[发明专利]在波状外形芯轴表面上压实未固化复合构件

说明书

技术领域

本公开总体涉及制造复合结构的过程，并且更具体地涉及在波状芯轴表面上压实复合层压纵梁。

背景技术

在飞行器工业中使用的细长复合构件(例如纵梁)可以在沿它们长度的一个或多个平面内是波状外形的，以便符合例如机身蒙皮的结构的曲率。通过使用压实机以便抵靠芯轴(例如固化工具)的波状表面来压实未固化的纵梁叠层，可以实现纵梁的波状外形。已经开发出可屈曲或弯曲的柔性压实机，其允许细长复合构件在压实过程期间符合波状外形工具表面。

根据工具波状外形程度，当未固化的纵梁叠层正被抵靠工具压实时，其可以产生褶皱，特别是在工具的曲率中心或最大波状外形附近。这种褶皱的发生是由于最接近波状外形工具表面的复合材料层的弯曲使所述复合材料层处于压缩而导致的。用这种方式压缩材料导致过多的材料积聚并且聚拢成褶皱。褶皱可以对未固化纵梁的性能产生不期望的影响。

因此，需要一种在波状外形工具上压实未固化复合构件(例如纵梁)的方法，该方法可以控制材料褶皱。还需要一种利用柔性压实机在固化工具上压实纵梁的方法，该方法减小褶皱的尺寸，同时沿着纵梁的长度大致均匀地分布褶皱。

发明内容

未固化复合构件(例如纵梁)可以被弯曲以符合芯轴(例如波状外形固化工具)的形状，同时避免在复合材料内形成相对大的褶皱。复合材料的任意褶皱被限制为沿着纵梁的波状区域大致均匀分布的相对小的褶皱。在纵梁内避免产生较大褶皱可以提高结构性能和均匀性。通过使用顶点成形方法和柔性压实机可实现材料褶皱的均匀分布。在顶点成形期间，柔性压实机被用于放置未固化的纵梁并且抵靠波状外形工具表面使未固化纵梁弯曲，在波状外形的顶点开始并且从顶点向外移动。柔性压实机在其内包含一系列横向切口，在压实过程期间所述横向切口可以接收过多的复合材料，以便允许相对小的材料褶皱的受控的形成，所述相对小的材料褶皱不明显影响纵梁性能。

一个公开的实施例提供了抵靠具有波状外形的芯轴表面压实未固化复合构件的方法。该方法包括将未固化复合构件连接到压实机。压实机也被用于将未固化复合构件与芯轴表面的波状外形对准，并且还被用于使未固化复合构件在波状外形的顶点处首先接触芯轴表面。该方法包含在芯轴表面的波状外形上形成未固化复合构件，并且压实机被用于抵靠芯轴表面压实未固化复合构件。可以通过使未固化复合构件区域成型(drapeforming)到芯轴表面上来执行未固化复合构件的成型。区域成型包含当未固化复合构件在芯轴表面上成型时，维持未固化复合构件的末端和芯轴表面之间的基本恒定的关系。可以通过冲击成型来执行未固化复合构件的成型。所述成型包含通过在未固化复合构件内引起S形弯曲来减小临近芯轴表面的未固化复合构件内的局部压缩力。在已经使未固化复合构件首先接触顶点处的芯轴表面之后，执行在波状外形上的未固化复合构件的成型。通过从顶点处沿着未固化复合构件向外渐进地使未固化复合构件成型到芯轴表面上可以执行所述成型。当未固化复合构件与顶点处的芯轴表面首先接触时，未固化复合构件具有预选的方位姿态，并且当未固化复合构件在芯轴表面的波状外形上被成型时，未固化复合构件外部区段的方位姿态被维持为基本平行于预选的方位姿态。使未固化复合构件成型包含将未固化复合构件弯曲成逐渐变小的曲率半径。该方法可以进一步包括通过允许未固化复合构件内的材料压缩到压实机中的切口内，以便在成型期间分布在未固化复合构件内形成的任何褶皱。该方法还可以包括，通过移动未固化复合构件的中性轴的位置，在成型期间使用压实机减少未固化复合构件的褶皱。

另一实施例提供了在芯轴表面的波状外形上使复合纵梁成型期间控制未固化复合纵梁的褶皱的方法，其包括将复合纵梁与芯轴表面的波状外形的顶点对准，并且使复合纵梁接触顶点处的芯轴表面。将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。从顶点处成型复合纵梁包含抵靠芯轴表面向下并且从顶点逐渐向外地弯曲复合纵梁。使纵梁成型包含维持复合纵梁末端和芯轴表面之间的基本恒定的关系，并且可以通过区域成型和冲击成型之一来执行。该方法可以进一步包括在复合纵梁内安装柔性压实机，将复合纵梁连接到压实机，以及使用压实机将复合纵梁接触顶点处的芯轴表面，并且将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。通过使用吸力来执行将复合纵梁连接到压实机。使用压实机，可以将纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。通过允许将复合纵梁的材料压缩到压实机内，控制复合纵梁的褶皱。通过使用压实机来执行将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上，并且该压实机被用于促进复合纵梁内褶皱的基本均匀分布。