[发明专利]制造用于航空和航天的纤维复合构件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造特别是用于航空和航天的纤维复合构件的方法，涉及一种用于制造此类纤维复合构件的形状核心以及涉及一种具有至少一个加固元件的纤维复合构件，该纤维复合构件借助于这种形状核心和/或这种方法制造。

背景技术

尽管可以应用到任意的纤维复合构件上，但本发明以及其要解决的技术问题在下文中都参照平面的、利用加固元件(其也被称为纵向加强肋)加固的碳纤维加强的合成材料(CFK)构件、比如飞机的机身壳体来详细描述。

普遍公知，CFK-外皮利用CFK纵向加强肋加固，用以在尽可能小的重量的前提下维持飞机区域中较高的应力。此外主要区分两类的纵向加强肋：T形纵向加强肋和Ω形纵向加强肋。

T形纵向加强肋的横截面由足部和桥接件组合而成。足部形成与外皮的连接面。由T形纵向加强肋加固的外皮的应用在飞机构造中广为公知。

Ω形纵向加强肋大致具有一种帽形轮廓，其中，其足部与外皮连接。Ω形纵向加强肋可以或者在硬化或未硬化的状态下粘接到同样是硬化或未硬化的外皮上，或者同时与外皮湿对湿地(Nass-in-Nass)硬化。此外主要区分三种不同的接合方法：

1.二次粘接

利用粘接膜硬/硬-粘接

2.协作粘接

可选地利用粘接膜硬/湿-粘接

3.协作固化

湿/湿-粘接

中间状态、比如部分硬化也是可以的。但为了制造以硬化和/或未硬化的Ω形纵向加强肋加固硬化或未硬化的外皮需要支撑核心或形状核心。一方面支承核心或形状核心的功能在于，将位于硬化的纵向加强肋的空腔下方的、外皮的未硬化的纤维半成品和/或纵向加强肋的形状稳定的纤维半成品在制造过程期间在所需的Ω形形状中固定以及支撑。另一方面支撑核心或形状核心在协作粘接或在协作固化方法中将所需的高压釜压力传递到未硬化的接合对上。

迄今为止，在高压釜过程中为了将未硬化的Ω形纵向加强肋与未硬化的外皮粘接起来采用比如由比如聚酰胺(PA)或氟化乙丙烯(FEP)制成的异型化的铝箔软管或由硅橡胶制成的空心异型件作为支撑核心。在这种情况下高压釜压力在内侧作用到铝箔软管或硅异型件上，其又将高压釜压力传递到Ω形纵向加强肋下方的未硬化的外皮复层上。在硬化过程之后再次除去支撑核心。

迄今为止试验过的支撑核心材料不是一直导致可复制的好的构件质量。所需的内轮廓无法一直产生。这样所谓的“软管爆开”导致多孔的复层或导致不充足的粘接接缝且因此导致耗费的后续工作或导致废品。

在制造以Ω形纵向加强肋加固的外皮时也存在如下问题，目前用于支撑核心或形状核心的材料成本较高(特别是由硅橡胶制成的空心异型件由于较小的耐用时间和可能的损坏)且在构造成Ω形纵向加强肋之后难以除去(比如由于锡箔夹杂)，从而保留在纵向加强肋中的材料不利地加重了飞机总重量。此外会产生在外皮区域中的孔聚集以及纤维偏转，这对外皮区域结构中的均匀性、强度和力走向产生不利的影响。

针对声学的噪声消除公知的是，将由CFK制成的复合件敷设到纵向加强肋之间的外皮区域上。

发明内容

在该背景下本发明的目的在于，提出一种特别是用于航空和航天的成本低廉以及较轻的纤维复合构件。

根据本发明该目的通过具有权利要求1和/或4的特征的方法、具有权利要求12的特征的形状核心(Formkern)和/或具有权利要求14的特征的纤维复合构件实现。

相应地利用下列方法步骤实现用于制造特别是用于航空和航天的纤维复合构件的方法：

首先利用用于确定形状核心的外部几何形状的核心工具从具有软木的材料中构造形状核心。这样产生的形状核心随后贴靠在至少部分硬化的加固元件上地设置在需制造的纤维复合构件的基础构件上用于成形需制造的纤维复合构件的至少个形状分段。以热和/或压力实现多级地加载至少形状分段用于产生纤维复合构件。

在用于制造特别是用于航天和航空的纤维复合构件的另一个方法中，利用用于确定形状核心的外部几何形状的核心工具从具有软木的材料中构建形状核心，该形状核心之后被设置到需制造的纤维复合构件的基础构件上。之后在该基础构件上至少在某些分段上敷设至少一个用于成形需制造的纤维复合构件的至少一个形状分段的纤维半成品。随后以热和/或压力多级地加载至少该形状分段用以产生纤维复合构件。

此外提出一种用于在基础构件上制造纤维复合构件、特别是加固元件、比如纵向加强肋的形状核心，具有一种核心材料，该核心材料具有软木。