PT2452807E - Método para minimizar a distorção da fibra durante o fabrico de uma secção de tubo compósita de uma peça - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "Método para minimizar a distorção da fibra durante o fabrico de uma secção de tubo compósita de uma peça"

CAMPO TÉCNICO

Esta descrição refere-se em geral ao fabrico de grandes estruturas compósitas e, mais em particular, ao fabrico de grandes secções de tubo compósitas para fuselagens de aeronaves e outras estruturas.

ANTECEDENTES

As vantagens de desempenho estruturais dos compósitos, tais como materiais de fibra de carbono/epóxi e grafite/bismaleimida (BMI), são amplamente conhecidas na indústria aeroespacial. Os projectistas de aeronaves sentiram-se atraídos pelos compósitos devido à sua dureza superior, elevada resistência, peso ligeiro e capacidades de absorver radares, por exemplo. Dado que materiais mais avançados e uma variedade mais ampla de formas de material se tornaram disponíveis, a utilização aeroespacial de compósitos tem aumentado, proporcionando um desempenho melhorado da aeronave e economia de combustível. A tecnologia da camada de fita automática desenvolveu-se para se tornar num processo automatizado amplamente utilizado para fabrico de grandes estruturas compósitas tais como painéis de asa e empenagem. A tecnologia de camada de fita presente tem melhorado para oferecer flexibilidade nas capacidades de processo necessárias para uma ampla variedade de componentes aeroespaciais. Dado que as aplicações de assentamento de fita da indústria aeroespacial conseguem velocidades de assentamento de material, por exemplo, que podem ajudar a controlar o custo de fabrico de grandes estruturas compósitas, podem ser definidas aplicações novas e inovadoras para camadas de fita, tais como o assentamento de fita automático de grandes secções de fuselagem de aeronaves.

As máquinas de assentamento de fita automáticas são tipicamente máquinas do estilo pórtico que podem ter, por exemplo, dez eixos de movimento com movimento em 5 eixos no pórtico e movimento em 5 eixos na cabeça de distribuição. Uma camada de fita automática típica consiste numa estrutura de pórtico (calhas paralelas), uma barra de alimentação transversal que se move em caminhos de chão com precisão, uma barra de impacto que levanta e baixa a cabeça de distribuição de material, e a cabeça de distribuição de material que está fixa à extremidade inferior da barra de impacto. As camadas de fita comercial são em geral especificamente configuradas para assentamento de aplicações de laminado plano ou ligeiramente contornado ao utilizar quer máquinas de assentamento de fita em plano (FTLM) quer máquinas de assentamento de fita de contorno (CTLM) . Numa camada de fita de estilo pórtico, a ferramenta (ou uma mesa plana) é comummente rolada por baixo da estrutura de pórtico, segura ao chão, e a cabeça de distribuição de máquina é então iniciada para assentar a superfície.

Na procura de automatizar a colocação de materiais compósitos a uma elevada velocidade e de tornar a utilização dos compósitos económica em comparação com os métodos convencionais de fabrico de fuselagem, têm sido feitos esforços focados no envolver do material de fibra compósito em torno de um mandril macho, também referido como "ferramenta". Os processos e equipamento de colocação de material compósito de fibra dos dias de hoje têm tipicamente utilizado mandris macho, envolvendo camadas de fita na superfície do lado de fora da ferramenta.

Depois dos materiais compósitos terem sido colocados sobre a superfície exterior do mandril, os materiais compósitos são envolvidos para formar um saco que irá ser evacuado. Os materiais compósitos têm então de ser curados ao aplicar calor e pressão. 0 processamento ou fabrico destes materiais é tipicamente conduzido num autoclave, permitindo a aplicação simultânea de calor e pressão.

Durante a cura, as peças compósitas reduzem em espessura ou desincham em comparação com o seu estado não curado assente. Quando um vácuo for aplicado a um laminado disposto à volta de um mandril, o volume pode ser reduzido, tornando a estrutura compósita mais fina e mais densa. As camadas externas, dimensionadas para a circunferência pré-desinchada, são repentinamente demasiado compridas e distorcem ou dobram dado que são comprimidas e forçadas para se reposicionar num volume mais pequeno. Este processo de desinchar, embora faça uma secção cilíndrica ou conformada em tubo, tem uma propensão para produzir distorção da fibra fora do plano, i. e., ondas de fibra ou pregas de fibra. Estas ondas ou pregas podem interferir com a montagem final.

Existe uma necessidade de uma solução técnica que venha a minimizar a distorção da fibra fora do plano durante o fabrico de uma secção de fuselagem de uma peça ao utilizar materiais compósitos. A GB 1038883 A refere-se a um método e aparelho para o fabrico contínuo de tubos de material plástico reforçado, tal como uma combinação de uma resina de endurecimento térmico e reforços fibrosos adequados. O presente invento é especificado nas reivindicações independentes com algumas características opcionais especificadas nas reivindicações dependentes das mesmas.

SUMÁRIO

As concretizações descritas dirigem-se aos métodos para fabricar uma secção de tubo compósita de uma peça que minimize a distorção da fibra fora do plano. Isto é conseguido ao fabricar um mandril ranhurado que tenha um coeficiente de expansão térmica no sentido em modo de arco (i.e., circunferencial) que seja maior do que aquele da montagem de camadas compósitas assente. Em resultado deste diferencial nos coeficientes de expansão térmica no sentido em modo de arco, a montagem de camadas compósitas assente é esticada circunferencialmente à medida que o mandril se expande radialmente durante a cura, eliminando ou reduzindo deste modo a distorção da fibra fora do plano. Ao mesmo tempo, o mandril e a peça a ser fabricada podem ter coeficientes de expansão térmica na direção do comprimento que são aproximadamente iguais. Dado que a superfície exterior do mandril aumenta em circunferência, as fibras de reforço orientadas de modo circunferencial de uma ou mais camadas (e.g., as camadas mais internas) são esticadas enquanto as fibras de reforço orientadas de modo circunferencial das camadas mais exteriores são esticadas menos, se é que são de todo. 0 mandril e a montagem de camadas compósitas assente são concebidos de tal modo que, durante a expansão térmica, as fibras de reforço nas camadas mais externas não reduzam em circunferência e, assim, não formem ondas ou pregas.

Um aspecto é um método para fabricar uma secção de tubo compósita de uma peça que compreende os passos que se seguem: (a) assentar uma montagem de camadas compósitas à volta de um mandril que tenha um coeficiente de expansão térmica num sentido em modo de arco que seja maior do que o coeficiente de expansão térmica da montagem de camadas compósitas no sentido em modo de arco; e (b) elevar a temperatura e pressão dentro de um volume que envolve a montagem de camadas compósitas, sendo o aumento de temperatura suficiente para fazer com que a circunferência do mandril expanda e estique uma ou mais camadas da montagem de camadas compósitas.

Um outro aspecto é um método para fabricar uma secção de tubo compósita de uma peça que compreende os passos que se seguem: (a) assentar uma pluralidade de camadas de um material compósito à volta de um mandril para formar uma montagem de camadas compósitas, compreendendo cada camada fibras de reforço e material polimérico, tendo o mandril um coeficiente de expansão térmica num sentido em modo de arco que é maior do que o coeficiente de expansão térmica da montagem de camadas compósitas no sentido em modo de arco; e (b) elevar a temperatura e pressão dentro de um volume que envolve a montagem de camadas compósitas, sendo o aumento de temperatura suficiente para fazer com que a circunferência do mandril se expanda, que por sua vez faz com que o comprimento das fibras de reforço numa ou mais camadas da montagem de camadas compósitas aumente.

Um outro aspecto é um mandril para fabricar uma secção de tubo compósita de uma peça, compreendendo um corpo que tem um eixo na direção do comprimento e uma superfície circunferencial externa, tendo o corpo um coeficiente de expansão térmica numa direção paralela ao eixo na direção do comprimento que é mais pequeno do que o seu coeficiente de expansão térmica num sentido em modo de arco.

Ainda um outro aspeto é um avião que compreende uma secção de fuselagem feita de material compósito por um método que compreende os passos que se seguem: (a) assentar uma montagem de camadas compósitas à volta de um mandril que tem um coeficiente de expansão térmica num sentido em modo de arco que é maior do que o coeficiente de expansão térmica da montagem de camadas compósitas no sentido em modo de arco; e (b) levantar a temperatura e pressão dentro de um volume que envolve a montagem de camadas compósitas, sendo o aumento de temperatura suficiente para fazer com que a circunferência do mandril se expanda e estique uma ou mais camadas da montagem de camadas compósitas.

Os outros aspetos estão descritos e reivindicados abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIG. 1 é uma ilustração que mostra uma vista isométrica parcialmente escondida de uma aeronave que tem uma fuselagem que inclui uma pluralidade de secções de tubo fabricadas em conformidade com uma concretização; a FIG. 2 é uma ilustração que mostra uma vista isométrica de uma porção de uma secção de tubo de fuselagem montada em conformidade com uma concretização; a FIG. 3 é uma ilustração que mostra uma vista isométrica de uma estação de assentamento de película configurada em conformidade com uma concretização; as FIGS. 4-6 são ilustrações que mostram respectivas vistas de extremidade em secção transversal das etapas num método para ligar um endurecedor de compósito a um laminado compósito em conformidade com uma concretização; a FIG. 7 é uma ilustração que mostra um sistema de coordenadas no qual o eixo Z é normal à superfície circunferencial de um mandril; a FIG. 8 é uma ilustração que mostra a contribuição da componente de direção Z para o coeficiente de expansão térmica em modo de arco num mandril ranhurado feito de material compósito, e.g., tecido e epóxi de reforço; a FIG. 9 é uma ilustração que mostra uma porção de um mandril geralmente cilíndrico que tem ranhuras longitudinais de uma forma geralmente trapezoidal; a FIG. 10 é uma ilustração que mostra uma porção de um mandril que tem ranhuras semi-circulares; a FIG. 11 é uma ilustração que mostra uma porção de um mandril que tem ranhuras conformadas em V; a FIG. 12 é uma ilustração que mostra uma vista de extremidade em secção transversal de uma porção de um mandril geralmente cilíndrico que compreende segmentos em conformidade com uma outra concretização; a FIG. 13 é uma ilustração que mostra uma vista de extremidade em secção transversal de uma porção de um mandril geralmente cilíndrico que compreende segmentos separados por blocos de suporte em conformidade com uma outra concretização; a FIG. 14 é uma ilustração que mostra uma porção da FIG. 12 numa escala aumentada; a FIG. 15 é uma ilustração que mostra uma porção da FIG. 13 numa escala aumentada; as FIGS. 16 e 17 são ilustrações que mostram uma vista de extremidade em secção transversal de uma porção de um mandril expansível nos estados não expandido e expandido, respetivamente; num aspeto que não faz parte do presente invento; a FIG. 18 (que não faz parte do presente invento) é uma ilustração que mostra uma porção da FIG. 17 numa escala aumentada; a FIG. 19 é uma ilustração que mostra uma vista de extremidade em secção transversal de uma etapa no método para ligar um endurecedor de compósito a um laminado compósito em conformidade com uma concretização. A etapa ilustrada é depois da cura e do arrefecimento.

Vai agora ser feita referência aos desenhos nos quais elementos similares em desenhos diferentes suportam os mesmos números de referência.

DESCRIÇÃO DETALHADA 0 método aqui descrito é especialmente adequado para fabricar secções de uma fuselagem de avião que utiliza material compósito, mas não está limitado a essa aplicação. Em geral, o método pode ser utilizado para fazer secções conformadas em tubo de uma fuselagem, invólucro de foguete, casco, armação ou outro corpo. Além do mais, no exemplo particular descrito abaixo, a secção de fuselagem é feita de material de fibra de carbono/epóxi. No entanto, podem ser utilizados outros materiais compósitos, tais como (mas não estando limitados) material de grafite/BMI. A descrição que se segue descreve secções de tubo compósitas para fuselagens de aeronave e outras estruturas e métodos e sistemas para fabricar tais secções de tubo. Ao longo desta descrição, o termo secção de tubo é utilizado por conveniência para referir-se em geral a uma estrutura de invólucro envolvida que se prolonga 360 graus em torno de um eixo. Tais estruturas podem incluir, por exemplo, invólucros cilíndricos que têm formas de secção transversal circular, oval, elíptica, conformada em ovo e outras formas simétricas e/ou assimétricas. Tais estruturas podem ainda incluir invólucros envolvidos não cilíndricas. Certos detalhes são especificados na descrição que se segue para proporcionar um entendimento inteiro das várias concretizações. Outros detalhes que descrevem estruturas e sistemas bem conhecidos muitas vezes associados a técnicas de fabrico de estruturas e compósitos de aeronaves não são especificados na descrição que se segue para evitar o obscurecer desnecessário da descrição das várias concretizações.

Muitos dos detalhes, dimensões, ângulos e outras caracteristicas mostradas nos desenhos são meramente ilustrativos de concretizações particulares. Em conformidade, outras concretizações podem ter outros detalhes, dimensões, ângulos e caracteristicas. Em adição, podem ser colocadas em prática outras concretizações sem vários dos detalhes descritos abaixo. A FIG. 1 é uma vista isométrica parcialmente escondida de uma aeronave 100 que tem uma fuselagem 102 que inclui uma pluralidade de secções de tubo 110 configuradas em conformidade com uma concretização. Num aspeto desta concretização descrita em maior detalhe abaixo, cada uma das secções de tubo 110 pode ser individualmente fabricada como uma secção de uma peça a partir de materiais compósitos, tais como (mas não estando limitado) os materiais de fibra de carbono/epóxi e grafite/BMI. Depois do fabrico, as secções de tubo 110 podem ser unidas em conjunto por ligação adesiva e/ou prisão mecânica ao longo das uniões circunferenciais 112 para formar a fuselagem 102. A fuselagem 102 pode incluir uma cabine de passageiros 104 configurada para reter uma pluralidade de assentos de passageiro 106. De modo alternativo, os assentos de passageiro 106 podem ser omitidos e o espaço de cabine pode ser utilizado para outras finalidades, tais como transporte de carga. A FIG. 2 mostra uma vista isométrica interior de uma porção montada de uma das secções de tubo 110 vista na FIG. 1, fabricada em conformidade com uma concretização. Cada secção de tubo 110 pode compreender uma pluralidade de endurecedores 4 (identificados individualmente como endurecedores 4a-4d na FIG. 2) fixos a uma película 2. A película 2 e os endurecedores 4 são feitos de material compósito, e.g., fibras de reforço numa matriz polimérica. Cada um dos endurecedores 4 pode incluir uma porção levantada 8 que se projeta para fora a partir da película 2 e um par de abas 38 (identificadas individualmente como abas 38a e 38b na FIG. 2) que se prolongam em sentidos opostos e tendo uma largura variável. As abas 38a e 38b dos endurecedores 4 podem ser levadas a coincidir diretamente com a película 2. Na concretização ilustrada, os endurecedores 4 têm secções transversais conformadas em chapéu. Em outras concretizações, no entanto, os endurecedores podem ter outras formas de secção transversal.

Numa concretização descrita em maior detalhe abaixo, a película 2 e os endurecedores 4 são feitos de material compósito de fibra de carbono/epóxi. Os endurecedores 4 podem ser ligados à película 2. Por exemplo, os endurecedores 4 podem ser ligados à película 2 durante um processo de co-cura no qual os endurecedores 4 e a película 2 são co-curados a temperatura e pressão elevadas. Numa outra concretização, os endurecedores 4 podem ser pré-curados e ligados de modo adesivo à película 2 quando expostos a temperatura e pressão elevadas.

Cada um dos endurecedores 4 pode estar posicionado na película 2 de modo que as porções largas das abas 38a e 38b dos endurecedores 4 fiquem alinhadas mutuamente com bordos de encosto ou quase de encosto. Quando as abas 38a e 38b estão alinhadas da maneira anterior, as suas porções largas podem formar uma pluralidade de pelo menos superficies de suporte aproximadamente continuas que se prolongam entre as porções levantadas 8 dos endurecedores 4.

Cada secção de tubo 110 pode ainda compreender uma pluralidade de membros de suporte ou armações 6 (individualmente identificadas como uma primeira armação 6a e uma segunda armação 6b na FIG. 2) . Na concretização ilustrada, as armações 6a e 6b são armações de duas peças que incluem uma primeira secção de armação 56a e 56b, respetivamente, e uma segunda secção de armação 58a e 58b, respetivamente. Nesta concretização, cada segunda secção de armação 58b tem uma secção transversal conformada em C. Em outras concretizações, a segunda secção de armação pode ter outras formas de secção transversal, tal como uma secção transversal conformada em L. Em ainda outras concretizações, as armações 6 podem ser omitidas ou, de modo alternativo, a secção de tubo 110 pode incluir outras armações compostas por mais ou menos secções de armação. Cada primeira secção de armação inclui uma porção de base e uma porção na vertical que se projeta para fora da porção de base. A porção de pé pode incluir uma pluralidade de aberturas, e.g., "orifícios de rato", através das quais as porções levantadas 8 dos endurecedores 4 se prolongam.

Em conformidade com uma concretização, as primeiras secções de armação 56a e 56b podem ser fixas à secção de tubo 110 primeiro e depois as segundas secções de armação 58a e 58b podem ser fixas às primeiras secções de armação. Quando se fixam as primeiras secções de armação à secção de tubo 110, a porção de base da primeira secção de armação é levada a coincidir com as abas dos endurecedores 4 sem serem levadas a coincidir com a película 2. Quer dizer, as superfícies de coincidência da porção de base da primeira secção de armação entram em contacto com as superfícies de suporte formadas pelas abas, mas não entram em contacto com a película 2. Desta maneira, as abas endurecedoras são ensanduichadas efectivamente entre as primeiras secções de armação e a película 2. Numa concretização, as primeiras secções de armação 56a e 56b podem ser presas à secção de tubo 110 com uma série de prendedores adequados. Numa outra concretização, a porção de base das primeiras secções de armação 56a e 56b pode ser ligada de modo adesivo directamente às abas 54. Depois de cada primeira secção de armação ter sido fixa à secção de tubo 110, uma respectiva segunda secção de armação pode ser fixa àquela primeira secção de armação. Numa concretização, a segunda secção de armação pode ser presa à porção na vertical da primeira secção de armação com uma série de prendedores adequados. Numa outra concretização, a segunda secção de armação pode ser ligada de modo adesivo à porção na vertical da primeira secção de armação. Em outras concretizações, no entanto, as primeiras secções de armação podem ser fixas às segundas secções de armações primeiro, e depois as armações 6a e 6b podem ser fixas à secção de tubo 110 como uma unidade completa.

Em conformidade com ainda uma outra concretização, as abas dos endurecedores 4 podem ser pelo menos parcialmente omitidas. Nesta concretização, uma porção levantada pode ser formada na película 2 entre os endurecedores 4 com uma camada ou camadas adicionais de material. A porção levantada pode tomar o lugar das abas na formação da superfície de suporte com a qual as porções de base das primeiras secções de armação coincidem.

Podem ser utilizadas outras configurações de endurecedor tais como aquelas descritas no Pedido de Patente U.S. número de série 10/851 381, apresentado em 20 de Maio de 2004 e incorporado aqui na sua totalidade por referência (ver, e.g., as Figuras 3A, 3B, 4A e 4B nesse pedido). A Figura 6 no Pedido de Patente U.S. acima mencionado número de série 10/851 381 mostra um sistema de fabrico de secção de tubo disposto num piso de fábrica. Um tal sistema de fabrico de secção de tubo pode ser utilizado para fabricar secções de tubo em conformidade com várias concretizações aqui descritas. Esse sistema de fabrico de secção de tubo inclui uma disposição em série de estações de fabrico configuradas para fabricar as secções de tubo de fuselagem descritas acima com referência às FIGS. 1 e 2. Numa visão geral, um fabrico de secção de tubo começa numa estação de carregamento de endurecedor antes de mover-se para uma estação de assentamento de película. Depois da laminagem de película, a secção de tubo move-se para uma estação de vácuo para ensacar a vácuo, antes de se mover para uma estação de cura. A partir dali, a secção de tubo move-se sucessivamente para uma estação de inspeção, uma estação de aparar e uma estação de montagem. A disposição anterior das estações de fabrico não é mais do que uma disposição que pode ser utilizada para fabricar as secções de tubo de fuselagem descritas aqui. Em outras concretizações, outras disposições de fabrico e/ou outros tipos de estações de fabrico podem ser utilizadas em vez de ou em adição a uma ou mais das estações de fabrico mencionadas no parágrafo anterior. Por exemplo, em conformidade com uma variação, uma ou mais das estações de fabrico podem ser posicionadas numa disposição paralela em vez de ser numa disposição do tipo série. Em conformidade com uma outra variação, duas ou mais das estações de fabrico podem ser combinadas para formar uma única estação.

No sistema de fabrico de secção de tubo atrás mencionado (descrito totalmente no Pedido de Patente U.S. número de série 10/851 381), a estação de carregamento de endurecedor tem duas etapas pelas quais uma pluralidade de endurecedores são carregados em cima de uma montagem de ferramenta de secção de tubo. A última pode compreender um acessório de fixação de ferramenta rotativo configurado para suportar uma pluralidade de segmentos de ferramenta numa disposição cilíndrica. Em conformidade com algumas concretizações, os segmentos de ferramenta podem ser feitos a partir de material compósito de fibra de carbono/resina. Cada um dos segmentos de ferramenta pode incluir uma pluralidade de ranhuras de endurecedor 34 (ver a FIG. 4 aqui) configuradas para receberem de modo individual um endurecedor correspondente 4 na forma de uma longarina de reforço conformada em chapéu do tipo mostrado na FIG. 2. Fazendo ainda referência à FIG. 4, cada um dos endurecedores 4 é invertido na ranhura de endurecedor correspondente 34, de modo que as abas de endurecedor 38a e 38b se encontrem nos recessos correspondentes formados no segmento de ferramenta adjacente à ranhura de endurecedor 34.

Em conformidade com uma concretização, os endurecedores podem não ser curados quando colocados nas ranhuras de endurecedor. Na condição não curada, os endurecedores são relativamente frágeis. Em resultado disso, podem ser necessárias ferramentas adequadas para, pelo menos temporariamente, manter os endurecedores em posição contra os segmentos de ferramenta depois da instalação nas ranhuras de endurecedor. Em outras concretizações, os endurecedores podem ser pelo menos parcialmente curados, caso no qual menos ferramentas ou ferramentas diferentes podem ser necessárias para manter os endurecedores em posição.

Uma vez que os segmentos de ferramenta estejam totalmente carregados com os endurecedores, os segmentos de ferramenta são carregados em cima do acessório de ferramenta rotativo, formando deste modo um mandril rotativo. Para impedir que os endurecedores caiam para fora das ranhuras de endurecedor durante a rotação, uma camada mais interna do tecido compósito pode ser enrolada à volta dos segmentos de ferramenta para manter os endurecedores em posição. Em outras concretizações, a camada mais interna pode ser omitida e os endurecedores podem ser mantidos em posição por outros meios, incluindo grampos de ferramenta ou outras caracteristicas locais. É mostrada na FIG. 3 uma estação de assentamento de película em conformidade com uma concretização. Depois da camada mais interna 22 ter sido totalmente instalada, uma estrutura de suporte de ferramenta 16 transporta o acessório de ferramenta rotativo (daqui para a frente "mandril") 14 para a estação de assentamento de película 12 através de um par de pistas de chão 20. O mandril 14 é suportado de modo a rodar na estrutura de suporte de ferramenta 16 por meio de uma pluralidade de rolos 18, sendo apenas um deles mostrado na FIG. 3. De modo alternativo, pode ser utilizado um fuso central para suportar e rodar o mandril 14 no lugar dos rolos externos 18. Numa outra concretização, os segmentos individuais de ferramenta podem ser omitidos e, em vez do mandril 14, podem incluir uma superfície cilíndrica completa configurada para reter os endurecedores.

Num aspeto desta concretização, a estação de assentamento 12 inclui uma máquina de colocação de fibra 24 (mostrada esquematicamente) suportada de modo móvel numa viga de pista 26. Uma viga de pista 26 pode ser parte de uma plataforma de trabalho 32 posicionada adjacente ao mandril 14 quando o mandril for estacionado na estação de assentamento 12. Embora não ilustrada em detalhe na FIG. 3 para fins de clareza, a máquina de colocação de fibra 24 pode incluir uma ou mais cabeças de retorno configuradas para colimar múltiplas fileiras de fibra 28. Em adição, a máquina de colocação de fibra 24 pode incluir adicionalmente suporte físico de apoio (tais como cestas de material, rolos de compactação, etc.) tipicamente utilizado com múltiplos eixos, máquinas de colocação montadas em pórtico para distribuir, apertar, cortar e reiniciar fileiras de fibra e/ou outros materiais compósitos tais como tecido, fitas, filamentos individuais e outros materiais compósitos unidirecionais e multidirecionais pré-impregnados e não pré-impregnados e suas combinações.

Em operação, a máquina de colocação de fibra 24 move-se para trás e para a frente ao longo de uma viga de pista 26, laminando as fileiras de fibra colimadas 28 sobre a camada mais interna 22 à medida que o mandril 14 roda em torno do eixo longitudinal A. A máquina de colocação de fibra 24 pode incluir um ou mais rolos ou outros dispositivos adequados (não mostrados) para manter a camada mais interna 22 no lugar durante a aplicação das fileiras de fibra 28 para evitar a formação de pregas da camada mais interna 22. A máquina de colocação de fibra 24 pode aplicar múltiplas camadas em vários padrões. Por exemplo, numa concretização, a máquina de colocação de fibra 24 pode assentar camadas numa inclinação de -45/0/+45 graus para proporcionar propriedades estruturais desejadas. Em outras concretizações, outros padrões de camada e/ou outras orientações podem ser utilizadas para proporcionar outras propriedades estruturais. Em adição, os assentamentos à mão de camadas de tecido pré-impregnadas também podem ser aplicados sobre e entre camadas de fileira para proporcionar resistência adicional à volta dos recortes e outras caracteristicas localizadas. Da maneira anterior, as fileiras de fibra 28 em conjunto com a camada mais interna 22 formam uma película ou laminado 30 cilíndrica contínua que se prolonga à volta da pluralidade de endurecedores.

Na concretização acima descrita, a máquina de colocação de fibra 24 aplica fileiras de fibra (e.g., fileiras de fibra de carbono pré-impregnadas com uma resina de epóxi termoendurecida) ao laminado 30. Tais fileiras de fibra podem ter larguras de cerca de 0,06 polegada (0,2 cm) a cerca de 0,50 polegada (1,3 cm) (e.g., cerca de 0,38 polegada (1 cm)) depois do achatamento por um rolo de compactação. Em outras concretizações, a máquina de colocação de fibra pode aplicar outros tipos de fileiras, e.g., fileiras de fibra de vidro, fileiras de fibra de grafite e/ou fileiras que incluem outros tipos de fibras de aramida e resinas.

Numa outra concretização, a máquina de colocação de fibra 24 pode aplicar fita de fibra e/ou fita de fibra cortada ao laminado 30 à medida que o mandril 14 roda. A fita de fibra pode incluir uma pluralidade de fibras unidirecionais, tais como fibras de carbono. As fibras podem ser intertecidas com outro material numa fita de tecido e/ou as fibras podem ser mantidas em conjunto por um papel de apoio que é removido antes da aplicação.

Numa outra concretização, a máquina de colocação de fibra 24 pode aplicar filamentos individuais ao laminado 30 num processo de enrolamento de filamento. Em ainda uma outra concretização, a máquina de colocação de fibra 24 pode aplicar várias combinações dos materiais compósitos anteriores, assim como folhas de tecido compósitas, ao laminado 30. A camada final do material aplicado ao laminado 30 pode incluir um tecido de arame tecido que proporciona tanto capacidade de suporte de carga estrutural como proteção de relâmpagos. Nas concretizações anteriores, o mandril 14 roda em torno do eixo longitudinal L à medida que a máquina de colocação de fibra 24 aplica material. Em outras concretizações, no entanto, o mandril 14 pode ser fixo de modo a rodar e a máquina de colocação de fibra 24 pode ser movida à volta do lado de fora do mandril 14 para aplicar material. Depois da camada final de material ter sido aplicada, a estrutura de suporte de ferramenta 16 transporta o mandril 14 desde a estação de assentamento 12 até à estação de vácuo através das pistas 20.

Em conformidade com uma concretização, a estação de vácuo (não mostrada nos desenhos) compreende suportes de almofada de pressão opostos posicionados de modo móvel em lados opostos das pistas. Cada um dos suportes de almofada de pressão suporta uma almofada de pressão correspondente. Em operação, os suportes de almofada de pressão movem-se para dentro na direção do mandril para posicionar as almofadas de pressão correspondentes à volta do laminado numa configuração em invólucro de concha. Numa concretização, as almofadas de pressão podem incluir almofadas de pressão conformáveis e/ou folhas de revestimento (artigo 46 na FIG. 6) configuradas para aplicar pressão regular ao laminado durante a cura subsequente para produzir uma superfície exterior relativamente lisa. Uma vez que as almofadas de pressão tenham sido instaladas no laminado, os suportes de almofada de pressão são retraídos e um saco de vácuo (artigos 48 na FIG. 6) pode ser instalado à volta das almofadas de pressão e do laminado. Depois do saco de vácuo 48 ter sido evacuado, o mandril é descolado da estrutura de suporte de ferramenta e movido para a estação de cura (não mostrada nos desenhos) através de uma viga em pórtico por cima. Em outras concretizações, o saco de vácuo pode ser omitido e o laminado pode ser co-curado sem evacuação anterior.

Em conformidade com uma concretização, a viga em pórtico prolonga-se a partir da estação de vácuo para um autoclave (não mostrado nos desenhos) posicionado na estação de cura. Uma primeira porta do autoclave pode ser retraída para permitir que o mandril seja movido para o autoclave na viga em pórtico. Uma vez que o mandril esteja posicionado totalmente dentro do autoclave, a primeira porta é fechada e depois a temperatura dentro do autoclave é elevada para co-curar o laminado e os endurecedores. Numa concretização, o autoclave pode co-curar o laminado e os endurecedores ao utilizar um ciclo de cura padrão de 350°F (176,6 C) . Em outras concretizações, outros ciclos de cura podem ser utilizados dependendo de vários fatores tais como a composição do material, espessura, etc. Uma vez que as peças tenham arrefecido, é retraída uma segunda porta do autoclave e o mandril é movido para fora do autoclave e para a estação de inspeção através da viga em pórtico. Em outras concretizações, a estação de cura pode incluir outros sistemas para mover o mandril para dentro e para fora do autoclave. Tais sistemas podem incluir, por exemplo, um carrinho de autoclave, calhas com base no chão, etc.

Depois disso, o laminado pode ainda ser processado em estações de inspeção, aparamento e montagem final da mesma maneira que o descrito anteriormente no Pedido de Patente U.S. número de série 10/851 381, o qual é aqui incorporado na sua totalidade por referência (ver, e.g., as Figuras 10-13 nessa aplicação).

As FIGS. 4-6 são vistas de extremidade em secção transversal que ilustram várias etapas de um método para ligar um endurecedor 4 a um laminado 30 em conformidade com uma concretização. Fazendo referencia à FIG. 4, o endurecedor não curado 4 pode ser posicionado numa ranhura 34 formada numa folha de face 44 do mandril, folha de face essa que é feita de material compósito, e.g., material compósito de tecido de carbono/epóxi. A folha de face 44 irá ser formada com uma pluralidade de ranhuras espaçadas em intervalos angulares iguais em torno da circunferência do mandril e prolongando-se em direções geralmente segundo o comprimento, recebendo cada ranhura um respectivo endurecedor. Cada endurecedor pode ser um endurecedor em secção em chapéu (i.e., longarina de reforço em chapéu) do tipo previamente descrito com referência à FIG. 2.

Fazendo referência de novo à FIG. 4, depois do endurecedor 4 ser posicionado na ranhura 34, uma bolsa tubular flexível 40 que suporta uma porção de tecido 42 (ou fita, etc.) está posicionada dentro do endurecedor 4 e inflada com gás (e.g., azoto a 90 psi) , de modo que o tecido 42 entra em contacto com uma superfície interior 36 do endurecedor 4 entre as porções de flange opostas 38a e 38b.

Fazendo referência à FIG. 5, logo que a bolsa 40 e o tecido 42 estejam posicionados dentro do endurecedor 4, os materiais compósitos são laminados sobre a folha de face 44 do mandril de uma maneira descrita anteriormente para formar uma película 30 que entre em contacto com as porções de aba 38a, 38b e o tecido 42.

Fazendo referência à FIG. 6, uma almofada compressível ou folha de revestimento 46 encontra-se posicionada sobre a película 30. A seguir, um saco de vácuo 48 está posicionado em torno da folha de revestimento 46 e do mandril. O espaço entre o saco de vácuo 48 e a bolsa 40 é então evacuado para aplicar uma pressão regular contra as peças compósitas (i.e., endurecedor 4, película 30 e tecido 42) . As peças compósitas são então co-curadas a uma temperatura elevada enquanto estão sob vácuo. Depois da cura, a combinação de endurecedor/laminado é tirada do saco e separada do mandril.

Numa concretização do método descrito acima com referência às FIGS. 4-6, os endurecedores 4 podem ser fabricados ao assentar uma ou mais camadas de material diretamente em cima da folha de face 44 do mandril. Numa outra concretização, os endurecedores podem ser pré-curados, ou pelo menos parcialmente pré-curados, antes da colocação na folha de face de mandril. Quando os endurecedores pré-curados são utilizados, os mesmos podem ser ligados secundariamente à película 30 com um adesivo durante o processo de cura subsequente.

Uma característica do método anterior é que o tecido 42 serve como um duplicador interno que liga a superfície interna do endurecedor 4 a uma porção adjacente da película 30 entre as porções de flange opostas 38a, 38b. Uma vantagem desta caracterlst ica é que o tecido 42 reduz as tensões de descasque nas porções de aba 38a, 38b. Em resultado disso, existe menos tendência para o endurecedor 4 desligar da película 30 sob elevadas cargas de arco que podem ser encontradas em serviço.

Durante a cura, o assentamento de secção de tubo reduz em espessura ou desincha em comparação com o seu estado não curado assente. Este processo de desinchar, embora faça uma secção de tubo, tem uma propensão para produzir distorção da fibra fora do plano, e.g., ondas de fibra ou pregas de fibra, na película laminada. Tal ondulado ou pregueado de fibra não é aceitável em secções de tubo curadas e irá ser rejeitado como não estando em conformidade com a concepção e/ou as especificações quanto a forma, encaixe ou função.

Em conformidade com o conceito amplo das concretizações descritas, a distorção da fibra fora do plano numa secção de tubo compósita de uma peça é reduzida ao "fazer crescer" a ferramenta (mandril) durante o processo de cura até uma extensão maior do que a secção de tubo a ser curada. Isto é conseguido ao conceber num diferencial suficiente nos respectivos coeficientes de expansão térmica (CET) do mandril e assentamento de secção de tubo no sentido em modo de arco (CETarco) . Isto pode ser conseguido, por exemplo, ao fabricar um mandril feito de material compósito (e.g., tecido de carbono e epóxi) e tendo ranhuras longitudinais distribuídas em intervalos angulares (iguais ou desiguais) em torno da circunferência do mandril.

Os coeficientes de expansão térmica dentro do plano da folha de face 44 nas direções X e Y são representados pelas setas respetivamente etiquetadas por CETx e CETy na FIG. 7. O CETx e o CETy são mostrados para ilustrar a expansão térmica no plano e não se pretende que limitem a direção de expansão térmica no plano. O CETZ é o coeficiente de expansão térmica na direção Z e é normal à expansão térmica no plano CETX e CETy. No caso do material compósito cujas fibras de reforço assentam no plano X-Y, o CETZ é cerca de 10 vezes maior do que quer o CETx quer o CETy, uma vez que a expansão térmica no plano da resina é restringida pelas fibras de reforço, enquanto na direção Z não existe restrição similar. 0 CETZ é dominado por resina.

No caso de um mandril compósito ranhurado do tipo aqui descrito, no entanto, o coeficiente de expansão térmica CETarco no sentido em modo de arco, ao longo dos lados da ranhura, apanha um componente do coeficiente de expansão térmica na direção Z, tal como ilustrado na FIG. 8. A variação no número de ranhuras longitudinais distribuídas à volta da circunferência do mandril varia a quantidade de CETZ traduzido em CETarco.

Para a construção mostrada na FIG. 8, as camadas de tecido de carbono numa matriz de resina de epóxi curada são assentes sobre a superfície interior de um molde mestre que tem uma pluralidade de nervuras axiais para formar a folha de face 44 do mandril. Estas nervuras dentro do molde mestre formam as ranhuras 34 na folha de face 44. As fibras de carbono que se prolongam no sentido em modo de arco seguem o contorno da ranhura. Ao longo da parede angulada da ranhura 34, o coeficiente de expansão térmica na direção Z (i.e., normal à fibra de reforço) é indicado pelo vector CETZ. No mesmo ponto, o coeficiente de expansão térmica no sentido em modo de arco irá incluir a componente (cos ) CETem adição a qualquer expansão térmica no plano. A expansão térmica no plano pode ser ignorada porque é mais ou menos a mesma que a expansão térmica no plano do assentamento. Devido ao coeficiente de expansão térmica no sentido em modo de arco numa área ranhurada ter aumentado devido à componente de direção Z em comparação com o coeficiente de expansão térmica no sentido em modo de arco numa área não ranhurada, isto cria um diferencial nos coeficientes de expansão térmica no sentido em modo de arco para o mandril e sendo fabricada a peça conformada em tubo, sendo o último aproximadamente três vezes aquele.

Em resultado desta expansão térmica diferencial, as fibras na peça conformada em tubo assente são esticadas durante a cura, impedindo deste modo a distorção da fibra fora do plano nas camadas desse compósito durante o desinchar. 0 diferencial de CET no sentido em modo de arco força o assentamento de secção de tubo a "crescer" radialmente assim que o mandril se expandir durante a cura, esticando deste modo o assentamento de secção de tubo e eliminando a distorção da fibra devido ao desinchar. Mais em particular, em casos onde uma secção de tubo que tem uma pluralidade de longarinas de reforço em chapéu na direção do comprimento estiver a ser fabricada, é preferida uma concepção em que o mandril e a secção de tubo têm uma diferença moderada em CET no sentido em modo de arco e uma diferença insubstancial nos CET na direção do comprimento.

Uma concretização do mandril tem uma folha de face ranhurada 44, uma porção da qual é mostrada na FIG. 9. Neste exemplo, a folha de face 44 assume a forma de um cilindro oco com uma pluralidade de ranhuras espaçadas em intervalos angulares iguais ou desiguais em torno da circunferência do mandril e prolongando-se numa direção geralmente segundo o comprimento ou longitudinal para fabrico de secções de tubo cilíndricas. Cada ranhura 34 vista na FIG. 9 tem uma secção transversal geralmente trapezoidal. Em vez dos cantos aguçados, uma tal ranhura trapezoidal pode ter uma secção transversal que curva continuamente, inclinando para dentro a partir de ambos os lados num ângulo de aproximadamente 60 graus com uma transição arredondada para o fundo. Também são possíveis outras formas de secção transversal de ranhura, tais como a ranhura semi-circular 60 mostrada parcialmente na FIG. 10 ou a ranhura conformada em V 62 mostrada parcialmente na FIG. 11, para nomear algumas.

Em conformidade com uma implementação, a folha de face 44 é feita de um material compósito que compreende tecido de carbono numa matriz de epóxi. Pode ser utilizado outro material de modo singular ou em combinação para fabricar a folha de face 44. Tais outros materiais podem incluir alumínio, aço, latão, chumbo, cerâmicas, vidro, pedra, para nomear apenas alguns. Estes materiais também podem ser combinados com compósitos. Por exemplo, a folha de face 44 pode ser fabricada com as porções ranhuradas feitas de material compósito e as secções entre as ranhuras fabricadas a partir de um metal tal como aço. Combinar materiais de coeficientes de expansão térmica diferentes num mandril pode criar um CETarco suficiente sem assentar na geometria das ranhuras conformadas para aumentar o CETarco. As ranhuras junto com o aumento induzido pela ranhura no CETarco podem dispensar-se ou as ranhuras podem ser fabricadas de uma maneira em que o CETarco não seja significativamente aumentado, tal como ao fresar ou ao aparar, mostrado pelas ranhuras 34 na FIG. 12.

Fazendo de novo referência à FIG. 5, em conformidade com um método de fabrico, o laminado compósito 30, que também compreende material compósito, é assente sobre ou envolvido à volta da montagem que compreende uma folha de face de mandril 44 com ranhuras 34 ocupadas por endurecedores 4 e bolsas 40. Durante a cura num autoclave, a folha de face de mandril 44 expande-se radialmente para fora, o que faz com que pelo menos as camadas mais internas do laminado 30 ali assentes estiquem num sentido em modo de arco (i.e., circunferencial). O mandril e o laminado são concebidos de modo que, quando as camadas mais internas são esticadas, a circunferência das camadas externas não diminui apesar do desinchar que ocorre durante a cura, i.e., as camadas externas também são esticadas ou mantêm substancialmente a mesma circunferência. O epóxi cura totalmente enquanto as camadas estão nesta condição esticada.

Em geral, é desejado que o mandril seja feito de material que não é homogéneo, e.g., material compósito. Em conformidade com uma concretização, o mandril compreende um corpo que tem um eixo na direção do comprimento e uma superfície circunferencial externa com uma pluralidade de ranhuras que se prolongam em direções geralmente paralelas ao eixo na direção do comprimento e afastadas uma da outra, em particular, a folha de face de mandril tem um coeficiente de expansão térmica numa direção paralela ao eixo na direção do comprimento que é significativamente mais pequeno do que o seu coeficiente de expansão térmica no sentido em modo de arco. Isto é conseguido porque a componente de direção Z do CET da CET da folha de face de mandril (a qual é dominada por resina) é realizada nas áreas ranhuradas (ver a FIG. 8).

Numa implementação, a folha de face de mandril é um laminado formado ao assentar material compósito (e.g., camadas de tecido de carbono impregnadas em resina) dentro de uma superfície circunferencial interna de um molde mestre e depois curando o material compósito do tecido assente. 0 tecido pode ser assente em ângulos variados, e.g., -45/+45 ou 0/+90 graus. 0 molde mestre pode ter nervuras formadas ali de modo que a construção do laminado durante o assentamento de tecido da folha de face de mandril venha a ter ranhuras para receber os endurecedores de secção de tubo. De modo alternativo, o mandril pode consistir em múltiplos segmentos longitudinais que se aproximam de uma secção de tubo. Cada segmento longitudinal pode ser formado de modo individual num molde separado.

Em qualquer dos casos, a superfície circunferencial externa ranhurada do mandril (quer seja uma peça quer seja segmentada) é revestida com cera ou outro material de libertação para facilitar a separação do mandril da secção de tubo laminada durante o arrefecimento depois da cura.

Fazendo referência de novo à FIG. 12, uma outra concretização do mandril pode compreender uma pluralidade de segmentos de folha de face (ver, e.g., os segmentos 64A-C), tendo cada segmento um lábio 66 ao longo de pelo menos um bordo longitudinal 68. A FIG. 12 mostra o caso em que ambos os bordos longitudinais de cada segmento de folha de face têm lábios 68. As secções de folha de face 64A, 64B, 64C, etc. podem estar dispostas com lábios de encosto para formar um mandril segmentado, visto parcialmente na FIG. 12. Este mandril segmentado pode ter uma forma final que se aproxima pelo menos de uma porção de uma secção de tubo. Tal como mostrado na FIG. 14, o assentamento de camada dentro do plano da secção de folha de face 44A tem uma dobra de cerca de 90 graus num bordo longitudinal e no lábio 66, tal como ilustrado pelas linhas de direção de camada traço ponto 72. Os segmentos de folha de face com lábios podem ser acoplados em conjunto por prendedores ou grampos ou quaisquer outros meios adequados que não restringem o CETZ no lábio 66. Combinar geometrias para tirar vantagem de diferentes coeficientes de expansão térmica no mandril pode criar um CETarco suficiente sem assentar na geometria das ranhuras conformadas para aumentar o CETarco. As ranhuras junto com o aumento induzido pela ranhura no CETarco podem dispensar-se tal como mostrado na FIG. 13 ou as ranhuras podem ser fabricadas de uma maneira que o CETarco não seja significativamente aumentado, tal como ao fresar ou aparar, mostrado pelas ranhuras 34 na FIG. 12.

Uma outra concretização do mandril pode compreender uma pluralidade de segmentos de folha de face (ver, e.g., os segmentos 44A-C na FIG. 13), não tendo cada segmento lábios ao longo de qualquer bordo longitudinal 68. Pelo menos um bloco de espaçamento 70 pode estar localizado entre os bordos longitudinais 68 de cada par de segmentos de folha de face contíguos. Uma pluralidade de tais secções de folha de face e blocos de espaçamento pode estar disposta para formar um mandril segmentado, tal como mostrado parcialmente na FIG. 13. Este mandril segmentado pode ter uma forma final que se aproxima pelo menos de uma porção de uma secção de tubo. Cada segmento de folha de face e cada bloco de espaçamento pode compreender um laminado compósito. O assentamento de camadas no plano para um tal caso está ilustrado por linhas de direção de camada traço ponto 72 em segmentos 44A e 44B e bloco de espaçamento 70. Os segmentos de folha de face podem ser acoplados aos blocos de espaçamento 70 por prendedores ou grampos ou quaisquer outros meios adequados que não restringem o CETZ no bloco de espaçamento 70. Combinar de novo geometrias para tirar vantagem de diferentes coeficientes de expansão térmica no mandril pode criar um CETarco suficiente sem assentar na geometria das ranhuras conformadas para aumentar o CTEarco. As ranhuras junto com o aumento induzido pela ranhura no CETarco podem dispensar-se tal como mostrado na FIG. 13 ou as ranhuras podem ser fabricadas de uma maneira que o CETarco não seja aumentado significativamente, tal como ao fresar ou aparar, mostrado pelas ranhuras 34 na FIG. 12.

As concretizações do mandril mostradas parcialmente nas FIGS. 14 e 15 assentam em traduzir o CETZ significativo do lábio 66 e o bloco de espaçamento 70 respetivamente num CETarco aumentado. O CETarco aumentado em qualquer concretização pode ser significativamente maior do que o CETarco derivado apenas do CETX e/ou CETY. Uns poucos de lábios 66 e/ou blocos de espaçamento 70 dispostos longitudinalmente à volta da circunferência do mandril irá resultar em menos de um aumento no CETarco do que muitos lábios 66 e/ou blocos de espaçamento 70 dispostos de modo longitudinal à volta da circunferência do mandril. Variar a espessura e/ou a estrutura interna e/ou composição do laminado do lábio 66 ou bloco de espaçamento 70 varia o CETz, resultando numa variação do CETarco.

Fazendo referência de novo à FIG. 12, as ranhuras 34 podem ser formadas em segmentos de folha de face por quaisquer meios adequados tais como, mas não estando limitados ao fresar ou aparar. As ranhuras 34 podem proporcionar espaço para co-cura de endurecedores, tais como longarinas de reforço ou "longerons". As ranhuras 34 podem ser conformadas para acomodar a secção em chapéu, a secção-Z, a secção-T ou qualquer outra configuração adequada para acomodar um endurecedor.

Ainda um outro aspeto do mandril que não faz parte do presente invento pode ter um ou mais segmentos de folha de face (e.g., segmentos 44A-C vistos na FIG. 16) que estão deslocados radialmente para fora, fazendo com que o mandril mude de um estado não expandido para um estado expandido. Cada segmento de folha de face, num aspeto que não faz parte do presente invento, pode compreender um par de bordos longitudinais 68. Uma pluralidade de segmentos de folha de face pode ser disposta em posições retraídas (i.e., mandril num estado não expandido 80) tal como mostrado na FIG. 16, com bordos longitudinais, confrontantes, adjacentes um ao outro, sendo cada segmento suportado por uma respectiva estrutura de suporte móvel 74, estando apenas um membro de cada estrutura de suporte visível na FIG. 16. Cada estrutura de suporte pode ser deslocada radialmente para fora, fazendo com que os segmentos de folha de face (e.g., 44A-C) se movam para as respetivas posições estendidas (i.e., mandril num estado expandido 82) durante o processo de cura, tal como mostrado na FIG. 17, que não faz parte do presente invento. Mover os segmentos de folha de face das posições retraída para a estendida faz com que a circunferência do mandril se expanda e possa esticar uma ou mais camadas da montagem de camadas compósitas ali assente ao longo de um sentido geralmente circunferencial. Esta expansão durante o desinchar da montagem de camadas compósitas ajuda a impedir a distorção da fibra fora do plano nas camadas do assentamento compósito. 0 movimento das estruturas de suporte 74 pode ser atuado por quaisquer meios adequados, incluindo, mas não estando limitado a um mecanismo de pressão, pneumático ou hidráulico ou propulsão de motor. Quaisquer intervalos entre segmentos de folha de face quando o mandril se expande pode ser cheio por um meio de enchimento 76 (ver a FIG. 18 a qual não faz parte do presente invento) para suportar o assentamento de compósito. 0 meio de enchimento 7 6 pode ser fabricado a partir de qualquer material adequado tal como metal ou compósito para nomear alguns. 0 meio de enchimento 76 pode ser acoplado a pelo menos um segmento de folha de face de tal modo que pode ser movido para a posição durante ou depois da extensão dos segmentos de folha de face. A FIG. 19 mostra uma etapa no método de fabrico depois da cura e arrefecimento e depois das bolsas terem sido desinfladas e removidas. Durante o arrefecimento do assentamento, os segmentos de folha de face são movidos para trás para as posições retraídas, fazendo com que o mandril se separe da secção de tubo endurecida, tal como indicado pelo intervalo 50 mostrado na FIG. 19. Esta separação facilita a remoção do mandril da secção de tubo 110. Uma vez que o laminado desincha (i.e., reduza em espessura) durante a cura sem reduzir a circunferência das fibras de carbono nas camadas exteriores, a distorção da fibra fora do plano pode ser reduzida para níveis aceitáveis, se não mesmo eliminada inteiramente.

Muitas modificações e outras concretizações surgirão a um especialista na técnica à qual esta descrição pertence, tendo o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e nos desenhos associados. Por conseguinte, é para ser entendido que as reivindicações anexas não são para serem limitadas às concretizações específicas descritas e que as modificações e outras concretizações se destinam a ser incluídas dentro do seu âmbito. Muito embora sejam aqui empregues termos especiais, os mesmos são utilizados apenas num sentido genérico e descritivo e não para fins de limitação.

Tal como utilizado nas reivindicações, o termo "circunferência" deve ser construído amplamente para abranger linhas não circulares assim como linhas circulares.

Lisboa, 2015-08-11

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1 - Método para fabricar uma secção de tubo compósita de uma peça que compreende os passos que se seguem: (a) assentar uma pluralidade de camadas de um material compósito à volta de um mandril (14) para formar uma montagem de camadas compósitas, compreendendo cada camada fibras de reforço e material polimérico, tendo o mandril um coeficiente de expansão térmica num sentido em modo de arco que é maior do que o coeficiente de expansão térmica da montagem de camadas compósitas no sentido em modo de arco; e (b) elevar a temperatura e pressão dentro de um volume que envolve a montagem de camadas compósitas, sendo o aumento de temperatura suficiente para fazer com que a circunferência do mandril expanda, o que por sua vez faz com que o comprimento das fibras de reforço numa ou mais camadas da montagem de camadas compósitas aumente; em que o diferencial nos coeficientes de expansão térmica do mandril e na montagem de camadas no sentido em modo de arco é tal que, durante e depois da expansão, o comprimento das fibras de reforço numa ou mais camadas mais externas da montagem de camadas compósitas não diminua numa quantidade suficiente para provocar ondas ou pregas significativas na montagem de camadas compósitas.
2. 2 - Método de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda os passos de: baixar a temperatura e pressão dentro do volume; e separar o mandril da montagem de camadas compósitas depois do último ter arrefecido.
3. 3 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que o diferencial nos coeficientes de expansão térmica do mandril e montagem de camadas no sentido em modo de arco é tal que, durante a expansão, o mandril e a montagem de camadas compósitas expandem-se numa direção do comprimento em substancialmente a mesma quantidade.
4. 4 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que o mandril tem uma pluralidade de ranhuras na sua superfície circunferencial externa e o assentamento compreende os passos que se seguem: (i) colocar uma porção de uma respectiva longarina de reforço em chapéu numa respectiva da referida pluralidade de ranhuras, sendo cada longarina de reforço em chapéu feita de múltiplas camadas de material compósito; (ii) colocar uma respectiva bolsa na referida porção da referida respectiva longarina de reforço em chapéu depois do passo (i) ter sido realizado; e (iii) assentar múltiplas camadas de material compósito à volta da superfície circunferencial externa do mandril e das bolsas.
5. 5 - Método de acordo com a reivindicação 4, em que as ranhuras no mandril se prolongam em direções geralmente segundo o comprimento.
6. 6 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que uma porção circunferencial exterior do mandril compreende tecido e material polimérico de reforço. Lisboa, 2015-08-11