CN110370678A - 在波状外形芯轴表面上压实未固化复合构件 - Google Patents

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Abstract

通过使用柔性压实机在具有波状外形的芯轴上成型未固化复合构件。成型从波状外形的顶点处向外执行。

Description

在波状外形芯轴表面上压实未固化复合构件
本申请是申请日为2014年3月24日、名称为“在波状外形芯轴表面上压实未固化复合构件”的中国专利申请201480022123.3的分案申请。
技术领域
本公开总体涉及制造复合结构的过程，并且更具体地涉及在波状芯轴表面上压实复合层压纵梁。
背景技术
在飞行器工业中使用的细长复合构件(例如纵梁)可以在沿它们长度的一个或多个平面内是波状外形的，以便符合例如机身蒙皮的结构的曲率。通过使用压实机以便抵靠芯轴(例如固化工具)的波状表面来压实未固化的纵梁叠层，可以实现纵梁的波状外形。已经开发出可屈曲或弯曲的柔性压实机，其允许细长复合构件在压实过程期间符合波状外形工具表面。
根据工具波状外形程度，当未固化的纵梁叠层正被抵靠工具压实时，其可以产生褶皱，特别是在工具的曲率中心或最大波状外形附近。这种褶皱的发生是由于最接近波状外形工具表面的复合材料层的弯曲使所述复合材料层处于压缩而导致的。用这种方式压缩材料导致过多的材料积聚并且聚拢成褶皱。褶皱可以对未固化纵梁的性能产生不期望的影响。
因此，需要一种在波状外形工具上压实未固化复合构件(例如纵梁)的方法，该方法可以控制材料产生褶皱。还需要一种利用柔性压实机在固化工具上压实纵梁的方法，该方法减小褶皱的尺寸，同时沿着纵梁的长度大致均匀地分布褶皱。
发明内容
未固化复合构件(例如纵梁)可以被弯曲以符合芯轴(例如波状外形固化工具)的形状，同时避免在复合材料内形成相对大的褶皱。复合材料的任意褶皱被限制为沿着纵梁的波状区域大致均匀分布的相对小的褶皱。在纵梁内避免产生较大褶皱可以提高结构性能和均匀性。通过使用顶点成形方法和柔性压实机可实现材料褶皱的均匀分布。在顶点成形期间，柔性压实机被用于放置未固化的纵梁并且抵靠波状外形工具表面使未固化纵梁弯曲，在波状外形的顶点开始并且从顶点向外移动。柔性压实机在其内包含一系列横向切口，在压实过程期间所述横向切口可以接收过多的复合材料，以便允许相对小的材料褶皱的受控的形成，所述相对小的材料褶皱不明显影响纵梁性能。
根据一个公开的实施例，其提供了抵靠具有波状外形的芯轴表面压实未固化复合构件的方法。该方法包括将未固化复合构件连接到压实机。压实机也被用于将未固化的复合构件与芯轴表面的波状外形对准，并且还被用于使未固化的复合构件在波状外形的顶点处首先接触芯轴表面。该方法包含在芯轴表面的波状外形上形成未固化的复合构件，并且压实机被用于抵靠芯轴表面压实未固化的复合构件。可以通过使未固化复合构件区域成型(drape forming)到芯轴表面上来使未固化复合构件成形。区域成型包含当未固化复合构件在芯轴表面上成型时，维持未固化复合构件和芯轴表面的末端之间的基本恒定的关系。可以通过冲击成型来执行未固化复合构件的成型。所述成型包含通过在未固化复合构件内引起S形弯曲来减小临近芯轴表面的未固化复合构件内的局部压缩力。在已经使未固化复合构件首先接触顶点处的芯轴表面之后，执行在波状外形上的未固化复合构件的成型。通过从顶点处沿着未固化复合构件向外渐进地使未固化复合构件成型到芯轴表面上可以执行所述成型。当未固化复合构件与顶点处的芯轴表面首先接触时，未固化复合构件具有预选的方位姿态，并且当未固化复合构件在芯轴表面的波状外形上被成型时，未固化复合构件外部区段的方位姿态被维持为基本平行于预选的方位姿态。使未固化复合构件成型包含将未固化复合构件弯曲成逐渐变小的曲率半径。该方法可以进一步包括通过允许未固化复合构件内的材料压缩到压实机中的切口内，以便在成型期间分布在未固化复合构件内形成的任何褶皱。该方法还可以包括，通过移动未固化复合构件的中性轴的位置，在成型期间使用压实机减少未固化复合构件的褶皱。
根据另一实施例，提供了在芯轴表面的波状外形上使复合纵梁成型期间控制未固化复合纵梁的褶皱的方法，其包括将复合纵梁与芯轴表面的波状外形的顶点对准，并且使复合纵梁接触顶点处的芯轴表面。将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。从顶点处成型复合纵梁包含抵靠芯轴表面向下并且从顶点逐渐向外地弯曲复合纵梁。使纵梁成型包含维持复合纵梁末端和芯轴表面之间的基本恒定的关系，并且可以通过区域成型和冲击成型之一来执行。该方法可以进一步包括在复合纵梁内安装柔性压实机，将复合纵梁连接到压实机，以及使用压实机将复合纵梁接触顶点处的芯轴表面，并且将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。通过使用吸力将复合纵梁连接到压实机。使用压实机，可以将纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。通过允许将复合纵梁的材料压缩到压实机内，控制复合纵梁的褶皱。通过使用压实机来执行将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上，并且该压实机被用于促进复合纵梁内褶皱的基本均匀分布。
根据又一实施例，提供了将未固化复合构件成型到固化工具内的波状外形凹槽中的方法。该方法包括将未固化复合构件连接到压实机，并且使用压实机以便使未固化复合构件与沿波状外形凹槽的波状外形的顶点处的固化工具首先接触。压实机被用于从顶点处向下并且沿着波状外形凹槽逐渐向外地成型未固化复合构件。压实机还被用于分布褶皱，该褶皱在向下并且沿着波状外形凹槽成型未固化复合构件期间形成在未固化复合构件内。通过区域成型和冲击成型之一来执行使用压实机成型未固化复合构件。
总之，根据本发明的一个方面，提供了抵靠具有波状外形的芯轴表面压实未固化复合构件的方法，该方法包含将未固化复合构件连接到压实机；使用压实机以将未固化复合构件与芯轴表面的波状外形对准；使用压实机以使未固化复合构件首先接触波状外形顶点处的芯轴表面；从顶点处向外在芯轴表面的波状外形上形成未固化复合构件；以及使用压实机以便抵靠芯轴表面压实未固化复合构件。
有利地，该方法进一步包含通过允许将未固化复合构件内的材料压缩到压实机内的切口中，而分布在成型期间形成在未固化复合构件内的任何褶皱。
有利地，在该方法中，未固化复合构件具有中性轴并且该方法进一步包含通过移动未固化复合构件的中性轴的位置而在成型期间使用压实机来减少未固化复合构件的褶皱。
有利地，在该方法中，成型未固化复合构件包含使用压实机以在未固化复合构件内形成扭转。
有利地，在该方法中，使未固化复合构件成型是通过将未固化复合构件区域成型到芯轴表面上执行的。
有利地，在该方法中，所述区域成型包含，当未固化复合构件被成型到芯轴表面上时，维持未固化复合构件的末端与芯轴表面之间的基本恒定的关系。
有利地，在该方法中，使未固化复合构件成型是通过冲击成型执行的。
有利地，在该方法中，所述冲击成型包含通过在未固化复合构件内引起S形弯曲而减小临近芯轴表面的未固化复合构件内的局部压缩力。
有利地，在该方法中，在使未固化复合构件首先接触顶点处的芯轴表面之后，执行在波状外形上成型未固化复合构件。
有利地，在该方法中，所述成型通过使未固化复合构件从顶点处沿着未固化复合构件逐渐向外地成型到芯轴表面上而执行。
有利地，在该方法中，当未固化复合构件首先接触顶点处的芯轴表面时，所述未固化复合构件具有预选的方位姿态，并且当在芯轴表面的波状外形上成型未固化复合构件时，未固化复合构件的外部区段的方位姿态被维持基本平行于预选的方位姿态。
有利地，在该方法中，使未固化复合构件成型包含使未固化复合构件弯曲成逐渐变小的曲率半径。
根据本发明的另一方面，提供了由该方法压实的复合构件。
根据本发明的又一方面，提供了一种在芯轴表面的波状外形上成型复合纵梁期间控制未固化复合纵梁的褶皱的方法，包含将复合纵梁与芯轴表面的波状外形的顶点对准；并且使复合纵梁接触芯轴表面的顶点；以及将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。
有利地，在该方法中，从顶点成型复合纵梁包含从顶点抵靠芯轴表面并且逐渐向外地向下弯曲复合纵梁。
有利地，在该方法中，从顶点成型复合纵梁包含维持复合纵梁的末端与芯轴表面之间的基本恒定的关系。
有利地，在该方法中，使复合纵梁成型是通过区域成型和冲击成型之一执行的。
有利地，该方法进一步包含在复合纵梁内安装柔性压实机；将复合纵梁连接到压实机；以及使用压实机以使复合纵梁接触芯轴表面的顶点，并且将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上。
有利地，在该方法中，将复合纵梁连接到压实机是通过使用吸力执行的。
有利地，在该方法中，将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上是使用压实机执行的，并且通过允许将复合纵梁的材料压缩到压实机内，控制复合纵梁的褶皱。
有利地，在该方法中，将复合纵梁从顶点向下成型到芯轴表面上是使用压实机执行的，并且该压实机被用于促进复合纵梁内褶皱的基本均匀分布。
根据本发明的另一方面，提供了具有通过该方法产生的受控褶皱的复合纵梁。
根据本发明的又一方面，提供了将未固化复合构件成型到固化工具中的波状外形凹槽内的方法，包含将未固化复合构件连接到压实机；使用压实机以使未固化复合构件首先接触沿波状外形凹槽的波状外形的顶点处的固化工具；使用压实机以便使未固化复合构件向下并且沿着波状外形凹槽并且从顶点逐渐向外地成型；以及使用压实机以分布在使未固化复合构件向下并且沿着波状外形凹槽成型期间在未固化复合构件内形成的褶皱。
有利地，在该方法中，使用压实机以成型未固化复合构件是通过区域成型和冲击成型之一执行的。
所述特征、功能以及优点可以在本公开的各种实施例中被独立地实现，或者可以在其他的实施例中被组合，其中通过参考具体实施方式和附图，可以获知更多的细节。
附图说明
在所附权利要求中提出了被认为是说明性实施例的特性的新颖性特征。但是，当结合附图一起阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下具体实施方式，将最佳地理解说明性实施例和优选的使用模式及其进一步的目的和优点，其中：
图1是波状外形的纵梁沿着其在XZ平面内的长度的透视图的图示。
图2是沿图1中的线2-2截取的横截面视图的图示。
图3是波状外形的纵梁沿着其在XY平面内的长度的平面图的图示。
图4是用于抵靠固化工具压实在图1-3中所示的纵梁的柔性压实机的透视图的图示。
图5是图4所示的压实机连同在固化工具上压实期间的纵梁叠层的纵向截面视图的图示。
图6是图5中的在图6中标注的区域的图示。
图7是显示了将纵梁从成型模中移除的压实机的横截面视图的图示。
图8是显示了被索引并且对准以便准备将纵梁成型到波状外形的固化工具腔内的压实机的横截面视图的图示。
图9是显示了被成型到波状外形工具腔内的纵梁和被安装以准备固化纵梁的真空袋的横截面视图的图示。
图10是显示了固化之后被提升离开纵梁的压实机的横截面视图的图示。
图11是一部分纵梁的透视图的图示，其可用于解释当纵梁被成型到固化工具内时在纵梁上的应力。
图12是图11中所示纵梁的端视图的图示，其显示了纵梁的形心和中性轴。
图13是纵梁的纵向侧视图的图示，其中该纵梁首先接触波状外形芯轴表面的顶点以准备执行纵梁的顶点成型。
图14是可用于解释使用冲击技术的顶点成型方法的示意图的图示。
图15是图14中如图15指定的区域的图示。
图16是可用于解释使用区域(draping)技术的顶点成型方法的示意图的图示。
图17是显示了在使用区域技术的顶点成型期间使纵梁逐渐成形的图示。
图18是制作纵梁的方法的流程图的图示，该方法包含使用顶点成型方法。
图19是飞行器生产和维护方法的流程图的图示。
图20是飞行器的框图的图示。
具体实施方式
所公开的实施例可以用于制作细长的复合构件，该复合构件在一个或多个平面内是波状外形或曲线的。例如，参考图1和图2，通过任何适合的方式将复合机身纵梁30附连到蒙皮32。纵梁30具有帽形横截面形状，包括帽34、倾斜侧壁或腹板36，以及向外翻转的基本平坦的法兰38。其他的横截面形状也是可行的。在该示例中，纵梁30具有在正交坐标系40的XZ平面内放置的波状外形42。纵梁30可以包括多层片复合层压板，例如且不限于，CFRP(碳纤维增强塑料)。应注意到，虽然说明了纵梁30，但是所公开的实施例可以被用于制作任意各种细长的复合构件，该复合构件在一个或多个平面内具有一个或多个曲率。
如图3所示，纵梁30可以具有在其他平面内的波状外形42，例如在XY平面内。在另外其他的示例中，纵梁30可以在多个平面内具有波状外形。如将在下文更具体地论述，通过叠加预浸料并且使其成型为期望的横截面形状来制作纵梁30。压实机44(图4)被用于将未固化纵梁30成型到波状外形固化工具68内(图8)，并且然后在固化周期期间将它压实。
现在参考图4，压实机44可以被用于辅助运输、放置、成型以及压实未固化纵梁30。使用将在下文论述的真空或吸力，纵梁30可释放地保持或连接到压实机44。压实机44通常是半刚性的，具有在纵梁30的放置和压实期间允许其屈曲并且符合波状外形工具表面66的柔性程度。压实机44可以由适于所述应用的材料构成，例如且不限于CFRP和弹性体橡胶的组合。压实机44可作为安装和成型纵梁30的设备，又可作为固化成型的纵梁30时控制成型的纵梁30的横截面形状的设备。将纵梁30真空连接到压实机44可以减小处理期间损伤纵梁30的风险，并且在安装到波状外形芯轴表面(例如固化工具69)上期间控制纵梁30(见图5)。
压实机44概括地包括帽部分46、法兰部分52以及限定了通常是打开的内部空间58的末端壁48。帽部分46包含多个纵向间隔的横向延伸的狭缝或切口54，其为压实机44提供柔性，并且允许将空气抽出到打开的内部空间58内。在任一或两个末端壁48内的真空配件50适于与真空源(未显示)耦连，以便排空打开的内部空间58。尽管在图4中未显示，但是法兰部分52可以包含柔性的沿其长度的一个或多个截面或接头，继而允许压实机44在XY平面和/或XZ平面中屈曲。
在打开的内部空间58内产生的真空使空气通过切口54而被吸入，进而产生了真空吸力55。该真空吸力夹紧未固化纵梁30，导致该未固化纵梁30在运输、放置以及压实过程期间被连接和紧贴到压实机44。更特别地，由于真空吸力55，纵梁30的帽34和腹板36被连接到压实机44的帽部分46，同时纵梁30的法兰38面对面地接触，但是没有被连接到压实机44的法兰部分52。将纵梁30真空连接到压实机44还可以在纵梁压实期间允许更对称地分布层片褶皱和聚集，正如下文更详细地论述的。而且，压实机44在切口54的位置处引起可接受的褶皱60a。如在此使用的，“可接受的褶皱或褶皱生成”指的是这样的褶皱，它们的尺寸足够小且大体沿着足够的长度分布，以便当固化的纵梁30处于载荷下时，褶皱对使用中的固化的纵梁30的性能没有显著影响。
现在参考图5和图6，压实机44可以被用于将未固化纵梁30成型并且压实到固化工具68的波状外形表面66上或相似的波状外形芯轴表面上。在图5中，压实机44被显示为已在XZ平面内屈曲，从而将纵梁30向下成型到固化工具68的波状外形表面66上。将纵梁30真空连接到压实机44可以在该成型过程期间有助于促进外部层片(最接近压实机44)和内部层片(最接近固化工具表面66)之间的期望的平面层片滑移。用于对准、首先接合并且然后将纵梁30成型到波状外形表面66上的该方法在下文中将被称为“顶点”成型方法。
顶点成型方法导致过多的纵梁材料60沿面向波状外形工具表面66的纵梁30的长度分布。在由压实机44施加给纵梁30的压实力下，这样分布的过多的纵梁材料60被允许并且促进部分地移动到切口54内。处于压缩78(见图6)下的过多的纵梁材料60分别在切口54内形成一系列分布式的相对小的可接受的褶皱60a。因为褶皱60a的相对小的尺寸，以及褶皱沿着纵梁30的足够的长度被大体均匀地分布的事实，在载荷下固化的纵梁30内的由于材料褶皱产生的应力集中被充分地减少或消除。褶皱60a的位置和分布部分地取决于切口54之间的距离“D”。切口54之间的距离“D”可以沿着压实机44的长度大体恒定，以便产生基本均匀分布的褶皱60a。但是，在一些实施例中，可以期望调整褶皱60a的分布，使得它们不均匀地分布。当在压实机44内提供的切口54的数量增加时，产生的褶皱的数量也会增加，同时产生的褶皱中的每个褶皱的尺寸则会减小。同样，当切口54的数量增加时，压实机44以更紧密的半径绕着工具表面弯曲的能力增加。通常，可以期望的是，增加褶皱60a的数量，同时将它们的尺寸减小到褶皱60a对处于使用中的纵梁30的性能具有基本忽略的作用的程度。
图7-10说明了使用压实机44成型、运输、放置、在固化工具68的波状外形表面66上成型并且压实纵梁30的顺序步骤。通过使用各种技术中的任意技术，例如通过在凸模和凹模(图7中仅显示了凹模64)之间冲压成型平坦叠层(未显示)，或者通过真空袋将平坦叠层成型到凸模上(未显示)，可以将预浸叠层成型为期望的帽形横截面。
在纵梁30被成型为期望的横截面形状(例如在凹模64内)后，压实机44被放置在纵梁30内，从而压实机44的帽部分46接合纵梁30的腹板36和帽34，并且压实机44的法兰部分38覆盖并且接合纵梁30的法兰38。根据形成压实机44的材料和表面的光洁度，可能需要在压实机44和纵梁30之间安装脱模剂，例如剥离层。例如且不限于，FEP(氟化乙烯丙烯)薄膜层(未显示)可以被用于封住压实机44，进而覆盖压实机44的帽部分46。可以沿着压实机44的长度在FEP薄膜内形成垂直的狭缝(未显示)，以便使空气流过薄膜并且进入压实机44的切口54内。
纵梁30和压实机44可以始终处于凹模64内，凹模64可以用作保持夹具，以便维持纵梁30的形状，直到纵梁30准备好被去除并且被运输以便放置。可选地，纵梁30可以被转移到保持夹具(未显示)，直到准备好转移到固化工具68。为了从凹模64(或可选的保持夹具)中去除纵梁44，压实机44内被抽成真空，且通过切口54(图4-6)将空气吸入压实机44，进而产生吸力，该吸力使纵梁30连接到压实机44并且被压实机44夹紧。
在将纵梁30沿其长度连接到压实机44之后，在包含成型到固化工具68上的随后的处理期间，纵梁30和压实机44表现为单个单元。为了在随后的处理期间控制纵梁30的褶皱，维持使得纵梁30连接到压实机44的真空，直到纵梁30已经被成型到固化工具68上。为了确保成型过程期间纵梁30不会从压实机44脱离(dis-bond)，可能需要调节相对于被施加到纵梁30的真空力的量的成型速率，以便使纵梁30缓慢地弯曲连同弯曲压实机44。将纵梁30连接到压实机44的生成真空的连接力必须大于纵梁30内产生的局部弯曲力，以便沿着纵梁30散布褶皱60a。
如图7所示，在纵梁30被连接到压实机44之后，压实机44与纵梁30一起被提升离开凹模64，且用于将纵梁30运输到成型芯轴，例如图8中所示的固化工具68。固化工具68具有形成波状外形工具腔或凹槽70的波状外形工具表面66。波状外形工具表面66在至少一个平面内是弯曲或波状外形的，并且基本匹配纵梁30的外模线(OML)表面(未显示)。
如图8所示，压实机44被用于放置纵梁30并且沿着工具腔70的长度将纵梁30成型到波状外形工具表面66上。如将在后面论述的，压实机44屈曲以符合工具腔70的波状外形表面66，使得纵梁30也被成型为工具腔70的波状外形形状。根据公开的顶点成型方法，当纵梁30被向下成型到波状外形工具腔70内时，纵梁30的任何褶皱将被限制到相对小尺寸的“可接受的”褶皱，所述褶皱沿着纵梁30的长度大致均匀地分布。
在压实机44和纵梁30已经被成型到工具腔70内后，在压实机44和纵梁30上安装真空袋62(图9)，并且袋62内被抽成真空，袋62与压实机44一起抵靠波状外形工具表面66压实叠层30。在压实纵梁30之后，如图10所示，压实机44被从纵梁30中抽离。在一些应用中，可以期望在纵梁30和固化工具68的安装之前，将增粘剂应用到波状外形工具表面66，以便在固化之后辅助压实机44与已固化纵梁30分离。然后，可以进一步处理纵梁30。例如，可以在纵梁30内安装填料(未显示)，可以抵靠纵梁30安装一个或多个气囊(未显示)，纵梁30可以被附连到蒙皮32(图1)或其他结构，并且在热压罐(未显示)内被固化。
现在注意力转向到图11和图12，这些图说明了当将纵梁30成型在芯轴(例如先前论述的固化工具68)的波状外形工具表面66上时，作用在纵梁30上的应力。可以沿着XY或XZ平面内的曲率(图11中未显示)成型纵梁30。纵梁30的几何结构将确定这两个平面中哪个平面对安装具有最大的影响。不管纵梁30的特定横截面几何结构，纵梁30都具有中性轴80和质心或几何中心82。在图11中，当在XY平面内成型纵梁30时，显示了中性轴80的位置，而图12示出了在XZ平面内成型纵梁30时中性轴80的位置。
参考图11，当沿着XY平面内的曲率成型纵梁30时，产生了绕Z轴(引起力矩的轴)的弯曲力矩M，该弯曲力矩M导致纵梁30的一侧处于拉伸76，并且纵梁30的另一侧处于压缩78。图12中所示的中性轴80基本垂直于图11中所示的中性轴80，这是因为XZ和XY平面是互相垂直的，并且同样地，力矩(momentum)轴(Y轴和Z轴)互相垂直。纵梁30的中性轴80是纵梁30的横截面内的线或平面，当纵梁30被弯曲时，在中性轴80处纵梁30不会发生如当纵梁30被成型到在XY平面和XZ平面中的一个或两个平面内弯曲的工具腔70中(图8)时发生的延伸或压缩。参考图12，当沿着XZ平面内的曲率成型纵梁30时，产生了绕中性轴80(Y轴)的弯曲力矩M，其导致中性轴80上方的区域81被置为拉伸，并且中性轴80下方的区域83被置为压缩。
纵梁30中处于中性轴80下方的区域83是最有可能发生褶皱的区域，因为当在XY或XZ平面内成型纵梁30时，该区域被加载为压缩78。与此相反，成型期间处于拉伸76的区域81经历了相对小的应变量，并且因此通常不会发生褶皱。在成型过程期间将纵梁30弯曲成逐渐变小的曲率半径时，中性轴80下方的压缩78导致褶皱60a(见图6)形成在纵梁30内，这是因为等量的纵梁材料符合中性轴80下方区域83内的较小半径。实际上，柔性压实机44用于向着纵梁30的帽34向下移动85(图12)中性轴80。由于中性轴80被向下移动85，减小了纵梁30内中性轴80下方区域83内的压缩量，并且由于减小的压缩力，在该区域中发生较少的褶皱。
如先前论述的，顶点成型用于将纵梁30成型到波状外形工具腔70(图8)内并且沿着该波状外形工具腔70，以便在成型过程期间控制纵梁30的褶皱。图13示意地大致说明了顶点成型方法。固化工具68具有波状外形工具表面66，在波状外形工具表面66上，通过将纵梁30弯曲成逐渐变小的曲率半径直到纵梁30符合波状外形工具表面66的曲率，从而成型基本笔直的纵梁30。笔直的纵梁30包括一叠基本平面的未固化复合材料层片(如预浸料)。波状外形工具表面66的曲率具有顶点84，其相当于工具表面66上的最大曲率点。在纵梁30被连接到压实机44之后(如图8所示)，压实机44被用于相对于固化工具68对准并且索引纵梁30。然后，压实机44首先使纵梁30接触顶点84处的工具表面66。在顶点84处的首先接触之后，纵梁30向下72成型到波状外形工具表面66上并且成型到工具腔70内(图8)。在顶点84处压实之后将纵梁30向下成型到波状外形工具表面66上所用的特定技术将取决于纵梁30是在XY平面内成型还是在XZ平面内成型，如将在下文论述的。在工具表面66具有复合波状外形且需要在XY和XZ平面内成型纵梁30的应用中，压实机44可以同时在XY和XZ平面内屈曲。在成型过程期间，压实机44也可以独立于或附加于在XY和XZ平面中任一平面内的屈曲而在纵梁30中形成扭转的扭曲(twist)。
图14和图15说明了使用冲击成型技术将纵梁30顶点成型到在XZ平面内是波状外形的波状外形芯轴表面66上，例如波状外形固化工具68的波状外形芯轴表面。纵梁30的连续方位和弯曲形状被用图14中的字母“A-D”分别指定，并且纵梁30的各个层压层片90被显示在图15内。在该冲击成型期间，当纵梁首先与顶点84接触时，还没有接触工具表面66的外部部分74被保持为基本平行于纵梁30的最初方位姿态(由字母“A”指定)。用这种方式对纵梁30冲击成型引起纵梁30中的“S”弯曲87(见图15)。“S”弯曲87的形成移动了在纵梁30内拉伸和压缩力76、80分别作用的位置。使纵梁30的层片90中发生“S”弯曲87可通过减小临近波状外形工具表面66的区域(在此处可以预料会发生褶皱)内的局部压缩力来帮助扩散层片的褶皱。
图16和图17说明了使用压实机44以执行区域成型技术，以便使纵梁30顶点成型为XY平面中的波状外形。压实机被对准并且索引，以便其首先将纵梁30带到相应于波状外形工具表面66的顶点84的第一接触点“A”。通过绕着顶点84弯曲纵梁30，纵梁30然后被均匀地覆盖到固化工具68上，以进入波状外形工具腔70内(图8)。图16中的字母“B”、“C”、“D”以及“E”分别表示当弯曲过程执行时纵梁30和工具表面66之间同时存在的接触点。图17内纵梁30的相应弯曲方位被同样指定为字母“B”、“C”、“D”以及“E”。在弯曲过程期间，纵梁30和工具表面66的末端之间的距离92、94(图16)的关系被维持基本不变，以便维持纵梁30的姿态，所述姿态导致了绕顶点84的基本均匀的弯曲。如先前指出，在该成型过程期间，将纵梁30真空连接到压实机44可以有助于促进纵梁30的平面层片之间的期望滑移。
现在注意力转向图18，其概括地说明了使用顶点成型方法和上述的压实机44制作波状外形复合纵梁30的方法的步骤。在96开始，纵梁进料(charge)被叠合并且根据需要被修剪。然后，在步骤98，将纵梁叠层成型为期望的纵梁横截面形状。可选地，在步骤100，例如FEP的合适的穿孔离型膜可以被放置在柔性压实机44的压实表面上并且与之连接在一起。穿孔允许真空气流通过薄膜并且可以，例如且不限于，通过在薄膜内创建一系列狭缝来形成。在步骤102，将压实机44安装到成型纵梁30的腔内。
在104，在压实机44内生成真空，真空将纵梁30连接到压实机44，从而有效地使压实机44夹紧纵梁30。在106，可以使用压实机44移除并且运输纵梁30到波状外形成型芯轴，该波状外形成型芯轴可以包括固化工具68。当纵梁30正被移除和运输时，保持压实机44内的真空以维持压实机44和纵梁30之间的连接。在108，波状外形芯轴或固化工具68的顶点84被定位，并且可以被标记为参考起始点，以帮助随后的成型过程。在步骤110，压实机44被用于对准并且使纵梁30首先接触在波状外形工具表面66的顶点84处的波状外形芯轴表面或固化工具68。
在112，利用先前所述的区域成型或冲击成型技术，使用压实机44从顶点向外，基本均匀地将纵梁30向下弯曲到芯轴或固化工具表面66上。在弯曲过程期间，压实机44与纵梁30一起屈曲以符合芯轴或工具68的波状外形，以便使纵梁材料沿着纵梁波状外形的长度基本均匀地分布褶皱。在114，成型的纵梁30可以被真空袋装并且然后使用压实机44在室温下被压实，在此期间维持压实机44内的真空。在步骤116，纵梁30被除去真空袋，并且释放压实机44内的真空，以便允许从固化工具68中移除压实机44和纵梁30。
本公开的实施例可以发现用于各种潜在应用中，特别是在运输工业，例如包含，航空航天、航海、汽车应用以及可以使用波状外形的细长的复合构件(例如纵梁)的其他应用领域。因此，现在参考图19和图20，本公开的实施例可以用在如图19所示的飞行器制造和维护方法118以及如图20所示的飞行器120的背景中。公开的实施例的飞行器应用可以包含，例如且不限于，例如在飞行器120的机身136内使用的纵梁的伸长加强件构件。在预生产期间，示例方法118可以包含飞行器120的规格和设计122以及材料采购124。在生产期间，执行飞行器120的组件和子组装件制造126和***集成128。之后，飞行器120可以经历验证和交付130，以便投入使用132。当顾客使用时，飞行器120定期执行日常维修和维护134，其还可以包含改进、重新配置、翻新等等。
方法118中的每个过程可以由***集成商、第三方和/或运营商(如，顾客)来执行或实施。为了本说明书的目的，***集成商可以包含且不限于任何数量的飞行器制造商和主***转包商；第三方可以包含且不限于任何数量的销售商、转包商和供应商；以及运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等等。
如图20所示，通过示例方法118生产的飞行器120可以包含具有多个***138的机身136和内部140。高级***138的示例包含以下所述中的一个或多个：推进***142、电气***144、液压***146以及环境***148。可以包含任何数量的其他***。尽管显示的是航空航天示例，但是本公开的原理可以被应用到其他的工业，例如航海和汽车工业。
本文体现的***和方法可以被运用在生产和维护方法118的任何一个或多个阶段中。例如，可以用与飞行器120处于使用中时生产组件和子组装件相似的方式来制作或制造对应于生产过程126的组件或子组装件。同样，一个或多个装置实施例、方法实施例或其组合可以用在生产阶段126和128期间，例如，以充分加快飞行器120的组装或减少飞行器120的成本。类似地，装置实施例、方法实施例或其组合中的一个或多个可以在飞行器120处于使用时使用，例如且不限于，用于维修和维护134。
如在此使用的，短语“至少一个”，当与一系列物品使用时，意指可以使用的所列物品中的一个或多个的不同组合并且可能仅需要列表内的每种物品中的一个。例如，“物品A、物品B以及物品C中的至少一个”可以包含且不限于，物品A、物品A和物品B、或物品B。该示例也可以包含物品A、物品B和物品C，或物品B和物品C。物品可以是特定物体、事物或类别。换句话说，“至少一个”指任何组合物品并且可以使用列表中的数个物品但是不要求列表内的所有物品。
因此，总之，根据本发明的第一方面，本文提供了：
A1.一种抵靠具有波状外形的芯轴表面压实未固化复合构件的方法，其包括：
将所述未固化复合构件连接到压实机；
使用所述压实机以对准所述未固化复合构件与所述芯轴表面的所述波状外形；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件首先接触所述芯轴表面的所述波状外形的顶点；
使所述未固化复合构件从所述顶点向外地成型在所述芯轴表面的所述波状外形上；以及
使用所述压实机以抵靠所述芯轴表面压实所述未固化复合构件。
A2.根据段落A1所述的方法，进一步包括：
通过使所述未固化复合构件内的材料被压缩到所述压实机中的切口中，分布在所述成型期间在所述未固化复合构件内形成的任何褶皱。
A3.根据段落A1所述的方法，其中所述未固化复合构件具有中性轴并且所述方法进一步包括：
使用所述压实机以通过移动所述未固化复合构件的所述中性轴的位置而减少成型期间所述未固化复合构件的褶皱的产生。
A4.根据段落A1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型包含使用所述压实机以在所述未固化复合构件中形成扭曲。
A5.根据段落A1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型是通过将所述未固化复合构件区域成型到所述芯轴表面上执行的。
A6.根据段落A5所述的方法，其中所述区域成型包含当所述未固化复合构件被成型到所述芯轴表面上时维持所述未固化复合构件的末端和所述芯轴表面之间基本不变的关系。
A7.根据段落A1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型是通过冲击成型执行的。
A8.根据段落A7所述的方法，其中所述冲击成型包含通过使所述未固化复合构件中产生S形弯曲而减小与所述芯轴表面相邻的所述未固化复合构件中的局部压缩力。
A9.根据段落A1所述的方法，其中在所述未固化复合构件已经与所述芯轴表面的所述顶点首先接触之后，执行在所述波状外形上成型所述未固化复合构件。
A10.根据段落A1所述的方法，其中所述成型是通过从所述顶点沿着所述未固化复合构件将所述未固化复合构件逐渐向外地成型到所述芯轴表面上而执行的。
A11.根据段落A10所述的方法，其中：
当所述未固化复合构件与所述芯轴表面的所述顶点首先接触时，所述未固化复合构件具有预选的方位姿态，以及
当所述未固化复合构件被成型在所述芯轴表面的所述波状外形上时，所述未固化复合构件的外部部分的所述方位姿态被维持为基本平行于所述预选方位姿态。
A12.根据段落A10所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型包含将所述未固化复合构件弯曲成逐渐减小的曲率半径。
A13.一种通过段落A1所述的方法压实的复合构件。
根据本发明的又一方面，本文提供了：
B1.一种在芯轴表面的波状外形上成型复合纵梁期间控制未固化复合纵梁的褶皱产生的方法，包括：
对准所述复合纵梁与所述芯轴表面的所述波状外形的顶点；以及
使所述复合纵梁接触所述芯轴表面的所述顶点；以及
使所述复合纵梁从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上。
B2.根据段落B1所述的方法，其中从所述顶点成型所述复合纵梁包含抵靠所述芯轴表面向下弯曲所述复合纵梁并且从所述顶点逐渐向外。
B3.根据段落B1所述的方法，其中从所述顶点成型所述复合纵梁包含维持所述复合纵梁的末端和所述芯轴表面之间的基本不变的关系。
B4.根据段落B1所述的方法，其中使所述复合纵梁成型是通过区域成型和冲击成型中的一个来执行的。
B5.根据段落B1所述的方法，其进一步包括：
在所述复合纵梁内安装柔性压实机；
将所述复合纵梁连接到所述压实机；以及
使用所述压实机以使所述复合纵梁接触所述芯轴表面的所述顶点，并且使所述复合纵梁从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上。
B6.根据段落18所述的方法，其中将所述复合纵梁连接到所述压实机是通过使用吸力执行的。
B7.根据段落B1所述的方法，其中：
使所述复合纵梁从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上是通过使用压实机执行的，以及
通过将所述复合纵梁的材料压缩到所述压实机中而控制所述复合纵梁的褶皱产生。
B8.根据段落B1所述的方法，其中：
将所述复合纵梁从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上是通过使用压实机来进行的，以及
所述压实机被用于促进基本均匀地分布所述复合纵梁中的褶皱。
B9.一种具有通过段落B1所述的方法产生的受控褶皱的复合纵梁。
根据本发明的又一方面，本文提供了：
C1.一种将未固化复合构件成型到固化工具中的波状外形凹槽中的方法，包括：
将未固化复合构件连接到压实机；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件首先接触沿所述波状外形凹槽的波状外形的顶点处的所述固化工具；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件向下成型到所述波状外形凹槽中并且沿着所述波状外形凹槽从所述顶点逐渐向外；以及
使用所述压实机以在将所述未固化复合构件向下成型到所述波状外形凹槽中并且沿着所述波状外形凹槽期间分布在所述未固化复合构件中形成的褶皱。
C2.根据段落C1所述的方法，其中通过区域成型和冲击成型之一来执行使用所述压实机成型所述未固化复合构件。
不同的说明性实施例的描述已经被呈现以便于说明和描述，且不旨在穷举或限于公开形式的实施例。许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。而且，不同的说明性实施例可以提供与其他说明性实施例不同的优点。选择的一个实施例或多个实施例被选出并且描述以便最佳地解释实施例的原理、实践应用，并且以使本领域的其他技术人员能够理解适于预期的特定用途的具有各种修改的各个实施例的公开。

Claims (18)

1.一种抵靠具有纵向波状外形的芯轴表面压实未固化复合构件并且固化的方法，所述方法包括：
使用吸力将所述未固化复合构件连接到柔性细长的压实机；
使用所述压实机以对准所述未固化复合构件与所述芯轴表面的所述纵向波状外形；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件首先接触所述芯轴表面的所述纵向波状外形的顶点；
从所述顶点向外地在所述芯轴表面的所述波状外形上成型所述未固化复合构件；
使用所述压实机以抵靠所述芯轴表面压实所述未固化复合构件；以及
固化所述芯轴表面和所述压实机之间的所述未固化复合构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
通过使所述未固化复合构件中的材料被压缩到所述压实机中的切口中，分布在所述成型期间在所述未固化复合构件中形成的任何褶皱。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述未固化复合构件具有中性轴并且所述方法进一步包括：
使用所述压实机以通过移动所述未固化复合构件的所述中性轴的位置而减少成型期间所述未固化复合构件产生的褶皱。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型包含使用所述压实机以使所述未固化复合构件中形成扭曲。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型是通过将所述未固化复合构件区域成型到所述芯轴表面上而执行的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述区域成型包含当所述未固化复合构件被成型到所述芯轴表面上时维持所述未固化复合构件的末端和所述芯轴表面之间基本不变的关系。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型是通过冲击成型执行的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述冲击成型包含通过使所述未固化复合构件中产生S形弯曲而减小与所述芯轴表面相邻的所述未固化复合构件中的局部压缩力。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
当所述未固化复合构件与所述芯轴表面的所述顶点首先接触时，所述未固化复合构件具有预选的方位姿态，以及
当所述未固化复合构件在所述芯轴表面的所述波状外形上成型时，所述未固化复合构件的外部部分的所述方位姿态被维持为基本平行于所述预选的方位姿态。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型包含将所述未固化复合构件弯曲成逐渐减小的曲率半径。
11.一种在芯轴表面的纵向波状外形上成型复合纵梁期间控制未固化复合构件产生褶皱并且固化的方法，所述方法包括：
在所述未固化复合构件内安装柔性细长的压实机；
使用吸力将所述未固化复合构件连接到所述压实机；
对准所述未固化复合构件与所述芯轴表面的所述纵向波状外形的顶点；以及
使用所述压实机以使所述未固化复合构件首先接触所述芯轴表面的所述顶点；
使用所述压实机将所述未固化复合构件从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上以形成未固化复合纵梁；以及
固化所述芯轴表面和所述压实机之间的所述未固化复合纵梁。
12.根据权利要求11所述的方法，其中从所述顶点成型所述未固化复合构件包含从所述顶点抵靠所述芯轴表面向下并且逐渐向外地弯曲所述未固化复合构件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中从所述顶点成型所述未固化复合构件包含维持所述未固化复合构件的末端和所述芯轴表面之间的基本不变的关系。
14.根据权利要求11所述的方法，其中使所述未固化复合构件成型是通过区域成型和冲击成型中的一个来执行的。
15.根据权利要求11所述的方法，其中：
通过将所述未固化复合构件的材料压缩到所述压实机内而控制所述未固化复合构件产生褶皱。
16.根据权利要求11所述的方法，其中：
将所述未固化复合构件从所述顶点向下成型到所述芯轴表面上是通过使用压实机来执行的，以及
所述压实机被用于促进基本均匀地分布所述未固化复合构件中的褶皱。
17.一种将未固化复合构件成型到固化工具中的波状外形凹槽中并且固化的方法，所述方法包括：
使用吸力将所述未固化复合构件连接到柔性细长的压实机；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件首先接触沿所述波状外形凹槽的纵向波状外形的顶点处的所述固化工具；
使用所述压实机以使所述未固化复合构件向下成型到所述波状外形凹槽内并且沿着所述波状外形凹槽从所述顶点逐渐向外；
使用所述压实机以在将所述未固化复合构件向下成型到所述波状外形凹槽内且沿着所述波状外形凹槽期间分布在所述未固化复合构件内形成的褶皱；以及
固化所述固化工具和所述压实机之间的所述未固化复合构件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过区域成型和冲击成型之一来执行使用所述压实机成型所述未固化复合构件。
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