用于制造復(fù)合部件的包括凈和臟部分的室的制作方法
【專利摘要】一種用于制造具有嵌入在基質(zhì)中的增強纖維的部件的室，包括凈部分，用于執(zhí)行包括將增強纖維鋪設(shè)在心軸工具上的凈操作。凈部分滿足用于處理未固化的復(fù)合材料的凈室要求。所述室還包括相鄰的臟部分，用于執(zhí)行包括在固化后對所述鋪層進行機加工的臟操作；可在凈和臟部分之間移動的公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)；以及用于防止臟部分中的污染物進入凈部分的裝置。
【專利說明】用于制造復(fù)合部件的包括凈和臟部分的室
【背景技術(shù)】
[0001]商用飛行器可能被鳥類撞擊、地面處理設(shè)備、碎片、冰雹和其它非計劃事件所損壞。這些事件會在飛行器蒙皮中產(chǎn)生孔洞和裂縫，并對底層加強子結(jié)構(gòu)(例如，框架、加強件和堆積部)造成損壞。例如，飛行器的前駕駛艙部分可能被鳥類撞擊所損壞，下葉可能由于前起落架崩塌而被損壞，中部艙門周圍可能由于與地面處理設(shè)備的碰撞而被損壞，末端部分下葉可能由于尾部撞擊所損壞，等等。
[0002]維修受損的飛行器并盡可能快地使其恢復(fù)使用是重要的。停機時間對于航空母艦是非常寶貴的，因為閑置飛行器導(dǎo)致收益損失。
[0003]板材鋁飛行器的維修相對簡單。從飛行器上拆下受損的壁板和底層子結(jié)構(gòu)并將其更換。如果有壁板的話，那么可以相對快速地完成所述維修。
[0004]復(fù)合商用飛行器的維修并非如此簡單，尤其是對于一體式組件的大面積維修?？紤]到機身由幾個一體式復(fù)合機筒部分組成。每個機筒部分包括蒙皮、環(huán)箍框架和加強件(例如，長桁)。加強件可以(通過在制造期間共同固化)與蒙皮集成。環(huán)箍框架可以被機械地緊固到蒙皮。如果大面積的機身部分受到損壞，那么拆卸并更換整個機筒部分將是非常昂貴的、破壞生產(chǎn)且耗時。
[0005]需要一種用于一體式復(fù)合飛行器組件的大面積維修的基礎(chǔ)設(shè)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本文的一個實施例，用于制造具有嵌入在基質(zhì)中的增強纖維的部件的室包括凈部分，用于執(zhí)行包括將增強纖維鋪設(shè)在心軸工具上的凈操作。凈部分滿足用于處理未固化的復(fù)合材料的凈室要求。所述室還包括相鄰的臟部分，用于執(zhí)行包括在固化后對鋪層進行機加工的臟操作；可在凈和臟部分之間移動的公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)；以及用于防止臟部分中的污染物進入凈部分的裝置。
[0007]根據(jù)本文的另一個實施例，制造室包括專用于將增強纖維鋪設(shè)在心軸工具上的凈部分、專用于在固化后對鋪層進行機加工的相鄰的臟部分以及可在凈和臟部分之間移動的公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)。
[0008]根據(jù)本文的另一個實施例，制造室包括凈部分，該凈部分包括用于執(zhí)行復(fù)合鋪設(shè)操作的可互換末端執(zhí)行器。凈部分滿足用于處理未固化的復(fù)合材料的凈室要求。制造室還包括與凈部分相鄰的臟部分，該臟部分包括用于執(zhí)行機加工操作的可互換末端執(zhí)行器；以及末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)，其可在凈和臟部分之間移動，用于選擇和使用末端執(zhí)行器在凈部分中執(zhí)行鋪設(shè)操作以及在臟部分中執(zhí)行機加工操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是具有相鄰的凈和臟部分的制造室的圖示。
[0010]圖2是使用所述制造室制造鋪層心軸工具和復(fù)合部件的方法的圖示。
[0011]圖3是包括復(fù)合機身的飛行器的圖示。[0012]圖4是機身的復(fù)合機筒部分的蒙皮和底層加強子結(jié)構(gòu)的圖示。
[0013]圖5是一體式機身機筒的受損區(qū)域的圖示。
[0014]圖6是經(jīng)由螺栓拼接件附接到蒙皮壁板的更換壁板的圖示。
[0015]圖7是用于維修飛行器的受損的一體式復(fù)合組件的方法的圖示，其包括復(fù)合更換壁板的設(shè)計和制造。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1，其示出了用于制造包括嵌入在基質(zhì)中的增強纖維層或?qū)影宓膹?fù)合部件的制造室110。復(fù)合物的一個示例是碳纖維增強塑料(CFRP)，其中成分可以包括嵌入在環(huán)氧樹脂基質(zhì)中的碳纖維。
[0017]制造室110包括臟部分120和凈部分130。在臟部分120中的操作包括但不限于組裝和機加工(例如，修剪、銑削和鉆孔)。如果操作會產(chǎn)生違反處理未固化復(fù)合材料的凈室要求的灰塵或污染物，那么它們被認(rèn)為是臟的。對于“臟”操作，如機加工，臟部分120可以包括用于最小化灰塵和碎片以便有助于潔凈的真空系統(tǒng)122。真空系統(tǒng)122可以具有高達98%或更大的除塵效率。
[0018]在凈部分130中的操作包括在心軸工具上的復(fù)合物鋪設(shè)。在一些實施例中，纖維可以被沉積在靜止的鋪層心軸工具上。在其它實施例中，在工具旋轉(zhuǎn)的同時，纖維可以被沉積在鋪層心軸工具上。
[0019]在凈部分130中的操作還包括壓板安裝、裝袋和材料切割。例如，用于樹脂灌注或預(yù)浸潰的纖維可以被超聲刀或其它裝置(如層板切割器或手工工具)切割。也可在凈部分130中執(zhí)行樹脂灌注。
[0020]如果操作不違反凈室要求并且由于污染問題需要在凈室中被執(zhí)行(例如，涉及處理未固化的復(fù)合材料的過程)，則操作被認(rèn)為是凈的。凈部分130可以包括用于將環(huán)境條件維持在規(guī)范之內(nèi)的空氣過濾和調(diào)節(jié)系統(tǒng)132。一般地，復(fù)合設(shè)施需要溫度、濕度和顆粒數(shù)均被監(jiān)控的400000級凈室。當(dāng)從臟部分120移動到凈部分130時，設(shè)備和工具應(yīng)該滿足這些要求。如果凈部分130不符合規(guī)范，那么對于系統(tǒng)132的空氣循環(huán)過濾器可能需要等待時間來從空氣中去除灰塵。
[0021]制造室110包括公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140，其可在臟部分120和凈部分130之間移動，用于執(zhí)行所有這些凈和臟操作。末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可以使用多個可互換末端執(zhí)行器執(zhí)行操作。末端執(zhí)行器可以位于處在臟部分120和凈部分130中的末端執(zhí)行器站150處。手動的、自動的或半自動的變換器可被用于改變臟部分120和凈部分130 二者中的末端執(zhí)行器。
[0022]末端執(zhí)行器可以包括用于機加工(例如，銑削、鉆孔)的工具、用于修剪的工具、用于壁板或面板的條帶或狹帶鋪放的疊放頭、用于噴涂的涂料噴頭、用于切割預(yù)浸料或干材料的超聲切割器、用于復(fù)合部件的超聲檢查的NDI頭(帶有必要的套)、用于形成復(fù)合部件的長桁輥軋成形器、材料分配器以及用于復(fù)合部件的幾何和三維檢查的檢查探針。
[0023]在一些實施例中，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可以包括單個定位機，如具有多個運動軸線(例如，高達七個軸線)的臺架142。在其它實施例中，定位系統(tǒng)140可以包括用于執(zhí)行凈和臟操作的一個或多個機器人。單個機器人可以具有可互換末端執(zhí)行器。多個機器人可以使用專用末端執(zhí)行器的組合。其它類型的末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)可以包括線性笛卡爾軸線平臺、旋轉(zhuǎn)軸線平臺和使用并聯(lián)運動學(xué)的斯圖爾特平臺的組合。具體的示例包括臺架、機器人、軌行機器人、后銑削型平臺和斯圖爾特平臺(例如六腳架)。在這些示例的每一個中，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140被配置成將選定末端執(zhí)行器遞送到一個位置或沿一條路徑來執(zhí)行其功能，同時滿足性能要求(例如，角度、速度、加速度、剛度、行程范圍、用途、快速釋放耦合)。
[0024]末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可在臟部分120和凈部分130之間移動。在一些實施例中，末端執(zhí)彳丁器定位系統(tǒng)140可以由機械導(dǎo)軌系統(tǒng)160進彳丁移動。在其它實施例中，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可以經(jīng)由空氣軸承或輪子進行移動，并且然后被本地定位。
[0025]提供心軸工具支承件170以在鋪設(shè)期間支撐心軸工具。在一些實施例中，心軸工具支承件可以包括可在臟部分120和凈部分130之間移動的工作臺170。該工作臺可以定位于臺架142的機械腿之間。
[0026]末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可以覆蓋有提供光滑表面以便清潔的片材金屬或其它材料。末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140也可以利用聚乙烯型塑料作為保護覆層。在將臺架142從臟部分120轉(zhuǎn)移到凈部分130之前，這種塑料可以容易地移除以便進行清潔。這一切都有助于維持凈室要求。
[0027]在一些實施例中，阻擋件180 (如快門、帶門或冷凍室門)將臟部分120和凈部分130分離。這些門被設(shè)計成維持具有不同條件的區(qū)域之間的環(huán)境控制。凈部分130可被正加壓以隔離灰塵和其它污染物。
[0028]在一些實施例中，阻擋件180可以包括氣閘，其可以是固定的或便攜式的。氣閘可以由腔室構(gòu)成，該腔室?guī)в胁荒芡瑫r打開的串聯(lián)地兩個氣密門。一般而言，氣閘允許人和物體在壓力容器及其周圍之間通過，且同時最小化容器中壓力的變化和來自它的空氣損失。具有手風(fēng)琴式設(shè)計的氣閘可以包括便攜式密封腔室，當(dāng)它在部分120和130之間轉(zhuǎn)換時，其覆蓋末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140以將任何污染物隔離在凈部分130之外。
[0029]對于從凈部分130向臟部分120的移動，凈部分門被打開，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140 (其已經(jīng)是潔凈的)被移動到氣閘中，凈部分門被關(guān)閉，臟部分門被打開，并且末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140被移動到臟部分120中。然后，臟部分門被關(guān)閉。對于從臟部分120向凈部分130的移動，臟部分門被打開，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140 (其已經(jīng)是臟的)被移動到氣閘中，并且臟部分門被關(guān)閉(凈部分門已經(jīng)被關(guān)閉)。末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140被清潔(例如，保護層被剝離，且系統(tǒng)被擦拭)。在驗證了氣閘內(nèi)部的環(huán)境為潔凈的之后，凈部分門被打開，并且末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140被移動到凈部分130中。
[0030]制造室110還可以包括附近的固化部分190，以用于復(fù)合部件的固化。在一些實施例中，固化部分190可以包括高壓釜192，以用于在熱量和壓力下固化預(yù)浸料。在其它實施例中，固化部分190可以包括烘箱194，用于固化在熱量條件下的灌注樹脂的織物或被設(shè)計用于高壓釜外處理的預(yù)浸材料。
[0031]固化部分190優(yōu)選地與凈部分130相鄰。緊密接近簡化了處理物流。復(fù)合部件可能會往來到高壓釜，該高壓釜在心軸工具底側(cè)上熱量合適的腳輪或輪子上或被設(shè)計成承受高壓釜固化的小車上。
[0032]只要灰塵不干擾無損檢測操作，則在臟部分120中可以執(zhí)行對已固化復(fù)合部件的無損檢測。只要對耦合劑(例如，水)進行控制，使得不違反凈室要求，則可以在凈部分130中執(zhí)行無損檢測。
[0033]末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140還可以包括公共控制器144,用于沿著導(dǎo)軌系統(tǒng)160移動末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140 (例如，臺架142)以及命令末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140執(zhí)行凈和臟操作?？梢詮木幊毯头抡婀ぞ呦蚩刂破?44饋送程序。此編程和仿真工具可以被設(shè)計成為制造室110內(nèi)使用的所有末端執(zhí)行器類型提供必要的指令。
[0034]制造室110可以用于制造不只是復(fù)合部件。它也可以用于制造在其上形成有復(fù)合部件的心軸工具。制造室610可以配備有用于制造鋪層心軸工具的末端執(zhí)行器。作為第一示例，制造室610可以配備有用于生產(chǎn)主工具(例如，復(fù)合物)的末端執(zhí)行器，其又能夠被用于鑄造復(fù)合生產(chǎn)工具。作為第二示例，制造室610可以配備有具有用于生產(chǎn)金屬鋪層工具的銑削和鉆孔能力的末端執(zhí)行器。
[0035]現(xiàn)在參照圖2，其示出了使用制造室110制造鋪層心軸工具和復(fù)合部件二者的方法。在圖2中，制造特定類型的鋪層工具:包括填充有泡沫并被復(fù)合面板覆蓋的蜂窩式結(jié)構(gòu)的非主工具，其提供了氣動光滑鋪層表面。在圖7中，復(fù)合部件并不限于任何特定類型或應(yīng)用。它可以是生產(chǎn)部件、更換壁板、緊固元件(例如，倍增件)等等。復(fù)合部件可以用于交通工具(例如，飛行器、太空機、船、汽車、卡車)、風(fēng)力發(fā)電機(例如，葉片)或土木工程結(jié)構(gòu)(例如，用于加固的橋梁元件)。
[0036]在方框200中，控制器144接收用于制造工具和部件的指令。所述指令為末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140提供命令以選擇末端執(zhí)行器并使用選定的末端執(zhí)行器執(zhí)行其所需的功能。對于鉆孔末端執(zhí)行器，所述指令可以包括鉆的位置和角度、進給速率、旋轉(zhuǎn)速度和鉆周期指令。對于工具的銑削或部件的邊緣修剪，銑削末端執(zhí)行器指令可以包括切割器的路徑、角度位置、旋轉(zhuǎn)速度和進給速率。對于纖維鋪放末端執(zhí)行器，所述指令可以包括頭的路徑、角度位置和用于不同條的切割和添加命令。可以通過編程和仿真模塊產(chǎn)生所述指令，該編程和仿真模塊被設(shè)計成用于制造室110。編程與仿真模塊從與復(fù)合部件和工具相關(guān)聯(lián)的工程模型得出指令。所述模型識別表面幾何形狀和特征，如孔、修剪位置和層板邊界。工程模型定義部件和工具要求。編程和仿真模塊從工程模型獲取這些要求并把它們轉(zhuǎn)換成可通過制造室110處理的指令。然后，控制器144執(zhí)行所述指令，以執(zhí)行以下步驟。
[0037]在方框210中，在臟部分120中構(gòu)建鋪層心軸工具的蜂窩結(jié)構(gòu)。鋪層心軸工具可以用復(fù)合頭板構(gòu)建，其可以用水射流切割工具或刳刨工具切割。在一些實施例中，頭板可被組裝并固定到可移動工作臺，從而可移動工作臺“變成”心軸工具的一部分。
[0038]使用分配的和混合的液體、預(yù)澆鑄材料塊或它們的組合，將所得的蜂窩結(jié)構(gòu)組裝并用泡沫填充。例如，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140從末端執(zhí)行器站150選擇泡沫材料分配器或處理末端執(zhí)行器。分配器被選擇用于加工泡沫應(yīng)用，如兩份式聚異氰脲酯系統(tǒng)。處理末端執(zhí)行器被選擇以將預(yù)固化的泡沫加工塊鋪設(shè)在工具頭板中。
[0039]構(gòu)建起來之后，末端執(zhí)彳了器定位系統(tǒng)140從末端執(zhí)彳了器站150選擇統(tǒng)削末端執(zhí)打器，加載銑削末端執(zhí)行器，并對泡沫和頭板進行機加工。然后，末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140選擇并加載探頭，并使用探頭進行位置檢驗或檢測以驗證幾何形狀。
[0040]在方框220中，將用于面板的增強纖維鋪設(shè)在凈部分130中的已機加工的蜂窩結(jié)構(gòu)上。在一些實施例中，織物可以由織物分配末端執(zhí)行器進行分配，且所分配的織物可以通過超聲切割刀末端執(zhí)行器切割。該織物可通過執(zhí)行自動纖維鋪放(AFP)或自動條帶層(ATL)的末端執(zhí)行器來沉積。在其它實施例中，可以手動執(zhí)行鋪設(shè)。
[0041]在方框230中，在固化部分190中固化復(fù)合材料。灌注樹脂的鋪層在烘箱中固化，或者預(yù)浸料鋪層在高壓釜中固化，或高壓釜外系統(tǒng)在烘箱中固化。樹脂灌注可以包括針對環(huán)氧樹脂材料在近似350° F時的后固化，以及針對BMI材料在更高溫度的后固化。在后固化之前，可以將泡沫狀材料從心軸工具尤其是具有較高頭板的工具中移除。
[0042]在方框240中，在臟部分120中對面板進行機加工。同樣在臟部分中執(zhí)行任何必要的手工精整。利用適當(dāng)?shù)恼婵者M行集塵。也可以使用自動化末端執(zhí)行器(輥軋噴覆器)或手動過程執(zhí)行工具的密封。然后對經(jīng)精整的鋪層心軸工具進行清潔，并將其轉(zhuǎn)移到凈部分用于壁板鋪設(shè)。
[0043]在方框250中，將用于復(fù)合部件的復(fù)合材料在凈部分中鋪設(shè)在心軸工具上?？梢酝ㄟ^末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140自動地執(zhí)行部件鋪設(shè)(例如，利用執(zhí)行AFP或ATL的末端執(zhí)行器)或可以手動地執(zhí)行壁板鋪設(shè)。
[0044]然后可將壓板放置在部件鋪層上(取決于精整度要求)。然后將部件鋪層裝袋，并移動到固化部分。
[0045]在方框260中，復(fù)合部件在固化部分190中固化。在方框270中，將已固化的部件轉(zhuǎn)移到臟部分120，在那里執(zhí)行修剪和鉆孔。
[0046]在方框280中，在修剪和鉆孔之后，將已精整的部件從鋪層工具上移除?？梢杂闷鹬貖A具將相對大的部件移除。已精整的部件被放置在NDI夾具上，以能夠進行超聲檢測。末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140可以通過選擇適用于部件幾何形狀的NDI末端執(zhí)行器(套)執(zhí)行NDI。
[0047]在方框290中，在NDI之后，將部件移動到臟部分，在那里對它進行噴涂(在其它實施例中，可以在單獨的設(shè)施中執(zhí)行所述噴涂)。臺架可以使用噴涂末端執(zhí)行器?？梢蕴峁┮恍╊~外的通風(fēng)設(shè)備(便攜式管道等)，以便于在臟部分中進行噴涂。
[0048]在從臟部分120移動到凈部分130之前，對鋪層心軸工具和末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140進行清潔。如果泡沫或碳纖維被切割，則一種高性能真空收集系統(tǒng)122可以被部署以最小化灰塵，其可能帶有一些冷卻劑以將空氣中的顆粒保持到最低限度。
[0049]本文的制造室110提供優(yōu)于傳統(tǒng)的制造設(shè)施的優(yōu)點。末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)趨向于非常昂貴，因此通過使用公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)而不是用于不同功能的專用系統(tǒng)顯著地減少了設(shè)備上的資本支出。
[0050]本文的制造室可以比在單個部分中執(zhí)行凈和臟操作的設(shè)施更快地制造部件。凈和臟操作之間需要被清潔的唯一元件是末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140。時間不是花在執(zhí)行凈操作之前等待顆粒數(shù)解決。
[0051]本文的制造室具有相對小的占地面積?？紤]到用于制造部件的制造室的示例為45英尺長、20英尺寬且12英尺高。這種室可以具有約5000平方英尺的占地面積以及約25英尺的頂板高度。制造室的地板可以是平坦的，具有足夠用于末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)140的重量和裝載的地基。相對小的占地面積使得多個制造室被興建在不同的位置，而不是在大型中央設(shè)施處興建單個大室。
[0052]這些優(yōu)點對于新一類的商用飛行器的維修將是特別有用的。這種新一類的飛行器包括由復(fù)合材料制成的大型一體式部分。[0053]參照圖3，其示出了復(fù)合飛行器300的示例。飛行器300 —般包括機身310、機翼組件320和尾翼330。一個或更多個推進單元340被耦合到機身310、機翼組件320或飛行器300的其它部分。起落架組件350被耦合到機身310。
[0054]在一些實施例中，整個機身310可以由單個一體式復(fù)合部分組成。在其它實施例中，機身310可以由多個一體式復(fù)合部分形成。在圖3中所示的實例中，機身310由以下的一體式復(fù)合機筒部分形成:前駕駛艙部分(部分41)、三個中間部分(部分43、44和46)和末端部分(部分47和48)。
[0055]客艙和貨艙門360形成為五個部分。因此，所有部分很容易受到來自地面處理設(shè)備的損壞。所有部分也很容易受到來自地面碎片的損壞。前駕駛艙部分也很容易受到來自鳥類撞擊的損壞，這些是高能量沖擊。前駕駛艙部分的下葉很容易由于前起落架塌毀受到損壞。末端部分的下葉很容易被尾部撞擊損壞。
[0056]在大型商用飛行器中，相比更換整個一體式機筒，更希望更換受損區(qū)域。盡管如此，受損區(qū)域通常是隨機的。也就是說，損壞的位置、確切大小和程度可能針對各事件會有所不同。因此，預(yù)制壁板可能不會很好地或者完全地適配于受損區(qū)域。有利的是，本文的制造室可以用于制造被定制為更換受損區(qū)域的工具和壁板。
[0057]本文的制造室還可以用于生產(chǎn)復(fù)合生產(chǎn)部件和用于部件的工具。生產(chǎn)部件的示例包括但不限于機艙、翼肋、中心箱體結(jié)構(gòu)和門機構(gòu)。
[0058]現(xiàn)在參照圖4和圖5，其示出了機身110的隨機受損區(qū)域510。除了損壞蒙皮410，底層集成加強子結(jié)構(gòu)420也可能受到損壞。加強子結(jié)構(gòu)可以包括縱向延伸的長桁420，其與蒙皮410共同固化。
[0059]參照圖6，其示出了經(jīng)由螺栓拼接件附接到蒙皮壁板620的更換壁板610。螺栓拼接件包括通過螺栓640附接到更換壁板610和蒙皮壁板620的倍增件630。非結(jié)構(gòu)性填充物650可以用于填充倍增件630和更換壁板610或蒙皮壁板620之間的間隙。拼接件通常具有周向、縱向和角隅型配置。
[0060]更換壁板在尺寸上可以變化。更換壁板可以從近似3’ x3’變化到高達近似42，x20，。
[0061]現(xiàn)在參照圖7，其示出了使用制造室創(chuàng)建公共一體式更換壁板的方法。在方框710中，接收用于更換復(fù)合組件的受損區(qū)域的定制的復(fù)合更換壁板的設(shè)計。該設(shè)計包括用于蒙皮和集成的加強子結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)壁板限定。這可以包括基于原本在部分中使用的蒙皮和子結(jié)構(gòu)創(chuàng)建細(xì)節(jié)壁板限定，以及修改原始壁板限定，使得更換壁板可以適配于開口中并匹配組件的輪廓。創(chuàng)建壁板限定包括創(chuàng)建包括層板邊界、堆疊序列、纖維組成和取向以及每個邊界中的帶寬度的工程幾何形狀。
[0062]在一些實施例中，細(xì)節(jié)壁板限定規(guī)定一體式更換壁板。也就是說，所有的底層加強結(jié)構(gòu)均與蒙皮共同固化。在其它實施例中，細(xì)節(jié)壁板限定沒有規(guī)定一體式更換壁板，而是規(guī)定包括定制的集成蒙皮和加強子結(jié)構(gòu)與其它元件的混合體。
[0063]所述設(shè)計還包括用于機械緊固元件(例如，拼接倍增件和填充物)的細(xì)節(jié)壁板限定，其將用于機械地將更換壁板緊固到組件。由于受損材料的確切位置和損壞的確切程度是隨機的且不可預(yù)測的，所以用于維修的拼接接頭配置和細(xì)節(jié)可能不存在且需要被創(chuàng)建。細(xì)節(jié)壁板的數(shù)量取決于維修的規(guī)模和復(fù)雜性。在復(fù)雜的維修中，例如，可能涉及幾十個拼接倍增件和成千個緊固件。這一階段的設(shè)計對于損壞是唯一的。
[0064]所述設(shè)計還可以包括壁板組裝限定和安裝限定。這些定義描述了如何使用緊固元件(例如，拼接倍增件、填充物和緊固件)將更換壁板附接到組件。
[0065]在方框720中，根據(jù)所述設(shè)計在制造室處制造更換壁板。在一些實施例中，各種元件(例如，蒙皮和加強件)如在生產(chǎn)中那樣被共同固化。在另一些實施例中，更換壁板的一些元件可以被機械地緊固在一起(例如，栓接在一起并被栓接至蒙皮的離體長桁)。然而，共同固化是優(yōu)選的，尤其是如果共同固化的壁板與現(xiàn)有配置匹配時。
[0066]在制造了更換壁板之后，可以執(zhí)行附加切割。例如，如果更換壁板比開口大，那么可以執(zhí)行附加切割?？梢詧?zhí)行附加修剪以確保滿足工程間隙容差。確保滿足工程間隙容差的這個最后的裝配可以在維修地點完成。更換壁板可以故意地具有在維修地點被修剪的可
用余量。
[0067]在方框730中，將更換壁板被運輸至維修地點，在那里它被安裝到開口中。所述安裝可以包括機械地將更換壁板緊固到組件。例如，大量拼接倍增件(復(fù)合物/或鈦)、填充物和支架可以用于將更換壁板緊固到部分。
[0068]可以使用傳統(tǒng)的復(fù)合和金屬(例如，鈦)制造技術(shù)來制造用于緊固更換壁板的拼接倍增件和其他元件。在一些實施例中，可以僅使用鈦緊固件，或僅使用復(fù)合元件，或使用鈦和復(fù)合緊固元件的組合。由鈦制成的元件可通過傳統(tǒng)的鈦制造工藝(如熱成形和機加工)而制造。復(fù)合緊固元件可以通過傳統(tǒng)的復(fù)合預(yù)浸料制造技術(shù)(如手工鋪層、裝袋、固化、修剪和無損超聲檢測)而制造。工程允許的情況下，自動纖維鋪放(AFP)可以用來代替手工鋪設(shè)。在一些實施例中，在與更換壁板相同或類似的工藝之后，可以使用相同的生產(chǎn)地點構(gòu)建復(fù)合倍增件、填充物和拼接件。
[0069]因此，圖7的制造室和方法可以用于維修具有一個或更多個一體式復(fù)合組件的新一類商用飛行器?？焖俚鼐S修受損的一體式部分(比更換整個部分更快)，其允許飛行器快速地恢復(fù)使用。因此，減少了飛行器停機時間。
[0070]生產(chǎn)室的優(yōu)點是它可以位于遠(yuǎn)離飛行器制造商的主要生產(chǎn)設(shè)施的位置。例如，制造室可以位于接近機場或飛行器將被維修的其他位置。更近的位置節(jié)省大量的物流成本(例如，包裝、運輸)并減少流程時間。這進一步減少了停機時間。
[0071]在同一地點制造心軸工具并使用它也節(jié)省大量的物流成本并減少流程時間。相反，在一個地點構(gòu)建鋪層心軸工具并在另一個地點使用它可能涉及額外的步驟，如運輸心軸工具至構(gòu)建地點，以及在構(gòu)建地點拆封工具并設(shè)立工具。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造具有嵌入在基質(zhì)中的增強纖維的部件的室，所述室包括: 凈部分，其用于執(zhí)行包括在心軸工具上鋪設(shè)所述增強纖維的凈操作，所述凈部分滿足用于處理未固化復(fù)合材料的凈室要求； 相鄰的臟部分，其用于執(zhí)行包括在固化后機加工所述鋪層的臟操作； 能夠在所述凈和臟部分之間移動的公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)；以及 用于防止所述臟部分中的污染物進入所述凈部分的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室，還包括用于在所述凈和臟部分之間移動所述心軸工具的>j-U ρ?α裝直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的室，其中，所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)包括臺架。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的室，還包括用于維持所述凈部分中的溫度、濕度以及顆粒數(shù)以滿足復(fù)合材料工藝要求的裝置。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的室，其中，每個部分包括用于存儲可互換末端執(zhí)行器的末端執(zhí)行器工作站，其中所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)使用多個所述可互換末端執(zhí)行器來執(zhí)行所述凈和臟操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的室，其中，所述臟部分中的所述末端執(zhí)行器包括機加工末端執(zhí)行器；并且其中所述凈部分中的所述末端執(zhí)行器包括鋪設(shè)和材料切割末端執(zhí)行器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的室，還包括可由所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)使用的無損檢測末端執(zhí)行器。`
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項所述的室，還包括在所述臟部分中用于制造所述心軸工具的末端執(zhí)行器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項所述的室，還包括用于在所述心軸工具上制造拼接倍增件和填充物的末端執(zhí)行器。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的室，還包括固化部分，其與所述凈部分相鄰、用于固化。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的室，還包括用于控制在所述凈和臟部分二者中的所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)和選定的末端執(zhí)行器的公共控制器。
12.一種使用權(quán)利要求1所述的制造室制造復(fù)合部件的方法，所述方法包括: 使用所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)在所述臟部分中構(gòu)建心軸工具； 將所述心軸工具和所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)移動到所述凈部分中； 使用所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)在所述工具上沉積增強纖維； 將所述工具移動到固化部分并執(zhí)行固化； 將所述心軸工具和所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)移回所述臟部分中； 機加工所述工具上的所固化部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)被移動到所述凈部分中之前對其進行清潔。
14.一種制造室，包括: 凈部分，其專用于在心軸工具上鋪設(shè)所述增強纖維； 相鄰的臟部分，其專用于在固化后機加工所述鋪層；以及 公共末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)，其可在所述凈和臟部分之間移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造室，其中，每個部分包括用于存儲可互換末端執(zhí)行器的末端執(zhí)行器工作站，其中所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)使用多個所述可互換末端執(zhí)行器來執(zhí)行所述纖維鋪設(shè)和所述機加工。
16.一種制造室，包括: 凈部分，其包括用于執(zhí)行復(fù)合物鋪設(shè)操作的可互換末端執(zhí)行器，所述凈部分滿足用于處理未固化復(fù)合材料的凈室要求； 與所述凈部分相鄰的臟部分，所述臟部分包括用于執(zhí)行機加工操作的可互換末端執(zhí)行器；以及 末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)，其能夠在所述凈和臟部分之間移動，用于選擇和使用所述末端執(zhí)行器在所述凈部分中執(zhí)行所述鋪設(shè)操作以及在所述臟部分中執(zhí)行所述機加工操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造室，還包括用于防止所述臟部分中的污染物進入所述凈部分的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的制造室，還包括用于在所述凈和臟部分之間移動所述末端執(zhí)行器定位系統(tǒng)的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項所述的制造室，還包括用于維持所述凈部分中的溫度、濕度以及顆粒數(shù)以滿足所述復(fù)合材料工藝要求的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19中任一項所述的制造室，還包括用于控制所述凈和臟部分二者中的所述末端執(zhí)行 器定位系統(tǒng)和選定的末端執(zhí)行器的公共控制器。
【文檔編號】B29C70/00GK103826835SQ201280033057
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月12日
【發(fā)明者】J·L·米勒 申請人:波音公司