estructuras de compuesto sin exponerlas a una baja presión de vapor. Como tal, la porosidad dentro de las estructuras de compuesto se reduce significativamente o se evita, aumentando o manteniendo así la integridad estructural de las estructuras de compuesto. Además, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito está diseñado para producir reparaciones de compuesto de unión en caliente de calidad autoclave parcialmente curadas o totalmente curadas en una primera estructura sin necesidad de utilizar un autoclave. De este modo, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito permite unir estructuras de compuesto de cualquier tamaño y forma en menos tiempo y a un coste reducido en comparación con los métodos conocidos.

La FIGURA 1 es una vista superior de un sistema ejemplar de unión de estructuras de compuesto 100 que ilustra una estructura madre o primera estructura 102, una estructura de reparación o segunda estructura 104 y una primera bolsa de vacío 106. La FIGURA 2 es una vista superior del sistema de unión de estructuras de compuesto 100 que ilustra además una segunda bolsa de vacío 108. La FIGURA 3 es una vista lateral en sección transversal del sistema de unión de estructuras de compuesto 100.

En la realización ejemplar, la primera estructura 102 es un componente de una aeronave. Por ejemplo, la primera estructura 102 es cualquiera del fuselaje, ala o empenaje de una aeronave. Además, en la realización ejemplar, la primera estructura 102 está formada por un material compuesto (por ejemplo, fibras de carbono o boro incorporadas en resina epoxi) que tiene una pluralidad de capas e incluye un sitio de unión 110 que requiere reparación. Como se describe en el presente documento, la reparación se realizará utilizando la segunda estructura 104 colocada sobre la primera estructura 102 en el sitio de unión 110. De forma similar a la primera estructura 102, la segunda estructura 104 también está formada por un material de compuesto que se compactará, desbarbará y curará completamente in situ. Tal y como se describe en el presente documento, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 puede utilizarse como sistema de reparación de una estructura de compuesto dañada. Además, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 puede utilizarse para la unión secundaria de dos estructuras de compuesto precuradas.

Haciendo referencia a las FIGURAS 1-3, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 incluye la primera bolsa de vacío 106 acoplada a la primera estructura 102 de tal forma que la primera bolsa de vacío 106 cubre una totalidad de la segunda estructura 104 y el sitio de unión 110. Más concretamente, la primera bolsa de vacío 106 está acoplada a la primera estructura 102 de tal manera que un primer volumen 112 (mostrado en la FIGURA 3) está definido por la primera bolsa de vacío 106 y la primera estructura 102. Como se describe en el presente documento, la segunda estructura 104 está contenida dentro del primer volumen 112. El perímetro de la primera bolsa de vacío 106 se sella a la primera estructura 102 mediante un primer mecanismo de sellado 114, que rodea la segunda estructura 104 y el sitio de unión 110. Además, en la realización ejemplar, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 incluye una primera sonda 116 acoplada a la primera bolsa de vacío 106. La primera sonda 116 pasa a través de una abertura de la primera bolsa de vacío 106 y acopla selectivamente el primer volumen 112 de la primera bolsa de vacío 106 en comunicación de flujo con una fuente de vacío 118 a través de una manguera 120.

En la realización ejemplar, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 también incluye la segunda bolsa de vacío 108 acoplada a la primera estructura 102 de tal forma que la segunda bolsa de vacío 108 cubre una totalidad de la segunda estructura 104 y el sitio de unión 110 y al menos una parte de la primera bolsa de vacío 106. Más concretamente, la segunda bolsa de vacío 108 está acoplada a la primera estructura 102 de forma que un segundo volumen 122 (mostrado en la FIGURA 3) está definido por la segunda bolsa de vacío 108, la primera estructura 102 y la primera bolsa de vacío 106. Como se describe en el presente documento, la segunda bolsa de vacío 108, y por tanto el segundo volumen 122, cubre una totalidad de la segunda estructura. Sin embargo, mientras que el segundo volumen 122 se solapa con la segunda estructura 104, la segunda estructura 104 se sitúa fuera del segundo volumen 122, entre la primera bolsa de vacío 106 y la primera estructura 102. Más concretamente, la segunda estructura 104 está separada del segundo volumen 122 por la primera bolsa de vacío 106.

El perímetro de la segunda bolsa de vacío 108 se sella a la primera estructura 102 mediante un segundo mecanismo de sellado 124, que rodea la segunda estructura 104 y el sitio de unión 110. Como se muestra mejor en las FIGURAS 2 y 3, el segundo mecanismo de sellado 124 se extiende parcialmente a través de la primera bolsa de vacío 106, de manera que una parte de la primera bolsa de vacío 106 queda al descubierto por la segunda bolsa de vacío 108. Más concretamente, la porción de la primera bolsa de vacío 106 que queda al descubierto por la segunda bolsa de vacío 108 incluye la primera sonda 116 de tal forma que la primera sonda 116 se sitúa fuera del segundo volumen 122 cuando la segunda bolsa de vacío 108 se acopla a la primera estructura 102 y a la primera bolsa de vacío 106.

Además, en la realización ejemplar, el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 incluye una segunda sonda 126 acoplada a la segunda bolsa de vacío 108. La segunda sonda 126 pasa a través de una abertura de la segunda bolsa de vacío 108 y acopla selectivamente el segundo volumen 122 de la segunda bolsa de vacío 108 en comunicación de flujo con la fuente de vacío 118 a través de la manguera 120. Opcionalmente, se coloca una manta calefactora 128 entre la primera bolsa de vacío 106 y la segunda estructura 104 para proporcionar calor a la primera estructura 102 y a la segunda estructura 104 durante el curado. En situaciones en las que el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 se utiliza durante un proceso de unión secundario, las estructuras 102 y 104 y las bolsas de vacío 106 y 108 pueden colocarse dentro de un horno para proporcionar calor.

En funcionamiento, la primera sonda 116 está acoplada a la fuente de vacío 118 y facilita la aplicación de vacío a la primera bolsa de vacío 106 para extraer el aire del primer volumen 112. En dicha configuración, la primera bolsa de vacío 106 induce una primera fuerza mecánica F1 sobre la segunda estructura 104 cuando se aplica vacío a la primera bolsa de vacío 106. Más concretamente, debido a que la primera bolsa de vacío 106 cubre completamente la segunda estructura 104, la primera bolsa de vacío 106 aplica la primera fuerza mecánica F1 a toda una zona de la segunda estructura 104, es decir, la primera bolsa de vacío 106 se ajusta a la forma de la segunda estructura 104 para aplicar la primera fuerza mecánica F1 a toda una zona de la segunda estructura 104. En la realización ejemplar, la primera fuerza mecánica F1 es una fuerza de compresión o compactación que presiona la segunda estructura 104 hacia abajo sobre la primera estructura 102 para evitar la porosidad, y por tanto la expansión, de la segunda estructura 104. Aunque la FIGURA 3 ilustra un espacio entre la primera bolsa de vacío 106 y la segunda estructura 104, esto es sólo a efectos ilustrativos y, en funcionamiento, la primera bolsa de vacío 106 entra en contacto directamente con la segunda estructura 106 (o indirectamente a través de la manta calefactora opcional 128) para aplicar la primera fuerza mecánica F1.

Del mismo modo, la segunda sonda 126 está acoplada a la fuente de vacío 118 y facilita la aplicación de vacío a la segunda bolsa de vacío 108 para extraer el aire del segundo volumen 122. Tal como se describe en el presente documento, el vacío se aplica a la segunda bolsa de vacío 108 mientras que la primera bolsa de vacío 106 también está bajo vacío. En tal configuración, la segunda bolsa de vacío 108 induce una segunda fuerza mecánica F2 sobre la segunda estructura 104 cuando se aplica vacío a la segunda bolsa de vacío 108. Más concretamente, debido a que la segunda bolsa de vacío 108 cubre completamente la segunda estructura 104 y cubre la mayor parte de la primera bolsa de vacío 106, la segunda bolsa de vacío 108 aplica la segunda fuerza mecánica F2 a la primera bolsa de vacío 106 y a toda una zona de la segunda estructura 104, es decir, la segunda bolsa de vacío 108 se ajusta a la forma de la segunda estructura 104 para aplicar la segunda fuerza mecánica F2 a toda una zona de la segunda estructura 104. De forma similar a la primera fuerza mecánica F1, la segunda fuerza mecánica F2 es una fuerza de compresión o compactación que actúa en la misma dirección que la primera fuerza mecánica F1 para presionar la segunda estructura 104 hacia abajo sobre la primera estructura 102 con el fin de evitar la porosidad, y por tanto la expansión, de la segunda estructura 104. Aunque la FIGURA 3 ilustra un espacio entre la segunda bolsa de vacío 108 y la primera bolsa de vacío 106, esto es sólo a efectos ilustrativos y, en funcionamiento, la segunda bolsa de vacío 108 entra directamente en contacto con la primera bolsa de vacío 106 para aplicar la segunda fuerza mecánica F2 a la segunda estructura.

En la realización ejemplar, la primera bolsa de vacío 106 y la segunda bolsa de vacío 108 aplican simultáneamente la primera fuerza mecánica F1 y la segunda fuerza mecánica F2, respectivamente, a la segunda estructura 104 durante un tiempo predeterminado. Una vez transcurrido el tiempo de duración, el vacío aplicado a la primera bolsa de vacío 106 se retira, al menos parcialmente, para ventilar el primer volumen 112 de forma que el primer volumen 112 y la segunda estructura 104 queden expuestos a la presión atmosférica. De este modo, la primera fuerza mecánica F1 se retira, al menos parcialmente, de la segunda estructura 104. En algunas realizaciones, la primera bolsa de vacío 106 se ventila completamente a presión atmosférica. En otras realizaciones, se aplica un vacío reducido a la primera bolsa de vacío 106 para facilitar la eliminación de una pluralidad de compuestos orgánicos volátiles de la segunda estructura 104.

El vacío aplicado a la segunda bolsa de vacío 108 se mantiene después de eliminar el vacío aplicado a la primera bolsa de vacío 106. En una configuración de este tipo, el mantenimiento del vacío en la segunda bolsa de vacío 108 mantiene la segunda fuerza mecánica F2 sobre la segunda estructura 104 al tiempo que sigue exponiendo la segunda estructura 104 a la presión atmosférica dentro del primer volumen 112. En consecuencia, la segunda bolsa de vacío 108 aplica presión de compactación para evitar la porosidad en la segunda estructura 104. Más concretamente, al exponer la segunda estructura 104 a la presión atmosférica durante el curado y mantener la fuerza de compactación proporcionada por la segunda bolsa de vacío 108, los compuestos orgánicos volátiles formados durante el curado dentro de al menos la segunda estructura 104 se mantienen en solución y pueden eliminarse de la segunda estructura 104 sin vaporizarse, evitando así la porosidad dentro de la segunda estructura 104.

La FIGURA 4 ilustra un método 200 para unir estructuras de compuesto, como la primera estructura 102, utilizando el sistema de unión de estructuras de compuesto 100 (mostrado en las FIGURAS 2 y 3). El método 200 incluye el posicionamiento 202 de una segunda estructura, como la segunda estructura 104, en un sitio de unión, como el sitio de unión 110, sobre una primera estructura, como la primera estructura 102. El método 200 también incluye el acoplamiento 204 de una primera bolsa de vacío, como la primera bolsa de vacío 106, a la primera estructura de forma que la primera bolsa de vacío cubra el sitio de unión. El paso de acoplamiento 204 incluye el sellado de la primera bolsa de vacío a la primera estructura con un primer mecanismo de sellado, como el primer mecanismo de sellado 114. De este modo, la primera bolsa de vacío y la primera estructura se combinan para definir un primer volumen, como el primer volumen 112, que contiene la segunda estructura de modo que la primera bolsa de vacío cubre la segunda estructura.

En la realización ejemplar, una vez acoplada la primera bolsa de vacío 204 a la primera estructura, se aplica un vacío 206 a la primera bolsa de vacío para inducir una primera fuerza mecánica, como la primera fuerza mecánica F1, a la segunda estructura a través de la primera bolsa de vacío. Tal y como se describe en el presente documento, la primera fuerza mecánica es una fuerza de compactación que comprime la segunda estructura hacia o dentro de la primera. La etapa 206 de aplicación de vacío incluye el acoplamiento de una fuente de vacío, como la fuente 118, en comunicación de flujo con una primera sonda, como la primera sonda 116. La primera sonda acopla el primer volumen en comunicación de flujo con la fuente de vacío para facilitar la extracción del aire del interior del primer volumen e inducir la primera fuerza mecánica sobre la segunda estructura.

El método 200 también incluye el acoplamiento 208 de una segunda bolsa de vacío, como la segunda bolsa de vacío 108, a la primera estructura y a una porción de la primera bolsa de vacío de forma que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura y al menos una porción de la primera bolsa de vacío. El paso de acoplamiento 208 incluye el sellado de la segunda bolsa de vacío a la primera estructura con un segundo mecanismo de sellado, como el segundo mecanismo de sellado 124. Además, el paso de acoplamiento 208 incluye el acoplamiento 208 de la segunda bolsa de vacío a la primera bolsa de vacío de tal forma que la primera sonda de la primera bolsa de vacío quede descubierta por la segunda bolsa de vacío y permanezca expuesta. De este modo, la segunda bolsa de vacío, la primera estructura y la primera bolsa de vacío se combinan para definir un segundo volumen, como el segundo volumen 122. Tal y como se describe en el presente documento, la segunda bolsa de vacío cubre la totalidad de la segunda estructura. Sin embargo, la segunda estructura se encuentra fuera del segundo volumen. Más concretamente, la segunda estructura está separada del segundo volumen por la primera bolsa de vacío. En la realización ejemplar, el orden en que se acopla la segunda bolsa de vacío 208 a la primera estructura y se aplica el vacío 206 a la primera bolsa de vacío es intercambiable. En la realización ejemplar, una vez acoplada la segunda bolsa de vacío 208 a la primera estructura, se aplica un vacío 210 a la segunda bolsa de vacío para inducir una segunda fuerza mecánica, como la segunda fuerza mecánica F2, a la segunda estructura a través de la segunda bolsa de vacío. Como se describe en el presente documento, la segunda fuerza mecánica es una fuerza de compactación que comprime la segunda estructura hacia la primera o dentro de ella. El paso 210 de aplicación de vacío incluye el acoplamiento de la fuente de vacío, como la fuente 118, en comunicación de flujo con una segunda sonda, como la segunda sonda 126. La segunda sonda acopla el segundo volumen en comunicación de flujo con la fuente de vacío para facilitar la extracción del aire del interior del segundo volumen e inducir la segunda fuerza mecánica sobre la segunda estructura.

Tal y como se describe en el presente documento, dado que la segunda bolsa de vacío cubre tanto la primera bolsa de vacío como la segunda estructura, la segunda fuerza mecánica también se aplica a la primera bolsa de vacío. Además, la etapa de aplicación del vacío 210 se realiza sólo después de aplicar el vacío 206 a la primera bolsa de vacío, de manera que se aplica un vacío a ambas bolsas de vacío de forma concurrente para aplicar ambas fuerzas mecánicas a la segunda estructura de forma concurrente durante una cantidad de tiempo predeterminada.

El método 200 también incluye la ventilación, al menos parcial, 212 de la primera bolsa de vacío para eliminar o retirar la primera fuerza mecánica de la primera bolsa de vacío sobre la segunda estructura. El paso de ventilación 212 tiene como resultado permitir la entrada de aire en el primer volumen de la primera bolsa de vacío para exponer la segunda estructura a la presión atmosférica con el fin de facilitar la eliminación de una pluralidad de compuestos orgánicos volátiles de la segunda estructura mientras los volátiles están en solución. Además, la etapa de ventilación 212 se realiza sólo después de que se haya aplicado el vacío 210 a la segunda bolsa de vacío. El método 200 también incluye mantener 214 el vacío en la segunda bolsa de vacío después de ventilar al menos parcialmente la primera bolsa de vacío para mantener la segunda fuerza mecánica en la segunda estructura. De este modo, la primera fuerza mecánica se retira de la segunda estructura cuando la primera bolsa de vacío se ventila al menos parcialmente 212. Sin embargo, si se mantiene 214 el vacío en la segunda bolsa de vacío después de eliminar el vacío aplicado a la primera bolsa de vacío, se consigue mantener la segunda fuerza mecánica sobre la segunda estructura mientras se sigue exponiendo la segunda estructura a la presión atmosférica dentro del primer volumen. Al exponer 212 la segunda estructura a la presión atmosférica durante el curado y mantener 214 la fuerza de compactación proporcionada por la segunda bolsa, los compuestos orgánicos volátiles formados durante el curado dentro de al menos la segunda estructura se mantienen en solución y se eliminan de la segunda estructura sin vaporizarse, evitando así la porosidad dentro de la segunda estructura.

Opcionalmente, el método 200 también puede incluir la colocación de una manta calefactora, como la manta calefactora 128, debajo de la primera bolsa de vacío para cubrir la segunda estructura. Además, el método 200 también puede incluir otros pasos no descritos expresamente aquí para mayor claridad. Por ejemplo, dichos pasos pueden incluir la preparación del sitio de unión antes de colocar la segunda estructura, el curado de la segunda estructura y la primera estructura en el sitio de unión a una temperatura predeterminada durante un periodo de tiempo predeterminado y la realización de cualquier acabado superficial en el sitio de unión según sea necesario. Además, cada uno de los pasos de posicionamiento 202, acoplamiento 204, aplicación 206, acoplamiento 208, aplicación 210, ventilación 212 y mantenimiento 214 se realizan fuera de un autoclave y pueden realizarse directamente en una aeronave en la línea de vuelo.

El sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito permite utilizar la presión de compactación atmosférica sin los problemas asociados a la baja presión de vapor en los curados tradicionales con bolsas de vacío. Más concretamente, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito permite aplicar presión mecánica a la primera y segunda estructuras sin exponerlas a baja presión de vapor. Como tal, la porosidad dentro de las estructuras de compuestos se reduce significativamente o se evita, aumentando o manteniendo así la integridad estructural de las estructuras de compuesto. Más concretamente, al exponer la segunda estructura a la presión atmosférica durante el curado y mantener la fuerza de compactación proporcionada por la segunda bolsa, los compuestos orgánicos volátiles formados durante el curado dentro de al menos la segunda estructura se mantienen en solución y pueden eliminarse de la segunda estructura sin vaporizarse, evitando así la porosidad dentro de la segunda estructura.

Además, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito está diseñado para producir reparaciones de compuesto de unión en caliente de calidad autoclave parcialmente curadas o totalmente curadas en una primera estructura sin necesidad de utilizar un autoclave. De este modo, el sistema de unión de estructuras de compuesto aquí descrito permite unir estructuras de compuesto de cualquier tamaño y forma en un plazo de tiempo más corto y a un coste reducido en comparación con los métodos conocidos.

Aunque las características específicas de varias realizaciones de la divulgación pueden mostrarse en algunos dibujos y no en otros, esto es sólo por conveniencia.

Esta descripción escrita utiliza ejemplos para divulgar varias realizaciones, las cuales incluyen el mejor modo, para permitir que cualquier persona especializada en la técnica ponga en práctica estas realizaciones, incluyendo elaborando y utilizando cualquier dispositivo o sistema y llevando a cabo cualquier método incorporado. El alcance patentable se define mediante las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se le ocurran a aquellos especializados en la técnica. Estos otros ejemplos están previstos para estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias considerables de los lenguajes literales de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método (200) de unión de estructuras de compuesto, dicho método que comprende:

posicionar (202) una segunda estructura (104) en un sitio de unión (110) de una primera estructura (102);

acoplar (204) una primera bolsa de vacío (106) a la primera estructura de forma que la primera bolsa de vacío cubra el sitio de unión;

aplicar (206) un vacío a la primera bolsa de vacío para inducir una primera fuerza mecánica (F1) a la segunda estructura a través de la primera bolsa de vacío;

acoplar (208) una segunda bolsa de vacío (108) a la primera estructura de forma que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura y al menos una parte de la primera bolsa de vacío; y

aplicar (210) un vacío a la segunda bolsa de vacío para inducir una segunda fuerza mecánica (F2) en la segunda estructura a través de la segunda bolsa de vacío; y

ventilar (212) al menos parcialmente la primera bolsa de vacío (106) para eliminar al menos una parte de la primera fuerza mecánica (F1) sobre la segunda estructura (104), y mantener (214) el vacío de la segunda bolsa de vacío (108) tras ventilar (212) al menos parcialmente la primera bolsa de vacío (106) para mantener la segunda fuerza mecánica (F2) sobre la segunda estructura (104).

2. El método (200) de conformidad con la reivindicación 1, donde al menos parcialmente ventilar (212) la primera bolsa de vacío (106) comprende al menos parcialmente ventilar la primera bolsa de vacío después de aplicar (210) el vacío a la segunda bolsa de vacío (108).

3. El método (200) de conformidad con las reivindicaciones 1-2, donde la ventilación (212) al menos parcial de la primera bolsa de vacío (106) comprende la exposición de la segunda estructura (104) a la presión atmosférica.

4. El método (200) de conformidad con las reivindicaciones 1-3, donde el mantener (214) el vacío sobre la segunda bolsa de vacío (108) para mantener la segunda fuerza mecánica (F2) comprende mantener el vacío sobre la segunda bolsa de vacío (108) para mantener una fuerza de compactación sobre la primera bolsa de vacío (106) y sobre la segunda estructura (104), y en el que ventilar al menos parcialmente (212) la primera bolsa de vacío comprende exponer la segunda estructura a la presión atmosférica para facilitar la eliminación de una pluralidad de compuestos orgánicos volátiles de la segunda estructura.

5. El método (200) de conformidad con las reivindicaciones 1-4, donde el acoplamiento (204) de la primera bolsa de vacío (106) a la primera estructura (102) comprende el sellado de la primera bolsa de vacío a la primera estructura con un primer mecanismo de sellado (114), y en el que el acoplamiento (208) de la segunda bolsa de vacío (108) a la primera estructura (102) comprende el sellado de la segunda bolsa de vacío a la primera estructura con un segundo mecanismo de sellado (124).

6. El método (200) de conformidad con las reivindicaciones 1-5, donde el acoplamiento (208) de la segunda bolsa de vacío (108) para cubrir al menos una parte de la primera bolsa de vacío (106) comprende el acoplamiento de la segunda bolsa de vacío a la primera bolsa de vacío de forma que una primera sonda (116) de la primera bolsa de vacío quede descubierta por la segunda bolsa de vacío.

7. El método (200) de conformidad con las reivindicaciones 1-6, que comprende además la colocación de una manta calefactora (128) entre la primera bolsa de vacío (106) y la segunda estructura (104).

8. Un sistema de unión de estructuras de compuesto (100) que comprende:

una primera estructura (102) que comprende un sitio de unión (110);

una segunda estructura (104) configurada para acoplarse a dicha primera estructura en dicho sitio de unión;

una primera bolsa de vacío (106) acoplada a dicha primera estructura, en la que dicha primera bolsa de vacío está configurada para aplicar una primera fuerza mecánica (F1) a dicha segunda estructura cuando se aplica un vacío a la primera bolsa de vacío; y

una segunda bolsa de vacío (108) acoplada a dicha primera estructura de forma que la segunda bolsa de vacío cubra la segunda estructura, en la que dicha segunda bolsa de vacío está configurada para aplicar una segunda fuerza mecánica (F2) a dicha segunda estructura cuando se aplica un vacío a la segunda bolsa de vacío;

en la que dicha segunda bolsa de vacío (108) está configurada para mantener la segunda fuerza mecánica (F2) sobre dicha segunda estructura (104) y dicha primera bolsa de vacío (106) después de que dicha primera bolsa de vacío se ventile al menos parcialmente a la atmósfera.

9. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con la reivindicación 8, donde dicha segunda bolsa de vacío (108) está configurada para entrar en contacto con dicha primera bolsa de vacío (106) en toda una zona de dicha segunda estructura (104), de forma que la segunda fuerza mecánica (F2) se aplica a dicha primera bolsa de vacío y a dicha segunda estructura.

10. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con las reivindicaciones 8-9, donde dicha primera bolsa de vacío (106) define un primer volumen (112) entre dicha primera bolsa de vacío (106) y dicha primera estructura (102), en el que dicha segunda estructura (104) se posiciona dentro de dicho primer volumen.

11. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con la reivindicación 10, que comprende además una primera sonda (116) acoplada a dicha primera bolsa de vacío (106), en la que dicha primera sonda acopla selectivamente dicho primer volumen (112) en comunicación de flujo con una fuente de vacío (118).

12. El sistema de unión de estructuras de compuestos (100) de conformidad con la reivindicación 11, donde dicha segunda bolsa de vacío (108) define un segundo volumen (122) entre dicha segunda bolsa de vacío, dicha primera estructura (102) y dicha primera bolsa de vacío (106), en el que dicha segunda estructura (104) se coloca fuera de dicho segundo volumen entre dicha primera bolsa de vacío y dicha primera estructura.

13. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con la reivindicación 12, donde dicha primera sonda (116) se sitúa fuera de dicho segundo volumen (122) cuando dicha segunda bolsa de vacío (108) se acopla a dicha primera bolsa de vacío (106).

14. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con la reivindicación 12 o 13, que comprende además una segunda sonda (126) acoplada a dicha segunda bolsa de vacío (108), en la que dicha segunda sonda acopla selectivamente dicho segundo volumen (122) en comunicación de flujo con una fuente de vacío (118).

15. El sistema de unión de estructuras de compuesto (100) de conformidad con la reivindicación 14, donde la segunda sonda (126) pasa a través de una abertura de la segunda bolsa de vacío (108) y acopla selectivamente dicho segundo volumen (122) en comunicación de flujo con dicha fuente de vacío (118) a través de una manguera (120).