使用热色鉴定组件监测复合结构的热环境的系统和方法技术方案

本发明专利技术的名称是使用热色鉴定组件监测复合结构的热环境的系统和方法。提供了监测复合结构(328)的热环境(326)的系统、方法和热色鉴定组件(300)。热色鉴定组件(300)具有聚合物材料(310)和混合入该聚合物材料(310)以形成热色探针混合物(320)的一个或多个热色探针(306)。热色探针混合物(320)施加至透明聚合物膜(322)，或形成为具有施加至其的压敏粘合剂(PSA)(312)的透明聚合物膜(322)，由此形成为热色附饰物(302、302a、302b)形式的热色鉴定组件(300)。热色附饰物(302、302a、302b)配置为直接且连续地施加至复合结构(328)的表面(330)。热色附饰物(302、302a、302b)进一步配置为通过探测复合结构(328)的表面(330)暴露至热环境(326)的一个或多个温度(332)和一个或多个时间(334)来监测复合结构(328)的热环境(326)。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容一般涉及用于制造或修理复合结构的系统和方法，以及更具体地，涉及用于在固化过程期间绘制或监测复合结构的热曲线的系统和方法。
技术介绍
复合结构由于其高强度-重量比、耐腐蚀性和其它良好的性质，可被用于多种应用中，包括在飞机、航天器、旋翼机、水运工具、汽车和其它交通工具和结构的制造中。特别是，在飞机构造中，复合结构可被用于形成飞机的尾部、机翼、机身和其它零部件。在复合结构或部件诸如飞机复合结构或部件的制造期间，了解和控制复合结构或部件的整个面积上的热曲线和均匀的温度分布是重要的。如果复合结构或部件中邻近的区域以不同的速率加热或固化，那么在那些区域之间树脂性质可能不同，这潜在地导致内装固化应力(built-in cure stress)、不均匀固结和次优的性质。存在在复合结构或部件和工具的早期重复的固化期间用于监测重复结构或部件的热曲线的已知系统和方法。然而，这样的已知系统和方法可能需要显著的努力、成本和时间，从而使复合结构或部件设计和工具设计两者都最优化。监测复合结构或部件的热曲线的一种这样的已知方法包括使用放置在复合部件或工具上或植入复合部件或工具中的热电偶来监测温度。然而，热电偶仅可以测量具体点位置处的温度，而不可以测量其它位置处超出范围的温度(out-of-range temperature)信息。而且，在大型或复杂部件上可能需要多个热电偶，并且可能导致安装时间、劳动和困难性增加。另外，热电偶通常在制造期间保留在复合结构或部件上，并在制造之后移除。这可能在所得的制造的结构或部件上产生玷污(mark-off)，诸如树脂凹处(pocket)、树脂“突起”、起皱或几何结构问题。进一步地，如果热电偶没有正常工作或如果它们经历电线断路，则热电偶可以具有低于期望的可靠性。因此，本领域存在用于在复合结构或部件的制造或修理中的固化过程期间绘制或监测复合结构或部件的热曲线的改进的系统和方法的需要，所述改进的系统和方法提供优于已知系统和方法的优点。另外，热保护系统(TPS)——诸如隔热衬垫——可以被用于使可能暴露于高温和高热(如，大于250°F(华氏度))的推进系统结构或部件——诸如引擎罩或盖的内壁——隔热。当高热穿透TPS时，TPS不可以正常起作用，或如设计地起作用，并且可以导致使用问题。为了监测TPS，存在已知的系统和方法，其使用安装在复合结构或部件上的各种位置处的多个热电偶来测量在飞行测试、地面测试、和/或投入使用监测期间各种位置处的温度。然而，利用这样的已知系统和方法，热电偶仅可以测量具体点位置处的温度，而不可以测量其它位置处超出范围的温度信息。覆盖范围(coverage)取决于使用多少个热电偶，并且仅使用热电偶来提供全部覆盖范围温度监测和热图绘制可能是困难的或不实际的。例如，在大型或复杂结构或部件上安置多个热电偶可以导致安装时间和劳动的增加。而且，移除热电偶可以在所到的制造的结构或部件上产生玷污，诸如树脂凹处、树脂“突起”、起皱或几何结构问题。因此，本领域存在用于在飞行测试、地面测试和/或投入使用监测期间监测复合结构或部件的热曲线的改进的系统和方法的需要，所述改进的系统和方法提供优于已知系统和方法的优点。
技术实现思路
该公开内容的实例实施提供在复合结构或部件的制造或修理中的固化过程期间绘制或监测复合结构或部件的热曲线的改进的系统和方法。如在下面的具体实施方式中所讨论的，该改进的方法和系统的实施方式可以提供优于用于绘制复合结构或部件的热历史(history)或曲线的现有系统和方法的显著优点。另外，该公开内容的实例实施提供在飞行测试、地面测试和/或投入使用监测期间监测复合结构或部件的热环境的改进的系统和方法。如在下面具体实施方式中所讨论的，该改进的方法和系统的实施方式可以提供优于用于监测复合结构或部件的热环境的现有系统和方法的显著优点。在一个实施方式中，提供在复合结构的制造或复合结构的修理的至少一个中的固化期间绘制复合结构的热曲线的系统。该系统包括热色鉴定组件(thermochromatic witness assembly)。热色鉴定组件包括施加至复合材料叠层(lay-up)或施加至邻近该复合材料叠层的可移除材料的第一系列探针，该第一系列探针包括热色材料。该系统进一步包括具有热源的加工组件，该热源配置为固化热色鉴定组件以形成复合结构。该系统进一步包括光源，该光源配置为活化第一系列探针的热色材料以促进热色材料的颜色变化的开始，来测定复合结构的一个或多个最高温度，从而在复合结构的制造或复合结构的修理的至少一个中的固化期间绘制复合结构的热曲线。在另一个实施方式中，提供在复合结构的制造或复合结构制造的修理的至少一个中的固化期间绘制复合结构的热曲线的方法。该方法包括向工具上的复合材料叠层或邻近复合材料叠层的可移除材料施加包括热色材料的第一系列探针以形成热色鉴定组件的步骤。该方法进一步包括利用热固化热色鉴定组件以形成复合结构的步骤。该方法进一步包括利用光源活化第一系列探针的热色材料以促进热色材料的颜色变化的开始来测定复合结构的一个或多个最高温度，从而在复合结构的制造或复合结构的修理的至少一个中的固化期间绘制复合结构的热曲线的步骤。在另一个实施方式中，提供在飞机复合部件的制造或飞机复合部件的修理的至少一个中的固化期间绘制飞机复合部件的热曲线的方法。该方法包括验证工具的工具热曲线的步骤，该工具配置用于接受复合材料叠层或配置用于接受具有邻近该复合材料叠层的可移除材料的复合材料叠层。该方法进一步包括向工具上的复合材料叠层或邻近该复合材料叠层的可移除材料施加包括热色材料的第一系列探针和包括热色材料的第二系列探针以形成热色鉴定组件的步骤。该方法进一步包括加工热色鉴定组件的步骤，其包括使用热固化热色鉴定组件，以形成飞机复合部件。该方法进一步包括利用紫外(UV)光源活化第一系列探针的热色材料以促进第一系列探针的热色材料的颜色变化的开始来测定复合部件的一个或多个最高温度，从而在飞机复合部件的制造或飞机复合部件的修理的至少一个中的固化期间绘制飞机复合部件的热曲线的步骤。该方法进一步包括利用光源
活化第二系列探针的热色材料的步骤，该第二系列探针配置为提供飞机复合部件的时间温度曲线。该方法进一步包括使用照相机记录第一系列探针和第二系列探针的热色材料的一个或多个图像的步骤。如果在热色鉴定组件中存在可移除材料，则该方法进一步包括移除该可移除材料的步骤。在另一实施方式中，提供监测复合结构的热环境的热色鉴定组件。热色鉴定组件包括聚合物材料。热色鉴定组件进一步包括混入聚合物材料以形成热色探针混合物的一个或多个热色探针。热色探针混合物被施加至透明聚合物膜，或与施加至其的压敏粘合剂(PSA)一起形成透明聚合物膜，由此形成热色附饰物形式的热色鉴定组件。热色附饰物配置为直接且连续地施加至复合结构的表面。热色附饰物进一步配置为通过探测暴露至热环境的复合结构的表面的一个或多个温度和一个或多个时间来监测复合结构的热环境。在另一实施方式中，提供监测复合结构的热环境以助于最优化复合结构的设计的系统。该系统包括热色鉴定组件，该热色鉴定组件包括热色附饰物或热色涂料，其每个包括混入聚合物材料的多个热色探针。热色鉴定组件被施加至复合结构的表面以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测复合结构(328)的热环境(326)的热色鉴定组件(300)，所述热色鉴定组件(300)包括：聚合物材料(310)；和混合入所述聚合物材料(310)以形成热色探针混合物(320)的一个或多个热色探针(306)，所述热色探针混合物(320)施加至透明聚合物膜(322)，或形成具有施加至透明聚合物膜的压敏粘合剂(PSA)(312)的所述透明聚合物膜(322)，由此形成为热色附饰物(302、302a、302b)形式的所述热色鉴定组件(300)，所述热色附饰物(302、302a、302b)配置为直接且连续地施加至所述复合结构(328)的表面(330)，并配置为通过探测所述复合结构(328)的表面(330)暴露至所述热环境(326)的一个或多个温度(332)和一个或多个时间(334)来监测所述复合结构(328)的热环境(326)。

【技术特征摘要】
2015.03.26 US 14/670,394;2015.09.16 US 14/856,5501.一种监测复合结构(328)的热环境(326)的热色鉴定组件(300)，所述热色鉴定组件(300)包括：聚合物材料(310)；和混合入所述聚合物材料(310)以形成热色探针混合物(320)的一个或多个热色探针(306)，所述热色探针混合物(320)施加至透明聚合物膜(322)，或形成具有施加至透明聚合物膜的压敏粘合剂(PSA)(312)的所述透明聚合物膜(322)，由此形成为热色附饰物(302、302a、302b)形式的所述热色鉴定组件(300)，所述热色附饰物(302、302a、302b)配置为直接且连续地施加至所述复合结构(328)的表面(330)，并配置为通过探测所述复合结构(328)的表面(330)暴露至所述热环境(326)的一个或多个温度(332)和一个或多个时间(334)来监测所述复合结构(328)的热环境(326)。2.权利要求1所述的热色鉴定组件(300)，其中所述聚合物材料(310)选自压敏粘合剂(PSA)(312)、树脂材料(314)、基础聚合物(316)和聚合物涂料(318)，所述压敏粘合剂(PSA)(312)包括液体PSA(312a)，所述树脂材料(314)包括有机硅树脂(314a)，所述基础聚合物(316)包括聚酰亚胺(316a)，以及所述聚合物涂料(318)包括环氧涂料(318a)和瓷漆(318b)，其中所述聚合物材料(310)优选地为下述中的至少一种：(a)液体PSA(312a)，并且所述热色探针混合物(320)的连续层(338)被喷涂或刷涂在所述透明聚合物膜(322)的第一侧(324a)上；和(b)聚酰亚胺(316a)，并且所述热色探针混合物(320)形成为挤出的透明聚合物膜(322c)或浇注的透明聚合物膜(322d)，其中所述压敏粘合剂(PSA)(312)施加至所述挤出的透明聚合物膜(322c)或所述浇注的透明聚合物膜(322d)。3.权利要求2所述的热色鉴定组件(300)，其中所述热色鉴定组件(300)是直接和连续地施加至所述复合结构(328)的所述表面(330)的热色涂料(304)的形式，并且被配置为监测所述复合结构(328)的所述热环境(326)，所述热色涂料(304)由混合入聚合物涂料(318)的所述一个或多个热色探针(306)形成。4.权利要求1所述的热色鉴定组件(300)，其中所述透明聚合物膜(322)是在200°F(二百华氏度)至500°F(五百华氏度)的温度范围下稳定的高温膜(322a)。5.权利要求1所述的热色鉴定组件(300)，其中选择所述一个或多个热色探针(306)以感测具有高热条件(336a)的所述热环境(326)中的所述一个或多个温度(332)。6.权利要求1所述的热色鉴定组件(300)，其中所述复合结构(328)包括飞机复合结构(328a)，和所述热色鉴定组件(300)监测所述热环境(326z)并绘制在所述飞机复合结构(328a)的飞行测试(344)、地面测试(346)或投入使用监测(348)期间暴露至高热条件(336a)的所述飞机复合结构(328a)的时间温度历史(340)。7.一种监测复合结构(328)的热环境(326)以助于最优化所述复合结构(328)的设计(329)的方法(400)，所述方法(400)包括下述步骤：(402)向所述复合结构(328)的表面(330)施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·乔治森，W·L·小霍尔曼，B·P·贾米森，R·J·格鲁夫，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US