用于复合结构的自动层叠的装置和方法制造方法及图纸

一种用于复合结构的自动层叠的装置和方法。一种用于将材料层(458)形成到成形工具(220)上的装置(200)可以包括至少一个鼻状件(552)，其被配置为将层板承载架(450)横向地扫到成形工具轮廓(236)上。该装置(200)可以包括一对张力臂(414)，其被配置为支撑层板承载架(450)的相对的横向侧(454)，该层板承载架(450)具有被安装到其下表面(452)的材料层(458)。该装置(200)可以包括一个或多个致动器(406、410)，其被配置为在将层板承载架(450)形成到成形工具轮廓(236)期间定位张力臂(414)。该一个或多个致动器(406、410)被配置为在将层板承载架(450)形成到成形工具轮廓(236)期间感测和控制层板承载架(450)中的横向张力(462)。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体涉及复合制造，并且更具体涉及层叠复合结构的系统和方法。
技术介绍
复合结构被广泛用于各种应用。在飞行器构造中，复合材料被用于增加数量以形成机身、机翼、尾部和其它组件。例如，飞行器的机翼可以由复合机翼蒙皮与复合加强元件(诸如沿着机翼蒙皮的翼展方向延伸的桁条)构成。桁条可以结合到机翼蒙皮以增加机翼蒙皮的弯曲强度和刚度。桁条可以以各种各样的横截面形状来提供。例如，桁条可以被提供为具有帽形横截面的帽桁条，且包括基底部分和从基底部分延伸的一对腹板。基底部分可以包括用于耦接(例如，结合)到蒙皮构件(诸如机翼蒙皮)的一对凸缘。桁条还可以被提供为叶片桁条，该叶片桁条具有T形横截面并且可以通过组装一对L形桁条半部来形成。每个L形桁条半部可以具有凸缘和腹板。一对L形桁条半部的腹板可以以背靠背的关系被结合在一起以形成叶片桁条。叶片桁条的凸缘可以被结合到蒙皮构件，诸如机翼蒙皮。复合桁条可以通过将多个复合层板层叠在具有桁条的最终形状的芯轴或成形工具上面来形成。在层叠完成之后，热和/或压力可以被应用于固化复合层板。将单个复合层板层叠在成形工具上面的当前方法手动地或通过机器执行。手动层叠是需要大量人员执行大量接触劳动来层叠多个复合层板的耗时过程。对于大型结构和高生产率，接触劳动量会是显著的。机器(诸如自动铺带(ATL)机器)可以减少用于层叠复合结构的接触劳动量。然而，ATL机器通常是大且复杂的，并且对于支撑大规模生产计划所需的ATL机器的总数量会是过于昂贵的。此外，ATL机器会需要可以影响生产成本和进度的大量机器路径规划。可以看到，在本领域中存在对用于以最少的接触劳动并且以高效且经济的方式将复合层板层叠在成形工具上的系统和方法的需要。
技术实现思路
与形成复合桁条相关的上述需要通过本公开来具体地解决和缓解，在一实施例中，本公开提供一种用于将材料层自动形成到成形工具上的装置。该装置可以包括至少一个鼻状件，其被配置为将层板承载架横向地扫到成形工具轮廓上。该设备可以附加地包括一对张力臂，其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧，该层板承载架具有被安装到其下表面的材料层。该装置还可以包括一个或多个致动器，其被配置为在将层板承载架形成到成形工具轮廓期间定位张力臂。该一个或多个致动器可以被配置为在将层板承载架形成到成形工具轮廓期间感测和控制层板承载架中的横向张力。在进一步的实施例中，公开了一种用于将复合材料的分层(course)层叠在成形工具上的桁条成形装置。该装置可以包括张力管理系统，该张力管理系统具有一对张力臂，其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧，该层板承载架具有被安装到其的分层。该张力管理系统可以包括一个或多个致动器，其被配置为在形成到成形工具轮廓期间感测和控制层板承载架中的横向张力。该装置可以进一步包括踩踏系统，该踩踏系统具有踩踏脚致动器的阵列，其被配置为将层板承载架夹到成形工具上。该装置还可以包括成形系统，该成形系统具有均包括鼻状件的成形模块的阵列，该鼻状件被配置为将层板承载架形成到成形工具轮廓，并且感测和控制由鼻状件施加到层板承载架上的压实压力。还公开了一种层叠材料层的方法。该方法可以包括将层板承载架定位在成形工具上面。材料层可以被安装到层板承载架的下表面。该方法可以进一步包括使层板承载架符合成形工具轮廓。此外，该方法可以包括在使层板承载架符合成形工具轮廓期间将层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内。已经讨论的特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中被独立地实现，或可以在其它实施例中进行组合，参考下面的描述和附图能够看出其进一步的细节。附图说明在参考附图后，本公开的这些和其它特征将会变得更显而易见，其中贯穿本文相同的数字指的是相同的零件，并且其中：图1是飞行器的透视图；图2是飞行器机翼的桁条的侧视图；图3是沿着图2的线3获取的叶片桁条的横截面视图，其图示说明通过以背靠背布置将一对桁条半部组装到彼此并且与基底填料组装在一起而形成的叶片桁条的T形横截面；图4是沿着图2的线4获取的叶片桁条的横截面视图，其图示说明相对于腹板以非垂直的凸缘角取向的桁条凸缘；图5是沿着图2的线5获取的叶片桁条的横截面视图，其图示说明相对于图4的凸缘角以增加的凸缘角取向的桁条凸缘；图6是用于复合结构(诸如叶片桁条或帽桁条)的自动层叠的桁条成形装置的示例的框图；图7是包括桁条成形装置的桁条成形系统的透视图，该桁条成形装置用于形成叶片桁条并且可以沿着用于将复合层板顺序层叠在成形工具上的桁条成形车道移动；图8是被配置为可沿着一对车导轨移动的桁条成形装置的示例的透视图；图9是图8的桁条成形装置的侧视图，其图示说明翼弦框架；图10是以大体匹配成形工具的局部角的俯仰角取向的翼弦框架的侧视图；图11是被安装在用于形成叶片桁条的叶片成形工具上面的图8的桁条成形装置的视图；图12是图7的线12获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图，其图示说明相对于叶片成形工具的相对侧上的腹板轮廓垂直取向的叶片成形工具的凸缘轮廓；图13是图7的线13获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图，其图示说明相对于叶片成形工具的竖直取向的腹板轮廓以非垂直的凸缘角取向的叶片成形工具的凸缘轮廓；图14是图7的线14获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图，其图示说明相对于在图13中示出的凸缘角以增加的凸缘角取向的凸缘轮廓；图15是被组装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的示例的透视图；图16是图15的被组装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的顶视图；图17是被安装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的侧视图；图18是被安装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的端视图；图19是包括张力臂、竖直位置致动器和旋转位置致动器以及对应的竖直平衡汽缸和旋转平衡汽缸的张力管理系统的示例的透视图；图20是图19的张力管理系统的端视图；图21是被配置为将层板承载架和材料层夹到成形工具上的踩踏系统的示例的透视图；图22是图21的踩踏系统的侧视图；图23是由踩踏梁支撑的踩踏脚致动器的阵列的透视图；图24是成形系统的示例的透视图，该成形系统用于将层板承载架和材料层形成到成形工具的轮廓并且可以包括均用于支撑成形模块的阵列的一对成形梁；图25是图24的成形系统的顶视图；图26是图24的成形系统的侧视图；图27是图24的成形系统的端视图，其图示说明被安装到成形梁中的每一个的成形模块；图28是包括用于致动鼻状件的竖直力汽缸和横向力汽缸的成形模块的透视图；图29是成形模块的侧视图，其中侧板被移除以图示说明使横向力汽缸相互连接到支撑鼻状件的可横向滑动的托架的联动装置；图30是具有处于缩回位置的竖直力汽缸的成形模块的侧视图；图31是具有处于延伸位置的竖直力汽缸的成形模块的侧视图；图32是可以被包括在层叠桁条的方法中的一个或多个操作的流程图的图示说明；图33是用于形成叶片桁条的桁条成形装置的示例的端视图，其示出在将层板承载架形成到叶片成形工具上的过程开始之前处于其相应初始位置的张力管理系统、踩踏系统和成形系统；图34是图33的桁条成形装置的端视图，其示出踩踏脚致动器延伸与层板承载架接触；图35是图33的桁条成形装置的端视图，其示出踩踏脚倚靠叶片成形工具捕获层板承载架；图36是图33的桁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将材料层(458)形成到成形工具(220)上的装置(200)，其包含：至少一个鼻状件(552)，其被配置为将层板承载架(450)横向地扫到成形工具轮廓(236)上；一对张力臂(414)，其被配置为支撑层板承载架(450)的相对的横向侧(454)，所述层板承载架(450)具有被安装到其下表面(452)的材料层(458)；一个或多个致动器(406、410)，其被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间定位所述张力臂(414)；以及所述一个或多个致动器(406、410)被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间感测和控制所述层板承载架(450)中的横向张力(462)。

【技术特征摘要】
2015.03.12 US 14/656,4241.一种用于将材料层(458)形成到成形工具(220)上的装置(200)，其包含：至少一个鼻状件(552)，其被配置为将层板承载架(450)横向地扫到成形工具轮廓(236)上；一对张力臂(414)，其被配置为支撑层板承载架(450)的相对的横向侧(454)，所述层板承载架(450)具有被安装到其下表面(452)的材料层(458)；一个或多个致动器(406、410)，其被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间定位所述张力臂(414)；以及所述一个或多个致动器(406、410)被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间感测和控制所述层板承载架(450)中的横向张力(462)。2.根据权利要求1所述的装置(200)，其中所述张力臂(414)的所述致动器(406、410)包括：张力臂(414)竖直位置致动器(406)，其可操作为平移所述张力臂(414)中的至少一个，并且感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)；以及竖直平衡汽缸(408)，其可操作为在平移期间以允许所述张力臂(414)竖直位置致动器(406)感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)并将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂(414)的质量。3.根据权利要求1所述的装置(200)，其中所述张力臂(414)的所述致动器(406、410)包括：旋转位置致动器(410)，其可操作为调整所述张力臂(414)的角位置，并且感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)；以及旋转平衡汽缸(412)，其可操作为在枢转期间以允许所述旋转位置致动器(410)感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)并将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂(414)的质量。4.根据权利要求1所述的装置(200)，进一步包括：翼弦框架(280)，其具有相对端部，并且支撑所述张力臂(414)；以及在所述翼弦框架(280)的每个端部处的一个或多个Z致动器(288)，其可操作为调整所述翼弦框架(280)相对于所述成形工具(220)的俯仰角。5.根据权利要求1所述的装置(200)，进一步包括：至少一个踩踏脚致动器(312)，其可操作为将所述层板承载架(450)夹到所述成形工具(220)；踩踏梁(302)，其被耦接到翼弦框架(280)，并且支撑所述踩踏脚致动器(312)；以及至少一个踩踏梁致动器(304)，其被配置为相对于所述翼弦框架(280)竖直定位所述踩踏梁(302)。6.根据权利要求1所述的装置(200)，进一步包括：至少一个鼻状件(552)，其被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·德斯亚迪恩，B·拉弗蒂，M·卡拉斯，M·S·邦克尔，E·隆德，G·C·汉森，S·G·霍利，B·B·李，J·D·奥康奈尔，J·D·莫里斯，D·J·弗洛伊德，B·S·霍华德，M·C·博贝格，E·J·沃克，S·L·斯塔德利，D·威利斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US