[发明专利]制造复合材料结构的方法和模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于航空(飞机)机身的复合材料结构的制造方法以及这种制造方法中使用的模具。

背景技术

在航空工业中，重量是非常重要的一个方面，因此由复合材料、主要是碳纤维复合材料制成的优化结构胜于金属结构。

自动碳纤维铺带机相对于手工操作具有巨大的进步。这些机械具有一压靠于待铺带表面的头部，因此，此表面必须能够抵抗该力。

用于航空机身的复合材料结构由板构成，这些板又包括一系列加强件。因此，上述方面在航空机身中的应用导致以最少的操作量将构成所述机身的板与其加强件形成一体，并同时使所述加强件最优化。

具有封闭横截面的加强件的应用日益频繁，因为这些加强件可以实现更加刚性的结构、且每个加强件所增加的重量较小。但是，这种类型的加强件的结合使得制造复合材料结构的过程复杂化，这是因为在所述加强件内需要有模具，所述模具允许对部件的铺带和使复合材料固化的操作，同时在加强件为空心时需要能够将这些模具从加强件内除去。

用于制造这些结构的方法是已知的，其中，刚性元件被引入加强件的截面内以便抵抗铺带压力和使复合材料固化的压力。但是，这些方法是昂贵的，因此需要有更有效的方法，通过本发明实现这个目的。

发明内容

在第一方面，本发明提出一种由复合材料制造加强结构的方法，该加强结构包括外蒙皮和多个加强件，所述多个加强件的横截面具有凸凹不平的轮廓，该凸凹不平的轮廓具有连接于所述蒙皮的至少一个凸缘，所述轮廓限定内部通道，该方法的特征在于其包括以下步骤：

-提供一成形模具，该成形模具在加强件侧的外表面形状和所述结构的形状相似，包括用于容纳加强件的榫槽；

-提供辅助阳模具，该辅助阳模具包括由这样的材料制成的元件，所述材料在给设置于所述元件内的柱形腔室施加过压时可保持该元件的横截面、且在给这些腔室施加负压时可缩小该元件的横截面；这些辅助阳模具制成具有和加强件的内部通道相似的外部几何形状、且涂敷有适于使复合材料固化的膜；

-提供处于未固化(fresh)或固化状态的加强件；

-将加强件布置在模具的榫槽中，使得所述加强件与榫槽的几何形状配合，且在加强件的内部通道中布置与其几何形状相配合的辅助阳模具；在此步骤中，辅助阳模具帮助固化膜与各个加强件的内部几何形状之间的连接；

-在由模具、加强件和辅助阳模具形成的表面上层压外蒙皮；成形模具和辅助阳模具借助于施加在内部柱形腔室中的过压抵抗层压力；

-使得加强结构在高温和高压的条件下固化；

-去除辅助阳模具，在固化后，借助于施加在内部柱形腔室中的负压使得阳模具的横截面减小；以及

-将固化的加强结构从模具分离。

在第二方面，本发明提供一种应用于前述方法中的辅助阳模具，该辅助阳模具由弹性和/或柔性材料制成。这些阳模具有横截面呈圆形或稍呈椭圆形或卵形的、沿其长度(延伸)的柱形腔室，这些腔室的内部又通过材料(玻璃纤维、尼龙等)加强，防止当施加内部过压时腔室横截面的周长增加，而同时所述材料具有足够的柔性以便允许当施加负压时这些腔室缩陷，从而减小阳模具的横截面，并从而允许阳模具随后从加强件内部去除。如果内部腔室的横截面呈长形，则一旦施加内部过压，腔室将变形以试图获得更圆的横截面，还使得阳模具的外横截面变形。

本发明的一个优点是便于制造这样一种结构，在该结构中加强件的横截面及面积沿纵向变化，这些加强件甚至可在一端或两端处具有比中部的横截面更小的尺寸，这是因为辅助阳模具的形状可以和横截面相适应。

本发明的另一优点是便于使用带有压力铺带头部的机械，这是因为辅助阳模具在加强件内部提供了一衬底以便抵抗该头部的力。

从以下结合附图的示例实施例的详细描述中可知本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1a、1b和1c示出用于航空机身的复合材料结构的示意图，所述复合材料结构包括蒙皮和多个分别呈Ω形、梯形和不规则Z形的加强件。

图2示意性地示出根据本发明的制造用于航空机身的复合材料结构的方法的步骤，所述复合材料结构包括蒙皮和多个Ω形的加强件。

图3示意性地示出根据本发明的制造用于航空机身的复合材料结构的方法的步骤，所述复合材料结构包括蒙皮和多个Ω形的加强件，其中执行用于铺设蒙皮的工艺。

图4示意性地示出根据本发明的制造用于航空机身的复合材料结构的方法所使用的模具的横截面。