制造复合材料的单片式机身筒的方法技术

真空袋(18)放置在内芯轴的内形成表面(IML)周围，所述内芯轴设有具有平行纵向狭槽(17)的径向可缩回扇区(11a、11b)。复合材料桁条(30)定位在所述狭槽(17)中。在每个桁条中放置有各自的延长内支架(31)，所述内支架由不可渗透的管状袋(32)覆盖。在所述桁条(30)、所述涂层支架(31、32)和所述内形成表面(IML)周围层压有复合材料蒙皮(37)。外固化工具(50、51)在所述蒙皮(37)周围闭合，限定出所述机身筒的外形成表面(OML)，在所述蒙皮(37)的外表面与所述外形成表面(OML)之间留出具有预定径向宽度的环形间隙(G)。向封闭在所述真空袋(18)与所述外工具(50、51)之间的空间施加真空，以便增大未固化筒的直径，使所述筒从所述内芯轴(10)脱离并使所述蒙皮(37)的外表面与所述外工具(50、51)的内表面(OML)接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造以单片式复合材料制成的机身筒的方法
本专利技术涉及一种制造复合材料的机身筒的方法，该机身筒通过桁条加固。更加具体地，本专利技术涉及用复合材料制造以单片式制成的机身筒，该机身筒包括：整体呈管状、圆筒形或截头圆锥状的蒙皮以及在筒的内表面上凸出的一系列纵向桁条。
技术介绍
现有技术包括多种制造完整复合材料机身筒的方法。一般而言，一些方法要求在内芯轴或内形成工具周围对筒进行固化，这提供了筒的内形成表面(所谓的“内模塑线”(IML)或“内模塑表面”)。在其它情况下，固化操作发生在中空形成工具中，该中空形成工具提供了筒的外形成表面(“外模塑线”(IML)或“外模塑表面”)。第一种已知的方法包括：在芯轴之上对机身筒进行层压以及随后的固化，该芯轴具有与机身筒的内表面(“内模塑线”)对应的形状。根据该技术，将尚未固化的桁条容置于形成在芯轴的外表面中的相应纵向狭槽中。在每个桁条中放置能膨胀元件(或“气囊”)，接着在桁条之上铺设一层预浸渍有热固性可固化树脂的织物，以便在随后的旋转阶段期间保持桁条和能膨胀元件。接着利用已知的“纤维铺放”技术铺设外蒙皮。然后将由金属或碳制成的柔性片(所谓的“垫板”)定位在组件之上，这些柔性片的作用是在高压釜中进行固化期间对筒的外表面进行平滑处理。最后，在制备了用于抽出空气和气体的通道(透气织物和真空阀)后，用通过已知技术利用尼龙膜制成的真空袋覆盖整个组件。接着将整个组件定位在高压釜中，借由加热和温度进行固化/压紧过程。该方法的优点在于确保精确的内表面，这简化了内结构元件(梁架等)的组装，但也潜在地引起一些缺陷：为了在固化之后能够将具有IML形状的芯轴从筒中抽出，所述芯轴可拆卸为多个可折叠扇区(通常为六个扇区)。该要求意味着在扇区之间需要密封垫片，由于必须经受高压釜的温度和压力，所以需要频繁地对密封垫片进行维护以避免失去密封性而在生产出来的筒上出现无法接受的孔隙的风险。将芯轴分解为径向可缩回的扇区需要操作机构。操作机构也受到高压釜的温度和压力的负面影响，因此操作机构也需要频繁的维护操作。芯轴的扇区之间必须准确接合，以防止在筒上形成无法接受的台阶和褶皱。对于大型机身筒而言，扇区的准确接合非常复杂并且要求经常调节。压紧机构推动筒的外表面抵靠成形芯轴的IML表面，减少了未固化材料的周向长度以使其达到固化后的厚度。压紧机构的动作，结合周向长度的减少，在筒的外表面上产生纵向褶皱，因而必须经过复杂而昂贵的结构测试计划来检测合格度。另一种已知的方法是通过夹层结构和蜂巢加固生产小直径的机身筒。在该方法中，用到了辅助芯轴，该辅助芯轴的形状与筒的内部形状(IML)对应，在辅助芯轴上设置有尼龙膜，该尼龙膜将构成最终的真空袋。接着通过已知的“纤维铺放”技术铺设内蒙皮。随后，定位所谓的“蜂巢”材料并铺设由碳增强树脂制成的蒙皮，这里再次用到了“纤维铺放”技术。这时，将表面等于筒的外表面(外模塑线OML)的固化工具定位在筒的周围。将已经设置在IML辅助芯轴上的真空袋密封至(包括)OML外固化工具。当施加真空时，筒会有与IML辅助芯轴分离的趋势并附着至OML芯轴的表面。由此形成间隙，该间隙使得可以移除IML辅助芯轴并将OML工具中的筒送入高压釜中进行固化/压紧。该方法克服了前一方法的问题，但在已知的方法中仅仅可用于夹层结构，而在固化之前将IML芯轴从筒中抽出仍存在风险，因为是在有限的间隙中进行抽取操作，所以可能会损坏固化袋。航空业目前需要制造通过桁条加固的筒。US2009/0139641A1提供了在构成中空芯轴的OML表面的中空表面上应用复合材料以形成在轴线的周围呈360°延伸的蒙皮。接着，借由进入芯轴OML的内部并将桁条的法兰或机翼推动抵靠蒙皮的定位器，将桁条定位在蒙皮的内表面上。在桁条之上安装真空袋，并向真空袋施加真空以向外挤压桁条和蒙皮并使其抵靠工具的内表面。接着共固化蒙皮和桁条组成的组件以将桁条固定至蒙皮并加固该结构。为了进行层压，要求能够在OML芯轴内部进行层压的特殊“纤维铺放”机器和用于定位加固桁条和真空袋的复杂设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种制造完整机身筒的简化方法，该机身筒由具有特别准确的外表面的桁条加固，该外表面在使用时作为气动表面。本专利技术的其它目的在于避免对未固化复合材料、真空袋和形成工具造成损坏。本专利技术的上述和其它目的和优点将在后文得以更好的理解，这些目的和优点通过所附权利要求书中限定的制造方法来实现。附图说明本专利技术的特征和优点将在下面的详细说明中变得清楚，下面的详细说明将参考附图仅以非限制性示例的方式提供，在附图中：图1是具有可缩回扇区的芯轴的竖直截面的局部示意图；图2是用于形成非固化复合材料的由桁条加固的机身筒的设备的示意性透视图；图3是在制造过程的初始阶段中图1所示芯轴的外围部分的示意性截面透视图；图4是用于形成桁条的覆盖支架的示意性截面透视图；图5是在铺设复合材料之前的其制备的初始阶段中图1所示芯轴的示意性侧视图；图6至图12是在制备待固化的筒的各个阶段期间图2所示设备的示意性透视图；图13是包括在成形设备的外模与内芯轴之间的筒部分的竖直截面的部分示意图；图14示意性地表示了成形设备的部分与本方法中使用的多种不可渗透的膜包装纸之间的密封线；以及图15是芯轴、筒、外模和本方法中可能使用到的膜包装纸的示意性侧视图。具体实施方式首先参考图1和图2，附图标记10总体表示可折叠内芯轴(或辅助芯轴)，该芯轴的外表面由一组芯轴扇区11限定，该芯轴扇区可相对于中心水平轴线x径向缩回。芯轴扇区能在径向方向上进行操作以呈现径向延伸位置，在该径向延伸位置中，芯轴扇区周向地并列放置以便共同限定出周向连续外表面，在该周向连续外表面上安置有用于制造机身主体的待固化的预浸渍纤维带。在图中示出的示例中，芯轴的外表面几乎为圆筒形的以制造飞机的机身的主体或中间段。然而，本方法也同样适用于制造锥形机身筒(或机身主体)，例如，截头锥形，筒根据纵向位置沿着机身放置。本方法不限于制造具有旋转体形状或直纹曲面形状的筒。芯轴10包括网状的内支撑结构12，在本示例中，该网状的内支撑结构12形成为六方柱，绕轴线x旋转地安装在中心旋转轴13上。芯轴的扇区以一种已知的方式分为两组11a和11b，这两组扇区11a和11b在周向方向上交替设置。例如，从WO2007/148301A2得知一种合适类型的内芯轴示例。旋转轴13由三个支架支撑：两个端部支架14和15以及一个中间支架16，中间支架16优选地设置在两个端部支架的正中间，这样使得内芯轴10保持支撑在两个端部支架其中之一(本示例中为支架15)与中间支架之间的工作位置中，其原因将在下文阐释。在扇区11a和11b的外表面上形成有平行的纵向狭槽17(图4)，在本示例中，纵向狭槽17为梯形形状，称为桁条的纵向增强元件30位于纵向狭槽17中。从横截面看，桁条30的轮廓大体上与狭槽17的截面形状相匹配，在本示例中为梯形形状。当扇区处于其径向延伸位置(图1)中时，内芯轴限定出所谓的“内模塑线”(IML)或“内模塑表面”，即，筒的内形成表面。由尼龙制成的用于真空袋(图5)的两个环形内终端袋182a、182b可装配在内芯轴10的两个相对轴端上。每个环形内袋182a、182b均沿着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造以单片式复合材料制成的机身筒的方法，所述机身筒包括整体呈管状的蒙皮和从所述蒙皮的内表面径向凸出的多个纵向桁条，所述方法包括如下步骤：a)提供内形成芯轴(10)，所述内形成芯轴具有能相对于中心纵轴线(x)径向缩回的扇区(11a、11b)，所述扇区能够到达径向延伸位置以便限定出提供多个纵向狭槽(17)的内模塑表面(IML)，所述多个纵向狭槽绕所述轴线(x)呈角度地隔开；b)在所述内模塑表面(IML)周围放置主真空袋(18)，并施加真空以使所述主真空袋(18)附着至所述内形成表面(IML)；c)将多个复合材料桁条(30)定位在所述狭槽(17)中；d)在每个桁条(30)中放置相应的内支架(31)，所述内支架具有：至少部分地与所述桁条的轮廓相匹配的截面形状；与所述桁条的纵向长度相对应的纵向延伸部；以及至少一个不可渗透的外管状袋涂层(32)；e)施加复合材料以形成层压蒙皮(37)，所述层压蒙皮在所述桁条(30)、涂覆的支架(31、32)和所述内模塑表面(IML)周围呈360°延伸，从而得到包括所述蒙皮(37)和所述桁条(30)的未固化筒；f)使外固化工具在所述层压蒙皮(37)周围闭合，所述工具包括至少两个互补的半模(50、51)，所述两个半模共同限定出为所述机身筒提供外模塑表面(OML)的腔体，在所述蒙皮(37)的外表面与所述外模塑表面(OML)之间留出具有预定径向宽度的环形间隙(G)；g)沿着密封段(L)密封所述主真空袋(18)，所述密封段在所述外工具(50、51)的两个相对轴端处除放置有所述桁条(30)的位置外沿着圆形边缘延伸；h)沿着各自的闭环密封线将每个管状袋(32)的两个相对开口端连续密封至所述外工具的相应半模(50或51)和所述主真空袋(18)，其中，每个闭环密封线包括：连接至所述外工具(50或51)的第一径向外密封长度(M’)和连接至所述主真空袋(18)的第二密封长度(M”)；i)向封闭在所述主真空袋(18)与所述外工具(50、51)之间的空间施加真空，以便加大所述未固化筒的直径，使所述筒从所述内芯轴(10)脱离并使所述蒙皮(37)的外表面与所述外工具(50、51)的外模塑表面(OML)接触；j)径向地缩回所述内芯轴(10)的扇区(11a、11b)，从所述内芯轴(10)移除具有所述筒的外工具(50、51)，并将包含所述未固化筒的外工具转移进高压釜中以便对所述筒进行固化。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.12 IT TO2012A0003171.一种制造以单片式复合材料制成的机身筒的方法，所述机身筒包括整体呈管状的蒙皮和从所述蒙皮的内表面径向凸出的多个纵向桁条，所述方法包括如下步骤：a)提供内形成芯轴(10)，所述内形成芯轴具有能相对于中心纵轴线(x)径向缩回的扇区(11a、11b)，所述扇区能够到达径向延伸位置以便限定出提供多个纵向狭槽(17)的内模塑表面(IML)，所述多个纵向狭槽绕所述中心纵轴线(x)呈角度地隔开；b)在所述内模塑表面(IML)周围放置主真空袋(18)，并施加真空以使所述主真空袋(18)附着至所述内模塑表面(IML)；c)将多个复合材料桁条(30)定位在所述纵向狭槽(17)中；d)在每个复合材料桁条(30)中放置相应的内支架(31)，所述内支架具有：至少部分地与所述复合材料桁条的轮廓相匹配的截面形状；与所述复合材料桁条的纵向长度相对应的纵向延伸部；以及至少一个不可渗透的外管状袋涂层(32)；e)施加复合材料以形成层压蒙皮(37)，所述层压蒙皮在所述复合材料桁条(30)、所述内支架(31)、所述不可渗透的外管状袋涂层(32)和所述内模塑表面(IML)周围呈360°延伸，从而得到包括所述层压蒙皮(37)和所述复合材料桁条(30)的未固化筒；f)使外固化工具在所述层压蒙皮(37)周围闭合，所述外固化工具包括至少两个互补的半模(50、51)，所述两个半模共同限定出为所述机身筒提供外模塑表面(OML)的腔体，在所述层压蒙皮(37)的外表面与所述外模塑表面(OML)之间留出具有预定径向宽度的环形间隙(G)；g)沿着密封段(L)密封所述主真空袋(18)，所述密封段在所述外固化工具的两个相对轴端处除放置有所述复合材料桁条(30)的位置外沿着圆形边缘延伸；h)沿着各自的闭环密封线将每个不可渗透的外管状袋涂层(32)的两个相对开口端连续密封至所述外固化工具的相应半模(50、51)和所述主真空袋(18)，其中，每个闭环密封线包括：连接至所述外固化工具的第一径向外密封长度(M’)和连接至所述主真空袋(18)的第二密封长度(M”)；i)向封闭在所述主真空袋(18)与所述外固化工具之间的空间施加真空，以便加大所述未固化筒的直径，使所述未固化筒从所述内形成芯轴(10)脱离并使所述层压蒙皮(37)的外表面与所述外固化工具的外模塑表面(OML)接触；j)径向地缩回所述内形成芯轴(10)的扇区(11a、11b)，从所述内形成芯轴(10)移除具有所述未固化筒的外固化工具，并将包含所述未固化筒的外固化工具转移进高压釜中以便对所述未固化筒进行固化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环形间隙(G)的径向尺寸为2-4mm。3.根据权利要求1所述的方法，其中：所述外固化工具由两个互补的半模联合组成，所述两个互补的半模为下半模(50)和上半模(51)，每个半模限定出所述外模塑表面(OML)的一半，分别是上半和下半；所述内形成芯轴(10)能在中心旋转轴(13)上围绕中心纵轴线(x)旋转，所述中心旋转轴具有在层压步骤期间延伸到所述内形成芯轴(10)外部的外部分(13’)，其中，所述外部分(13’)的长度等于或堪比所述内形成芯轴(10)的轴向长度；并且其中，使所述外固化工具闭合的步骤(f)按如下步骤进行：f1)将所述下半模(50)放置在所述内形成芯轴(10)的下方，所述内形成芯轴上放置有所述未固化筒；f2)将所述中心旋转轴(13)悬置在中间点处；f3)将所述下半模(50)放置在所述中心旋转轴的外部分(13’)的下面，与所述内形成芯轴的中心纵轴线成一直线；f4)在保持所述下半模(50)的外模塑表面部分的凹面朝上的情况下，使所述下半模纵向滑动，将所述下半模置于所述内形成芯轴(10)之下以使其面向待固化的所述未固化筒；f5)在保持所述上半模(51)的外模塑凹表面部分朝下的情况下，将所述上半模(51)从上方铺设到所述下半模(50)上。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤f2)至f4)中，所述中心旋转轴(13)从上方悬置，以允许所述下半模(50)在所述内形成芯轴(10)的下面滑动。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述中心旋转轴(13)借由吊钩(52)从龙门架(53)上悬置。6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)包括步骤d1)：在能膨胀元件(35)之上铺设一层未固化的预浸渍织物，所述未固化的预浸渍织物为纤维增强可固化热固性材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤d1)之后进行设置预真空袋的步骤，所述预真空袋在层压所述层压蒙皮(37)的步骤e)之前被移除。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤d)包括如下步骤：通过与所述内形成芯轴(10)一体旋转的螺旋桨(38)将所述内支架(31)和所述不可渗透的外管状袋涂层(32)的相对端临时支撑在所述复合材料桁条(30)中。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所述主真空袋(18)附着至所述内模塑表面(IML)的步骤b)包括如下步骤：在所述内形成芯轴(10)的两个相对轴端处插入由...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨巴托·因塞拉因帕拉托，彼得兰托尼奥·切雷塔，
申请(专利权)人：阿莱尼亚阿麦奇股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT