專利名稱：具有加強(qiáng)端的復(fù)合材料桿的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料桿的制造方法，諸如用于飛機(jī)起落架側(cè)支架的桿。
背景技術(shù)：
如圖1所示，起落架通常包括腿部1，腿部1具有鉸接到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件的頂端和承載輪組2的底端。此外，設(shè)有鎖定系統(tǒng)以將該組件牢牢地保持在展開位置，如圖1所示。鎖定系統(tǒng)包括側(cè)支架，側(cè)支架有兩個(gè)鉸接在一起的桿3和4組成，桿3鉸接到腿部，而另一桿4鉸接到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)，還設(shè)有穩(wěn)定器構(gòu)件以將兩個(gè)桿3和4彼此對準(zhǔn)。穩(wěn)定器構(gòu)件包括鉸接在一起的兩個(gè)臂6和7，臂6鉸接到例如與桿3和4連接到一起的鉸鏈，而臂7鉸接到飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)組件展開時(shí)，支座和彈簧系統(tǒng)(未示出)將臂6 和7保持在彼此成一直線。此外，在臂6與桿4之間有解鎖致動(dòng)器8以通過抵抗彈簧縮回致動(dòng)器來解鎖整個(gè)組件。當(dāng)著陸、或滑行時(shí)，對準(zhǔn)地保持的桿3和桿4承受會突變的巨大力。例如，當(dāng)輪與地面接觸時(shí)，它們立即開始抵抗其自身的慣性而轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，在已知側(cè)支架桿結(jié)構(gòu)中，桿9具有管部分11，通常由鋁制成且在其端緊固有兩端件12和13，端件是通過鑄造或鍛造制成的實(shí)心金屬件，每個(gè)具有開口以構(gòu)成相應(yīng)的凸耳。桿9的本體的管狀結(jié)構(gòu)賦予到其良好的扣緊性，而對于端件12和13，假定它們包括大量的材料，則提供所要求的沖擊強(qiáng)度。該端件用于將接納在端件內(nèi)的銷所施加的力以均勻的方式分散到管狀桿的本體。為了減少這種桿的重量，已知用由復(fù)合材料制成的管狀中心本體代替桿9的管狀中心本體，例如基于碳纖維。但是，該方案還受到以下事實(shí)的限制，即，對于金屬端件12和 13所包括的給定材料量，它們在確定桿的總重量時(shí)是決定性因素。在專利文獻(xiàn)W02009/000925所公開的構(gòu)造中，如圖3所示，桿(附圖標(biāo)記為14)代表通常是管狀(忽略端件)的結(jié)構(gòu)，該管狀結(jié)構(gòu)由開口或通道部的兩個(gè)薄壁部分16和17 構(gòu)成，薄壁部分16和17中一個(gè)配合在另一個(gè)內(nèi)部并粘結(jié)在一起。這種桿的每端承載桿一部分的薄壁的兩個(gè)延伸部，延伸部成形以構(gòu)成一對凸耳或“U形夾” 18或19，每個(gè)凸耳由構(gòu)件部分之一的薄壁的端部形成。如果桿中凸耳的厚度相對小，則這些凸耳的沖擊強(qiáng)度仍然在用作側(cè)支架桿所需的沖擊強(qiáng)度下方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)的一種技術(shù)方案。為此，本發(fā)明提供一種具有加強(qiáng)端的復(fù)合材料桿的制造方法，該方法包括步驟制造心軸，該心軸包括襯套和加強(qiáng)插入件，加強(qiáng)插入件固定到所述襯套的端部以構(gòu)成剛性整體；
通過機(jī)器將一層或多層編織纖維層圍繞心軸施加，該機(jī)器用于編織加強(qiáng)纖維；將樹脂注入編織纖維層并聚合以建立剛性地將編織纖維層和心軸的至少端部粘結(jié)在一起的內(nèi)聚性，以便形成具有加強(qiáng)端的桿本體；以及鉆孔以在桿本體的每端處形成通孔，每個(gè)孔穿過編織纖維層并穿過相應(yīng)的插入件。因此，心軸用作兩個(gè)作用其構(gòu)成支持件，在支持件上以合適形狀編織纖維，且由于其加強(qiáng)了端部，其在桿的外力引入的區(qū)域內(nèi)提供了所需的沖擊強(qiáng)度。本發(fā)明因此使得能夠在使用在心軸上編織以形成具有可比的厚度的連續(xù)層的技術(shù)的同時(shí)制造具有加強(qiáng)端的一體桿。與具有金屬端件的鋁桿相比，重量的節(jié)省是顯著的，且以此方式得到的桿呈現(xiàn)無粗糙或凹痕的總體形狀，由此有利于減少來自圍繞桿流動(dòng)的空氣的空氣動(dòng)力噪聲。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中襯套和插入件由復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料包括與注入圍繞心軸的諸層的樹脂相同類型的樹脂。這在插入件與編織外層之間提供良好的內(nèi)聚性，由此確保施加到插入件的力到桿的其余部分的良好傳遞。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中襯套和插入件由復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料包括與圍繞心軸的諸層的纖維相同類型的纖維。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中插入件至少部分地在襯套的端內(nèi)部延伸。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中每個(gè)插入件或每個(gè)插入部分與襯套的全部或部分一起制造以提供插入件與襯套之間的優(yōu)化內(nèi)聚性。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中制造心軸的第一和第二端部，每個(gè)端部包括插入件和襯套的一部分，且兩個(gè)端部裝配在一起以形成心軸。本發(fā)明還提供如上所說明的方法，其中心軸的每個(gè)端部通過以下方式獲得在將兩個(gè)半部裝配在一起以形成心軸的一端部之前，一起制造第一插入件半部和第一殼以構(gòu)成端部的第一半部，并一起制造第二插入件半部和第二殼以構(gòu)成端部的第二半部。


上述圖1是起落架的總體視圖；上述圖2是用于圖1起落架的已知側(cè)支架桿的立體圖；圖3是由復(fù)合材料制成的已知桿的立體圖；圖4是本發(fā)明的完工的桿的視圖，其中，沿縱向截面示出桿；圖5是本發(fā)明的已完工的桿的立體圖；圖6是本發(fā)明的桿的心軸的半端的立體圖；圖7是本發(fā)明的桿的心軸的一端的立體圖；圖8是本發(fā)明的桿的心軸的本體的立體圖；圖9是本發(fā)明的桿的整個(gè)心軸的立體圖；圖10是示出圍繞本發(fā)明的桿的心軸編織碳纖維的操作的立體圖；圖11是在本發(fā)明的桿在其端切削成形之前的立體圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所基于的想法是通過圍繞具有端部的心軸編織纖維來制作復(fù)合材料桿，當(dāng)作為一個(gè)整體時(shí)，端部被加強(qiáng)以增加桿兩端的機(jī)械強(qiáng)度。因此，心軸實(shí)現(xiàn)兩個(gè)作用其構(gòu)成支承件，在其上編織纖維層以得到適當(dāng)?shù)膸缀涡螤睿以谄涠瞬康膶?shí)心插入件提供用于給其凸耳提供沖擊強(qiáng)度所需的額外材料。如圖4和5所示，本發(fā)明的沿軸線AX縱向延伸的桿由復(fù)合材料的心軸22制成，復(fù)合材料具有一層或多層加強(qiáng)纖維層23，諸如圍繞心軸編織的碳纖維。心軸22包括中空管狀本體24，中空管狀本體形成具有固定到其上的兩個(gè)插入件沈和27的襯套，這些插入件接合在管狀中空本體的端部內(nèi)。如附圖中可以看到的那樣，桿 21的每個(gè)端觀、四包括穿過相應(yīng)的插入件沈、27的孔31、32，孔與圍繞該插入件編織的復(fù)合材料層23 —起構(gòu)成單個(gè)凸耳，因此呈現(xiàn)相當(dāng)大的厚度，賦予其所需的沖擊強(qiáng)度。心軸的每端有兩個(gè)半部33和34制成，兩個(gè)半部33和34關(guān)于桿的包含軸線AX的對稱平面P彼此對稱且在局部烘烤之前彼此抵靠地放置。圖6獨(dú)自地示出半部33，該半部在具有特別為此目的設(shè)計(jì)的形狀的半模(未示出)中制成，即，其中中空部分呈現(xiàn)從矩形形狀變化到半圓形狀的橫截面。首先，將編織復(fù)合材料的一層或多層施加到半模的整個(gè)底表面上方以構(gòu)成殼36。 然后，將另外的編織復(fù)合材料層37連續(xù)地抵靠彼此地施加到殼36的內(nèi)部的呈現(xiàn)矩形橫截面的區(qū)域，從而以實(shí)心件形式構(gòu)成插入件沈的一個(gè)半部。該編織復(fù)合材料是預(yù)浸漬樹脂的碳纖維，只要保存在足夠低的溫度下，樹脂是不固化的。樹脂可通過烘焙固化。如圖6所示，另外的層是一層施加在另一層上，直到最后層38與平面P —致。各層具有彼此不同的輪廓，形成為使得從層38的一邊緣延伸到殼36的內(nèi)表面39的連接表面 R相對于殼36的內(nèi)表面傾斜。通過該布置，從插入件朝向殼的內(nèi)表面發(fā)生的機(jī)械力傳遞無任何應(yīng)力集中作用。附圖所示的示例中，連接表面P形狀通常相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)半橢圓體的端部。該連接表面R與包含軸線AX并垂直于平面P的平面之間的交叉部形成彎弧C，彎弧C構(gòu)成橢圓的四分之一。另一端半部34在另一半模中以類似方式制成。然后，將兩個(gè)半模抵靠彼此放置， 從而通過平面P彼此相靠。然后，將芯插入殼之間的空部分以將它們壓靠半模的壁，構(gòu)成殼的層已經(jīng)抵靠該半模的壁施加。此后，致動(dòng)模具(其是加熱模具)，從而對其容納的復(fù)合材料實(shí)施局部烘焙周期。 一旦該烘焙周期結(jié)束，心軸的第一端35已經(jīng)被制成。心軸140的另一端以相同方式制造， 可使用相同的模具。在每個(gè)半端粘結(jié)到一起之前，每個(gè)半端也可單獨(dú)地預(yù)烘焙。在該情況下，可通過將膜壓靠復(fù)合材料層的組件并在所述膜與模具壁之間形成真空來預(yù)先進(jìn)行壓縮操作以便壓縮諸層。另一操作中，另一模具用于制造構(gòu)成心軸的中空中心部分的兩個(gè)側(cè)翼(flank)。如圖7所示，以附圖標(biāo)記41標(biāo)示的一個(gè)這樣的側(cè)翼通過在為該目的設(shè)計(jì)的模具中施加一層或多層編制復(fù)合材料進(jìn)行制造。
側(cè)翼41是具有關(guān)于與軸線AX正交的中心平面大致對稱的形狀的中空壁。其具有半圓筒形中心部分42和兩個(gè)端部43和44，每個(gè)端部具有相應(yīng)于字母U的形狀的橫截面形狀的終端，每個(gè)端部具有從U形截面朝向半圓筒形部分42的半圓截面變化的截面。一旦構(gòu)成該側(cè)翼的諸層放置在模具內(nèi)，在諸層上放置膜并形成真空以將它們壓靠模具的壁，且然后加熱模具以產(chǎn)生用于側(cè)翼的局部烘焙周期。該局部烘焙可選地在注射樹脂的操作之前進(jìn)行。另一側(cè)翼46以相同方式制造，可以使用相同的模具。然后，心軸22通過由側(cè)翼41 和46以及兩個(gè)端35和40構(gòu)成的四個(gè)構(gòu)件元件組裝而成。具體來說，第一端35定位在其所接合的側(cè)翼41的端44內(nèi)，而端40放置在其同樣地接合的側(cè)翼41的端44內(nèi)。在該階段，可將第二側(cè)翼46裝配到組件，從而其兩端接合在端35和40上，且從而與另一側(cè)翼41 一起形成中心區(qū)域的管狀部分。已經(jīng)全部經(jīng)受局部烘焙周期的這四個(gè)部件可通過粘結(jié)、或?qū)嶋H上通過樹脂彼此裝配，由此構(gòu)成具有足夠剛度以能夠進(jìn)行下面編織操作的整體。此外，可將另外的編織的復(fù)合材料層47施加到心軸的中心部分的周圍，從而改善兩個(gè)側(cè)翼41和46彼此的內(nèi)聚性。如圖9所示，由復(fù)合材料制成并包括由其端的殼和側(cè)翼41和46構(gòu)成的襯套M，且容納在其每個(gè)端內(nèi)部的相應(yīng)實(shí)心插入件的心軸從而被制備。然后，沿軸線AX形成穿過每個(gè)端的孔以使得心軸能夠被固定到沿軸線AX延伸的兩個(gè)桿48和49，從而使得其能夠安裝在編織機(jī)器中，圖10示意性示出編織機(jī)器，其整體以附圖標(biāo)記51表示。然后，心軸22安裝在編織機(jī)器51中，編織機(jī)器主要包括承載環(huán)52，承載環(huán)具有安裝在其后表面并承載諸如碳纖維的纖維的一系列纖維線軸，線軸安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)支承件上。 纖維53在大致位于軸線AX上同時(shí)沿所述軸線相對于承載環(huán)52的平面偏移的區(qū)域內(nèi)匯集。如圖10中可以看到的那樣，承載環(huán)52中心位于軸線AX，同時(shí)沿正交于所述軸線的平面延伸。一旦開始編織周期，心軸22沿軸線AX相對于承載環(huán)52移動(dòng)，由此致使一組襪子狀(a sock of)纖維編織在心軸M的外表面上。在操作中，心軸相對于環(huán)的速度調(diào)整成使得圍繞心軸編織的纖維在桿端處相對于軸線AX成60°，并且速度被調(diào)整成使得相同的纖維在桿的中部區(qū)域相對于軸線AX以45° 傾斜。然后，進(jìn)行多次以形成圍繞心軸的多層編織纖維層。通常，每層具有大致恒定厚度，即使厚度某種程度上因?yàn)槔w維相對于軸線AX的定向(該定向取決于桿的區(qū)域)變化而變化，如上所述，也在考慮中。此外，每層編織層的厚度也可根據(jù)所使用纖維的尺寸和所述采用的線軸數(shù)量而改變。從而所堆積的材料量更大或更小。也可以設(shè)置成使編織的纖維層僅在桿的一部分長度上延伸，例如，在凸耳上，從而局部地加強(qiáng)這些區(qū)域。因此，可例如以最優(yōu)化桿在給定機(jī)械載荷下承受的機(jī)械應(yīng)力的均勻性的方式調(diào)整由圍繞心軸的各層構(gòu)成的組件的局部厚度。一旦完成各編織層，將以此方式構(gòu)成的毛坯件(即包括由各纖維層圍繞的心軸的部件)放置在模具中。
然后，注入樹脂以完全浸透各編織纖維層并到達(dá)心軸的外表面，從而確保在心軸與各層之間(尤其在端處)最好的內(nèi)聚性，從而優(yōu)化朝向編織纖維層的外周層施加到每個(gè)插入件的力的傳遞。在完成注射樹脂之后，控制模具實(shí)施烘焙周期，該烘焙周期同時(shí)用于完全烘焙圍繞心軸的復(fù)合材料層并還完成構(gòu)成心軸的構(gòu)件的烘焙。一旦完成烘焙，在所得到的部件的每一端打孔以形成孔31和32，孔31和32分別穿過相應(yīng)的插入件和編織復(fù)合材料的外周層，從而形成桿的凸耳。此外，在桿的兩端進(jìn)行切割和/或鋸操作，以賦予凸耳同心地圍繞孔具有半圓筒形。然后在每個(gè)孔31、32中安裝金屬環(huán)，金屬環(huán)形成用于每個(gè)凸耳的軸承。在附圖的示例中，所得到的桿是具有兩個(gè)單凸耳的桿，在凸耳中，軸承31和32平行于彼此定向。但是，本方法也適于制造其中凸耳相對于彼此關(guān)于軸線AX轉(zhuǎn)動(dòng)的桿。例如，可通過制造與附圖所示相同類型的襯套來制造這種具有相對于彼此成直角定向的兩個(gè)凸耳的桿，但其中，各端可相對于彼此轉(zhuǎn)過四分之一轉(zhuǎn)。假設(shè)編織操作能適于任何形狀的心軸，其因此能夠制造其中凸耳幾乎以任何角度彼此定向的桿。此外，在附圖所示示例中，插入件通過編織制造，例如通過施加已用樹脂浸透的纖維層，但是，它們也可等同地由復(fù)合材料制造，該復(fù)合材料由通過嵌入樹脂而沿隨機(jī)方向混合的短無紡纖維組成。心軸由具有與注入編織外層以獲得更好的與外層的內(nèi)聚性的樹脂相同類型的樹脂的復(fù)合材料組成，且插入件有利地包括與編織外層相同類型的纖維，以呈現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。即是說，心軸可由某些其它材料制成，襯套和加強(qiáng)插入件也可由其它材料制成，如果這些構(gòu)件呈現(xiàn)關(guān)于其機(jī)械強(qiáng)度和確保其本身與編織外層之間的良好內(nèi)聚性的性能所需的特性。襯套的管狀中心區(qū)域可有利地填充有諸如氬的惰性氣體以避免在桿的壽命周期中出現(xiàn)任何凝結(jié)或類似現(xiàn)象。 此外，應(yīng)注意到本發(fā)明的方法可有利地應(yīng)用到制造由復(fù)合材料制成的直升機(jī)葉片和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，且更通用地應(yīng)用于制造包括具有需要加強(qiáng)的一端的復(fù)合材料本體的任何構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.一種具有加強(qiáng)端08二9)的復(fù)合材料桿的制造方法，所述方法包括步驟制造心軸(22)，所述心軸0 包括襯套04)和加強(qiáng)插入件06，27)，所述加強(qiáng)插入件 (26,27)固定到所述襯套04)的端部(35，40)以構(gòu)成剛性整體；通過機(jī)器(51)將一層或多層編織纖維層圍繞所述心軸0 施加，所述機(jī)器(51) 用于編織加強(qiáng)纖維(53)；將樹脂注入所述編織纖維層并聚合以建立剛性地將所述編織纖維層和所述心軸0 的至少端部(35，40)粘結(jié)在一起的內(nèi)聚性，以便形成具有加強(qiáng)端( ，29)的桿本體；以及鉆孔以在桿本體的每端( ，29)處形成通孔(31，32)，每個(gè)孔穿過編織纖維層并穿過相應(yīng)的插入件06，27)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯套04)和所述插入件06，27)由復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料包括與注入圍繞所述心軸0 的諸層的樹脂相同類型的樹脂。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述襯套04)和所述插入件(沈，27) 由復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料包括與圍繞所述心軸0 的諸層的纖維相同類型的纖維。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述插入件(沈，27)至少部分地在所述襯套04)的所述端內(nèi)部延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，每個(gè)插入件( ，27)或每個(gè)插入部分與襯套 (24)的全部或部分一起制造以提供所述插入件(沈，27)與所述襯套04)之間的優(yōu)化內(nèi)聚性。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，制造所述心軸02)的第一部和第二端部 (35，40)，每個(gè)端部包括插入件和襯套的一部分，且兩個(gè)端部裝配在一起以形成所述心軸 (22)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述心軸02)的每個(gè)端部(35，40)通過以下方式獲得在將兩個(gè)半部(34,3 裝配在一起以形成所述心軸0 的端部(3 之前，一起制造第一插入件半部和第一殼(36)以構(gòu)成端部(3 的第一半部(33)，并一起制造第二插入件半部和第二殼以構(gòu)成端部(3 的第二半部(34)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料連桿(21)的制造方法，所述方法包括步驟制造心軸(22)，該心軸(22)包括復(fù)合材料襯套(24)和復(fù)合材料實(shí)心插入件(26，27)，實(shí)心插入件剛性地連接到所述襯套(24)的端部以構(gòu)成剛性整體；使用纖維編織機(jī)器將一層或多層編織纖維層(23)圍繞所述心軸(22)施加；將樹脂注入所述編織纖維層(23)以建立將編織纖維層(23)剛性地粘結(jié)心軸(22)的至少端部的內(nèi)聚性以形成具有加強(qiáng)端(28，29)的復(fù)合材料連桿本體；以及在連桿本體的每端(28，29)處鉆孔形成孔(31，32)，該孔穿過編織纖維層并還穿過插入件(26)。本發(fā)明可用于航空領(lǐng)域。
文檔編號B29C70/30GK102395460SQ201080017838
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者P·鄧?yán)锞S, R·梅森 申請人:梅西耶-布加蒂-道提公司