復(fù)合結(jié)構(gòu)、制造該復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法以及混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)、制造該復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法以及混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛機和其它行業(yè)中，使用熱固性預(yù)浸帶鋪放技術(shù)(thermoset prepreg tapelayup technique)和高壓蒸汽養(yǎng)護構(gòu)造諸如梁和加強桿的復(fù)合結(jié)構(gòu)。預(yù)浸帶或絲束的帶寬并排鋪放，以形成被真空袋裝并且被高壓蒸汽養(yǎng)護的多層層壓物。在結(jié)構(gòu)需要在負載輸入位置連接的一些應(yīng)用中，定制的金屬配件被分別加工，接著被緊固于層壓物結(jié)構(gòu)。諸如梁的層壓物結(jié)構(gòu)是通過組裝兩個或更多個復(fù)合層壓物部件而形成的。由于這些部件的幾何形狀，在部件之間的接合處可能會存在間隙或腔體。為了加強這些接合處，必須將填料(有時被稱為“面條(noodle)”)安裝在接合處中。
[0003]上述的復(fù)合層壓物構(gòu)造過程是耗時、勞動密集的并且需要諸如自動化纖維放置機的昂貴資本設(shè)備。在一些情況下，這些復(fù)合層壓物結(jié)構(gòu)可能會比期望的情況重，因為在一些部件的某些區(qū)域中需要用層加強件。此外，需要填料，這增加了制造成本并且對于一些應(yīng)用而言不能充分地加強接合處。
[0004]因此，需要一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，該方法能減少對預(yù)浸帶鋪放的需要并且在結(jié)構(gòu)中不存在需要填料的接合處。還需要可更容易且經(jīng)濟地制造同時保持所需的強度并且允許配件或其它特定特征一體化的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0005]本申請涉及2013年12月3日提交的美國專利申請序列號14/095，531 (代理人案卷號N0.12-1660-US-NP)和2013年12月3日與之同時提交的美國專利申請序列號14/095，711 (代理人案卷號 N0.13-0763-US-NP)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]所公開的實施方式提供了一種快速容易地制造混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)并且減少對鋪放疊層的需要的方法。該混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)包括被共焊接的第一熱塑性部件和第二熱塑性部件。第一熱塑性部件被隨機取向的、不連續(xù)的纖維加強，并且可通過壓縮模制制造。第一部件的壓縮模制允許集成一個或多個一體的配件并且形成復(fù)雜或特定的結(jié)構(gòu)特征。壓縮模制的使用還使結(jié)構(gòu)中不存在需要填料的接合處。第二熱塑性部件是被連續(xù)纖維加強的層壓物，以便提供具有具體應(yīng)用所需的整體強度和剛性的結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)一個公開的實施方式，提供了一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。模制被不連續(xù)的纖維加強的熱塑性樹脂第一部件。鋪放被大體連續(xù)的纖維加強的熱塑性樹脂第二部件。第一部件和第二部件被共焊接。
[0008]根據(jù)另一個公開的實施方式，提供了一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。模制具有腹板和與腹板成一體的至少一個凸緣的被纖維加強的熱塑性部件。將被纖維加強的熱塑性蓋鋪放并且放置在凸緣上。將熱塑性蓋與凸緣連接。
[0009]根據(jù)另一個實施方式，提供了一種制造復(fù)合梁的方法。使用熱塑性預(yù)浸片模制梁，并且使用熱塑性預(yù)浸帶制造至少一個蓋。蓋和梁被共焊接。
[0010]根據(jù)其它實施方式，混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)包括第一熱塑性樹脂部件和第二熱塑性樹脂部件。第一熱塑性樹脂部件被不連續(xù)的纖維加強，并且第二熱塑性樹脂部件被連續(xù)的纖維加強并且連接到第一熱塑性樹脂部件。
[0011]根據(jù)另一個實施方式，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)包括由被隨機取向的、不連續(xù)的纖維加強的熱塑性樹脂形成的復(fù)合梁。梁包括腹板和與腹板成一體的一對凸緣。復(fù)合結(jié)構(gòu)還包括與凸緣之一連接的至少一個復(fù)合蓋。復(fù)合蓋由被連續(xù)的纖維加強的熱塑性樹脂形成。
[0012]特征、功能和優(yōu)點可獨立地在本公開的各種實施方式中實現(xiàn)，或者可組合在其它實施方式中，在所述其它實施方式中，可參照下面的描述和附圖發(fā)現(xiàn)其它細節(jié)。
【附圖說明】
[0013]表征示例性實施方式的新穎特征在隨附的權(quán)利要求書中闡述。然而，當結(jié)合附圖閱讀時，將通過下面參照本公開的示例性實施方式的詳細描述最佳地理解示例性實施方式以及這些實施方式的優(yōu)選使用模式、其它目的和優(yōu)點，其中:
[0014]圖1是根據(jù)所公開的方法制造的具有一體配件的混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)的立體圖的圖不O
[0015]圖2是圖1的混合式結(jié)構(gòu)的分解立體圖的圖示。
[0016]圖3是沿著圖1中的3-3線截取的剖視圖的圖示。
[0017]圖4是圖3中的被指定為圖4的區(qū)域的圖示。
[0018]圖5是熱塑性預(yù)浸料片的平面圖的圖示。
[0019]圖6是將蓋鋪放在模制的復(fù)合凸緣上的自動化纖維放置機的立體圖的圖示。
[0020]圖7是連續(xù)壓縮模制機的圖解側(cè)視圖的圖示。
[0021]圖8是根據(jù)所公開的方法制造的波狀外形的混合式復(fù)合帽縱梁的立體圖的圖示。
[0022]圖9是根據(jù)所公開的方法制造的波狀外形的混合式復(fù)合框架構(gòu)件的立體圖的圖不O
[0023]圖10是制造混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的流程圖的圖示。
[0024]圖11是示出所公開的方法的另外細節(jié)的流程圖的圖示。
[0025]圖12是飛機制造和維修方法的流程圖的圖示。
[0026]圖13是飛機的框圖的圖示。
【具體實施方式】
[0027]首先，參照圖1和圖2，混合式復(fù)合結(jié)構(gòu)20大體上包括模制的第一復(fù)合部件22和用于加強并且硬化第一部件22的層壓的第二部件36。在范例中，第一部件22包括由模制的熱塑性復(fù)合物(TPC)材料形成的整體梁22，然而，如隨后將討論的，第一部件22可具有適于針對特定應(yīng)用傳遞負載的各種形狀和構(gòu)造中的任一個，包括沿著其長度具有一個或多個彎曲或輪廓的形狀。第二部件36包括接合梁22的TPC蓋36。
[0028]梁22包括由中心腹板24連接從而形成I形橫截面的一對凸緣26。腹板24可包括一個或多個減重孔34，以減輕梁22的重量。梁22還包括位于其相對兩端的一對配件30。在圖示的示例中，配件30包括與腹板24和凸緣26形成一體的TPC凸耳32。然而，示例性的凸耳32只是可使用下述模制技術(shù)與梁22形成一體的各種配件和特征的示例。此外，配件30可包括與TPC腹板24和TPC凸緣26共模制的金屬配件。TPC蓋36是覆蓋各凸緣26并且共焊至各凸緣26的層壓物。TPC層壓物蓋36用于硬化并且加強模制的TPC梁22。
[0029]現(xiàn)在，還參照圖3，整體梁22的各凸緣26與腹板24和凸耳32形成一體。凸緣26和腹板24形成不存在需要填料的腔體或間隙的連續(xù)T形橫截面。如圖4中所示，梁22由模制的熱塑性樹脂42形成，該模制的熱塑性樹脂被分散的、隨機取向、不連續(xù)的纖維44加強。TPC層壓物蓋36中的每個由包括熱塑性樹脂42的多個薄層形成，熱塑性樹脂42被具有任何所需取向或取向的組合的連續(xù)纖維40根據(jù)預(yù)定的鋪層結(jié)構(gòu)(未示出)加強。第一部件22和第二部件36(即，梁22和蓋36)沿著對應(yīng)的接合表面28、38被共焊接。可使用以下將更詳細討論的許多技術(shù)中的任一種來實施共焊接。
[0030]參照圖4和圖5，可通過諸如壓縮模制的任何合適的模制技術(shù)來制造梁22，在壓縮模制中，將一定裝載量的熱塑性預(yù)浸纖維片25(未示出)引入具有梁22的形狀的模腔(未示出)中。將所述裝載量的熱塑性預(yù)浸纖維片加