制造飞行器机翼或尾翼用的复合材料的整体结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种从纤维增强预浸料开始制成的复合材料的整体结构(1)，该结构包括彼此面对的两个壁(6，7)和在壁(6，7)之间横向延伸的至少一个互连元件(8)，互连元件连接到壁并与壁限定相应的长形腔(9)；其中，壁(6，7)在方向(B)的相对侧对称延伸；互连元件(8)为横向于前述方向(B)延伸的肋(10)；至少一个壁(6，7)具有夹层构造，并且包括彼此面对的两个板(11，12)、以及至少一个翼梁构件(13)，该至少一个翼梁构件在板(11，12)之间横向延伸，连接到这些板，与这些板限定相应的长形腔(14)并且横向于肋(10)延伸。肋(10)延伸。肋(10)延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造飞行器机翼或尾翼用的复合材料的整体结构的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2021年1月4日提交的、申请号为102021000000044的意大利专利申请的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过援引并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种制造飞行器、特别是飞机的机翼(wing)或尾翼(empennage)用的复合材料的整体结构的方法，下文的描述将在不丧失一般性的情况下明确地引用该方法。

技术介绍

[0004]众所周知，机翼或尾翼是具有固定表面的结构部件，这些结构部件是飞行器的一部分，在内部集成了复合材料结构，该复合材料结构具有适当的腔以减轻其重量。
[0005]特别地，术语“机翼”是指飞行器或飞机的部件，该部件的一个或多个表面根据相对于流过其上的流体流的特定姿态而布置，并能够产生一系列流体动力作用(力和力矩的合成)，这些流体动力作用是由与速度、压力和粘性作用的局部变化有关的复杂物理机制引起的，作用于一个或多个表面本身上。
[0006]尾翼是飞行器或飞机具有稳定功能的部件并且包括一个或多个水平平面和一个或多个竖直平面。水平平面通常包括固定部(即，稳定器)和可移动部(即，铰接在稳定器的后部的平衡器)。在一些情况下，水平平面由单一表面形成，即由安定面(稳定器和平衡器的紧缩结构)。竖直平面也包括两个表面，一个表面是固定的(即，尾鳍)，而另一个表面是可移动的(即，方向舵)，不过在某些情况下，高性能飞机(军用飞机和特技飞机)有完全可移动的竖直尾翼。
>[0007]众所周知，飞机的机翼和尾翼通常从根部(即，连接到机身的区域)到自由端具有锥形图案。
[0008]换言之，已经将连接根部的中间区与自由端的中间区的方向确定为机翼或尾翼的纵向延伸方向，并且将横向于上述纵向方向延伸并且将机翼或尾翼自身的气流前缘(wind leading edge)与气流后缘(wind trailing edge)接合起来的假想段确定为弦，人们可以观察到随着其背离机身朝向前述机翼或尾翼的自由端移动，上述弦的长度如何减小。
[0009]如上所述，已知类型的机翼和尾翼都在内部具有复合材料制成的结构，该结构基本上包括：
[0010]‑
第一壁；
[0011]‑
下壁，该下壁面向该第一壁并且被布置成与该第一壁隔开非零量；以及
[0012]‑
多个互连元件，该多个互连元件在第一壁与第二壁之间延伸，并且在这些互连元件之间与上述壁限定相应的长形贯通腔。
[0013]复合材料的使用可以减轻飞机的总体重量，同时获得非常坚固的结构。
[0014]已知类型的结构的第一壁和第二壁大致平行，更确切地说，朝向机翼或尾翼的自由端彼此略微会聚。
[0015]互连元件由横向于机翼或尾翼的弦延伸并且在各自的方向上将根部接合到机翼或尾翼自身的自由端的翼梁构件来限定。
[0016]更确切地说，翼梁构件通常包括基本上正交于结构的壁、或更一般地横向于结构的壁的隔板。
[0017]所描述的结构使用已知的方法进行制造，该方法包括下述步骤，从具有热固性基体(树脂)的预浸料开始，该预浸料由不同性质的纤维(例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等)增强。
[0018]首先，在预浸料情形下，在合适的预成型工具上预成型每个翼梁构件，从而制造两个具有C形截面的长形异型元件，这些长形异型元件包括一个背部和从背部的相对端边缘正交伸出的两个凸缘；为了形成翼梁构件，将两个C形异型元件沿其相应的背部接合在一起，以便呈现相对的凹部。
[0019]特别地，每个C形异型元件被层压在具有基本平行六面体轮廓的预成型工具的三个平坦面上；工具的第一面完全由预浸料涂覆，而与第一面相邻的与第一面正交且彼此平行的另外两个面仅被涂覆用于拉伸。
[0020]在必要的真空固结之后并且在预定温度下，以上述方式将C形异型元件两两接合，以形成所需数量的翼梁构件，这些翼梁构件保持就位并保持预定的距离，以用于随后的通过具有长形销形状的相应刚性支撑工具进行固化的步骤。
[0021]预成型操作是真空和温度施加过程，其允许预浸料在不进行聚合过程的情况下获得固结形状。
[0022]每个支撑工具由基本上平行六面体的、刚性的和实心的长形本体构成，该长形本体由平坦面限定并且具有与要制造的结构的长形腔的形状相对应的横截面。
[0023]在将仍为预成型的预浸料形式的每个翼梁构件定位在两个支撑工具之间之前，对支撑工具进行包括以下连续步骤的敷料(dressing)操作：
[0024]‑
将隔离剂层(例如，以膜的形式)施加至每个支撑工具，以便于随后将支撑工具本身从相应的长形腔中取出；
[0025]‑
在每个由此制备的支撑工具上安装管状袋，在支撑工具本身的每个端部留下管状袋的多余部分，以用于随后的密封操作；
[0026]‑
在每个支撑工具上和管状袋外面包裹通风织物，用密封剂固定其翼片；
[0027]‑
在每个由此制备的支撑工具上安装管状隔膜，在这种情况下，同样在支撑工具本身的每个端部留下了管状隔膜的多余部分，以用于随后的密封操作；
[0028]‑
用密封剂密封管状袋的端部和管状隔膜的端部；
[0029]‑
施加真空，并等待管状隔膜使相关的支撑工具上的整个敷料收缩。
[0030]此时，每个预成型的翼梁构件由沿着相应的背部接合在一起的两个C形异型元件构成，这些预成型的翼梁构件被定位在先前经历上述敷料操作的支撑工具之间；特别地，每个预成型的翼梁被布置成使得：
[0031]‑
构成它的相关的一对C形异型元件的背部插置两个彼此相邻的支撑工具的两个相对的平坦面之间；以及
[0032]‑
每个异型元件的翼搁置在相关的支撑工具的彼此平行且基本上正交于支撑异型元件本身的背部的平坦面的相应平坦面上。
[0033]这样形成的由预成型的翼梁构件和预先敷料的支撑工具构成的组件插入成型模具中，该成型模具包括下板、上板以及连接下板和上板的两个相对侧壁。
[0034]特别地，在上板和下板中的每一个上分别层压一层或多层预浸料，该一层或多层预浸料用于限定第一表层和第二表层，在固化步骤之后，该第一表层和第二表层将构成待制造的结构的第一壁和第二壁。
[0035]更确切地，在承载第一表层的成型模具的下板上，定位由相应的支撑工具保持就位的预成型的翼梁构件；随后，承载第二表层的成型模具的上板在模具本身的侧壁上以及由预成型的翼梁构件和支撑工具构成的组件上闭合。
[0036]此时，在整个成型模具上依次布置隔膜、通风织物和袋膜；袋膜通过密封剂密封在成型模具的基部。
[0037]布置在每个支撑工具上的管状隔膜在其端部敞开；相对于相关的支撑工具的长度过长的部分被切除。
[0038]相应的支撑工具上的管状袋在端部松开并密封。
[0039]通过将布置在成型模具上的外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造飞行器(2)的机翼(4)或尾翼(5)用的复合材料的整体结构(1)的方法，所述结构(1)是从具有纤维增强聚合物基体的预浸料开始制成的，所述结构(1)包括：
‑
第一壁(6)；
‑
第二壁(7)，所述第二壁沿着其自身最大延伸的表面面向所述第一壁(6)的最大延伸的表面，并且被布置成与所述第一壁(6)本身间隔非零的量；以及
‑
至少一个互连元件(8)，所述至少一个互连元件在所述第一壁(6)与所述第二壁(7)之间横向延伸，连接到所述第一壁和所述第二壁，并且与所述第一壁(6)与所述第二壁(7)本身限定相应的第一长形腔(9)；其中，所述第一壁(6)和所述第二壁(7)从根部(4a)到所述机翼(4)或尾翼(5)本身的自由端部(4b)在方向(B)的相对侧对称延伸，在使用时，所述方向与所述机翼(4)或所述尾翼(5)的延伸方向一致，所述根部连接到所述飞行器(1)的机身(3)；其中，所述互连元件(8)为横向于所述方向(B)延伸的肋(10)，并且其中，所述第一壁(6)和所述第二壁(7)中的至少一个壁(6、7)具有夹层构造并且包括：
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第一板(11)，所述第一板面向所述第一壁(6)和所述第二壁(7)中的另一壁(7、6)；
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第二板(12)，所述第二板面向所述第一板(11)；以及
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至少一个翼梁构件(13)，所述至少一个翼梁构件在所述第一板(11)与所述第二板(12)之间横向延伸，连接到所述第一板和所述第二板，与所述第一板(11)和所述第二板(12)本身限定相应的第二长形腔(14)并且横向于所述肋(10)延伸；所述方法包括以下步骤：a)提供至少两个长形的第一支撑工具(21)，每个第一支撑工具的横截面具有与要在所述结构(1)中形成的第一腔(14)的轮廓互补的多边形外轮廓；b)横向并排放置所述第一支撑工具(21)，以便在所述第一支撑工具之间插置预定形成所述肋(10)的一层或多层所述预浸料；c)提供至少两个长形的第二支撑工具(15)，每个第二支撑工具的横截面具有与要在所述结构(1)中形成的第二腔(8)的轮廓互补的多边形外轮廓；d)横向并排放置所述第二支撑工具(15)，以便在所述第二支撑工具之间插置预定形成所述翼梁构件(13)的一层或多层所述预浸料；e)通过为表层(11a、12a)中的每一表层层压一层或多层所述预浸料来形成至少三个不同的表层；f)在所述表层(11a、12a)的第一表层与第二表层之间插入由所述第二支撑工具(15)以及插置在所述第二支撑工具之间的所述预浸料形成的组件，以便形成所述第一壁(6)和所述第二壁(7)中的所述第一壁(6)；g)在所述表层(11a、12a)的所述第二表层(11a)与第三表层(11a)之间插入由所述第一支撑工具(21)和插置在所述第一支撑工具之间的所述预浸料形成的组件；h)在预定的固化温度和压力下将在步骤a)至步骤g)中形成的组合体置于高压釜中；其中：
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所述第一支撑工具(21)和所述第二支撑工具(15)在内部是中空的，并且具有在室温下呈现刚性状态的成分；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡诺，
申请(专利权)人：列奥纳多股份公司，
类型：发明
国别省市：