復(fù)合填料形成設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)，具體而言，涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造。更具體而言，本公開涉及一種制造用來填充復(fù)合結(jié)構(gòu)中的間隙的復(fù)合填料的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器的設(shè)計(jì)和制造使用復(fù)合材料的百分比越來越大。在飛行器中使用復(fù)合材料來減小飛行器的重量。該減小的重量改進(jìn)了性能特征，例如有效載荷能力和燃料效率。另夕卜，復(fù)合材料為飛行器中的各種部件提供了更長的使用壽命。
[0003]復(fù)合材料是通過將兩種或更多個(gè)功能組分組合而創(chuàng)造出的堅(jiān)韌、質(zhì)輕的材料。例如，復(fù)合材料可以包括結(jié)合在聚合物樹脂基體中的增強(qiáng)纖維。纖維可以是單向的或者可以采取無紡布或織物的形式。在熱固性復(fù)合物中，纖維和樹脂被布置并固化而形成復(fù)合材料。
[0004]當(dāng)復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件被接合在一起時(shí)，沿著構(gòu)件之間的結(jié)合線可能存在間隙或空隙，這些間隙或空隙需要進(jìn)行填充以便增加結(jié)合的強(qiáng)度。例如，在航空工業(yè)中，諸如縱梁之類的復(fù)合機(jī)身加強(qiáng)件可以在縱梁和機(jī)身蒙皮之間的凸出半徑結(jié)合線處包括復(fù)合填料。復(fù)合填料以三角形橫截面條帶形式施加，該條帶有時(shí)被稱為面條或填料，它們填充結(jié)合線處的空隙。復(fù)合填料可以由諸如粘合劑或預(yù)浸漬帶之類的復(fù)合材料形成。
[0005]復(fù)合填料可以使用各種不同方法形成。然而，傳統(tǒng)的技術(shù)可能具有不理想的制造成本、不理想的制造時(shí)間或不理想的復(fù)合填料質(zhì)量。因此，理想的是具有一種方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備考慮到了以上討論的問題中的至少一些問題以及其他可能的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開的示例性實(shí)施方式提供了一種方法。該方法包括利用復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)成形模具向復(fù)合材料坯料的第一部分施加壓力，所述一對(duì)成形模具具有一對(duì)凸半徑，所述一對(duì)成形模具中的每個(gè)成形模具具有所述一對(duì)凸半徑中的相應(yīng)凸半徑。該方法還包括向所述復(fù)合材料坯料的隨后部分重復(fù)進(jìn)行施加的步驟，以沿著所述復(fù)合材料坯料的長度將所述復(fù)合材料坯料以增量的方式形成為期望橫截面。
[0007]本公開的另一個(gè)示例性實(shí)施方式提供了一種設(shè)備。該設(shè)備包括:基座，該基座承載復(fù)合材料坯料;具有一對(duì)凸半徑的一對(duì)成形模具;和與所述一對(duì)成形模具相關(guān)聯(lián)的若干個(gè)致動(dòng)器。所述一對(duì)成形模具中的每個(gè)成形模具都具有所述一對(duì)凸半徑中的相應(yīng)凸半徑。所述一對(duì)成形模具定位成用來在所述復(fù)合材料坯料中形成基本三角形橫截面的第一邊和第二邊。所述若干個(gè)致動(dòng)器移動(dòng)所述一對(duì)成形模具，從而利用所述一對(duì)成形模具向所述復(fù)合材料還料的一部分施加壓力。
[0008]本公開的另一個(gè)示例性實(shí)施方式提供了一種方法。該方法包括利用一對(duì)成形模具的相應(yīng)凸半徑來壓縮復(fù)合材料坯料的第一部分，從而在所述復(fù)合材料坯料的第一部分中形成基本三角形橫截面。該方法進(jìn)一步在壓縮所述復(fù)合材料坯料的第一部分之后使所述復(fù)合材料坯料前進(jìn)指定距離。該方法還利用所述一對(duì)成形模具的相應(yīng)凸半徑來壓縮所述復(fù)合材料坯料的第二部分，從而在所述復(fù)合材料坯料的第二部分中形成所述基本三角形橫截面。
[0009]這些特征和功能可以在本公開的各種實(shí)施方式中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，或者可以在其中參照如下描述和附圖能夠看到進(jìn)一步細(xì)節(jié)的另外其他實(shí)施方式中進(jìn)行組合。
【附圖說明】
[0010]在所附權(quán)利要求中闡述了被認(rèn)為是示例性實(shí)施方式的特性的新穎特征。然而，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過參考如下對(duì)本公開的示例性實(shí)施方式的詳細(xì)描述，將會(huì)最佳地理解這些示例性實(shí)施方式以及優(yōu)選使用模式、其他的目的及其特征，其中:
[0011]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方式的飛行器的圖示；
[0012]圖2是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料和多個(gè)復(fù)合構(gòu)件的等距視圖的圖示；
[0013]圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方式的制造環(huán)境的框圖的圖示；
[0014]圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方式的制造環(huán)境的物理實(shí)現(xiàn)的圖示；
[0015]圖5是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料形成設(shè)備的等距視圖的圖示；
[0016]圖6是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料形成設(shè)備的正視圖的圖示；
[0017]圖7是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料形成設(shè)備的放大正視圖的圖示；
[0018]圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料形成設(shè)備的放大剖視圖的圖示；
[0019]圖9是根據(jù)示例性實(shí)施方式的復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)模具的簡化形式的圖示；
[0020]圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方式的接合復(fù)合填料的復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)模具的簡化形式的圖示；
[0021]圖11是根據(jù)示例性實(shí)施方式的從復(fù)合填料縮回的復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)模具的簡化形式的圖示；
[0022]圖12是根據(jù)示例性實(shí)施方式的相對(duì)于復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)模具而移動(dòng)復(fù)合填料的簡化形式的圖示；
[0023]圖13是根據(jù)示例性實(shí)施方式的接合復(fù)合填料的復(fù)合填料形成設(shè)備的一對(duì)模具的簡化形式的圖示；
[0024]圖14是根據(jù)示例性實(shí)施方式的穿過復(fù)合填料形成設(shè)備行進(jìn)的復(fù)合填料的圖示；
[0025]圖15是根據(jù)示例性實(shí)施方式的接合復(fù)合填料的復(fù)合填料形成設(shè)備的兩對(duì)模具的簡化形式的圖示；
[0026]圖16是根據(jù)示例性實(shí)施方式的具有變化高度的復(fù)合填料的圖示；
[0027]圖17是根據(jù)示例性實(shí)施方式的具有兩個(gè)不同凸半徑的復(fù)合填料的圖示；
[0028]圖18是根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于形成復(fù)合填料的過程的流程圖的圖示；
[0029]圖19是根據(jù)示例性實(shí)施方式的用于形成復(fù)合填料的過程的流程圖的圖示；
[0030]圖20是根據(jù)示例性實(shí)施方式的飛行器制造和維修方法的框圖的圖示；以及
[0031]圖21是實(shí)現(xiàn)示例性實(shí)施方式的飛行器的框圖的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0032]這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并且考慮到了一個(gè)或更多個(gè)不同的考慮。這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并且考慮到了復(fù)合填料可以通過拉動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過一系列輥來形成。使用一系列輥來形成復(fù)合填料可以被稱為連續(xù)過程。通過拉動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過一系列輥，可以使復(fù)合材料沿著其長度遞增地形成。然而，拉動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過一系列輥可能導(dǎo)致復(fù)合材料具有不理想的質(zhì)量。例如，拉動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過一系列輥可能導(dǎo)致復(fù)合材料扭曲。另外，拉動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過一系列輥可能產(chǎn)生“絨球”?！敖q球”可以是由復(fù)合材料的摩擦引起的視覺不一致。
[0033]這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并且考慮到了所得到的復(fù)合填料的不理想質(zhì)量可能是在輥的切線處幾乎瞬時(shí)施加形成壓力的結(jié)果。這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了所得到的復(fù)合填料的不理想的質(zhì)量可能是用于移動(dòng)復(fù)合材料經(jīng)過輥的高拉力的結(jié)果。
[0034]這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了復(fù)合填料可以通過模具成形而形成。模具成形得到比使用輥更高質(zhì)量的復(fù)合填料。然而，利用全長模具進(jìn)行模具成形具有較高的制造時(shí)間。利用全長模具進(jìn)行模具成形還可能具有較高的制造成本，這是因?yàn)閷?duì)于一種形狀的復(fù)合填料來說，每對(duì)模具都是唯一的。
[0035]這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了復(fù)合填料可以具有沿著復(fù)合填料的長度的變化橫截面。這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮到了能夠形成具有變化橫截面的復(fù)合填料的復(fù)合形成工具可能是令人期望的。
[0036]這些示例性實(shí)施方式還認(rèn)識(shí)到并考慮到了復(fù)合填料可能用在不同位置。放置在不同復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的復(fù)合填料可以具有不同橫截面。這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了具有能夠形成不同橫截面的復(fù)合填料的復(fù)合填料形成工具可以降低制造成本。
[0037]這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了用于形成復(fù)合材料的參數(shù)包括溫度、壓力和時(shí)間。通過增加溫度、壓力和時(shí)間中的任一個(gè)，可以減少另外兩個(gè)參數(shù)，并且得到理想質(zhì)量的產(chǎn)品。因而，這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮到了增加施加至復(fù)合材料的壓力可以允許壓力施加時(shí)間減少。通過減少壓力施加時(shí)間，可以減少復(fù)合填料制造時(shí)間。
[0038]另外，這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮到了復(fù)合填料可以由復(fù)合材料坯料形成。這些示例性實(shí)施方式認(rèn)識(shí)到并考慮到了復(fù)合材料坯料可以具有不同的橫截面。因而，這些示例性實(shí)施方式考慮到并認(rèn)識(shí)到了可能理想的是提供一種復(fù)合填料形成設(shè)備，該復(fù)合填料形成設(shè)備能夠用各種不同橫截面的復(fù)合材料坯料形成具有理想質(zhì)量的復(fù)合填料。
[0039]這些示例性實(shí)施方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到并考慮到了沿著其長度以增量的方式形成復(fù)合材料坯料可以允許進(jìn)行連續(xù)過程。以連續(xù)過程形成復(fù)合材料坯料可視降低形成復(fù)合填料的制造時(shí)間。
[0040]現(xiàn)在參照附圖，尤其是參照?qǐng)D1，描繪了根據(jù)示例性實(shí)施方式的飛行器的圖示。在該圖示示例中，飛行器100具有附裝至本體106的翼部102和翼部104。飛行器100包括附裝至翼部102的發(fā)動(dòng)機(jī)108和附裝至翼部104的發(fā)動(dòng)機(jī)110。
[0041]本體106具有尾部112。水平穩(wěn)定器114、水平穩(wěn)定器116和豎直穩(wěn)定器118附裝至本體106的尾部112。
[0042]飛行器100是可以根據(jù)示例性實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)復(fù)合填料的飛行器的示例。例如，復(fù)合填料可以放置在飛行器100的加強(qiáng)件120和復(fù)合蒙皮122之間。圖1描繪了加強(qiáng)件120的剖視圖。
[0043]提供飛行器100的圖示是出于圖示其中可以實(shí)現(xiàn)不同示例性實(shí)施方式的一個(gè)環(huán)境的目的。圖1中的飛行器100的圖示并不意味著對(duì)可以實(shí)現(xiàn)不同示例性實(shí)施方式的方式暗示了構(gòu)架上的限制。例如，飛行器100被示出為商業(yè)客運(yùn)飛行器。不同的示例性實(shí)施方式可以應(yīng)用于其他類型的飛行器，諸如私人客運(yùn)飛行器、旋翼飛行器以及其他合適類型的飛行器。
[0044]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，根據(jù)示例性實(shí)施方式描繪了復(fù)合填料和多個(gè)復(fù)合構(gòu)件的等距視圖的圖示。具體地，圖2是圖1的截面2-2中的加強(qiáng)件120中的加強(qiáng)件202的放大圖。如圖所示，復(fù)合填料204放置在由加強(qiáng)件202和復(fù)合蒙皮12形成的間隙206中。在該示例性實(shí)施方式中，復(fù)合填料204具有基本三角形橫截面。復(fù)合蒙皮122是復(fù)合構(gòu)件。加強(qiáng)件202也是復(fù)合構(gòu)件。盡管加強(qiáng)件202是單個(gè)復(fù)合構(gòu)件，但是在一些圖示示例中，加強(qiáng)件202也可以改為兩個(gè)或更多個(gè)復(fù)合構(gòu)件。在一些圖示示例中，加強(qiáng)件202是復(fù)合縱梁。
[0045]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，根據(jù)示例性實(shí)施方式描繪了制造環(huán)境的框圖的圖示。制造環(huán)境300可以用來形成復(fù)合填料，諸如圖2的復(fù)合填料204。
[0046]制造環(huán)境300具有復(fù)合材料302、切割機(jī)器304、滾壓機(jī)構(gòu)306、復(fù)合填料形成設(shè)備308和復(fù)合填料310。復(fù)合材料302可以利用切割機(jī)器304、滾壓機(jī)構(gòu)306或復(fù)合填料形成設(shè)備308中的至少一個(gè)而形成復(fù)合填料310。如這里使用的，短語“…中的至少一個(gè)”當(dāng)與一列項(xiàng)目一起使用時(shí)意味著可