[发明专利]复合热塑性基体机身结构及其制造方法

说明书

发明背景

本发明要求申请日为2005年8月3日的美国临时专利申请第 60/705,032号的优先权。本发明是在编号为DAAH10-03-2-2003的合 同下并在政府支持下做出的。因此政府具有在该发明中的一定权利。

本发明涉及一种机身，尤其涉及一种热塑性基体机身(matrix airframe)区段，其具有在原位共同接合(in-situ co-bonded)的热塑性纤维 盖罩栅格结构及表层，该表层在运行中在没有随后的压热(autoclave) 后处理的情况下与子结构集成。

用于旋翼飞机的复合机身结构传统上借助两个技术制造成：分散 部件拼装及完全集成的结构。这些工艺中的每一种均包含许多折衷。

制造独特构件并随后将多个构件互相紧固或接合起来的工艺充 斥有高的经常性部件成本与非经常性加工成本。每个独特的复合构件 都需要分散的模具、修整工具、夹具及板层定位工具或模板。装配件 内的每个独特构件都需要这些工具。

一旦将多个独特的单个构件制造出来，它们在装配夹具内装配成 机械地紧固的结构，或者在接合夹具内装配成接合结构。这些装配工 艺中的每一个都需要与搁置、机器时间及手工装配有关的重大劳动。

完全集成的复合装配件在固化(cure)循环之前将多个分散且未固 化与固化复合构件结合起来。从而导致固化之后的单个整体结构。虽 然用于这种工艺的工具总数量可能少于分散部件装配所需要的工具 数量，加工误差与质量问题可能更重要。此外，虽然与整体结构相关 的接触人工基本上与固化之前相同，在压热固化之后，完全集成的复 合装配总体上导致减小的接触人工，因为所需要的装配较少。然而， 相对昂贵的非经常性加工需要大量的持续时间用于搁置与固化，其显 著地限制了产品生产量。

一般地讲，借助单独、专用工具制造分散的拼装部件成本昂贵并 且耗费时间。制造整体结构减小了装配人工，然而其增加了工具复杂 度，进而减小了产品生产量。

相应地，需要提供一种作为基本上工程化的商品装配件的复合机 身结构区段，并需要提供一种复合机身结构区段的制造方法，其利用 规模制造效益来获得成本较低的机身区段。

发明概述

根据本发明的热塑性基体机身结构区段包括多个热塑性基体框 架部件及多个热塑性基体梁部件，两者形成了子结构，用于容纳热塑 性基体内部盖罩栅格结构、热塑性基体外部盖罩栅格结构及在原位上 共同接合于子结构的热塑性基体表层。

热塑性基体梁部件与热塑性基体框架部件优选地分别从商品型 (commodity-type)梁与框架部件切割成一定长度，用于装配到子结构 内，而不是特定地制造成用于子结构内特别位置的分散地专用的构 件。虽然专用梁与框架部件可能不像商品结构那样经济诱人，这种结 构可在技术性能未变化的情况下被替换。在从商品型部件切割成一定 长度之后，每个热塑性基体梁部件与热塑性基体框架部件上可形成开 口，从而在必要情况下为构件比如穿过机身区段的管路、软管、线束 等提供重力减轻和/或空穴。

一旦单个地切割成一定长度并形成开口的话，多个热塑性基体梁 部件与热塑性基体框架部件可在原位共同接合于外部和/或内部盖罩 栅格结构中的一个上。随后，多个热塑性基体梁部件与热塑性基体框 架部件可互相结合和/或接合(bond)起来，从而形成栅格状子结构。此 后，余下的盖罩栅格结构可在原位上接合于多个热塑性基体梁部件与 多个热塑性基体框架部件上。应当注意：备选结构也可想象出，比如， 在子结构分别共同接合于内部盖罩栅格结构与外部盖罩栅格结构之 前，多个热塑性基体梁部件与多个热塑性基体框架部件可互相结合和 /或接合起来。此外，在互相结合起来之前，多个热塑性基体梁部件与 多个热塑性基体框架部件可在原位同时接合于内部盖罩栅格结构与 外部盖罩栅格结构。备选地，外表层可与外部盖罩栅格结构一体形成。 备选地，也可使用机械紧固件、粘合或压热处理(autoclave process)。

原位工艺在运行中将一个热塑性层结合到另一个热塑性层，从而 消除了压热的准备及随后的后处理。内部盖罩栅格结构与外部盖罩栅 格结构将多个热塑性基体梁部件与多个热塑性基体框架部件的外部 盖罩表面互相拴起来，进而增加了子结构的硬度和刚度，其明显地加 强与统一了子结构。