[发明专利]由聚合物材料制成的加强的面型构件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种方法，所述方法用于制造用于在飞行器制造中使用的、加强的聚合物面型构件，如面板。制造面板包括：将中空加强型材，如闭合的Ω桁条整合到面型构件，如外蒙皮上，其中所述桁条和所述外蒙皮由热塑性复合材料制造。将所述桁条整合到所述外蒙皮上，其方式是使桁条与外蒙皮产生接触，并且热塑性复合材料在热和压力的作用下在外蒙皮与桁条之间的接触面处熔化。借助于处于过压下的、温度显著低于所述热塑性复合材料的熔化温度的冷却流体来避免所述桁条的其余区段熔化，所述冷却流体流经所述桁条中的空气密封的空腔。通过使用热塑性的、空气密封的闭合的Ω桁条，能够在桁条中没有软管的情况下将所述桁条整合到所述外蒙皮上。

技术领域

本发明涉及一种用于制造由聚合物材料制成的、用于在飞行器制造中使用的加强的面型构件的方法，该加强的面型构件具有由聚合物材料制成的面型构件和整合到其上的、由聚合物材料制成的加强型材。本发明还涉及以此方式获得的加强的面型构件和以此制造的飞行器。

背景技术

为了节省燃料，用于飞机的构件须具有尽可能轻的重量。同时出于安全原因，这些构件须具有高强度和刚度。这些目标通过具有低比重的机械稳定的材料和节省材料的结构方式，如半壳体结构方式来实现。

已知的是，由轻金属铝及其合金来制造飞行器的机身的主要节段，如外蒙皮、隔框，和加强型材，如Ω桁条。

进一步节省重量通过在建造用于飞行器机身的面板时使用热固性复合材料，如碳纤维增强塑料(CFK，英文为“carbon fiber reinforced polymer”CFRP)来实现。这种CFK具有由其中嵌入了碳纤维的热固性聚合物形成的基质。

在生产热固性CFK面板时，首先在凸模具上制造热固性外蒙皮。随后，在凹模具上将热固性桁条整合到外蒙皮上。为此粘接桁条，之后使所形成的CFK面板在热和压力的作用下硬化并且固化。

为了进行桁条整合，固化的Ω桁条在其足部表面上设有粘合剂。在Ω桁条的空腔中置入箔软管。随后将桁条粘接到外蒙皮上。在高压釜中进行外蒙皮与桁条的共固化从而进行桁条整合。在整合后，须无残留地从桁条与外蒙皮之间的空腔中移除箔软管。软管芯技术实现：即使在桁条覆盖外蒙皮的区域中也使外蒙皮固化。

除了热固性复合材料之外，在飞机制造方面越来越多地使用热塑性复合材料。这与高温热塑性材料和高性能塑料的发展有关。这些热塑性复合材料具有高熔点、对热及化学制剂的高耐受性并且具有高强度和刚度。这些高温热塑性材料包括聚芳醚酮(PAEK)，如聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)。它们可以被加工成适合于飞机制造的热塑性复合材料。

包括热塑性CFK的Ω桁条可以被整合到包括热塑性CFK的外蒙皮上。桁条整合是使用焊接技术而不是通过粘接来实现。为此需要350℃至400℃的温度。

为了将热塑性的桁条整合在热塑性的外蒙皮上，在现有技术中已知各种技术。在第一种焊接方法中，将外蒙皮和加强型材局部地共固化。在第二种焊接方法中，通过感应焊接将热塑性聚合物结合在一起。在这些焊接技术的进一步发展中关注点在于用全局的共固化来代替局部的共固化。为此进一步发展了软管芯技术，尤其致力于箔软管的技术成熟。

总体而言，目前存在以下用于整合由热塑性复合材料制成的Ω桁条的方案：(1)引入如由硅酮制成的刚性芯或半刚性芯；(2)焊接，从而使桁条足部局部地共固化；(3)将软管引入Ω桁条中。该方法是耗费的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制造热塑性的、加强的面型构件的改进的方法。