[发明专利]用于成型高轮廓复合结构的成型设备及相关方法

说明书

提供了一种用于成型高轮廓复合结构的成型设备及相关方法。成型设备包括上模具和下模具，在上模具与下模具之间成型复合装料。成型设备还包括多个测压元件、控制系统和联接到上模具的覆盖工具组件。覆盖工具组件具有定位在成对的多个测压元件之间并抵靠复合装料的一个或多个部分定位的扇形区段。复合装料具有穿过一个或多个部分的板层间断特征。在成型工艺期间，覆盖工具组件拒绝对复合装料的一个或多个部分的压力和全厚度压紧，以允许一个或多个部分中的一个或多个板层在成型工艺之后移动，并且能够在后成型操作中实现高轮廓复合结构的平面内弯曲。

技术领域

本公开总体上涉及复合结构(诸如飞机工业中使用的复合结构)的成型，并且更具体地涉及一种用于成型高轮廓复合结构(诸如加强构件，包括桁条、梁等)以在后成型操作中实现平面内弯曲或转向的设备和方法。

背景技术

复合结构由于它们的高强度重量比、耐腐蚀性和其他有利性能可用于各种应用，包括用在飞机的制造中。特别地，在飞机的制造中，复合结构可用于形成飞机的机身、机翼、机尾区段和其他部分。这种复合结构可由包括层压在一起的多个堆叠的复合板层或者层的平坦复合层压装料(charge)形成。

高轮廓复合结构(诸如加强构件，包括桁条、梁等)可能需要针对特定应用定制的复杂轮廓。这种高轮廓复合结构可使用具有凸模和凹模的成型设备来形成，凸模和凹模将平坦复合层压装料压缩并成型为沿着其长度具有轮廓或高轮廓形状的期望高轮廓复合结构。在成型之后，这种高轮廓复合结构可经历一个或多个后成型操作，例如，从成型设备移除成型的高轮廓复合结构并将其弯曲或转向到工具中，或者在成型设备中弯曲或转向高轮廓复合结构。如果在成型期间所有的层压板固结和压紧，则可能难以在后成型操作中转向或弯曲高轮廓复合结构的部分，并且平面内弯曲或转向可导致起皱或翘曲。

例如，飞机机身可以包含高轮廓的区段，诸如机头区段和机尾区段，其中机身圆筒的会聚驱动桁条(诸如具有带凸缘、腹板和盖的帽形横截面的帽形桁条)的平面内弯曲或转向。这种平面内弯曲或转向可导致帽形桁条的凸缘中的应变累积，并且如果严重，可导致起皱或翘曲。帽形桁条的凸缘的这种起皱或翘曲是不期望的，因为它可能影响桁条的结构性能，从而导致需要重新加工桁条或改变桁条设计。这进而可导致显著的生产停工期、增加的劳动力和/或增加的材料成本。此外，帽形桁条的凸缘中的这种褶皱可以传递到附接到帽形桁条的蒙皮面板，并且进而可以影响将帽形桁条附接到蒙皮面板的紧固件。

存在用于增加高轮廓复合结构(诸如加强构件，包括桁条、梁等)的平面内弯曲或转向能力的已知系统和方法。例如，用于增加高轮廓桁条的平面内弯曲或转向能力的一种这样的已知系统和方法包括使用织物来铺设或成型高轮廓桁条。因为与轴向带相比，织物更容易悬垂(drape)，所以可以实现更紧密的弯曲，并且可以避免或最小化质量问题。然而，与轴向带相比，这种织物的使用可能是昂贵的，并且可能给高轮廓桁条增加不希望的重量，以实现与轴向带类似的刚度能力。因此，平面内弯曲或转向可以限制用于形成桁条的材料类型。此外，平面内弯曲或转向可以限制桁条宽度，该桁条宽度可以用于桁条的长度上的给定曲率。

用于增加高轮廓桁条的平面内弯曲或转向能力的另一种已知系统和方法包括向桁条添加嵌接拼接部(scarf splice)以允许桁条的纤维断裂，并且将桁条分成更小的部分。然而，向桁条添加这种嵌接拼接部可增加零件数量并且可增加组装时间。这可能导致制造成本增加。此外，如果在设计为用于成型全长桁条的桁条成型系统中成型桁条，那么向桁条添加嵌接拼接部可增加桁条的制造时间。这可能导致制造成本增加。

用于增加高轮廓桁条的平面内弯曲或转向能力的又一种已知系统和方法包括以逐层方式将高轮廓桁条手动铺设成净形，其中，每个板层用手铺设在模具或其他工具上。然而，这种手动铺设可能是劳动密集的且耗时的，并且可能导致制造成本增加。