[发明专利]成形的复合长桁及其制造方法

说明书

技术领域

此处描述的实施例一般涉及飞行器长桁，且更加具体地， 涉及成形的复合长桁及其制造方法。

背景技术

飞行器一般包括一个机身，其可被当作基本骨架，蒙皮壁 板与机身连接来形成一个光滑的空气动力学外表面。机翼也包括覆盖着 蒙皮壁板的基本结构。通常情况下，蒙皮壁板轻且薄来使飞行器的重 量最小化以及增加其有效载荷及航程。因为蒙皮壁板较薄，所以它们通 常是柔性的且需要固定以防止在飞行中发生不希望有的运动、挠曲及振 动。

帽形长桁在商用及军用飞行器上用以固定金属机身部件及 金属机翼蒙皮已在航空工业中使用了数十年。这些长桁由带有锐角的薄 金属壁板组成来形成梯形形状。相对简单的金属成形技术用来将金属弯 曲成该形状所要求的锐角。这些金属成形技术包括弯曲成形或将金属卷 成帽形长桁形状。这些技术可使生产的帽形长桁具有急转(tight)的、 恒角弯曲的及直的或平坦的腿部。比如在图1中，一个帽形长桁10通 过一系列附着在沿着帽形长桁10腿部16间隙处的紧固件25(在图中 标出两个)附在机身蒙皮壁板20上。该帽形长桁10为具有一个平坦的 上表面12及与腿部16呈一定角度的斜侧面14的梯形，其中腿部16与 平坦的上表面12大致对齐。侧面14及腿部16之间交叉处的特征为陡 的、急转的或具有一个小的曲率半径。

包括树脂基体及填充物的复合材料因其相对轻的重量及良 好的物理性能在航空工业中得到了越来越多的应用。一般来说，填充物 在性质上可以是增强的或非增强的，也可以是多种形态，比如粉末、微 粒、单向纤维的纤维带材、织物等等。树脂为包括比如通常使用的环氧 树脂的有机聚合物材料。

随着复合材料(比如碳纤维及环氧基树脂)在机身蒙皮 及机翼蒙皮壁板工业中更加普遍，帽形长桁由于种种原因仍受欢迎。比 如，帽形长桁可通过单堆叠的材料来制造，而其它较不常见的形状比如 I型、J型或T型紧固件要求多堆叠及半径填充物的组合来制造。

随着长桁由金属材料向复合材料的转变，长桁的形状也 发生了改变，直腿及急弯的帽形长桁不再是首选。这主要是由于传统 的帽形结构的性能已被很好的了解，而且当制造用于在其中固化复合 帽的工具时，有着相对较小半径细节的直或平的形状更易于制造。

复合帽形长桁现已广泛应用于一定的商用运输飞行器。 将复合长桁附着于机身部分工序的一个例子如图2所示。一个帽形长 桁10靠在机身背靠半刚性垫板35的蒙皮上。中空的帽形长桁10内部 有一个可充气的橡胶囊36，帽形长桁10的外部覆盖着内模线(IML) 工具。当内模线(IML)工具在帽形长桁10上提供外部压力时橡胶囊 36膨胀。因此，帽形长桁10通过内模线工具30(及橡胶囊36)的压 力及树脂的固化固结于机身蒙皮20，而垫板35控制着机身蒙皮20的 轮廓。

该内模线制造方法要求若干个无缺陷的动作。比如，复 合材料必须精确地放置在内模线模具型腔内以避免过填充或填充不足 空隙。橡胶囊必须在固化过程中膨胀来施加压缩及固化压力。垫板必 须有足够的柔性来允许材料厚度上的变化及/或层的错位，同时需要有 足够的刚度来产生一个光滑的空气动力学表面。

一个OML(外模线)固化过程如图3所示。这些形状上 与帽形长桁10相似的垫板42，辅助在固化循环中将复合材料压入半径 内，同时辅助消除不规则。因此，机身蒙皮20依靠在外模线工具(OML) 32上，且帽形长桁10靠在机身20上，该帽形长桁10内部有一个囊 36。符合帽形长桁10外部形状的垫板42靠在长桁10上。袋40至少 可封住垫板42及机身蒙皮20的上表面。对袋40抽真空的同时囊36 膨胀且通过内模线工具32在树脂固化的过程中施加压力将帽形长桁10 固结在机身上以使复合机身蒙皮接合到复合长桁10上。这种辅助垫板 壁板共同固化的方法要求制造与使用数百个独特设计的高维护的垫板 及相关的标准工具，这会显著增加费用负担。