專利名稱：使用復(fù)合模件制造結(jié)構(gòu)的方法以及由此制成的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地涉及制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的技術(shù)，更特別地涉及通過將復(fù)合模件連接在一起制造大型復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
可以使用能夠以較高速率將復(fù)合材料放下的高級纖維鋪放(高級鋪絲，AFP)機制造大型復(fù)合結(jié)構(gòu)如航空器機身外殼。獲得較高的單位產(chǎn)率的一種方法可以通過提供較多數(shù)量的AFP機來完成，但是，就機器成本、加工和工廠房屋面積而言，使用額外的AFP機可能導(dǎo)致需要大量的資金投資。因此，需要以較低的資金投資和生產(chǎn)費用來獲得相對高的產(chǎn)率的制造方法。還需要相對靈活并依靠比AFP機更簡單的設(shè)備的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)所公開的實施方式，提供了制造復(fù)合結(jié)構(gòu)、尤其是大型復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其使用較低成本的設(shè)備提供較高的產(chǎn)率。通過以單獨制造然后連接在一起并共固化的模件制造大型結(jié)構(gòu)，可以減少生產(chǎn)時間。所述結(jié)構(gòu)的單個模件可以使用合適大小的設(shè)備并行制造，總地來說，其相較于傳統(tǒng)的AFP機器可以能夠有更高的材料鋪放速率。所公開的方法也允許使用能夠操作可能需要的多種形式的材料的設(shè)備，以滿足結(jié)構(gòu)的特定區(qū)域的負載要求。依據(jù)一個公開的實施方式，提供了制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括形成多個復(fù)合模件，每個模件都具有邊緣；和，沿其邊緣連接所述模件?？梢允褂盟瞿＜吘壷g的、可以包括一個或多個搭接斜面(overlapping ramps)的楔面接頭(嵌接)來連接所述模件。可以通過形成小圓齒狀圖案的多個楔面接頭將相鄰模件連接在一起，其中所述模件包括單向的、方位不是0或90度的增強纖維。依據(jù)另一公開的方法實施方式，制造復(fù)合結(jié)構(gòu)包括形成多個多層復(fù)合模件；將所述復(fù)合模件組裝在一起，包括在至少某些模件之間形成楔面接頭；和，在形成所述楔面接頭之后共固化所述模件?？梢酝ㄟ^鄰接類似層的相鄰模件或通過搭接所述類似層形成所述楔面接頭。依據(jù)進一步公開的實施方式，用于航空器的復(fù)合結(jié)構(gòu)包括多個復(fù)合層壓模件，每個復(fù)合層壓模件都具有邊緣；和，用于沿其邊緣連接所述模件的楔面接頭。每個所述模件包括多層。鄰接數(shù)個模件的類似層在楔面接頭處可以是鄰接的或搭接的。在一個變化中，所述楔面接頭可以是指形接頭，某些所述鄰接模件之間的接頭可以形成小圓齒狀圖案。公開內(nèi)容的實施方式滿足了對使用合適大小的、代表較低資金投資的設(shè)備制造大型復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的需求。公開的實施方式也滿足了對高度靈活并允許結(jié)構(gòu)的多個模件并行形成的制造方法的需求。1.制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括形成多個復(fù)合模件，每個所述復(fù)合模件具有邊緣；和
沿其邊緣將所述模件連接在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中連接所述模件包括在所述模件的各自邊緣之間形成楔面接頭。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模件包括相對方位軸形成約45度的角的預(yù)浸漬纖維，并且其中將所述模件連接在一起包括形成接頭，所述接頭沿所述模件的邊緣限定了小圓齒狀圖案。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述模件連接在一起包括沿所述模件的邊緣形成楔面接頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括至少兩個邊緣，以及將所述模件連接在一起包括分別沿所述至少兩個邊緣在所述模件之間形成至少兩個楔面接頭。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括多個層，并且沿其邊緣將所述模件連接在一起包括沿所述邊緣搭接至少某些所述層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括多個層，并且沿其邊緣將所述模件連接在一起包括 沿所述邊緣充分地鄰接所述層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述模件連接在一起包括沿所述模件的邊緣形成至少一個楔面接頭。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的大型航空器結(jié)構(gòu)。10.制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括形成多個多層復(fù)合模件；將所述復(fù)合模件組裝在一起，包括在至少某些所述復(fù)合模件之間形成楔面接頭； 和，在形成所述楔面接頭之后共固化所述復(fù)合模件。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成楔面接頭包括鄰接連接在一起的至少某些模件的相鄰模件的所述層。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成楔面接頭包括充分地搭接連接在一起的至少某些模件的相鄰模件的所述層。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述多層復(fù)合模件包括鋪放纖維增強復(fù)合材料層，其纖維方位橫過所述模件的邊緣延伸，以使所述邊緣形成小圓齒狀圖案，和組裝所述模件包括將連接在一起的所述模件的相鄰模件的所述小圓齒狀圖案裝
配在一起。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中組裝所述模件包括使模件相對于彼此錯開排列以使所述小圓齒狀圖案相對于彼此偏移(offset)。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述模件組裝在一起包括將至少一個所述模件放置在一個所述楔面接頭之上。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中組裝所述模件包括在固化工具上相對于彼此放置所述模件。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的復(fù)合航空器結(jié)構(gòu)。18.用于航空器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括多個復(fù)合層壓模件，每個所述復(fù)合層壓模件具有邊緣；和用于沿其邊緣連接所述模件的楔面接頭。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中
每個所述模件包括多層，和所述模件的鄰接模件中的類似層在所述楔面接頭處彼此鄰接。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中每個所述模件包括多層，和模件的鄰接模件中的類似層在所述楔面接頭處搭接。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述楔面接頭是指形接頭。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中具有通過所述楔面接頭連接在一起的邊緣的至少某些所述模件每個包括至少一個層，所述層包括具有正常方位(common orientation)的增強纖維，和所述楔面接頭連接所述某些模件形成小圓齒狀圖案。23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，進一步包括復(fù)合材料的至少一個層位于至少一個所述楔面接頭之上并與其連接。24.用于航空器的大型復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括多個共固化的復(fù)合層壓模件，每個所述復(fù)合層壓模件包括纖維增強樹脂的多層， 每個所述模件包括橫過彼此延伸的第一邊緣和第二邊緣，所述模件的相鄰模件的層邊緣彼此搭接以形成楔面接頭，將所述相鄰模件連接在一起，和至少某些所述相鄰模件包括具有方位橫過所述邊緣的纖維增強的層，并且其中所述第一邊緣和第二邊緣形成小圓齒狀圖案。25.制造大型復(fù)合航空器結(jié)構(gòu)的方法，包括形成多個復(fù)合模件，每個所述復(fù)合模件包括多個纖維預(yù)浸漬的層，其中至少某些所述層的產(chǎn)生包括橫過所述模件的邊緣延伸的纖維方位；放置所述模件的邊緣以形成小圓齒狀輪廓；將所述復(fù)合模件組裝在一起，包括在所述模件之間形成楔面接頭并匹配所述鄰接模件的所述小圓齒狀輪廓；將所述模件放置在固化工具上；和在將所述模件放置在所述固化工具上之后共固化所述模件。


圖1是適于模件復(fù)合機身外殼制造方法的說明性實施方式的實施的制造系統(tǒng)的示意性俯視圖。圖2是適于模件復(fù)合機身外殼制造方法的說明性實施方式的實施的制造系統(tǒng)的透視圖。圖3是SADL (半自動化雙定位器)機、取置機(pick and place machine)和固化工具的端視圖。圖4是概述模件復(fù)合機身外殼制造方法的說明性實施方式的流程圖。圖5是航空器生產(chǎn)和服務(wù)方法的流程圖。圖6是航空器的框圖。圖7是用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的說明性實施方式的流程圖。圖8圖解說明用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的其它實施方式。圖9是相鄰放置的復(fù)合模件的橫截面圖。圖10是圖解說明依據(jù)所公開的實施方式由多個模件形成的航空器機身外殼的分部的平面圖。圖11是由圖10中圖解說明類型的分部形成的機身部分的透視圖。圖12是沿圖10中的沿線12-12取的橫截面圖。圖13是顯示圖12所示的楔面接頭的層的示意圖。圖14是圖10中沿線14-14取的橫截面圖。圖15是顯示圖14的楔面接頭的層的示意圖。圖16是圖10中指示為“A”的區(qū)域的放大圖。圖17是依據(jù)可選實施方式的另一楔面接頭的橫截面圖。圖18是顯示圖17的楔面接頭的層的示意圖。圖19是具有小圓齒狀邊緣的復(fù)合模件的透視圖。圖20是顯示形成另一實施方式的楔面接頭的橫截面圖。圖21是顯示圖20的楔面接頭的層的示意圖。圖22是圖解說明楔面接頭的另一實施方式的橫截面圖。圖23是顯示圖22的楔面接頭的層的示意圖。圖M是圖解說明多個模件之間的小圓齒狀接頭邊緣之間的偏移的平面圖。圖25是寬泛地圖解說明公開的方法實施方式的步驟的流程圖。
具體實施例方式首先參考附圖的圖1-3，適于模件復(fù)合制造方法的說明性實施方式的實施的制造系統(tǒng)由參考數(shù)字1大體地指出。制造系統(tǒng)1以圖1中的俯視圖和圖2中的透視圖示出。模件復(fù)合制造方法可以使用簡單的大小合適的設(shè)備以確保以并行方法而非串聯(lián)地鋪放復(fù)合材料作為復(fù)合航空器機身的制造部件或其它部件。使用并行工藝方法來自動層壓航空器機身外殼模件或其它部件可以大大地減少制造單個部件需要的流程時間。這可以減少制造復(fù)合航空器機身外殼或其它部件需要的資本投資、工廠房屋面積和后勤人員。此外，所述方法可以被用于制造水平鋪放的(flat-lay-up)復(fù)合部件例如且非限制性地如航空器機身外殼， 或者依輪廓鋪放的(contoured-lay-up)復(fù)合部件例如且非限制性地如航空器機翼外殼和穩(wěn)定器。所述方法可以被用于制造面板、四開斷面(四分之一部件，quarter sections)、半機身部件、多半機身部件或全圓筒部件。如圖1和2所示，制造系統(tǒng)1可以包括一個或多個平帶狀鋪放機(flat tapelay-up machines) (FTLM) 2以利于制造水平鋪放的復(fù)合部件例如且非限制性地如航空器機身外殼。另外地或可選地，制造系統(tǒng)1可以包括一個或多個依輪廓型鋪放機(contour type lay-up machines, CTLM)(未顯示)以利于制造依輪廓鋪放的復(fù)合部件例如且非限制性地如航空器機翼外殼、機頭外殼(nose skin)和/或機尾外殼。FTLM和CTLM可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的設(shè)計。盡管FTLM2的示例性結(jié)構(gòu)和操作方法將在下文中描述，但是應(yīng)當(dāng)認識到并理解，除了 FTLM2之外，或者代替FTLM2，對于一個或多個CTLM，也可以使用同樣的操作方法。每個FTLM2可以包括一對大體上細長、平行、隔開的框架道軌(frame track rail) 3。托架(carriage)框架4可以橫跨框架道軌3并且適于雙向穿過框架道軌3。托架框架4可以包括一對大體上細長、平行、隔開的托架框架部件5。托架框架部件5可以被定位成大體上垂直于框架道軌3的關(guān)系。切割托架6可以適于雙向穿過托架框架4的托架框架部件5。托架馬達(未顯示) 可以嚙合切割托架6以利于切割托架6在托架框架4上移動。切割設(shè)備7可以被提供在切割托架6上。在一些實施方式中，切割設(shè)備7可以是超聲波刀，但是可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的且適于本目的的可選切割器具。中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10——其可以是圓形或環(huán)形——可以被提供在框架道軌3之間和托架框架4下邊。中轉(zhuǎn)站臺14可以可拆卸地提供在中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10上。中轉(zhuǎn)站臺14可以為大體正方形的。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識例如且非限制性地如通過滾輪 (roll)(未顯示)，中轉(zhuǎn)站臺14的角部分Ha可以可滑動地或可旋轉(zhuǎn)地嚙合中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10。如將在下文描述的，承載板(carrier sheet) 16可以被放置在中轉(zhuǎn)站臺14上。如本文所用，“模件”和“復(fù)合模件”指連接在一起以形成較大結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料部件，并且可以是但不必須限制為預(yù)浸漬纖維束或織物形成的單層或多層組件。復(fù)合模件18可以被放置在承載板16上。中轉(zhuǎn)站臺14可以在中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10上旋轉(zhuǎn)，托架框架4可以沿框架道軌3移動，并且切割托架6可以沿托架框架4的托架框架部件5移動以利于通過切割設(shè)備7的操作沿所選的一個軸或多個軸切割復(fù)合模件18。如圖1-3所示，制造系統(tǒng)1可以進一步包括SADL (半自動化雙定位器)機22。SADL 機22可以包括軸架23，通過多個軸架輪M可以使軸架23可移動。模件形成臺25可以被提供在軸架23上。模件形成臺25可以被適于承受并支撐承載板16，在承載板16上放置復(fù)合模件18，其目的將在下文描述。如圖1-3進一步所示，制造系統(tǒng)1可以進一步包括取置機30。如圖1和2所示，取置機30可以位于大體上臨近SADL機22。如圖1進一步所示，在一些實施方式中，SADL機可以被提供在或大體上臨近取置機30的各個末端。取置機30可以包括門形構(gòu)架(gantry) 31， 其具有一對大體上細長、平行、隔開的軌道32。門形構(gòu)架31的軌道32可以每個都被多個隔開的軌道支架(rail support) 33支撐，如圖3所示。至少一個鋪放頭部托架(placement head carriage) 36可以橫跨并可滑動地嚙合門形構(gòu)架31的軌道32。每個鋪放頭部托架36 可以適于在軌道32上進行雙向移動，如圖1中雙頭箭頭8所指。托架馬達(未顯示)可以嚙合每個鋪放頭部托架36以利于鋪放頭部托架36在軌道32上移動。如圖2和3所示，模件鋪放頭部(module placement head)40可以由每個鋪放頭部托架36懸掛。模件鋪放頭部40可以包括驅(qū)動軸(頭部軸，head shaft)41和大體上彎曲或弓形的模件嚙合部件42?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合的技術(shù)將模件鋪放頭部40的驅(qū)動軸41附連至鋪放頭部托架36。在一些實施方式中，至少一個頭部安裝法蘭 37從鋪放頭部托架36延伸。至少一個模件附連托架(module attachment bracket) 44從驅(qū)動軸41延伸。模件附連托架44可以經(jīng)頭部緊固部件38連接至至少一個頭部安裝法蘭 37。如圖2和3進一步所示，模件鋪放頭部40的模件嚙合部件42可以包括大體上凸起的模件形成表面43。檢測掃描系統(tǒng)46的掃描儀49可以適于穿過模件嚙合部件42的模件形成表面43。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識，掃描儀49可以被附連至模件嚙合部件42用于所述目的。在一些實施方式中，大體上細長、彎曲的掃描儀槽47可以被提供在模件嚙合部件42中，大體上臨近并沿模件形成表面43。掃描儀托架48可以穿過掃描儀槽47嚙合掃描儀槽47。掃描儀49可以被提供在掃描儀托架48上。掃描儀馬達(未顯示)可以嚙合掃描儀托架48以利于在掃描儀槽47中掃描儀托架48以及掃描儀49沿著或臨近模件嚙合部件42的模件形成表面43的選擇性移動。檢測分析和控制系統(tǒng)(未顯示)可以連接至掃描儀馬達(未顯示)和掃描儀49以利于掃描儀49的掃描動作和重新獲得和分析從掃描儀 49接收的圖像。制造系統(tǒng)1可以進一步包括固化工具、心軸或鑄模M。固化工具M可以例如且非限制性地是OML(外鑄模線，Outer Mold Line)或IML(內(nèi)鑄模線，Inner Mold Line)固化工具。如圖1、2和3所示，固化工具M可以位于大體上接近SADL機22并且在取置機30的軌道32之間。如圖3所示，在一些實施方式中，固化工具M可以包括工具底部55和大體上平行、隔開的工具側(cè)面56，其自工具底部55延伸。大體上彎曲的或半環(huán)形的模件鋪放表面57可以被提供在工具底部55和工具側(cè)面56中并且可以沿著固化工具M的長度延伸。 但是，應(yīng)當(dāng)認識并理解，固化工具54(例如，如在IML固化工具的情況下)不必須具有如固化工具M的模件鋪放表面57所示的完全圓柱形或半圓柱形橫截面。在例如且非限制性地期望對四分之一面板(quarter panel)利用該制造方法的情況下，可以使用具有OML和IML 配置的固化工具54。此外，固化工具討可以被配置為翼或穩(wěn)定器鑄模、工具、固化工具或根據(jù)待被制造的部件的以任何結(jié)構(gòu)配置。在典型的模件復(fù)合制造方法的實施中，該方法可被用于制造使用多個復(fù)合模件18 的航空器機身外殼60 (圖1)。根據(jù)應(yīng)用和待被制造的部件，每個模件18可以包括單向碳纖維預(yù)浸漬、碳纖維預(yù)浸漬織物、指形玻璃、KEVLAR 聚對苯二甲酸對苯二酯或其它材料的任意組合。每個模件18可以具有至少一個層。承載板16——其上可以放置復(fù)合模件18—— 可以最初被放置在中轉(zhuǎn)站臺14上。中轉(zhuǎn)站臺14可以被放置在FTLM2的環(huán)形中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10上?？梢圆僮髑懈钔屑?上的切割設(shè)備7以將復(fù)合模件18整理或切割成期望的大小和形狀。在整理、切割或調(diào)整操作期間，通過沿托架框架4的托架框架部件5運動切割托架6、沿框架道軌3運動托架框架4和/或在中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10上旋轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)站臺14，復(fù)合模件18可以被定位在相對于切割設(shè)備7選擇的方位處。，每個FTLM2可以促進使用凈整理技術(shù)(net trim technology)將形成航空器機身外殼60的復(fù)合模件18的高速調(diào)整。在整理或切割復(fù)合模件18之后，其上放置承載板16和整理或切割的復(fù)合模件18 的中轉(zhuǎn)站臺14可以從中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10移出。可以將中轉(zhuǎn)站臺14從FTLM2運輸至SADL 機22的一個。從中轉(zhuǎn)站臺旋轉(zhuǎn)軌道10移出中轉(zhuǎn)站臺14和/或運輸中轉(zhuǎn)站臺14可以是自動化的或手動的。在SADL機22，承載板16可以從中轉(zhuǎn)站臺14移出并放置在SADL機22的模件形成臺25上。承載板16可以被提供有多個加工/轉(zhuǎn)位(index) 口(未顯示)，其可以被轉(zhuǎn)位至SADL機22以促進承載板16在模件形成臺25上的適當(dāng)定位和鋪放。鋪放頭部托架36可以接下來被操作以沿取置機30的門形構(gòu)架31上的軌道32滑動以將模件鋪放頭部40的模件嚙合部件42直接定位在復(fù)合模件18上。然后，通過模件壓緊方法，SADL機22的模件形成臺25可以被抬升緊靠模件嚙合部件42的模件形成表面43， 以使扁平復(fù)合模件18形成或仿形(contour)為模件形成表面43的大體凸起輪廓，如圖3的虛線部分所指出。形成或仿形模件18為模件嚙合部件42的模件形成表面43可以是自動化的?？梢詫⑵渌鼜?fù)合模件18從FTLM機2運輸至SADL機22的模件形成臺25，并根據(jù)需要以層壓或多層的方式形成模件嚙合部件42的模件形成表面43，以獲得期望厚度的航空器機身外殼60(圖1)。因此，可以將連續(xù)的復(fù)合模件18放置在彼此之上以形成具有多層的層壓的模件18。根據(jù)應(yīng)用，模件鋪放頭部40可以將連續(xù)的纖維層或連續(xù)的織物層與復(fù)合模件18的編織層聯(lián)合放置。在一些應(yīng)用中，相鄰模件18可以彼此連接，這將在以下更加詳細地討論。應(yīng)當(dāng)認識并理解，復(fù)合模件18不需要總是被形成在模件鋪放頭部40上的模件嚙合部件42的模件形成表面43上。在IML固化工具M的情況下，使用SADL機22，模件18 可以被直接形成在固化工具M上或其它外殼層上。在期望數(shù)量的復(fù)合模件18被籌備在取置機30的模件鋪放頭部40上之后，出于檢測復(fù)合模件18的目的，檢測掃描系統(tǒng)46的掃描儀49可以被運行穿過模件嚙合部件42的模件形成表面43。有缺陷的復(fù)合模件18可以從模件鋪放頭部40移出并用無缺陷的復(fù)合模件18替代。檢測模件鋪放頭部40上的模件18可以是自動化方法。然后，取置機30的鋪放頭部托架36可以被運行穿過取置機30的門形構(gòu)架31上的軌道32，并有利于堆疊的、層壓的、壓縮的和檢測的復(fù)合模件18精確鋪放在固化工具M 的模件鋪放表面57 (圖幻上期望的位置中。其它堆疊的、層壓的和壓縮的模件18可以以類似的方式形成并放置在模件鋪放表面57上期望的位置中以形成航空器機身外殼60。相鄰模件18的模件邊緣19可以有斜面(ramped)并與嵌接(未顯示)或斜面鉸接(未顯示) 搭接(交疊)直至航空器機身外殼60被完全鋪放。接下來參考圖4中的流程圖300，概括了模件復(fù)合制造方法的說明性實施方式。 所述方法可以用于制造例如且非限制性地具有期望厚度的航空器機身外殼。在框302中， 復(fù)合模件被鋪放。模件可以是航空器機身外殼模件，其可被用于制造結(jié)構(gòu)例如且非限制性地如航空器機身外殼，并且可以使用例如且非限制性地FTLM(平帶狀鋪放機，F(xiàn)lat Tape Lay-up Machine)鋪放。另外地或可選地，模件可以被用于制造結(jié)構(gòu)例如且非限制性地如航空器機翼外殼、機頭外殼和/或機尾外殼，在該情況下可以使用CTLM(依輪廓帶狀鋪放機， contour tape lay-up machine)鋪放模件。在框304中，模件被轉(zhuǎn)移至SADL(半自動化雙定位器)機。在框306中，模件可以被形成為航空器機身外殼或其它結(jié)構(gòu)的輪廓。在框308 中，可以重復(fù)框302、304和306中進行的步驟以形成期望厚度的航空器機身外殼或其它結(jié)構(gòu)。在框310中，模件可以被檢測。在框312中，堆疊的或?qū)訅旱哪＜梢员欢询B在固化工具上。固化工具可以例如且非限制性地是OML(外鑄模線，Outer Mold Line)或IML(內(nèi)鑄模線，Inner Mold Line)固化工具。在框314中，可以根據(jù)需要重復(fù)框302、304、306、308、 310和312中進行的步驟以完全鋪放航空器機身外殼或其它結(jié)構(gòu)。
接下來參考圖5和6，公開內(nèi)容的實施方式可以在圖5所示的航空器制造和服務(wù)方法78以及圖6所示的航空器94中的情況中進行使用。在生產(chǎn)前期間，示例性方法78可以包括航空器94的說明書和設(shè)計80以及材料獲得82。在生產(chǎn)期間，進行航空器94的組件和部件制造84和系統(tǒng)整合86。此后，航空器94可以經(jīng)歷發(fā)照和交貨88以進行使用90。在客戶使用的同時，航空器94可以被安排進行日常維護和保養(yǎng)92 (其也可以包括改進、重新配置、整修等)。可以由系統(tǒng)整合者、第三方和/或操作者(例如用戶)進行或執(zhí)行方法78的每個過程。對本說明書的目的，系統(tǒng)整合者可以非限制性地包括諸多航空器制造商和主要系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以非限制性地包括諸多銷售商、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實體、服務(wù)組織等。如圖6所示，通過示例性方法78生產(chǎn)的航空器94可以包括帶有多個系統(tǒng)96的機體98和內(nèi)部100。高水平的系統(tǒng)96的例子包括一個或多個推進系統(tǒng)102、電力系統(tǒng)104、水壓系統(tǒng)106和環(huán)境系統(tǒng)108?？梢园ㄔS多其它系統(tǒng)。盡管顯示了航空實例，但是本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于其它工業(yè)，如汽車工業(yè)。本文實施的設(shè)備可以在生產(chǎn)和服務(wù)方法78的任意一個或多個階段期間使用。例如，相應(yīng)于生產(chǎn)過程84的組件或部件可以被以類似于使用航空器94時生產(chǎn)的組件或部件的方式進行加工或制造。同樣，例如，通過顯著加速航空器94的組裝或減少航空器94的成本，在生產(chǎn)階段84和86可以使用一種或多種設(shè)備實施方式。類似地，在使用航空器94時， 一種或多種設(shè)備實施方式可以例如但不限于用于維護和保養(yǎng)92。如前所述，模件復(fù)合制造方法可以利用大小合適的設(shè)備以確保以并行方法而不是串聯(lián)地鋪放復(fù)合材料作為復(fù)合航空器機身的制造部件或其它部件。在這點上，參考圖7和圖8。根據(jù)大量實施方式，制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法700可以包括將多個模件18放置702在工具M上，以使每個模件18鄰近于至少另一個模件18，如圖9所示，以便鄰近的模件18例如在接頭704處可連接在一起，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，多于一個模件18可以在基本同一時間被放置在工具討上；在這樣的實施方式中，多個中轉(zhuǎn)站臺14可以被提供。此外，在形成復(fù)合結(jié)構(gòu)中，模件18可以以基本上連續(xù)的方式被放置在工具M上，在已經(jīng)放置在工具18上的模件18的一個之上進行鋪放后過程706 (如圖8中符號n-2所指出)，而隨后的模件18被放置在工具M上(如圖8中符號n-1所指出)。在許多實施方式中，放置步驟702和鋪放后過程步驟706可以在隨后的模件18被準備(prep) 708進行鋪放時進行(如圖8中符號η所指出)。關(guān)于進行鋪放后過程706，這可以包括檢測710已被放置在工具18上(如圖8中符號n-2所指出)的模件18中的一個。進行鋪放后過程706還可以包括在相鄰模件18之間形成的接頭704上進行工作。在如圖7和圖8所示的一些實施方式中，制造方法700可以包括例如幾乎同時在不同放置的模件18上進行檢測步驟710和鋪放后過程步驟706。在許多實施方式中，在工具M上放置702模件18可以包括在中轉(zhuǎn)站臺14上裝載 712模件18、轉(zhuǎn)位714裝載的模件進入合適的位置和/或然后將模件鋪放716在工具M上。 在所有的模件18被放置在工具M上并且任何隨后的鋪放后過程706被完成之后，則結(jié)構(gòu)可以被固化?，F(xiàn)在參考圖10和圖11，之前描述的一般類型的復(fù)合模件208可以沿其共有的邊緣210被連接在一起以形成大型結(jié)構(gòu)如圓筒形航空器機身部件204的外殼202。如以下更詳細描述的，每個模件208可以包括一個或多個用單向或雙向纖維增強的復(fù)合材料層壓層， 并且可以包括在形成部件如圖11所示的機身外殼202中的門206時使用的切除部分(未顯示)和/或增強(未顯示)和/或輪廓(未顯示)?，F(xiàn)在參考圖12-15，模件208中的臨近模件可以沿其共有邊緣210通過楔面接頭被連接在一起，楔面接頭的例子由數(shù)字213a、21!3b指出。如本文所用，“楔面接頭”指兩層材料之間的接頭，其通過嵌接或傾斜(bevel)其末端、邊緣或側(cè)面而制成，以便當(dāng)部件被放在一起時，其具有形成一個基本連續(xù)部件的搭接(交疊)邊緣。如圖13所示，通過楔面接頭213a連接的兩個相鄰模件208a、208c可以包括在夾在頂面材(facesheet) 216和底面材 218之間的單向或雙向預(yù)浸漬纖維的多層212。面材216、218的每個可以包括布或其它片材。通過鋪放兩個模件208a、208c的層212以使兩個模件208a、208c的類似層的外端214 彼此交疊來形成楔面接頭213a。楔面接頭213a表示簡單的嵌接，其具有的40 1的斜面 (即，寬高比，run-to-rise ratio)，包括總數(shù)12個交疊的層212 ；根據(jù)應(yīng)用，其它斜面比例是可能的。特定的外殼分部200(圖10)可以包括沿其共有邊緣210通過多于一種類型的楔面接頭213連接在一起的模件208，并且實際上特定的模件208可以沿其邊緣210通過不同類型的楔面接頭連接至相鄰模件208。例如，圖10所示的模件208a的一個邊緣210a可以通過圖12和13所示的楔面接頭213a連接至模件208c，而模件208a的另一邊緣210b可以通過圖14和15所示的另一形式的楔面接頭21 連接至模件208b。如圖14和15所示，楔面接頭21 是簡單的嵌接配置，其包括安排為80 1斜面的12個層212，其中類似層212 的外緣214基本處于相同的平面，并且彼此鄰接；根據(jù)應(yīng)用，其它斜面比例是可能的?，F(xiàn)在參考圖10和16-18，一些模件208如模件208d和208e可以包括層212，其中增強纖維的方位角延伸穿過邊緣210。在圖解說明的實例中，纖維的取向方向由圖16中的數(shù)字215指示并且包括45度。為了在鄰接模件208d和208e之間形成楔面接頭213c，邊緣 210被形成為ζ字形或小圓齒狀圖案220，其相對于接頭軸221對稱(圖16)。通過在兩個正交方向嵌接模件208d、208e的邊緣210生成小圓齒狀圖案220。在圖解說明的實例中， 最好見圖18，楔面接頭213c包括以80 1斜面安排的12個層212，其中類似層鄰接而非彼此交疊。根據(jù)應(yīng)用，非80 1的斜面比例是可能的。圖19圖解說明具有小圓齒狀邊緣 220的典型的模件208，其中小圓齒狀圖案層至層(ply-to-ply)偏移。圖20和21圖解說明模件組件219，其中楔面接頭213d被用于連接每個由多層212 形成的兩個模件228a、2^b，其中類似層在其邊緣217交疊。第三模件2 包括放置在楔面接頭213d上的多層227。圖20和21的實施方式圖解說明楔面接頭213d可以穿過分部 200錯開排列(圖10)，并且分部200的整個厚度可以是不連續(xù)的。注意力現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖22和23，其圖解說明模件組件229的另一實施方式，模件組件 229使用通過多個嵌接221形成的指形接頭型楔面接頭2i;3e。楔面接頭21 延伸通過模件組件229的整個厚度并連接多個相鄰模件230-236。在該實例中，模件組件2 包括12 個層212，其包括頂面材216和底面材218，其中每個嵌接221具有80 1的斜面；根據(jù)應(yīng)用，其它斜面比例是可能的。同樣在該實例中，相鄰模件230-236的類似層212鄰接而非彼此交疊。
注意力現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖M，其圖解說明由多個模件208形成的層壓結(jié)構(gòu)238，多個模件 208沿形成小圓齒狀圖案240的楔面接頭(未顯示)連接在一起。在該實例中，小圓齒狀圖案240被安排為兩組M0a、240b。小圓齒狀圖案240相對于彼此錯開排列，以便兩組240a、 240b的相位(phase)偏移距離“X”，使得小圓齒狀圖案MO的相鄰小圓齒狀圖案不彼此對齊。小圓齒狀圖案240的這種錯開排列可以增強層壓結(jié)構(gòu)238的結(jié)構(gòu)性能。注意力現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖25，其概括了使用先前描述的模件208制造結(jié)構(gòu)的方法的一般步驟。始于步驟對6，形成可包括單層或多層復(fù)合材料的模件208。接下來在對8，使用以上討論的各種類型的任何一種楔面接頭213組裝模件208。組裝之后，模件208可以在步驟250被放置在固化工具之上或之中，其可以包括內(nèi)部鑄模線或外部鑄模線固化工具。如先前結(jié)合圖1-3所述，通過連續(xù)將模件放置在固化工具上或者通過組裝模件208組，然后將該組放在固化工具上，模件208可以被組裝。最后，在步驟252，組裝的模件208在固化加工中被共固化，使得樹脂流動通過楔面接頭213，形成固結(jié)的、充分均勻的結(jié)構(gòu)。盡管本公開的實施方式已就某些示例性實施方式進行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，具體實施方式
是用于闡述目的并且是非限制性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它變化。
權(quán)利要求
1.制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，包括形成多個復(fù)合模件，每個所述復(fù)合模件具有邊緣；和沿其邊緣將所述模件連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中連接所述模件包括在所述模件的各自邊緣之間形成楔面接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模件包括相對方位軸形成約45度角的預(yù)浸漬纖維，并且其中將所述模件連接在一起包括形成接頭，所述接頭沿所述模件的邊緣限定了小圓齒狀圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述模件連接在一起包括沿所述模件的邊緣形成楔面接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括至少兩個邊緣，以及將所述模件連接在一起包括分別沿所述至少兩個邊緣在所述模件之間形成至少兩個楔面接頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括多個層，并且沿其邊緣將所述模件連接在一起包括沿所述邊緣搭接至少某些所述層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述模件包括多個層，并且沿其邊緣將所述模件連接在一起包括沿所述邊緣充分地鄰接所述層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述模件連接在一起包括沿所述模件的邊緣形成至少一個楔面接頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的大型航空器結(jié)構(gòu)。
10.用于航空器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括多個復(fù)合層壓模件，每個所述復(fù)合層壓模件具有邊緣；和用于沿其邊緣連接所述模件的楔面接頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 每個所述模件包括多層，和所述模件的鄰接模件中的類似層在所述楔面接頭處彼此鄰接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中 每個所述模件包括多層，和模件的鄰接模件中的類似層在所述楔面接頭處搭接。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述楔面接頭是指形接頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中具有通過所述楔面接頭連接在一起的邊緣的至少某些所述模件每個包括至少一個層， 所述層包括具有正常方位的增強纖維，和所述楔面接頭連接所述某些模件形成小圓齒狀圖案。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其進一步包括復(fù)合材料的至少一個層位于至少一個所述楔面接頭之上并與其連接。
全文摘要
通過形成多個復(fù)合層壓模件(208d、208e)并沿其邊緣(210)使用楔面接頭將模件連接在一起，制造大型復(fù)合結(jié)構(gòu)。
文檔編號B64C1/12GK102196962SQ200980142675
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者A·J·伯格, D·D·瓊斯, J·D·布里南, T·J·謝伍德 申請人:波音公司