本發(fā)明涉及加強(qiáng)機(jī)身部件，特別是加強(qiáng)飛機(jī)機(jī)身部件。此外，本發(fā)明涉及用于制造加強(qiáng)機(jī)身部件的方法和裝置。

背景技術(shù)：

在飛機(jī)構(gòu)造中，正在越來(lái)越多地嘗試將整體或局部由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(例如，碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP))制成的部件用作承載部件。例如，DE 10 2007 062 111 A1描述一種由碳纖維增強(qiáng)塑料制成的橫向構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其用于支撐將客艙與布置在客艙下方的貨艙分離的飛機(jī)地板系統(tǒng)的各面板。例如，從DE 10 2004 001 078 A1或CN 100418850還已知，為飛機(jī)機(jī)身各段提供由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的蒙皮和增強(qiáng)元件(例如，框架、桁條等)。

在由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件時(shí)，在第一步驟中，可由增強(qiáng)纖維或纖維預(yù)浸坯構(gòu)造多層層壓制件。纖維預(yù)浸坯可包括由增強(qiáng)纖維制成的織造物或非織造物，增強(qiáng)纖維被提供有由可固化合成材料(例如，環(huán)氧樹脂材料)構(gòu)成的表面層。層壓制件構(gòu)造可手動(dòng)或以自動(dòng)方式進(jìn)行。然后，在可固化材料可被注入到層壓制件構(gòu)造中之前，增強(qiáng)纖維或纖維預(yù)浸坯可變成旨在形成飛機(jī)蒙皮的平面部分的期望形狀或變成旨在形成框架或桁條的增強(qiáng)部分的期望形狀。最終，注入的可固化材料和/或施加到纖維表面的可固化材料在例如熱壓罐周期中在壓力和/或升高的溫度下固化，從而產(chǎn)生具有由固化合成材料形成的基體以及嵌入該基體中的增強(qiáng)纖維的復(fù)合材料。

EP 2 674 290 A1和US2013/337207A1涉及一種用于用纖維增強(qiáng)塑料材料制造飛機(jī)的機(jī)身筒和外殼部件的方法。機(jī)身筒或外殼部件包括互相交叉于節(jié)點(diǎn)的多個(gè)整體式加強(qiáng)肋以及附接到加強(qiáng)肋的蒙皮。用于制造機(jī)身筒或外殼部件的模制工具具有用于制造整體式加強(qiáng)肋的多個(gè)通道型凹部。至少一個(gè)凹部被設(shè)計(jì)為具有在兩側(cè)附接到底面的兩個(gè)側(cè)壁的槽的形式。用于形成蒙皮的整體連接腳的槽邊緣區(qū)至少在一些部分被附接到至少一個(gè)側(cè)壁。

EP 2 662 202 A2和US2013/302544A1公開一種用于制造纖維復(fù)合部件的增強(qiáng)部分的方法，其中具有彈性套筒的支撐芯被臨時(shí)布置在旨在形成增強(qiáng)部分的纖維性材料的 內(nèi)表面上。可固化材料可存在與纖維性材料中或可注入到纖維性材料中。當(dāng)在減小的壓力下對(duì)可固化材料進(jìn)行固化時(shí)，使得支撐芯的套筒抵靠纖維性材料的內(nèi)表面以在其上施加壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種特別適合于在飛機(jī)中使用的重量?jī)?yōu)化的加強(qiáng)機(jī)身部件。此外，本發(fā)明的目的在于提供用于有效地制造這種加強(qiáng)機(jī)身部件的方法和裝置。

上述目的通過(guò)下面限定的加強(qiáng)機(jī)身部件、下面限定的方法以及下面限定的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一種特別適合于在飛機(jī)中使用的加強(qiáng)機(jī)身部件由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。不同的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可被用于制造所述加強(qiáng)機(jī)身部件。例如碳纖維以及其它增強(qiáng)纖維可被用作增強(qiáng)纖維。所述增強(qiáng)纖維可被嵌入可固化熱固性材料的基體中，所述可固化熱固性材料例如為樹脂材料，特別地為環(huán)氧樹脂。替代地，例如聚醚醚酮(PEEK)的熱塑性材料可用于形成所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體。所述加強(qiáng)機(jī)身部件可設(shè)計(jì)為限定飛機(jī)機(jī)身的一部分。所述部件可僅沿所述飛機(jī)機(jī)身的圓周的一部分延伸或可沿所述飛機(jī)機(jī)身的整個(gè)圓周延伸。

所述加強(qiáng)機(jī)身部件包括蒙皮元件。所述蒙皮元件可被設(shè)計(jì)為平面元件(planar element)的形式，但是優(yōu)選地被提供有適應(yīng)于所述機(jī)身部件旨在形成的機(jī)身部分(特別是飛機(jī)機(jī)身部分)的曲率的彎曲形狀。優(yōu)選地，所述蒙皮元件被設(shè)計(jì)為整體式元件的形式。如果需要，諸如增強(qiáng)層等的另外的功能層可被整合到所述蒙皮元件中。所述蒙皮元件可包括外表面，如果所述機(jī)身部件被設(shè)計(jì)為飛機(jī)機(jī)身部件的形式，所述外表面可適于形成飛機(jī)的外蒙皮的一部分。此外，所述蒙皮元件可包括內(nèi)表面，如果所述機(jī)身部件被設(shè)計(jì)為飛機(jī)機(jī)身部件的形式，所述內(nèi)表面可適于面向所述飛機(jī)機(jī)身的內(nèi)部。

所述加強(qiáng)機(jī)身部件進(jìn)一步包括多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件，該多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件形成包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)元件構(gòu)型(stiffening element pattern)并被附接到所述蒙皮元件的內(nèi)表面。所述蒙皮元件和所述加強(qiáng)元件優(yōu)選由相同的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。然而，還可想到對(duì)于所述蒙皮元件和所述加強(qiáng)元件使用不同的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

所述節(jié)點(diǎn)中的至少一些由至少兩個(gè)加強(qiáng)元件成銳角或鈍角相交限定。因此，所述機(jī)身部件例如不同于現(xiàn)有技術(shù)的飛機(jī)機(jī)身部件，在現(xiàn)有技術(shù)中，在長(zhǎng)形加強(qiáng)元件相對(duì)于彼此在節(jié)點(diǎn)處的布置中，肋(圍繞機(jī)身的圓周延伸)和桁條(平行于機(jī)身的縱向軸線延伸)總是彼此成直角相交。通過(guò)偏離于現(xiàn)有技術(shù)中的加強(qiáng)元件的布置，機(jī)身部件的重量和承載能力可按照需要適應(yīng)于特定要求。此外，在機(jī)身部件中，不再需要肋和 桁條的不同設(shè)計(jì)并且不再需要將肋整合到預(yù)先制造的蒙皮/桁條結(jié)構(gòu)中。

加強(qiáng)元件相對(duì)彼此的布置在不同的節(jié)點(diǎn)處可相同或可隨節(jié)點(diǎn)不同而變化，即，例如，在一些節(jié)點(diǎn)處，加強(qiáng)元件可以以特定的第一銳角相交，而在另外的節(jié)點(diǎn)處，加強(qiáng)元件可以以特定的第二銳角或以鈍角相交。此外，一些節(jié)點(diǎn)或全部節(jié)點(diǎn)可由僅兩個(gè)加強(qiáng)元件相交限定，或者一些節(jié)點(diǎn)或全部節(jié)點(diǎn)可由兩個(gè)以上加強(qiáng)元件相交限定，例如由三個(gè)或更多個(gè)加強(qiáng)元件相交限定。

所述機(jī)身部件的長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些被成形以限定由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)表面定界并由所述蒙皮元件覆蓋的內(nèi)腔。與配備有整體式加強(qiáng)元件的機(jī)身部件相比，所述加強(qiáng)機(jī)身部件的特征于是在于低重量。例如，所述加強(qiáng)元件可被設(shè)計(jì)為Ω加強(qiáng)件(omega stiffener)的形式，由于其尺寸和形狀，其允許用于制造所述加強(qiáng)元件的復(fù)合材料內(nèi)的增強(qiáng)纖維的有利分布。在所述加強(qiáng)元件構(gòu)型的節(jié)點(diǎn)處，Ω加強(qiáng)件可限定所謂的“星狀Ω帽”，即具有由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔在所述加強(qiáng)元件構(gòu)型的節(jié)點(diǎn)處相交所限定的連續(xù)內(nèi)部中空空間的星形構(gòu)型。然而，還可想到，為所述機(jī)身部件提供具有除了Ω形橫截面形狀之外的其它橫截面形狀，例如，更圓的橫截面形狀等。

由所述機(jī)身部件的長(zhǎng)形加強(qiáng)元件限定的所述加強(qiáng)元件構(gòu)型優(yōu)選為不規(guī)則構(gòu)型，其中各個(gè)加強(qiáng)元件之間的距離和/或節(jié)點(diǎn)之間的距離變化。此外，在所述加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)，節(jié)點(diǎn)在數(shù)量方面的設(shè)計(jì)以及在所述節(jié)點(diǎn)處彼此相交的加強(qiáng)元件的角布置可變化。在所述機(jī)身部件的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述加強(qiáng)元件構(gòu)型中的所述加強(qiáng)元件的分布根據(jù)對(duì)于所述加強(qiáng)機(jī)身部件的不同區(qū)域規(guī)定的承載要求調(diào)節(jié)。例如，與所述機(jī)身部件的面對(duì)較低承載要求的區(qū)域相比，所述機(jī)身部件的面對(duì)較高承載要求的區(qū)域可被提供有更多的加強(qiáng)元件。

所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些例如在長(zhǎng)度、橫截面形狀和橫截面面積中的至少一個(gè)上可彼此不同。替代地或另外地，所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些沿其縱向軸線可被提供有變化的橫截面形狀和變化的橫截面面積中的至少一個(gè)。而且，還可想到，所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些沿其縱向軸線可以恒定或變化的曲率被彎曲。所述加強(qiáng)元件可被彎曲以平行于彎曲的蒙皮元件延伸。然而，替代地或另外地，所述加強(qiáng)元件還可相對(duì)于由(彎曲的)蒙皮元件限定的平面彎曲。提供有變化的加強(qiáng)元件的機(jī)身部件可在重量和承載能力兩方面被優(yōu)化，因?yàn)榕c所述機(jī)身部件的面對(duì)較低承載要求的區(qū)域相比，所述機(jī)身部件的面對(duì)較高承載要求的區(qū)域可容易地被提供有更強(qiáng)且形狀合適的但更重的加強(qiáng)元件。

在所述加強(qiáng)機(jī)身部件的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些包括布置在由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)表面定界并由所述蒙皮元件覆蓋的所述內(nèi)腔中的泡沫芯。 所述泡沫芯例如可為數(shù)控銑削(CNC-milled)的泡沫芯并可按照需要被設(shè)計(jì)為承載部件或非承載部件。

所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些可通過(guò)大致平行于所述蒙皮元件延伸并附接到所述蒙皮元件的內(nèi)蒙皮元件彼此連接。所述機(jī)身部件于是特別易于制造，因?yàn)槎鄠€(gè)加強(qiáng)元件與所述內(nèi)蒙皮元件一起可在單個(gè)制造步驟中接合到所述蒙皮元件。所述內(nèi)蒙皮元件可為連續(xù)設(shè)計(jì)并因此遍及所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔且鄰近蒙皮元件延伸。然而，還可想到，內(nèi)蒙皮元件僅在相鄰的加強(qiáng)元件之間延伸，從而所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔僅由所述蒙皮元件覆蓋。最終，所述內(nèi)蒙皮元件僅僅遍及所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔的一部分，特別是所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔的邊緣部分，鄰近蒙皮元件延伸，這也是可能的。

在所述加強(qiáng)機(jī)身部件的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，諸如電線和流體管線中的至少一種的功能元件可被布置在由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)表面定界并由所述蒙皮元件覆蓋的所述內(nèi)腔中。因此，功能元件可以以特別節(jié)省空間的方式被組裝。所述機(jī)身部件的加強(qiáng)元件特別適于容納例如通信系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)的諸如供電線、通信線、信號(hào)線之類的電線和/或諸如空氣管線、油管線或水管線之類的流體管線，因?yàn)樗黾訌?qiáng)元件限定遍及所述機(jī)身部件的連續(xù)“管道”網(wǎng)。用于將布置在所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔中的線彼此連接和/或連接到相應(yīng)的上級(jí)系統(tǒng)的連接器和/或插頭還可整合到內(nèi)腔中。

至少一個(gè)開口可被提供在所述機(jī)身部件的加強(qiáng)元件中的至少一個(gè)中，其提供通往所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔的通路。所述至少一個(gè)開口可例如用于檢查內(nèi)腔。如果需要，例如，攝像頭可通過(guò)開口被插入并被引導(dǎo)通過(guò)由所述機(jī)身部件的加強(qiáng)元件限定的“管道”網(wǎng)，以檢查所述“管道”網(wǎng)的內(nèi)部和/或布置在其中的功能元件。而且，所述開口可用于在維修期間更換布置在所述加強(qiáng)元件的腔內(nèi)的功能元件。

在一種制造特別適于在飛機(jī)中使用的加強(qiáng)機(jī)身部件的方法中，蒙皮元件被提供。形成包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)元件構(gòu)型的多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件被附接到所述蒙皮元件的內(nèi)表面，其中所述節(jié)點(diǎn)中的至少一些由至少兩個(gè)加強(qiáng)元件成銳角或鈍角相交限定，并且其中所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些被成形以限定由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)表面定界并由所述蒙皮元件覆蓋的內(nèi)腔。所述方法可恰當(dāng)?shù)剡m于生產(chǎn)如上描述的優(yōu)選實(shí)施例的所述加強(qiáng)機(jī)身部件。

在制造加強(qiáng)機(jī)身部件的方法中，所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些可在用于固化包含在所述蒙皮元件和所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一個(gè)中的熱固性塑料材料的固化步驟中被附接到所述蒙皮元件，即所述加強(qiáng)元件中的至少一些和所述蒙皮元件可在固化或共固化步驟中彼此接合。這允許特別有效且節(jié)省時(shí)間地制造高質(zhì)量、高強(qiáng)度的機(jī)身部件。然而，作為替代，還可想到單獨(dú)制造所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一 些和所述蒙皮元件，即單獨(dú)成形和固化所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些和所述蒙皮元件，并在單獨(dú)的粘結(jié)步驟中和/或借助特別為鉚釘?shù)臋C(jī)械緊固件將所述加強(qiáng)元件和所述蒙皮元件彼此附接。這種制造選擇在加工成本和設(shè)計(jì)靈活性方面可以是有利的。在任何情況下，多個(gè)整合的加強(qiáng)元件中的至少一些可如上所述地通過(guò)內(nèi)蒙皮元件彼此連接。

為了固化包含在所述加強(qiáng)元件中的熱固性塑料材料，所述多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些可被布置在提供于第一工具的表面中的相應(yīng)凹部中。所述第一工具的所述表面可為彎曲的。在固化步驟期間，所述加強(qiáng)元件可在提供于所述第一工具的所述表面中的凹部中保持就位，從而所述加強(qiáng)元件按照需要被成形。所述第一工具可包括隔板，并且用于接收所述加強(qiáng)元件的凹部可被提供在所述隔板中。

類似地，為了固化包含在所述蒙皮元件中的熱固性塑料材料，所述蒙皮元件被布置在第二工具的表面上。在固化步驟期間，所述蒙皮元件可在所述第二工具的所述表面上保持就位，以按照需要成形所述蒙皮元件。例如，所述第二工具可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)以為所述蒙皮元件提供彎曲形狀。如果需要，所述第一工具和/或所述第二工具可以被加熱以促進(jìn)固化過(guò)程。

所述第一工具和所述第二工具中的至少一個(gè)可包括多個(gè)工具芯。所述多個(gè)工具芯可優(yōu)選地借助夾具被能拆開地彼此連接。所述第一工具的工具芯可彼此拆卸，即彼此拆開，以允許所述加強(qiáng)元件從所述第一工具脫模。采用類似的方式，所述第二工具的工具芯可彼此拆卸，即彼此拆開，以允許所述蒙皮元件從所述第二工具脫模。為所述第一工具和所述第二工具中的至少一個(gè)提供能拆開地連接的工具芯簡(jiǎn)化甚至非常大且非常硬的部件的脫模。如果待制造的所述機(jī)身部件以及因此所述第一工具和/或所述第二工具沿待由所述機(jī)身部件部分限定的機(jī)身(特別是飛機(jī)機(jī)身)的大部分或沿整個(gè)圓周延伸的情況下，這種工具設(shè)計(jì)于是特別有利。待制造的所述機(jī)身于是可被實(shí)現(xiàn)為具有最小數(shù)量的接合部。

在所述內(nèi)腔被所述蒙皮元件覆蓋之前，特別地在所述加強(qiáng)元件被布置在提供于所述第一工具的所述表面中的相應(yīng)凹部中時(shí)，可如上設(shè)計(jì)的泡沫芯可被布置在所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些的內(nèi)腔中。然后，在包含在所述蒙皮元件中的熱固性塑料材料仍未固化時(shí)，通過(guò)將所述蒙皮元件布置在所述加強(qiáng)元件上，所述內(nèi)腔可被所述蒙皮元件覆蓋，因?yàn)樗雠菽痉€(wěn)定蒙皮元件，并因此在固化步驟期間提供所述蒙皮元件的形狀穩(wěn)定性。然后，所述加強(qiáng)元件和所述蒙皮元件可以以有效方式被共固化。然而，作為替代，還可想到將內(nèi)腔填充有泡沫芯的所述加強(qiáng)元件轉(zhuǎn)移到布置在所述第二工具的表面上的蒙皮元件上以用所述蒙皮元件覆蓋所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔。

在用于制造加強(qiáng)機(jī)身部件的方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，膜管(film tube)可被布置在所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些的內(nèi)腔中、在固化包含在所述加強(qiáng)元件中的熱固性塑料材料的固化步驟期間被保持就位并在所述內(nèi)腔被所述蒙皮元件覆蓋之前被移除。所述膜管可在固化步驟期間起作用以將壓力施加所述加強(qiáng)元件的內(nèi)腔的內(nèi)表面上，如EP 2 662 202 A2和US2013/302544A1中所描述的。所述膜管可由具有一些擴(kuò)張柔性的材料制成，以在固化步驟期間簡(jiǎn)化向加強(qiáng)元件的內(nèi)腔的內(nèi)表面上逐步建立壓力。

所述膜管可被預(yù)成型成與所述加強(qiáng)元件中的至少一些的內(nèi)腔的形狀對(duì)應(yīng)并與由所述加強(qiáng)元件限定的所述加強(qiáng)元件構(gòu)型對(duì)應(yīng)的形狀。在所述加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)的所述節(jié)點(diǎn)的區(qū)域中，所述膜管優(yōu)選為連續(xù)設(shè)計(jì)，即在所述加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)的所述節(jié)點(diǎn)的區(qū)域中，所述膜管可包括與在節(jié)點(diǎn)處彼此相交的各個(gè)加強(qiáng)元件對(duì)應(yīng)的多個(gè)互連分支。

為了預(yù)成型所述膜管，可使用可被設(shè)計(jì)為類似于所述加強(qiáng)元件構(gòu)型的負(fù)工具形式的單獨(dú)的工具。例如，所述膜管可被深沖壓至所述工具中并通過(guò)熔接與另外的頂層膜接合。然后，所述膜管可切除剩余材料以獲得類似于所述加強(qiáng)元件構(gòu)型的膜管。所述膜管可被存儲(chǔ)，直到其被需要。在將所述膜管布置在至少一些所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件的內(nèi)腔中之前，可利用真空來(lái)減小膜管的尺寸并因此對(duì)所述膜管向所述加強(qiáng)元件的腔中的整合進(jìn)行簡(jiǎn)化。

一種用于制造由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的加強(qiáng)機(jī)身部件的裝置，所述加強(qiáng)機(jī)身部件特別用于在飛機(jī)中使用，所述裝置包括第一工具，所述第一工具具有被提供有多個(gè)凹部的表面。所述凹部適于接收形成包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)元件構(gòu)型的多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件，其中所述節(jié)點(diǎn)中的至少一些由至少兩個(gè)加強(qiáng)元件成銳角或鈍角相交限定，并且其中所述凹部被配置為使所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些成形，以使所述加強(qiáng)元件中的至少一些限定由所述加強(qiáng)元件的內(nèi)表面定界并適于由蒙皮元件覆蓋的內(nèi)腔。

所述裝置可進(jìn)一步包括第二工具，所述第二工具具有適于支撐所述蒙皮元件的表面。所述第一工具和所述第二工具中的至少一個(gè)可包括多個(gè)工具芯，所述多個(gè)工具芯適于被拆卸以便允許所述加強(qiáng)元件從所述第一工具脫模和/或所述蒙皮元件從所述第二工具脫模。

而且，所述裝置可包括膜管，該膜管適于被布置在所述長(zhǎng)形加強(qiáng)元件中的至少一些的內(nèi)腔中、適于在固化包含在所述加強(qiáng)元件中的熱固性塑料材料的固化步驟期間被保持就位并適于在所述內(nèi)腔被所述蒙皮元件覆蓋之前被移除。所述膜管可被預(yù)成型成與所述加強(qiáng)元件中的至少一些的內(nèi)腔的形狀對(duì)應(yīng)并與由所述加強(qiáng)元件限定的所述加強(qiáng)元件構(gòu)型對(duì)應(yīng)的形狀。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參照所附示意圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：

圖1示出適于限定飛機(jī)機(jī)身一部分的加強(qiáng)機(jī)身部件；

圖2示出適于限定飛機(jī)機(jī)身一部分的替代加強(qiáng)機(jī)身部件；

圖3示出利用第一工具制造根據(jù)圖1或圖2的加強(qiáng)機(jī)身部件的示例性方法；

圖4示出在制造根據(jù)圖1或圖2的加強(qiáng)機(jī)身部件時(shí)可采用的第二工具；以及

圖5示出在制造根據(jù)圖1或圖2的加強(qiáng)機(jī)身部件時(shí)可采用的膜管。

具體實(shí)施方式

圖1示出旨在限定飛機(jī)機(jī)身的一部分的加強(qiáng)機(jī)身部件10。機(jī)身部件10由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，特別是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其中碳纖維被嵌入在環(huán)氧樹脂基體中。然而，還可想到使用其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)制造機(jī)身部件10。

機(jī)身部件10包括具有彎曲形狀的蒙皮元件12，其中蒙皮元件12的曲率適應(yīng)于旨在借助機(jī)身部件10限定的飛機(jī)機(jī)身的曲率。蒙皮元件12的外表面14適于形成飛機(jī)外蒙皮的外表面，而蒙皮元件12的內(nèi)表面16適于面向旨在借助機(jī)身部件10限定的飛機(jī)機(jī)身的內(nèi)部。

為了加強(qiáng)和增強(qiáng)蒙皮元件12，機(jī)身部件12進(jìn)一步包括附接到蒙皮元件12的內(nèi)表面16的多個(gè)長(zhǎng)形加強(qiáng)元件18。加強(qiáng)元件18形成包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)20的加強(qiáng)元件構(gòu)型。節(jié)點(diǎn)20由至少兩個(gè)加強(qiáng)元件18成銳角或鈍角相交限定。在圖1描繪的機(jī)身部件10的示例性實(shí)施例中，第一節(jié)點(diǎn)20由六個(gè)加強(qiáng)元件18相交限定，而第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)20由僅三個(gè)加強(qiáng)元件18相交限定。

由加強(qiáng)元件18限定的加強(qiáng)元件構(gòu)型為不規(guī)則構(gòu)型，其中加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)的各個(gè)加強(qiáng)元件18的分布根據(jù)對(duì)于加強(qiáng)機(jī)身部件10的不同區(qū)域規(guī)定的承載要求調(diào)節(jié)。在圖1描繪的機(jī)身部件10的示例性實(shí)施例中，圍繞由六個(gè)加強(qiáng)元件18相交所限定的第一節(jié)點(diǎn)20的區(qū)域的特征在于高“密度”的加強(qiáng)元件18以及因此高承載能力。相比之下，機(jī)身部件10的在加強(qiáng)元件18之間延伸的區(qū)域?qū)κ褂脮r(shí)施加到機(jī)身部件10的載荷具有較低的抵抗力，但是與圍繞第一節(jié)點(diǎn)20的區(qū)域相比更輕質(zhì)。于是，機(jī)身部件10的設(shè)計(jì)在承載能力和重量?jī)煞矫婵删植績(jī)?yōu)化。

為了進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)身部件10的承載能力和重量，加強(qiáng)元件18在長(zhǎng)度、橫截面形狀和橫截面面積上彼此不同。此外，長(zhǎng)形加強(qiáng)元件18沿其縱向軸線提供有變化的橫截面形狀和變化的橫截面面積。另外，整合的加強(qiáng)元件18被彎曲以平行于 彎曲的蒙皮元件12延伸。而且，加強(qiáng)元件18相對(duì)于由彎曲的蒙皮元件12限定的平面彎曲，其中加強(qiáng)元件18的曲率沿縱向軸線變化。

機(jī)身部件10的每個(gè)加強(qiáng)元件18被成形以限定由加強(qiáng)元件18的內(nèi)表面24定界的內(nèi)腔22。此外，每個(gè)加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22由蒙皮元件12覆蓋以限定封閉的中空空間。這允許進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)身部件10的重量。在圖1描繪的機(jī)身部件10的示例性實(shí)施例中，加強(qiáng)元件18被設(shè)計(jì)為具有Ω形橫截面的Ω加強(qiáng)件。進(jìn)一步，如從圖1中變得明顯的，泡沫芯26被布置在加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22中。

機(jī)身部件10進(jìn)一步包括內(nèi)蒙皮元件28，內(nèi)蒙皮元件28將加強(qiáng)元件18彼此連接并由與加強(qiáng)元件18相同的材料制成。內(nèi)蒙皮元件28平行于蒙皮元件12延伸并被附接到蒙皮元件12。如將在下文進(jìn)一步描述的，內(nèi)蒙皮元件的存在簡(jiǎn)化了加強(qiáng)元件18到蒙皮元件28的附接。

最終，機(jī)身部件10包括延伸通過(guò)由加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22限定的連續(xù)“管道”網(wǎng)的電線30形式的功能元件。因此，電線30不需要另外的安裝空間。存在提供通往由加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22限定的連續(xù)“管道”網(wǎng)的通路的開口32，以允許例如借助攝像頭檢查“管道”網(wǎng)，或在維修期間更換電線30。

圖2中描繪的替代機(jī)身部件10與根據(jù)圖1的機(jī)身部件10的不同之處在于：機(jī)身部件10的加強(qiáng)元件18限定規(guī)則的等網(wǎng)格構(gòu)型。在其它方面，根據(jù)圖2的機(jī)身部件10對(duì)應(yīng)于圖1中描繪的機(jī)身部件10的結(jié)構(gòu)。

為了制造機(jī)身部件10，可使用圖3中描繪的第一工具34。第一工具34包括表面36，該表面36被提供有多個(gè)不同尺寸和形狀的凹部38，其中每個(gè)凹部38適于接收機(jī)身部件10的長(zhǎng)形加強(qiáng)元件18之一。其中凹部38限定由加強(qiáng)元件18限定的正加強(qiáng)元件構(gòu)型的負(fù)構(gòu)型。特別地，凹部38類似于包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)20的加強(qiáng)元件構(gòu)型，其中節(jié)點(diǎn)20中的至少一些由至少兩個(gè)加強(qiáng)元件18成銳角或鈍角相交而限定。此外，凹部38被配置為使加強(qiáng)元件18成形，以使加強(qiáng)元件18限定由加強(qiáng)元件18的內(nèi)表面24定界并適于由蒙皮元件12覆蓋的內(nèi)腔22。

包含仍未固化的熱固性塑料材料的加強(qiáng)元件18被布置在提供于第一工具34的表面36中的凹部38內(nèi)。在圖3的布置中，加強(qiáng)元件18通過(guò)內(nèi)蒙皮元件28彼此連接。然而，內(nèi)蒙皮元件28也可被省略。此后，泡沫芯26被布置在加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22內(nèi)。在下一步驟中，包含也仍未固化的熱固性塑料材料的蒙皮元件12布置在加強(qiáng)元件18和泡沫芯26上。最終，加強(qiáng)元件18、內(nèi)蒙皮元件28和蒙皮元件12中包含的熱固性塑料材料被共固化以將加強(qiáng)元件18和內(nèi)蒙皮元件28附接到蒙皮元件12，而泡沫芯28在固化過(guò)程中提供蒙皮元件12的期望的穩(wěn)定性。

在替代制造工藝中，在將蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18彼此連接之前，蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18之一中包含的熱固性塑料材料至少部分地固化。例如，圖4中描繪的第二工具40可用于按照需要成形蒙皮元件12。第二工具40包括彎曲表面42，包含仍未固化的熱固性塑料材料的蒙皮元件12被布置在彎曲表面42上。蒙皮元件12中包含的熱固性塑料材料的固化于是可在蒙皮元件12被支撐在第二工具40的表面42上時(shí)進(jìn)行。

按照需要，蒙皮元件12隨后可從第二工具40脫模并放在布置于第一工具34上的加強(qiáng)元件18上，或者加強(qiáng)元件18可從第一工具34脫模并轉(zhuǎn)移到支撐在第二工具40上的蒙皮元件12。第一工具34和第二工具40中的每個(gè)包括借助夾具48、50彼此能拆開地連接的多個(gè)工具芯44、46。因此，第一工具34的工具芯44可被拆卸以便允許加強(qiáng)元件18容易地從第一工具34脫模。類似地，第二工具40的工具芯46可被拆卸以便允許蒙皮元件12容易地從第二工具40脫模。

隨后，蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18可通過(guò)將蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18之一中包含的仍未固化的熱固性塑料材料固化而彼此附接。此外，還可想到，單獨(dú)制造蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18，并且然后通過(guò)粘結(jié)和/或借助諸如鉚釘之類的機(jī)械緊固件將蒙皮元件12和加強(qiáng)元件18彼此附接。

在用于制造加強(qiáng)機(jī)身部件10的替代方法中，如圖5中描繪的膜管52可被布置在長(zhǎng)形加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22中、在固化包含在加強(qiáng)元件18中的熱固性塑料材料的固化步驟期間保持就位并在內(nèi)腔被蒙皮元件12覆蓋之前被移除。膜管52可由具有一些擴(kuò)張柔性的材料制成并可在固化步驟期間起作用以將壓力施加到加固元件的內(nèi)腔的內(nèi)表面上，如EP 2 662 202 A2和US2013/302544A1中所描述的。

膜管52被預(yù)成型成對(duì)應(yīng)于加強(qiáng)元件18的內(nèi)腔22并對(duì)應(yīng)于由加強(qiáng)元件18限定的加強(qiáng)元件構(gòu)型的形狀。在加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)的節(jié)點(diǎn)20的區(qū)域中，膜管52為連續(xù)設(shè)計(jì)，即，在加強(qiáng)元件構(gòu)型內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的區(qū)域中，膜管52包括與在節(jié)點(diǎn)20處彼此相交的各個(gè)加強(qiáng)元件18對(duì)應(yīng)的多個(gè)互連分支。為了預(yù)成型膜管52，使用設(shè)計(jì)為類似于加強(qiáng)元件構(gòu)型的負(fù)工具形式的單獨(dú)的工具(未示出)。