本發(fā)明涉及特別地用于航空航天工業(yè)的層壓復合結構和部件。具體地，本發(fā)明涉及通過層壓復合纖維來形成用于諸如飛行器機翼結構之類的主要結構的復合結構的改進方法。

背景技術：

傳統(tǒng)上，復合部件通過熟練的層壓操作者經(jīng)由勞動密集型手工鋪設過程制造。在已知的方法中，用于鋪設件的基體材料以預浸漬纖維復合材料或干纖維復合材料的形式被層壓到模制工具中，該模制工具與最終部件的幾何形狀相匹配使得基體材料直接形成為最終部件的形狀。由于使用層壓操作者的技術來將材料剪裁成部件的輪廓，因此利用這種方法使得能夠實現(xiàn)復雜的幾何形狀。然而，手工鋪設不能夠實現(xiàn)材料的高速率鋪放(deposition)。

在所有的市場領域中，需要減小固化復合部件的生產(chǎn)中的所有步驟的總制造過程時間。特別地就具有許多層片的大型或厚部件而言、并且特別地在航空航天和汽車領域內(nèi)，這已經(jīng)導致用于所有材料規(guī)格的自動化鋪放過程的發(fā)展，諸如自動化纖維布置(AFP)、自動化帶材鋪設(ATL)和干纖維AFP(DAFP)之類。然而，由于將材料遞送到工具上的末端執(zhí)行器的大的物理尺寸，這些復雜的鋪放系統(tǒng)具有局限性，主要是關于這些復雜鋪放系統(tǒng)能夠形成的幾何形狀方面的局限性。就幾何形狀是“簡單”的且大致平坦的部件而言，進出末端執(zhí)行器基本不存在問題。示例是特別地在航空航天行業(yè)中的復合機翼蒙皮部件的形成。

就更多的一體化結構而言，以及就具有更復雜形狀的部件而言，由于例如末端執(zhí)行器不可以配合在或者不能夠到達特征件或多個特征件的兩個相對壁之間，因此末端執(zhí)行器的尺寸會防止末端執(zhí)行器鋪放在具有鋪設件的形狀的腔或凹部內(nèi)。這需要對未固化的層壓材料(也稱為預成形件)進行進一步地處理以產(chǎn)生最終的形狀。通常，這種額 外的處理依賴于在固化之前例如在壓機或模具中使層壓預成形件成形為所需形狀的方法。所有成形過程都需要使用熱、壓力和附加模制工具或耗材，這增加了總處理時間和總成本。

然而，存在與這些成形過程相關聯(lián)的某些缺點。一個缺點是：在不會在結構中引起不可接受的特征(例如纖維偏離和起皺)的情況下，在能夠“成形”的層壓件的幾何形狀和厚度發(fā)面具有限制性。這對于層壓件厚度可能超過20mm厚的高負荷結構——例如飛行器的機翼機構——而言是顯著的問題。此外，碳纖維是硬的并且因此碳纖維難以彎曲且不能拉伸，這使得使拐角附近的碳纖維成形是一項困難的任務。

不同的復合材料形式可能由于其固有特性而相比于其他復合材料形式而言更難以形成。預浸漬件包括具有由已結合(預浸漬)到片材材料中的未固化基質構成的膜的纖維(單向或編織)。樹脂是粘性的，因此一旦由碳構成的層片被一起層壓成堆疊件，則層片粘附至彼此并且不易于相對于彼此滑動。其結果是使預浸漬件成形可能在預成形件中產(chǎn)生褶皺和其他不希望有的特征。

干纖維層壓預成形件中的纖維通常不粘附至彼此并且因此能夠在彼此之上“滑動”，除非將特定的粘合劑放置在纖維堆疊件內(nèi)并且通過熱和/或壓力來使特定的粘合劑活化。干纖維預成形件可以呈以下形式：單向纖維(UD)、編織纖維、無皺褶織物(NCF——通常為組裝并縫合在一起的單向纖維層)、短切原絲氈(CSM)或者用于結構復合型應用的任何其他已知形式的纖維。

術語樹脂、基質或浸漬基質可以包括呈現(xiàn)出低粘度的任何類型的聚合物樹脂或者聚合物樹脂混合物，這些聚合物樹脂或者聚合物樹脂混合物可以經(jīng)聚合而固化以用于形成復合材料的一般用途。在某些過程中需要較低的粘度以使得任何種類的浸注或輸注過程都是可能的。預浸漬材料中的基質或樹脂的粘度當然可以更高。如技術人員所已知的，在文中未進行詳細描述的一些已知的過程中，基質可以在壓力下被輸注或者通過在真空狀態(tài)下吸取基質而被浸注。

術語“纖維”在下面的說明中用于指如通常在復合材料中使用的任何類型的結構纖維，例如碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯(聚烯烴)、玄武巖纖維或者天然纖維。

在航空航天領域的特定情況下，用于復合主結構部件的主要材料是碳纖維預浸漬件。預浸漬件目前在所有材料形式中具有最高結構性能，并且因此預浸漬件在結構性能和輕重量是關鍵的這些實現(xiàn)方式中是有益的。

飛行器結構的許多部件傳統(tǒng)上將由若干單獨的部件制成，所述若干單獨的部件然后經(jīng)由機械緊固件接合在一起以創(chuàng)建整體結構。機械性螺栓接合在復合結構中效率不高。

在航空航天領域中，對于主結構機翼應用，纖維復合材料的使用是與日俱增的。在歷史上，由復合材料制成的主機翼結構部件一直遵循“黑色金屬設計”的原理，其中，復合材料用來代替部件所用的金屬，并且遵循如用于金屬的相同設計規(guī)則、形狀和原理來設計。在使用這種方法中，并不一定充分地利用使用復合材料的最大益處。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供了一種形成復合部件的方法，該方法包括下述步驟：

a)提供鋪設件，該鋪設件包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域包括干纖維，第二區(qū)域包括預浸漬纖維；

b)使鋪設件成形以在第一干纖維區(qū)域處產(chǎn)生非平面部；

c)將基質施用至至少第一干纖維區(qū)域；以及

d)對成形的部件進行固化以使部件的基質凝固。

因此，本發(fā)明的方法提供了一種形成復合材料的方法：此方法通過在鋪設件上使用不同纖維類型，以使鋪設件適于在鋪設件的待成形的區(qū)域中進行成形處理，并且在不需要成形的區(qū)域中采用產(chǎn)生最大強度益處的纖維類型。

鋪設件在步驟a)中提供，并且然后在步驟a)之后的步驟b)中例如通過使鋪設件彎曲或折疊而成形。

提供鋪設件可以包括以自動化纖維鋪放過程鋪放預浸漬纖維以及/或者利用自動化干纖維鋪放過程來鋪放干纖維?？梢赃@樣做來提高產(chǎn)生具有混合纖維類型的鋪設件的速度。

通常，復合部件是層壓復合部件，并且提供鋪設件包括提供具有干纖維層和預浸漬纖維層的層壓鋪設件。通常，鋪設件的非平面部具有超過20層的干纖維層——例如，在翼盒的情況下，鋪設件的非平面部可以具有30層至50層的干纖維層。

鋪設件在步驟a)中被層壓，并且然后在步驟a)之后的步驟b)中例如通過使鋪設件彎曲或折疊而成形。換句話說，所有的干纖維層在其已經(jīng)被堆疊在彼此的頂部上以形成鋪設件之后同時成形(例如通過使鋪設件彎曲或折疊)。非平面部在層壓鋪設件已經(jīng)被提供之后成形，而不是在這些層在步驟a)期間被堆疊在彼此的頂部上時使鋪設件的每個層片一個接一個地彎曲/折疊。在第一干纖維區(qū)域中使用干纖維使層壓鋪設件能夠更容易地成形。通常，干纖維和/或干纖維層隨著鋪設件的成形在彼此之上滑動以在第一干纖維區(qū)域處產(chǎn)生非平面部。

在施用基質之前，在第一區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的大部分纖維或干纖維層可以是干纖維。具有大部分干纖維有助于使材料適于成形，同時保持材料的一部分厚度中的其他纖維類型(諸如預浸漬件)的某些強度特性。

類似地，在施用基質之前，在第一區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的大部分纖維層可以是干纖維層。

在施用基質之前，在第一區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的所有纖維可以是干纖維。這可以在干纖維區(qū)域中提供最大程度的靈活性和可成形性。

在第二區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的大部分纖維可以是預浸漬纖維。這允許在需要的情況下容置其他形式的纖維。

類似地，在第二區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的大部分纖維層可以是預浸漬纖維層。

在第二區(qū)域中存在于鋪設件的厚度中的所有纖維都可以是預浸漬纖維。這可以在預浸漬纖維區(qū)域中提供最大強度。

在施用基質之前，鋪設件可以包括設置在包括預浸漬纖維的至少兩個區(qū)域之間的包括干纖維的至少一個區(qū)域。

在施用基質之前，鋪設件可以包括設置在包括預浸漬纖維的第二 區(qū)域的不同側的包括干纖維的多個第一區(qū)域。

在施用基質之前，鋪設件可以包括設置在多個預浸漬纖維區(qū)域之間的多個干纖維區(qū)域，其中，該方法還包括在施用基質之前在干纖維區(qū)域處形成預成形件。

形成該部件可以包括形成具有封閉底部和敞開頂部的通道，其中，第一干纖維區(qū)域(一個或多個)設置在通道的頂部邊緣中的至少一個頂部邊緣處以及/或者設置成與通道的頂部邊緣中的至少一個頂部邊緣相鄰。

成形步驟可以包括在鋪設件中形成具有下述角度的彎曲部：該角度大于30度、優(yōu)選地大于60度、更優(yōu)選地大于90度。

干纖維可以僅在將在成形過程中被彎曲、成形或折疊的區(qū)域中提供，或者靠近該區(qū)域來提供或者與該區(qū)域相鄰地提供。

將基質施用至干纖維區(qū)域包括基質輸注或浸注過程。基質輸注過程可以例如是樹脂傳遞模塑(RTM)過程；或者同條件的樹脂傳遞模塑(SQRTM)過程。浸注過程可以例如是液態(tài)樹脂溶滲(LRI)過程；或者樹脂膜熔滲(RFI)過程，在RFI過程中，鋪設件包括膜層，并且基質通過從膜層浸注被施用至第一干纖維區(qū)域。

該方法還可以包括下述步驟：在將基質施用至干纖維區(qū)域之前使鋪設件的第一部分局部活化以使鋪設件的第一部分中的粘合劑或熱塑性層活化，優(yōu)選地同時使鋪設件的第二部分處于未活化狀態(tài)。

第一部分可以包括干纖維。

第二部分可以包括干纖維或預浸漬纖維或者一個或更多個干纖維區(qū)域與一個或更多個預浸漬纖維區(qū)域的組合。

使第一部分局部活化的步驟可以包括向第一部分施加局部的熱和/或壓力。

該方法還可以包括在第一區(qū)域已經(jīng)被活化之后并且在將基質施用至干纖維區(qū)域之前使鋪設件的第二部分成形。

該方法還可以包括在第二部分已經(jīng)成形之后，通過使第二部分中的粘合劑局部活化來使鋪設件的第二部分活化。

本發(fā)明的另一方面提供了根據(jù)文中所描述的方法的任何方面而形成的復合部件。

本發(fā)明的又一方面提供了一種未固化復合預成形件，其包括至少一個第一區(qū)域和至少一個第二區(qū)域，第一區(qū)域包括干纖維，第二區(qū)域包括預浸漬纖維，其中，在第一區(qū)域中存在于預成形件的厚度中的大部分纖維是干纖維，以及在第二區(qū)域中存在于預成形件的厚度中的大部分纖維是預浸漬纖維，鋪設件在第一干纖維區(qū)域(一個或多個)處被成形、彎折、彎曲或折疊以提供與第二預浸漬纖維區(qū)域(一個或多個)相鄰的至少一個成形區(qū)域。

本發(fā)明的再一方面提供了包括如文中所描述的復合部件的飛行器。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行描述，在附圖中：

圖1示出了可以結合有根據(jù)本文中所描述的方法而形成的部件的飛行器；

圖2示出了現(xiàn)有技術的翼盒組件的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的用于翼盒的組件；

圖4A和圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在部件上執(zhí)行的成形步驟；

圖5是示出了對拐角區(qū)域處的干纖維過渡部進行預浸漬的示意性截面圖；

圖6示出了可以被折疊以形成圖5的拐角區(qū)域的平坦的鋪設件；

圖7示出了承載U形鋪設件的陽模具；

圖8示出了轉移至陰模具的U形鋪設件；

圖9示出了利用陰模具作為芯軸而形成的翼梁凸緣；

圖10示出了翼梁腹板是預浸漬件并且只有凸緣是干纖維的以替代方式成形的鋪設件；

圖11示出了平坦的鋪設件；

圖12和圖13示出了應用至圖11的平坦的鋪設件的覆蓋成形(drape forming，區(qū)域成形)過程；

圖14示出了由圖13的覆蓋成形過程形成的為進一步成形而準備的U形鋪設件；

圖15示出了通過軋輥成形的翼梁凸緣；

圖16示出了RFI鋪設布置；

圖17示出了RFI固化布置；

圖18示出了RTM固化布置；以及

圖19示出了LRI固化布置。

具體實施方式

圖1示出了其中可以結合有根據(jù)本發(fā)明的方法制成的部件的飛行器1。本發(fā)明涉及可以形成飛行器的主結構的部分——例如形成機身11的部分、垂直尾翼12或者水平尾翼13的部分——的大致片材狀、腹板狀、平面或曲面(curved-planar)部件。本發(fā)明的部件也可以結合到機翼14、發(fā)動機殼體15的元件中，并且甚至還可以結合到起落架16和起落架17的部件或者起落架的門中。本發(fā)明涉及例如使諸如機翼蒙皮之類的大致片材狀或腹板狀部件加強，或者使飛行器的隔板、翼梁或翼肋的用于任何結構的橫梁和隔板的大致腹板狀特征加強。

圖2示出了用于形成現(xiàn)有技術的翼盒的已知組件。翼盒由下蓋201和上蓋202構成，下蓋201和上蓋202中的每一者均通過多個縱梁211和縱梁212進行加固。提供有前翼梁220和后翼梁230。還提供有多個翼肋240。組裝方法通常包括利用諸如螺栓或鉚釘之類的固定裝置將前翼梁和后翼梁附接至下蓋。用于將翼肋240附接至下蓋211的肋腳附接至下蓋，并且翼肋240然后可以組裝到肋腳上并附接至前翼梁220和后翼梁230。最后，上蓋202可以組裝到翼肋240和前翼梁220及后翼梁230上，以產(chǎn)生完全成形的盒。部件之間的所有接合部通常包括諸如螺栓或鉚釘之類的點固定裝置，并且由這種固定裝置產(chǎn)生的應力集中可能意味著在被固定的部件中需要附加強度，這導致總重量的增加。

隨著結構部件中越來越多地使用復合材料，特別地例如在機體結構中以及在機翼中使用復合材料，得到輕重量且低成本的復合結構的在結構上最有效的方法是提高部件的整體性。因此，在可能的情況下，部件一體地形成為一個件而不是單獨地形成并隨后接合在一起。因此，在復合結構的發(fā)展中有利的是，經(jīng)由結構的一體化而將水平提高的結構功能性整合到較低數(shù)目的零部件中。

在下面描述的實施方式中，將翼梁和蓋部件結合成一個件。該部件可以通過將預浸漬材料鋪放在凸形芯軸上以產(chǎn)生大致U形預成形件而制成。該預成形件可以從芯軸移除并且形成面向外的翼梁帽。然后添加肋腳和縱梁，并且然后對組裝好的整個預成形件進行固化。

然而，利用已知的標準方法，還未證明可以沿著具有高負荷結構所需的大橫截面厚度的機翼的整個長度形成面向外的帽。

纖維的滑動過程和剪切過程對能夠使纖維“成形”成復雜的幾何形狀而言是重要的(注意所有的成形過程將在層壓件的每個層片中引起一定程度的偏離)。通過粘附在一起的預浸漬層壓件，通常不能獲得足夠的材料滑移/剪切。

如文中所描述的，混合纖維層壓件通過局部地改變結合在未固化的預成形件內(nèi)的材料的類型來克服此問題。在本發(fā)明的實施方式中，干纖維在預成形結構的需要成形的一個或更多個區(qū)域中結合到層壓件中。這可以通過干纖維AFP或NCF(非屈曲經(jīng)編織物)材料來實現(xiàn)。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于形成U形盒的組件。包括縱梁312的上蓋302如所示的以與提供圖2的組件的方式大致類似的方式來提供。類似地，多個翼肋340以與圖2中示出的已知方法類似的布置來提供。

本文中所描述的方法允許提供大致U形的結構以形成翼盒組件的下部分。大致U形的下翼盒部件包括與前翼梁320一體地形成的下蓋301?？v梁311以與針對圖2的現(xiàn)有技術方法來提供的大致相同的方式設置在下蓋301上。在圖2或圖3的組件中，縱梁211或縱梁311可以以對于本領域技術人員而言通常是已知的并且因此未在文中進行詳細描述的方式結合至下蓋和/或上蓋、與下蓋和/或上蓋一體地形成，或者螺栓連接至下蓋和/或上蓋。

本發(fā)明的方法允許圖3中的U形盒部件350由復合材料一體地形成。在第一示例中，在U形陰模中直接形成復合U形盒350的鋪設件。利用任何已知形式的自動化纖維放置、自動化帶材鋪設和干纖維自動化纖維放置來在模具中形成鋪設件。在第二示例中，鋪設件如在下面參照圖7所進一步詳細描述的那樣直接形成到陽模上，然后如圖8至圖10中所示轉移至U形陰模。U形盒部件350在其初始鋪設形式中還沒有包括被示出為凸緣部361和凸緣部362的翼梁帽，凸緣部361和凸緣部362最終用于將上蓋302附接至后翼梁330和前翼梁320。使用將參照圖4A和圖4B進行更詳細地描述的本發(fā)明的方法，下蓋301和前翼梁320及后翼梁330由貫穿鋪設件的厚度的至少大部分預浸漬纖維構成并且優(yōu)選地全部由預浸漬纖維構成。預浸漬纖維已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有最好的結構特性并且因此在諸如圖3中示出的翼盒之類的結構部件中是實用的。為了形成翼梁帽的凸緣部361和凸緣部362，有必要在固化之前在鋪設件中產(chǎn)生相對較尖銳的折痕或折縫。這是因為可用的自動化纖維放置技術不一定很好地適用于鋪設所示出的復雜形狀的纖維以便形成圖3中示出的下翼盒部分350。如上所述，預浸漬纖維不一定會使其自身被良好地折疊，特別是在通常對諸如圖3的翼盒組件之類的重要的主結構部件是必要的厚輪廓部段中尤其如此。因此，在本發(fā)明的方法中，干纖維被放置在形成下翼盒部分350的凸緣361和凸緣362的折痕的區(qū)域中。因此，干纖維提供了鋪設件的纖維能夠在彼此之上滑動的部分，并且因此，干纖維適于更好地以形成凸緣361和凸緣362所需的方式進行折疊。一旦已經(jīng)形成了凸緣部段361和凸緣部段362，則可以對整體部件350進行固化。將在后面參照圖8和圖9對用來折疊凸緣361和凸緣362的成形操作進行更詳細地描述。

在替代性方法中，優(yōu)選地在使鋪設件成形之前，在至少一個未活化干纖維區(qū)域(一個或多個)中，鋪設件的一個或更多個干纖維區(qū)域可以被局部活化以使鋪設件的一個或更多個子區(qū)域中的粘合劑或熱塑性層局部活化。因此，在上述示例中，放置在形成下翼盒部分350的凸緣361和凸緣362的折痕區(qū)域中的干纖維可以保持未被活化，同時與要成形的區(qū)域相鄰的干纖維區(qū)域——即可能出現(xiàn)在下蓋301和翼梁320和翼梁330中的區(qū)域——可以被加固或加強，或者通過局部活化而至少部分地凝固。凸緣361和凸緣362的大致平面的部分也可以被 局部活化，從而僅使至少主要的干纖維——凸緣361與翼梁330和凸緣362與翼梁320之間的折痕區(qū)域——未被活化，并且因此仍然是可成形的。折痕然后可以被活化并隨后用基質浸漬并在成形步驟之后進行固化。成形操作可以包括施加熱。如果在成形操作期間施加的熱足夠高以使干纖維區(qū)域的粘合劑活化，則成形操作也可以使干纖維區(qū)域中的粘合劑活化，從而留下成形且活化的干纖維區(qū)域。這具有在成形操作期間給部件增加剛度的優(yōu)點，這允許在隨后的步驟期間更容易地處理或操作預成形件。本文中所描述的方法可以采用適于在復合材料中使用的任何粘合劑以在固化之前使纖維粘合。粘合劑可以呈不同的形式。一個示例為由Hexcel^TM市售的結合了粘合和增韌功能的增韌NCF、雙軸、(45°/135°和135°/45°)、2×268gsm、IMA、V800Eveil(6/6/0)。替代性選擇是Toho-Tenax^TM的增韌UD-編織物-IMS65纖維、194gsm、增韌TA1902-05(5gsm)、EP05311粘合劑(6gsm)、1.27m寬、PB1_06-V8_05-IMS65-UD-0194-1270。

在固化之前，用聚合物基質浸漬干纖維，以完成在初始干纖維區(qū)域中所需的復合材料。已經(jīng)存在用于在模具中對干纖維進行浸漬及固化的方法。一種這樣的可用技術被稱為同條件的樹脂傳遞模塑(SQRTM)。SQRTM是結合有預浸漬材料處理和液體模塑處理的封閉模塑方法。SQRTM是標準樹脂傳遞模塑(RTM)的演化，標準樹脂傳遞模塑(RTM)也是普遍可用的且對于技術人員而言是已知的。RTM采用干纖維預成形件并用基質浸漬干纖維。然后，通過熱來熱激活纖維墊或纖維鋪設件中以及模具的壁中的化學反應。RTM通常是封閉的真空輔助模塑過程。在RTM過程中，纖維預成形件或鋪設件被放置到具有所需部件的形狀的模具腔中。然后，模具關閉并且在壓力下將總體上較低粘度的樹脂泵送到模具中，從而排出纖維內(nèi)部及周圍的空氣，直到模具被填滿為止。在填充周期之后，固化周期開始，在固化周期期間，模具被加熱并且樹脂聚合成為硬質塑料。

SQRTM遵循類似過程，但是用預浸漬鋪設件代替干纖維。在SQRTM中，預浸漬層片被布置在模具內(nèi)，模具關閉，并且然后進一步將液態(tài)樹脂輸注到模具中。優(yōu)選地，所輸注的樹脂與預浸漬件內(nèi)提供的樹脂相同并且提供相同的機械性能。不同于RTM過程，在SQRTM中，所輸注的樹脂意在填充部件周圍的腔，而不意在浸漬預 浸漬件。

在本發(fā)明的方法中，在鋪設件中的不同區(qū)域處采用預浸漬纖維和干纖維兩者的混合物，并且因此產(chǎn)生了在SQRTM和傳統(tǒng)RTM中產(chǎn)生的效果的組合，其中在包括干纖維的區(qū)域中，基質被浸漬在干纖維中，并且在鋪設件包括預浸漬纖維的區(qū)域中，像在標準SQRTM過程中一樣，在預浸漬件周圍形成樹脂。用于纖維浸漬和固化的替代性方法包括樹脂膜熔滲(RFI)、液態(tài)樹脂溶滲(LRI)或者對于技術人員而言是已知的任何其他適合的方法。將在下面參照圖17至圖19對上述SQRTM、RFI和LRI方法進行更詳細地描述。

圖4A和圖4B更詳細地示出了圖3的下翼盒蓋350的可以從本發(fā)明的特征中獲益的區(qū)域。

圖4A示出的下翼盒350的一部分，該部分包括下蓋301的與翼梁320相接的平面部352。存在可以在線400處形成下翼盒蓋中的初始角度的兩種方法?？梢孕纬稍撦喞囊环N方式是，將預浸漬鋪設件被鋪放到具有互補形狀的模具中，使得部件鋪設在模具的內(nèi)部并且預浸漬件的自動鋪放形成了初始結構中的所需角度。在這種方式中，提供了在其中包括具有預成形角度的預浸漬纖維材料的鋪設件。然而，替代性地，線400處的角度也可以通過在角度400的區(qū)域處鋪放干纖維以及在該區(qū)域的兩側鋪放預浸漬纖維來產(chǎn)生，以形成鋪設件的大致平面部351和352。因此，干纖維區(qū)域形成在相鄰的預浸漬纖維區(qū)域之間。對于技術人員而言將是顯而易見的是，大致平面部351和352還可以結合有特征變化、厚度變化和輪廓方面的細微變型，但是大致平面部351和352整體上具有平面形式，大致平面部351和352在其各自的平面的方向上具有較大的延伸范圍，并且在與其各自的平面垂直的方向上的具有足夠小的厚度，以便為平面部351和平面部352提供大致片材狀或腹板狀的構型。因此，本發(fā)明的方法提供了預成形件的主要由預浸漬纖維材料制成的大致平面的區(qū)域，同時在預浸漬區(qū)域之間提供了干纖維區(qū)域以允許所需的成形工序。

另一替代性鋪設件布置在圖5中示出，其中，下蓋301(包括平面部352)包括以實線示出的預浸漬纖維層，并且鋪設件的其余部分包括以虛線示出的干纖維層(翼梁320和凸緣362兩者全部由干纖維層形成)。

圖5中示出的層數(shù)僅是示意性的。在圖5的情況下，鋪設件的非平面部示出為僅具有九個干纖維層，但是更典型地，鋪設件的非平面部將具有超過20層的干纖維層——例如，其可以具有30層至50層的干纖維層。在蓋的最厚的部分中，預浸漬纖維層的數(shù)目可以高達120層。

圖5示出了預浸漬纖維層(在下面被稱為“預浸漬層片”)與干纖維層(在下面被稱為“干纖維層片”)之間的過渡部430，預浸漬纖維層與干纖維層在過渡部430處彼此對接。該過渡部可以以與圖5中示出的方式不同的許多方式來提供。例如，過渡部可以通過逐漸減少沿著斜坡距離440的預浸漬層片并用干纖維層片代替預浸漬層片來實現(xiàn)。層片過渡部430為交錯的，以便最終在折痕400的區(qū)域處獲得至少大部分干纖維。圖5和圖6內(nèi)表示的過渡部可能并不代表折痕400的區(qū)域內(nèi)的實際過渡部的真實斜坡距離。

在替代性方法中，交替的干纖維層和預浸漬件層可以是交織的，并且如通過最終形成折痕400的點處的材料厚度看出的，預浸漬纖維與干纖維的比例可以從100％的預浸漬纖維開始經(jīng)過約50％的預浸漬纖維和50％的干纖維逐漸轉變成約100％的干纖維。

然而，將要理解的是，在要成形的區(qū)域中提供大部分干纖維和相對較低比例的預浸漬纖維也可以實現(xiàn)本發(fā)明的至少某些益處。例如，可以在要成形的折痕的外延伸區(qū)域處提供預浸漬纖維。通過在鋪設件的厚度中提供至少一定比例的干纖維，鋪設件中的纖維層可以在彼此之上滑動，以使得能夠在預成形件中形成所需特征。因此，預成形件可以有益地在鋪設件的厚度上包括預浸漬纖維和干纖維兩者。

因此，在圖4A的部件的情況下，初始折痕400可以通過沿箭頭410的方向折疊大致平面的或片材狀鋪設件來提供。該折疊步驟可以在使鋪設件的一個或更多個大致平面區(qū)域中的粘合劑局部活化之后執(zhí)行。

不是被鋪設到陰模中或者被鋪設到陽模上以形成U形，下翼盒350而是可以鋪設為大致平坦的片材，該大致平坦的片材然后被折疊以形成兩個折線400、401。圖6示出了作為大致平坦片材的在已經(jīng)使其成形以產(chǎn)生折痕400或折痕401之前的鋪設件。各層被堆疊在彼此的頂 部上，以形成圖6的堆疊件，此堆疊件隨后被折疊。圖4B示出了第二折痕401的形成，以便形成例如圖3的U形盒部件350的凸緣部361和凸緣部362。

此外，如參照圖4A所描述的，在折線401的區(qū)域中，干纖維可以鋪放成使得鋪設件在折痕401的區(qū)域中的至少一部分厚度或者大部分厚度或者優(yōu)選地全部厚度包括干纖維。鋪設件的在該區(qū)域401處的整個厚度均可以由干纖維構成。因此，為了形成凸緣部420，基于纖維的預成形件可以在鋪設件主要包括干纖維的區(qū)域401處被折疊。以此方式，鋪設件可以提供成在鋪設件已經(jīng)大致以其用于固化的最終形式鋪放的區(qū)域中包括預浸漬纖維，因此不需要在固化工序之前成形。此外，鋪設件可以在鋪設件要被進一步成形或折疊以在固化階段之前得到部件的最終形狀的區(qū)域中包括至少大部分的干纖維。

在以上所述的示例中，在圖4A中示出的平面部351(其形成了翼梁320和凸緣362兩者)完全由干纖維形成而不具有預浸漬纖維。在替代性示例中，翼梁320和凸緣362可以由預浸漬件(如下蓋301)形成并且僅折線400、401的區(qū)域由干纖維形成，其中如圖5和圖6中所示在干纖維與預浸漬件之間具有過渡部。

如上所述，整個部件可以在成形步驟(一個或多個)之后在單個操作中進行固化。此外，在成形步驟(一個或多個)之前可以使部件的一個或更多個干纖維部分中的粘合劑局部活化，以使鋪設件在將不需要成形的區(qū)域中堅固或加強。這可以在部件或鋪設件的活化部段之間提供可成形區(qū)域。由于活化部段將在使未活化部段成形時保持處于其所需形狀，因此這可以使鋪設件在成形步驟中的操作變得容易。

圖7示出了陽模370上的初始鋪設操作。在圖7和后面的附圖中，預浸漬纖維區(qū)域以實線表示，而干纖維區(qū)域以虛線表示。

如先前已經(jīng)討論的，鋪設件可以利用任何形式的已知的自動化纖維布置、自動化帶材鋪設或者干纖維自動化纖維布置來鋪放到陽模370上。鋪設預成形件包括蓋區(qū)域301處的至少大部分預浸漬纖維以及翼梁區(qū)域320和翼梁區(qū)域330處的至少大部分干纖維。

圖7示出了提供層壓鋪設件的步驟，以及圖8和圖9示出了下翼盒350的后續(xù)成形階段。U形鋪設件被轉移至互補陰模380。陰模被設 計成允許翼梁凸緣區(qū)域從模具的頂部突出。陰模被定形成容納預成形件的蓋和翼梁區(qū)域。翼梁凸緣區(qū)域361和翼梁凸緣區(qū)域362不受陰模限制，從而允許折疊操作。

從陰模突出的翼梁凸緣區(qū)域361和翼梁凸緣區(qū)域362被折疊以產(chǎn)生下翼盒350的翼梁凸緣361和翼梁凸緣362。這可以通過軋制操作來執(zhí)行。替代性地，這可以通過壓制操作來執(zhí)行。對于技術人員而言將是顯而易見的是，也可以使用其他適合的成形方法。

圖10示出了替代性實施方式的下翼盒的最終成形階段，其中，翼梁區(qū)域320和翼梁區(qū)域330包括至少大部分預浸漬纖維(以實線示出)，而僅翼梁凸緣區(qū)域361和翼梁凸緣區(qū)域362是干纖維(以虛線示出)。

圖11至圖15示出了可以使下翼盒350成形的替代性方法。在這種情況下，下翼盒鋪放為大致平面的或片材狀鋪設件。下翼盒形狀隨后通過執(zhí)行一系列的折疊操作來提供。

如圖11中所示，鋪放或者是干纖維或者是預浸漬纖維的大致平坦的纖維片材通常是最快的方式，其中鋪設件可以通過已知的自動化鋪放技術來形成。因此，可以有利的是通過單個平坦的片材鋪設件來制造產(chǎn)品，然后使單個平坦的片材鋪設件成形以提供部件的最終預成形件。然后，部件可以以其最終折疊形式固化為單個部件。圖11至圖15的實施方式示出了下翼盒550可以根據(jù)本發(fā)明的實施方式由大致平坦的片材鋪設件或預成形件形成為單個部件的方法。

圖11示出了包括具有不同特性的若干子區(qū)域的大致平坦的片材預成形件。鋪設件500包括第一翼梁凸緣區(qū)域501，第一翼梁凸緣區(qū)域501是主要由預浸漬纖維形成的大致平面區(qū)域。大致線性可成形區(qū)域502定位成與翼梁凸緣501相鄰，并且主要由干纖維形成以使該區(qū)域能夠根據(jù)本發(fā)明的方法成形或折疊。與第一可成形區(qū)域502相鄰的是翼梁區(qū)域503。與翼梁區(qū)域503相鄰的是第二可成形區(qū)域504，該第二可成形區(qū)域504也將主要或完全地由在鋪設件的大部分或整個厚度上的干纖維形成。在兩個可成形區(qū)域504與可成形區(qū)域506之間形成有蓋區(qū)域505。蓋區(qū)域是大致平面的且主要由預浸漬纖維形成。如將理解的，蓋區(qū)域可以包括厚度的某些變化以及脊或通道狀的形態(tài)部，以便例如允許翼肋的附接或者以便容置機翼的其他的內(nèi)部部件，但是蓋 區(qū)域通常具有平面形式并且因此適于利用預浸漬纖維進行鋪放，而不需要用于使蓋成形的大量的其他成形操作。在折疊區(qū)域506與折疊區(qū)域508之間提供有另外的翼梁區(qū)域507。像第一翼梁區(qū)域503一樣，該翼梁區(qū)域主要由預浸漬纖維形成并且可以結合有厚度變化和輕微的輪廓，以允許將翼盒的內(nèi)部特征結合入兩個蓋內(nèi)。第二翼梁凸緣區(qū)域509以與折疊區(qū)域508相鄰的方式形成，并且另外，該區(qū)域也主要或完全由預浸漬纖維形成并具有大致平面形式。

如可以看到的，因此可以提供大致平坦的鋪設件，該鋪設件包括多個大致平面區(qū)域和一個或更多個可成形區(qū)域502、504、506、508，其中，所述多個大致平面區(qū)域由預浸漬纖維形成，所述一個或更多個可成形區(qū)域502、504、506、508完全地或者主要地由干纖維形成，以允許鋪設件在可成形區(qū)域中的折疊或成形。如已經(jīng)在上面進行描述的，一個或更多個大致平面區(qū)域中的至少一部分、或者不需要成形的任何區(qū)域可以優(yōu)選地通過施用熱和/或壓力而被局部活化，以便在參照圖12至圖15所描述的任何或所有成形步驟被執(zhí)行之前使這些區(qū)域中的粘合劑活化。在成形之后，干纖維區(qū)域中的任何或所有干纖維區(qū)域都可以如文中所描述的經(jīng)由已知的方法被局部活化以及/或者設置有基質，并且隨后被固化。

圖11示出了替代性方法中的第一步驟，在第一步驟中，大致平坦的鋪設件被鋪放到鋪設表面上。鋪設表面包括陽模571的上表面和兩個可移除側壁部段573。陽模571安裝在由基部590承載的支承件572上。鋪設件可以利用任何已知形式的自動化纖維放置、自動化帶材鋪設或者干纖維自動化纖維放置而被鋪放。

接下來，側壁部段573如圖12中所示的那樣被移除，并且鋪設件500和工具部件571及工具部件572被真空包裝(vacuum bagging)，以使鋪設件能夠經(jīng)由真空輔助覆蓋成形來形成。真空包裝布置包括包裝膜593、膠帶594和真空口591，膠帶594將包裝膜593的邊緣緊固至掃掠器塊(sweeper block)595。

圖13示出了圖11的鋪設件的成形過程中的第一覆蓋成形步驟。在該第一步驟中，翼梁區(qū)域503和翼梁區(qū)域507通過施加至真空口591的真空被吸到陽模572周圍。該第一成形操作使鋪設件的第一翼梁區(qū)域503和第二翼梁區(qū)域507相應地成形，鋪設件的第一翼梁區(qū)域503 和第二翼梁區(qū)域507通過可成形區(qū)域504和可成形區(qū)域506的變形而設置成相對于蓋區(qū)域505成角度。另外，不需要成形的區(qū)域中的任何干纖維區(qū)域均可以在進行成形步驟之前用熱和/或壓力活化。

圖14示出了熱片材垂簾成形步驟與最終成形步驟之間的中間步驟。預成形件被從包裝布置中移除并且支承件572也被移除，使得下翼盒預成形件550的翼梁凸緣部從陽模571突出。

如圖15中所示，在最終成形步驟中，翼梁凸緣部501和翼梁凸緣部509被折疊，以獲得下翼盒550。在此情況下，翼梁凸緣501和翼梁凸緣509由軋輥600折疊。替代性地，翼梁凸緣可以通過壓制而形成或者依照真空輔助覆蓋成形過程的一部分而形成。

在替代性方法中，下翼盒預成形件可以在最終成形步驟之前從陽模571中取出并放置到互補陰模(類似于圖8至圖10中示出的陰模380)中。

如將由技術人員理解的是，可以結合與參照圖3所示出的內(nèi)部縱梁和/或翼肋類似的內(nèi)部縱梁和/或翼肋。翼梁凸緣區(qū)域501和翼梁凸緣區(qū)域509可以固定或結合到上蓋302，以形成封閉的盒形結構。然后，可以將基質浸注到干纖維區(qū)域中并對其進行固化，以形成最終的固化部件。在對干纖維區(qū)域進行浸注之前，任何迄今未活化的區(qū)域都可以在施用基質之前被活化，以在施用基質的步驟和固化步驟之前使該區(qū)域加強或堅固。預浸漬纖維區(qū)域可以與浸注基質的干纖維區(qū)域同時固化。

在鋪設件已經(jīng)成形之后，將基質施用至至少第一干纖維區(qū)域；并且然后對成形部件進行固化以使部件的基質凝固。如先前所提及的，基質可以通過例如RTM、樹脂膜熔滲(RFI)或液態(tài)樹脂熔滲(LRI)來施用。圖16至圖19是更詳細地示出了這些方法的示意圖。

圖6示出了適于與SQRTM、RTM或LRI過程一起使用的鋪設件，而圖16示出了適于在RFI過程中使用的鋪設件。在圖6的情況下，平面部351完全由干纖維形成。在圖16的情況下，干纖維層與半固體樹脂膜450交錯(在圖16中，每層膜450均由十字線表示)。替代性地，可以為多個干纖維層提供單層樹脂膜。

圖17示出了RFI固化過程，在RFI固化過程中，預成形件601 被鋪設有半固體樹脂膜602并且然后真空包裝到陰模603中。真空包裝布置包括包裝膜604、真空管線605和膠帶606。然后鋪設件被加熱，以便從半固體樹脂膜用樹脂基質材料浸注干纖維。正壓力可以在固化過程期間通過在高壓釜內(nèi)執(zhí)行操作而施加至鋪設件。替代性地，在高壓釜內(nèi)執(zhí)行該操作時可以省去真空。圖8至圖10中示出的陰模380可以提供用于如圖17中示出的RFI過程的陰模。

圖18示出了利用樹脂傳遞模塑(RTM)對下翼盒進行預浸漬及固化的替代性方法。RTM設備包括下陰模603和上工具608以及上模具與下工具之間的室610。上工具具有將樹脂607從熔鍋轉移至室610中的通道609。鋪設件放置在室中并被施加有熱和壓力以使鋪設件變濕并隨后對復合物進行固化。替代性地，可以在環(huán)境溫度下進行固化。在圖8至圖10中示出的陰模380可以提供用于圖18中示出的固化和浸漬過程的陰模。

在第三替代性方法中，如圖19中所示，利用液態(tài)樹脂熔滲(LRI)對鋪設件進行浸注和固化。LRI設備包括模具603和真空包裝布置；真空包裝布置包括包裝膜604和膠帶606。LRI設備還包括真空泵611、樹脂分接頭612和樹脂鍋613。預成形件最初被真空包裝到模具中，并且一旦預成形件被包裝，就打開樹脂分接頭。真空泵將樹脂607從樹脂鍋613吸取到預成形件中，以用液態(tài)樹脂浸注預成形件。預成形件然后在爐內(nèi)在環(huán)境壓力下經(jīng)由加熱來進行固化。圖8至圖10中示出的陰模380可以提供用于如圖19中示出的固化和浸注過程的陰模。

如將要理解的是，示出的方法允許形成具有最少的單獨部件的封閉的翼盒結構。這減少了所需的固定操作的數(shù)目，以及減少了固定元件、結合區(qū)域或者需要螺栓或鉚釘以將部件保持在一起的區(qū)域的數(shù)目。所有這些減少了所需的制造操作和組裝操作的數(shù)目、降低了總重量并且增加了結構的總的結構一體性，這是由于諸如螺栓和鉚釘之類的固定裝置產(chǎn)生了會降低結構的總效率的應力集中。如對于技術人員而言將是明顯的是，盡管示出的實施方式涉及翼盒的成形，但是此成形方法可以應用至具有被諸如在成形過程中形成的折疊或彎折部段之類的成形的區(qū)域分開的兩個或更多個大致平面區(qū)域的任何部件。該方法也可以應用于具有被彎折部、彎曲部或折疊部分開的大致平面區(qū)域的任何部件。該方法也可以應用于具有被大致縱向折疊部分開的多個大致 平面?zhèn)炔康娜魏未笾鹿軤罱M件。

盡管以上已經(jīng)參照一個或更多個優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進行了描述，但是將要理解的是，在不背離如所附權利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以作出各種變型或改型。