[发明专利]具有金属孔眼的全复合转矩管

说明书

本发明提供一种制造全复合转矩管的低成本方法，所述方法包括围绕圆柱形心轴和由所述心轴上的端部固定装置保持的多个孔眼型体卷绕纤维丝束，从而形成凸缘化端部联接件。所述方法可包括使用被构造成用于限定所述凸缘化端部联接件的预织造复合纤维端部套筒。在单个步骤中，将所述卷绕纤维和所述端部套筒固化在一起。金属孔眼可安装在所述螺栓孔中。

技术领域

本发明整体涉及用于飞机通用或飞行控制传动轴系的转矩管(有时称为转矩轴)，或用于需要转矩管来传递转矩的任何传动轴系。

背景技术

转矩管在能量传输应用中传输静态和动态扭转负荷。例如，飞机中通常使用转矩管来传输能量，用于致动和制动飞行控制表面例如翼片和缝翼，以及用于致动飞机门和门闩锁。转矩管的每一端可具有被构造成用于将转矩管机械联接到传动轴系中的另一个传输机构的联接特征结构。例如，转矩管的一个或两个端部可包括具有用于联接的螺栓孔阵列或图案的凸缘。

通过用碳纤维丝束螺旋卷绕或包裹圆柱形心轴而制成的所谓“复合材料”转矩管广泛用于航空业中，部分原因在于这种转矩管比金属转矩管轻但仍满足严苛的强度要求。复合转矩管还提供改善的抗弯刚度和抗扭刚度。然而，由于转矩管端部处的联接特征结构不同于转矩管端部之间的直线长度并且更为复杂，因此联接特征结构不能由包裹型复合材料形成。相反，已知的是，制造包括联接特征结构的金属端头配件，然后将转矩管形成为由包裹型复合材料直管连接一对金属端头配件的混合组件。就这一点而言，请参见美国专利No. 7,335,108(Lin等人)；7,419,435(Borges等人)；7,682,256(Brace等人)；7,874,925(Dewhirst)；和8,025,580(Genot等人)。金属端头配件増加了重量，并且难以确保复合材料与每个金属端头配件之间具有可靠的接合，也难以确保所述接合在承载负荷时不失效。

美国专利No.3,651,661(Darrow)教导了通过在圆柱形心轴上交替叠置复合织物层片来制造具有典型螺栓孔凸缘的复合转矩管。凸缘通过折叠设置在织物层片中的指状物或条状物制成。本专利不教导卷绕纤维丝束。

美国专利No.5,397,272(Smiley等人)描述了全复合转矩管，该全复合转矩管教导围绕柄轴包裹纤维，并且在管的端部处一体形成万向接头的两个轭式耳片。耳片在转矩管的轴线方向上平行于彼此延伸并且包括沿直径轴线彼此对齐的相应孔用于接纳万向接头的联接构件。

在转矩管领域之外，美国专利No.8,118,958(Lunin等人)教导了通过将复合纤维长丝卷绕在一对金属孔眼和金属齿轮插件上来制造旋转致动器的输出臂。在卷绕期间，孔眼和齿轮插件支撑在固定装置上。然后向卷绕的长丝注入树脂并且使树脂固化。移除固定装置以得到成品致动臂。

仍然需要具有凸缘的全复合转矩管，在该凸缘的相对端部处具有螺栓孔，其中该转矩管制造成本低廉且无需金属端头配件。

发明内容

本发明提供以低成本制造轻质全复合转矩管的方法，该方法包括单一结构固化步骤。所得的转矩管在复合材料与金属之间没有转矩传递接头，并且高度可靠。

在本发明的实施方案中，制造方法包括提供圆柱形心轴并将端部固定装置定位在心轴上，其中端部固定装置包括相对于心轴外表面径向扩大的背衬表面以及穿过背衬表面的多个开口。该方法还包括将多个孔眼型体分别插入端部固定装置的多个开口，以及围绕心轴和多个孔眼型体卷绕纤维丝束。如果使用干纤维丝束而不是预先浸渍的纤维丝束，则要向经卷绕的纤维丝束中注入树脂基质。该方法接着将经卷绕的纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管。该方法可通过从复合管中移除孔眼型体、端部固定装置和心轴来完成。任选地，可安装金属孔眼以增强凸缘的螺栓孔。