增强的超塑成形和扩散结合的结构制造技术

本发明专利技术的名称是增强的超塑成形和扩散结合的结构。由超塑性材料形成外面板，其包括钛的外蒙皮以适应特超音速飞行期间施加在特超音速运输载具上的高热应力。该外蒙皮被固定到下面的增强骨架结构上，所述增强骨架结构由可超塑成形的增强(SFR)层组成，例如钛、锆和钼(TZM)合金，当该外蒙皮被加热至超过1200华氏度的温度时该增强层支撑该外蒙皮。外面板包括单独的内蒙皮，该内蒙皮被配置用于附接到框架构件，诸如特超音速运输载具的肋、纵梁或翼梁。多单元芯被夹在外蒙皮和内蒙皮之间，以赋予外面板拉伸和压缩强度。在一种公开的方法中，该芯是超塑成形的并且扩散结合到外蒙皮和内蒙皮。皮。

【技术实现步骤摘要】
增强的超塑成形和扩散结合的结构


[0001]本公开涉及用于航空航天应用的超塑成形和扩散结合的(SPF/DB)夹层结构。

技术介绍

[0002]施加在高速航空航天运输载具的外表面上的热负荷对改进热管理策略提出了显著且持续的要求。
[0003]已知由钛合金形成的外部结构对于适应超音速下的高热通量环境是有效的。然而，对于特超音速(hypersonic speed)，寻求附加的热补偿机制。瓷砖已用于航天器，特别是用于管理从太空返回大气时的热负荷。镍合金也已用于一些结构中。然而，就其各自的结构构造和燃料需求而言，已证明传统镍合金使用更加重且更加昂贵。先前用于特超音速飞行器的热保护无法重复使用，这限制了其在商业应用中的有用性。
[0004]因此，需要可以有效地适应特超音速下的温度的更便宜的结构。

技术实现思路

[0005]根据本公开的一个方面，一种用于运输载具的外面板包括配置用于大气暴露的外蒙皮和配置用于附接到运输载具的结构框架构件的内蒙皮。多单元芯(multicellular core)夹在外蒙皮和内蒙皮之间，并且超塑成形的增强(SFR)层位于外蒙皮之下并支撑外蒙皮。该多单元芯是超塑成形的，并且扩散结合到外蒙皮和内蒙皮。
[0006]根据本公开的另一方面，一种运输载具包括至少一个外面板，该外面板具有配置用于大气暴露的外蒙皮。该外面板包括配置用于附接到运输载具的结构框架构件的内蒙皮。多单元芯被夹在外蒙皮和内蒙皮之间，以赋予外面板拉伸和压缩强度，并且SFR层位于外蒙皮之下。多单元芯是超塑成形的，并且扩散结合到外蒙皮和内蒙皮。
[0007]根据本公开的另一方面，一种制造用于运输载具的外面板的方法包括提供配置用于大气暴露的超塑性材料的外蒙皮以及提供位于该外蒙皮之下并支撑该外蒙皮的SFR层。该方法还包括提供超塑性材料的内蒙皮，该内蒙皮配置用于附接到运输载具的结构框架构件上，并且提供至少一对超塑性材料的薄片层，以在外蒙皮与内蒙皮之间形成多单元芯。接下来，通过以预定图案排列的间歇缝焊将薄片层结合在一起。将膨胀管固定到该层的一个边缘，并且围绕薄片层的边缘施加连续的熔焊。然后将外蒙皮和内蒙皮与薄片层一起安装到压力容纳装置中，并将惰性气体供应到膨胀管中以超塑成形并扩散结合(SPF/DB)该蒙皮和层，以形成多单元芯，该多单元芯整体结合到外蒙皮和内蒙皮。在完整的SPF/DB结构中，SFR层位于外蒙皮之下并增强外蒙皮。
[0008]本文公开的特征、功能和优点可以在本文呈现的实例中实现，或者可以由其他变化提供，其细节可以参考以下描述和附图来更好地理解。
[0009]附图简述
[0010]图1是根据本公开构造的用作特超音速运输载具的空气动力学暴露表面的外面板的一个实例的透视图。
[0011]图2是可以采用图1的外面板的一种类型的特超音速运输载具的透视图。
[0012]图2A是图2的插图部分的放大图，其示意性地描绘了根据本公开的一个实例在运输载具上应用多个外面板，每个外面板包括可超塑成形的增强(SFR)层(以虚线示出)，其配置为支撑外面板的外蒙皮。
[0013]图3是图1的外面板的组件的分解透视图，因为组件将在初始制造步骤期间出现，其包括外蒙皮和内蒙皮，其中上和下芯薄片(core sheet)夹在蒙皮之间，并且描绘了在外蒙皮之下并支撑该外蒙皮的SFR层。
[0014]图4是在外面板的制造期间包含图3的组件的成形固定装置的侧视截面图。
[0015]图5是在外面板的制造期间芯薄片在其膨胀过程中可能如何表现的示意性透视图。
[0016]图6是就在制造后包括SFR层的外面板的透视图，该视图显示了由上和下芯薄片形成的多单元芯，所述芯薄片在外蒙皮和内蒙皮之间已完全膨胀。
[0017]图7描绘了用于图4的固定装置的成形压力机，以适应超塑成形和扩散结合过程来制造本公开的外面板。
[0018]图8是具有与图1的SFR层不同的几何图案的SFR层的另一实例的透视图。
[0019]图9显示了用于制造图1的示例性外面板的方法步骤的序列。
[0020]参考附图不一定按比例绘制，并且任何公开的实例仅示意性地示出。所公开实例的各方面可以彼此组合或替代，并且可以在本文未示出或描述的各种系统和环境内。因此，以下详细描述仅是示例性的，并且不意欲在应用或使用中是限制性的。
具体实施方式
[0021]以下详细描述包括用于执行本公开的装置和方法。本公开的实际范围如在所附权利要求书所限定的。
[0022]图1显示了可以用作特超音速运输载具的可重复使用的外表面的外面板10的实例。外面板10包括外蒙皮12、内蒙皮14和多单元芯16，所有这些可由钛合金形成。位于多单元芯16和外蒙皮12之间，骨架可超塑性成形的增强(SFR)层18被固定到外蒙皮12上。SFR层18可以由诸如钛-锆-钼(TZM)合金的异种合金形成。后者可以，例如由至少99％的钼、0.5％的钛和0.08％的锆构成。在所公开的实例中，SFR层18被设计为无论何时和如果外蒙皮12的大气摩擦温度超过钛的功能极限时，即在外蒙皮的温度超过预定阈值的情况下，都对外蒙皮12进行增强。在所公开的第一实例中，SFR层18包括直线形(rectilinear)骨架结构，该直线形骨架结构至少位于所示的外蒙皮12的边缘和内侧部分之下。当暴露于超过1200
°
F的温度时，外蒙皮12可能开始失去强度。由于暴露的外蒙皮12经受由特超音速行进穿过大气而生成的最大量的热通量，因此充当脊或骨架支撑结构的SFR层18被配置在外蒙皮上的温度可能超过钛的材料强度极限时增强即支撑外蒙皮。当使用TZM材料时，将SFR层18放置在外蒙皮12下方是特别理想的，因为如果TZM直接暴露于大气中，作为金属合金的TZM可能会经历显著的氧化。
[0023]尽管SFR层18可以如在第一公开实施例中所描述的使用TZM材料，但是可以使用在显著温度下表现出高强度和拉伸特性的其他材料代替所描述的SFR层18来增强外蒙皮12。例如，虽然较重，但是可以代替地使用由铁-镍-钴合金组成的Incoloy 909，该铁-镍-钴合
金具有42％的铁、38％的镍、13％的钴和4.7％的铌的组成。
[0024]所描述的TZM和Incoloy材料在本文中通常被称为可超塑成形的增强(SFR)材料，因为它们在超过了钛的功能能力的高温下的高强度、延展性和拉伸性能的各自组合。
[0025]现在还参考图2，示例性的载客特超音速运输载具20包括结构框架构件，该结构框架构件包括在飞行中支撑运输载具20的一对机翼22。运输载具20包括机身24、机头26和发动机(未示出)的推力喷嘴28，以适应在平流层即至少100,000英尺的高度下以3至5马赫的速度行进。图2A显示图2的插图部分，其描绘了覆盖并包括机翼22的至少一部分的多个外面板10的一种布置。在后者中，另外隐藏的骨架SFR层18的一个示例性取向可以如图2A所示。在这种情况下，外面板10的内蒙皮14可以被熔焊或以其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运输载具(20)的外面板(10)，所述外面板包括：外蒙皮(12)，其配置用于大气暴露；内蒙皮(14)，其配置用于附接到所述运输载具(20)的结构框架构件上；夹在所述外蒙皮(12)和所述内蒙皮(14)之间的多单元芯(16)；和在所述外蒙皮(12)之下并支撑所述外蒙皮(12)的可超塑成形的增强(SFR)层(18)，其中所述多单元芯(16)是超塑成形的并且扩散结合到所述外蒙皮和内蒙皮(12)、(14)。2.根据权利要求1所述的外面板(10)，其中除了所述SFR层(18)之外的所有组件(12)、(14)、(16)都由钛合金形成。3.根据权利要求1所述的外面板(10)，其中所述SFR层(18)由(a)由可超塑成形的合金形成，所述可超塑成形的合金由钛、锆和钼(TZM)组成或(b)由可超塑成形的合金形成，所述可超塑成形的合金由Incoloy 909组成。4.根据权利要求1所述的外面板(10)，其中所述SFR层(18)包括位于所述外蒙皮(12)的20％至80％之下的骨架结构。5.根据权利要求1-4中任一项所述的外面板(10)，其中所述SFR层(18)配置为在高于1200华氏度范围内的温度下增强所述外蒙皮(12)。6.根据权利要求1-5中任一项所述的外面板(10)，其中所述SFR层(18)为所述外蒙皮(12)厚度的80％至150％。7.一种具有至少一个外面板(10)的运输载具(20)，所述至少一个外面板包括：外蒙皮(12)，其配置用于大气暴露；内蒙皮(14)，其配置用于附接到所述运输载具(20)的结构框架构件上；多单元芯(16)，其配置为赋予所述外面板(10)拉伸和压缩强度，所述多单元芯(16)被夹在所述外蒙皮(12)和所述内蒙皮(14)之间；和SFR层(18)，其在所述外蒙皮之下且当所述外蒙皮上的温度超过预定阈值温度时支撑所述外蒙皮；其中所述多单元芯(16)是超塑成形的并且扩散结合到所述外蒙皮和内蒙皮(12)、(14)。8.根据权利要求7所述的运输载具(20)，其中所述运输载具是具有多个外面板(10)的特超音速载具，并且其中每个外面板(10)被熔焊到至少一个其他外面板(10)上。9.根据权利要求7所述的运输载具(20)，其中所述多个外面板(10)中的每个外面板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：