用于在热压罐中共同固化复合蒙皮和加强筋的方法和装置

摘要

在热压罐(44)中共同固化复合蒙皮(30)和复合加强筋(32)。将未固化的加强筋放置在工具(46)的通道中，并且将未固化的蒙皮放置在该工具上，与加强筋接触。在工具上方密封真空袋(48)。将放置在加强筋中的挤压囊(52)通过沿工具的一侧的歧管系统(54)暴露于热压罐压力，歧管系统采用穿过真空袋的通气管(56)。

说明书

技术领域

本发明总体涉及制造复合零件，并且尤其涉及用于在热压罐中共同 固化复合蒙皮和加强筋的方法和装置。

背景技术

有时需要在热压罐中固化多个复合零件，这些复合零件需要内部 挤压囊(bladder)来防止它们在热压罐压力下塌陷。例如，在飞机工 业中，可以使用真空袋和热压罐压力将复合蒙皮抵靠具有帽形截面的 多个加强筋压紧，并且与这些加强筋共同固化。为了避免在热压罐压 力下塌陷，可以使挤压囊通气到热压罐环境，使得挤压囊中的内部压 力大致为热压罐施加的压力。一种使挤压囊通气的技术是，在挤压囊 中放置孔，这些孔穿过真空袋被通气。使挤压囊穿过真空袋通气增加 了泄漏到真空袋中的可能性，并且也会导致通气管的不期望的预加载、 在固化期间纤维加强筋的潜在变形、以及可能的树脂缺胶问题。

期望提供一种用于共同固化复合蒙皮和加强筋的方法和装置，其 不需要通过真空袋使挤压囊通气，同时有助于将热压罐压力基本均匀 地分配到挤压囊。还需要如上所述的装置可以容易地重新配置，以便 用于不同类型的零件装配。

发明内容

所公开的实施例提供了用于在热压罐固化循环期间，将热压罐压 力分配到挤压囊阵列以便压实纤维增强树脂加强筋的方法和装置。歧 管系统通过通气管将热压罐压力分配到挤压囊，通气管穿过可重复使 用的真空袋，在覆盖待固化的零件的真空袋的区域外的位置。通过使 多于一个挤压囊通过每个通气管通气，减少了出于通气目的的真空袋 的穿透的数量。歧管系统可以包括多个可移除的端对端布置的歧管盒， 歧管盒可以被重新配置以适应需要通气的挤压囊的数量。通气管的预 加载被避免，并且潜在的纤维变形和/或树脂缺胶被显著降低或消除。

根据一个公开的实施例，提供了一种用于抵靠复合蒙皮热压罐固 化复合加强筋的装置。该装置包括：工具，其具有工具表面和至少一 个通道，在工具表面上可以放置复合蒙皮，通道适于使复合加强筋放 置在其中，并在蒙皮下面；至少一个可加压的挤压囊，其适于被放置 在通道内，用于抵抗被施加到加强筋的热压罐压力；真空袋，其适于 被密封在工具上方，用于抵靠加强筋压实蒙皮；以及歧管系统，其与 挤压囊耦接，用于使用热压罐压力对挤压囊加压，该歧管系统包括穿 过真空袋并且暴露于热压罐压力的通气管。真空袋可以是可重复使用 的袋并且被附连到框架。挤压囊在其一端包括通气接头，并且歧管系 统与通气接头耦接。歧管系统包括歧管盒，并且通气管被安装在歧管 盒上且与通气接头耦接。歧管盒包括顶壁，当真空袋被密封在工具上 方时，顶壁位于真空袋下面并且与真空袋接触，并且通气管穿过顶壁。 该装置进一步包括在真空袋与通气管之间的密封件。歧管系统和通气 管沿工具的一侧被定位，并且真空袋适于被密封到通气管。

根据另一个实施例，提供了一种用于热压罐固化多个复合加强筋 和复合蒙皮的装置。该装置包括工具，该工具适于使复合蒙皮放置在 其上，该工具包括在其中的多个通道，每个通道适于使复合加强筋放 置在其中并且与蒙皮接触。该装置进一步包括袋和多个挤压囊，该袋 适于被放置在蒙皮上方并且暴露于热压罐压力，用于抵靠加强筋压实 蒙皮，多个挤压囊分别适于被放置在加强筋内，用于抵抗通过真空袋 被施加到加强筋的热压罐压力。该装置还包括歧管系统，歧管系统沿 工具通道的一端被定位并且被设置在袋下面，用于将挤压囊与热压罐 压力耦接。该歧管系统包括具有适于与袋接合的顶壁的歧管盒、穿过 歧管盒的顶壁和真空袋的通气管、以及将通气管与挤压囊的末端耦接 的管路。该装置可以进一步包括在通气管和袋之间的密封件，用于将 袋密封到通气管，并且该装置还包括框架和夹具，夹具用于夹住在工 具和框架之间的真空袋的外围。歧管系统位于袋的密封的外围内。每 个挤压囊是细长的并且在其一端包括通气接头，并且歧管系统可释放 地与每个通气接头耦接。该歧管系统包括多个歧管盒，多个歧管盒端 对端布置并且具有顶部，多个通气管分别穿过歧管盒的顶部和真空袋。 排气管与挤压囊的末端耦接并且被密封到真空袋。

根据又一个实施例，提供了一种在热压罐内共同固化复合加强筋 和蒙皮的方法。该方法包括，在工具上放置未固化的加强筋，分别在 未固化的加强筋中放置挤压囊，在工具上方放置未固化的蒙皮并且使 蒙皮与加强筋接触，将挤压囊与歧管耦接，在工具和歧管上方密封真 空袋，使歧管穿过真空袋通气到热压罐压力，以及通过歧管使用热压 罐压力对挤压囊加压。将挤压囊与歧管耦接包括，将挤压囊的端部与 暴露于热压罐压力的通气管耦接。密封袋包括，围绕通气管密封袋。 将挤压囊与歧管耦接包括，将挤压囊中的多个的端部与通气管耦接。 密封袋包括，在袋和工具上方放置框架，并且夹住框架和工具之间的 袋。该歧管可以包括多个歧管盒，并且该方法可以进一步包括在工具 上并且沿挤压囊的一端，端对端地放置歧管盒，并且将每个歧管盒与 多个挤压囊耦接。

根据再一个实施例，提供了在热压罐固化复合零件期间，分配被 施加到所述零件的压力的方法。该方法包括，在工具上放置复合零件， 将挤压囊放置到零件内以抵抗热压罐压力，沿工具的一侧布置多个歧 管盒，将每个歧管盒耦接到至少一个挤压囊，在工具和歧管盒上方密 封真空袋，以及使每个歧管盒穿过真空袋通气。使每个歧管盒穿过真 空袋通气包括，使通气管穿过真空袋并且将每个通气管密封到真空袋。 将每个歧管盒耦接到至少一个挤压囊包括，使用快速断开件来将歧管 管路连接到挤压囊上的通气入口接头。

附图说明

在随附的权利要求中阐述了被认为是说明性实施例的特点的新颖 特征。然而，通过结合附图参阅本发明的说明性实施例的以下详细描 述，将最好地理解说明性实施例及其优选的使用方式、进一步的目标 和优点，其中：

图1是加强的复合蒙皮的俯视透视图的图示。

图2是图1所示的加强的蒙皮的底部透视图的图示，其展现了在 热压罐中与蒙皮共同固化的加强筋。

图3是帽型加强筋的透视图的图示，该加强筋可以用于增强图1 和2所示的蒙皮。

图4是刀片型加强筋的一部分的图示。

图5是用于在热压罐中共同固化蒙皮和加强筋的装置的功能方框 图的图示。

图6是图5中所示的装置的一个实施例的俯视透视图的图示。

图7是图6中所示的装置的底部透视图的图示，其中为了清晰， 没有示出工具和工具底座。

图8是图6中沿线8-8的截面图的图示。

图9是形成图5-8中所示的装置的一部分的工具的俯视透视图的图 示。

图10是图5-8中所示的装置的底部透视图的图示，也示出了工具。

图11是图10中所示的底部工具的分解透视图的图示。

图12是用于加强图1和2中所示的蒙皮的加强筋的阵列的透视图 的图示。

图13是在热压罐固化期间，分别放置到图12所示的加强筋中的 挤压囊的阵列的透视图的图示。

图14是图13中所示的挤压囊中的一个的透视端面视图的图示， 其中示出了挤压囊通气接头。

图15是装置的透视图的图示，为了清楚，移除了框架和真空袋， 以揭示加强筋和挤压囊的位置。

图16是形成歧管系统的一部分的歧管盒中的一个的透视图的图 示。

图17是图16中沿线17-17的截面图的图示。

图18是类似于图16的图示，但是示出了已经移除了歧管盒的盖 子，为了清楚，用于接头的连接软管未示出。

图19是图6中沿线19-19的截面图的图示，为了清楚，用于接头 的连接软管未示出。

图20是歧管盒中的一个的一部分的立体图的图示，其中盖子被移 除以解释通气管和两个相邻的歧管接头。

图21是在热压罐中共同固化复合蒙皮和加强筋的方法的流程图的 图示。

图22是飞机生产和维修方法学的流程图的图示。

图23是飞机的方框图的图示。

具体实施方式

首先参考图1和2，所公开的实施例涉及用于制造利用复合层压板 加强筋32加强的纤维增强复合层压板蒙皮30的方法和装置，其中复 合层压板加强筋32与蒙皮30的底部34共同固化。如下面将更详细讨 论的，蒙皮30和加强筋32被铺设并且形成所需的形状，然后在热压 罐(在图1和2中未示出)中共同固化。加强筋32(有时称为加强肋) 可以是若干众所周知类型中的任一种。例如，如图3所示，加强筋32 可以是帽形加强筋32，其具有帽形部分36和法兰部分38，该法兰部 分在共同固化期间被附连到蒙皮30的底侧34。图4示出了另一种类型 的加强筋32a，其被称为刀片型加强筋32a，具有刀片形或腹板部分40 和法兰部分38。

现在参考图5，可以使用总体由42指示的装置在热压罐44中共同 固化蒙皮30和加强筋32。装置42大致包括工具46，在工具上方可以 封盖可重复使用的真空袋48。工具46被配置为具有放置在其中的多个 未固化的复合加强筋32(有时称为加强填充)。在每个加强筋32内放 置挤压囊52，以便抵抗(react)热压罐44和真空袋48施加的压实压 力。在工具46上放置未固化的复合蒙皮(在图5中未示出)，其覆盖 并且接触未固化的加强筋32的法兰部分38。使用耦接到装置42的真 空系统63来抽取真空袋48内的真空，以便抵靠/对着(against)蒙皮 30抽空(draw down)真空袋48，从而在固化期间抵靠加强筋32的法 兰部分38(图3和4)压实蒙皮30。为了使挤压囊52通气到热压罐压 力，使得挤压囊不会塌陷，将歧管系统54耦接47到每个挤压囊52。 歧管系统54包括一个或多个歧管盒57，歧管盒可以沿工具46的一侧 65端对端地布置，与挤压囊52的末端稍微隔开。每个歧管盒57在固 化循环期间被设置在真空袋48下面，并且每个歧管盒包括通气管56， 通气管向上延伸穿过真空袋48，延伸在工具46的边界外的一位置处。 通气管56延伸到热压罐44的环境中，从而允许热压罐压力在内部被 施加到挤压囊52；换句话说，歧管系统54使热压罐44的环境和挤压 囊52的内部体积之间的压力均衡。

现在注意图6、7、8，其示出了装置42的其他细节。装置42大致 包括框架组件50，可重复使用的真空袋48被附连到框架组件。真空袋 48可以包括例如但不限制于，弹性体或者能够经受反复的压力循环并 且重新使用的其他材料。框架组件50包括由刚性材料(例如，金属) 组成的大致矩形外框架53以及被附连到外框架53的增强十字框架构 件51。真空袋48可以附连到外框架53并且覆盖工具46和歧管系统 54两者的整个区域。

框架组件50还可以包括在外框架53周围的把手59和夹具58。把 手59允许框架组件50连通真空袋48被手动抬走，以允许装载和卸载 蒙皮30和加强筋32(在图6-8中未示出)。外框架53也可以被提供有 导向器62，以便在将框架组件50下降在工具46上时(图5)，帮助组 件对齐。如在图8中最佳看出的，真空袋48包括外围的平的真空袋边 缘64，其适于抵靠工具底板68由夹持板67夹持，从而形成框架组件 50的一部分。夹具58的致动抵靠工具46装载外框架53，由此抵靠外 围的平的真空袋边缘64将板67夹紧，以在真空袋48和工具46之间 生成真空紧密密封。

通气管56沿真空袋48的一侧65布置，并且向上穿过真空袋48 中的由圆形通气管环状密封件60限定的开口。当框架组件50被下降 在工具46上为固化循环做准备时，通气管环状密封件60可滑动地容 纳通气管56，并且在真空袋48与通气管56之间形成基本真空的外围 紧密密封。在一些实施例中，可以使通气管56向下取向，使得它们不 穿透真空袋48。可以提供一个或多个真空管路接头66以将真空袋48 的内部与适合的真空系统63连接(图3)，以便排放真空袋48，从而 使真空袋48抵靠工具46和歧管盒57被抽空。

图9、图10a和图11示出了图5中所示的工具46的一种典型形式 的其他细节。工具46包括工具坯锭70和下面的工具底板68，工具底 板例如通过焊接或其他适合的技术被附连到工具坯锭70。工具坯锭70 可以包括一块实心的材料，例如金属，在其中可以通过机械加工形成 通道74。通道74各自具有与加强筋32的一部分(例如，加强筋32的 帽形部分36)对应的截面形状。工具坯锭70还具有上工具表面72， 加强筋32的法兰部分38连同蒙皮30一起位于上工具表面。

如图10所示，工具底板68可以包括在其中的多个工具底板开口 76，在说明性示例中，这些开口的形状大致是矩形的。工具底板开口 76允许进入工具坯锭70的底侧，并且允许空气围绕工具坯锭70的背 面循环，以便有助于使加热/冷却更均匀并且使对工具46的加热和冷却 更快。工具底板68为工具坯锭70提供所需的硬度，从而允许使用较 薄的工具坯锭70，这可以降低材料成本和工具重量。然而，在其他实 施例中，可以不需要工具底板68，在这种情况下工具坯锭70足够厚以 提供所需的硬度。图10还揭示了真空管路78被布置经过工具底板68， 真空管路78与真空管路入口接头66和工具坯锭70的顶部耦接，以允 许真空袋48的排放。

如之前提到的，预成型且未固化的加强筋32被放置在工具坯锭70 的通道74中，为固化循环做准备。在图1和图2所示的加强的蒙皮30 的情况下，工具坯锭70被装载有未固化的加强筋32的阵列，如图12 所示。图13示出了挤压囊52的对应的阵列，其分别被放置在未固化 的加强筋32中，未固化的加强筋已经先前被密封在工具坯锭70的通 道74中。通常，挤压囊52将具有与未固化的加强筋32的横截面形状 和长度大致匹配的横截面形状和长度。在一些应用中，根据零件装配 的配置，各加强筋32连同挤压囊52一起可以具有不同的横截面形状 和/或长度。图14示出了挤压囊52中的一个，其具有适合于形成图2 和图3中所示的加强筋32的帽形部分36的大致正方形横截面形状。 如之前提到的，挤压囊52可以由大致柔性的、不透气的材料(例如， 弹性橡胶)组成。每个挤压囊52包括挤压囊通气接头80，其可以形成 适于可释放地连接挤压囊52与歧管系统54(图5)的快速断开件的一 部分。

图15示出了被支撑在工具底座81上的工具46，其中未固化的加 强筋32已经被装载到工具坯锭70的通道74中，并且挤压囊52被放 置在加强筋32内。每个歧管盒57包括歧管接头82，其通过稍后讨论 的空气管路或软管(在图15中未示出)耦接到挤压囊通气接头80(图 14)、彼此耦接、并且耦接到通气管56。如在该图中可以看到的，当框 架组件50被安装在工具46上时，歧管盒57(包括歧管接头82和通气 管56)沿工具46的一侧定位，在挤压囊52的一端，并且在真空袋48 下面。

现在注意图16-19，其示出了歧管盒57中的一个的其他细节。歧 管盒57可以由任何合适的刚性材料(例如片状金属)组成，并且具有 大致敞开的内部。当端对端布置时，歧管盒57的端壁90并排设置。 如在图16和17中最佳看到的，歧管盒57包括基本平潭的顶壁84以 及外部倾斜的侧壁88。顶壁84包括通气管开口86，通气管56向上延 伸穿过通气管开口，超过顶壁84。然而，如之前提到的，通气管56可 以向下延伸穿过歧管盒57的底部和工具底座81(图15)，由此避免真 空袋48的穿透。顶壁84和倾斜的侧壁88可以是一体构造，或者是分 开的结构，并且都是可移除的以允许维修人员访问歧管盒的敞开的内 部57。如在图18和19中最佳看到的，歧管盒57可以进一步包括多个 纵向隔开的加强肋98。

如在图17、图19和图20中最佳看到的，通气管56被安装在通气 管底座100上，通气管底座具有大致敞开的内部并且被提供有接头95， 接头95可以通过合适的软管或空气管路102连接到接头82，如图20 所示。如图18和图19所示，歧管盒57具有面对工具46的侧壁开口 94，该开口允许接头82使用快速断开件96连接到每个挤压囊52上的 通气接头80。快速断开件96允许每个歧管盒57与挤压囊52断开。一 旦断开，可以根据需要移除一个或多个歧管盒57，以便重新配置歧管 系统54，以适合特定的待固化的零件组件。例如，图1和2所示的加 强的蒙皮采用端对端布置的四个歧管盒57，以便将热压罐压力输送到 放置于对应的加强筋32(图12)中的挤压囊52(图13)。在加强的蒙 皮30需要更少数目的加强筋32(由此需要更少的挤压囊52)的情况 下，可以简单地通过将这些歧管盒从工具底座81(图15)提走，以此 移除一个或多个歧管盒57。

上面描述的装置42可以被用于使用图21所示的方法在热压罐中 共同固化蒙皮30和加强筋32。在步骤104开始，将预成型且未固化的 复合层压板加强筋32放置在工具46上，接着在步骤106，将挤压囊 52放置在加强筋32中。接下来，在步骤108，将未固化的复合层压板 蒙皮30放置在工具46上，并且使其与加强筋32接触。在步骤110， 将每一个挤压囊52与歧管系统54耦接，歧管系统能够将热压罐压力 供应到挤压囊52。接下来，在步骤112，在工具46上和歧管系统54 上密封真空袋48。通气管56穿过真空袋48并且被密封到真空袋48。 在步骤114，使用歧管系统54通过真空袋48将挤压囊52通气到热压 罐压力。在步骤126，使用通过通气管56输送的热压罐压力对挤压囊 52加压。

本公开的实施例可以在多种潜在应用中找到用途，特别是交通运 输行业，包括例如航空航天、海洋、汽车应用、以及可以使用复合零 件的热压罐固化的其他应用。因此，现在参考图22和23，本公开的实 施例可以用于如图22所示的飞机制造和维修方法94以及如图23所示 的飞机120的背景中。所公开的实施例的飞机应用可以包括，例如但 不限于加强筋与加强的蒙皮的固化，例如但不限于梁、横杆和机翼蒙 皮等。在预生产期间，示例性方法118可以包括飞机120的规格和设 计122以及材料采购124。在生产期间，进行飞机120的部件和子组件 制造126以及系统集成128。此后，飞机120可以经受检验并交付130， 以便投入运营132。在客户使用时，飞机120被安排日常维护和保养 134，其也可以包括修整、重新配置及翻新等。

方法118的每个过程可以通过系统集成商、第三方和/或运营商(例 如，顾客)执行或实施。为了说明目的，系统集成商可以包括但不限 于，任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限 于任何数量的销售商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、 租赁公司、军事组织、服务组织等。

如图23所示，通过示例性方法118生产的飞机120可以包括机身 136以及内部140和多个系统138。高层次系统的示例138包括推进系 统142、电气系统144、液压系统146和环境系统148中的一个或多个。 可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空示例，本公开的原理 可以应用到其他工业中，例如船舶和汽车工业。

此处体现的系统和方法可以被用于生产和维修方法118的任何一 个或多个阶段期间。例如，可以以类似于在飞机120使用中生产的部 件或子组件的方式制造或生产对应于生产过程126的部件和子组件。 同样，例如通过充分加快飞机120的装配或降低飞机120的成本，可 以在生产阶段126和128期间使用一个或多个装置实施例、方法实施 例或其组合。类似地，当飞机120处于使用时，可以使用一个或多个 装置实施例、方法实施例或其组合，例如但不限于，用于维护和保养 34。

不同的说明性实施例的描述被提供以用于说明和描述的目的，而 并非意在穷举或将实施例限制为所公开的形式。许多修改和变化对于 本领域普通技术人员是显而易见的。而且，与其他说明性实施例相比， 不同的说明性实施例可以提供不同的优势。选定的一个或更多个实施 例被选择和描述以便最好地解释实施例的原理及实际应用，并且使本 领域普通技术人员能够理解具有适于预期的特定用途的各种修改的各 种实施例的公开。

本公开的替换实施例可以要求如下：

A8.一种用于热压多个复合加强筋和复合蒙皮的装置，其包括：

工具，其适于使复合蒙皮放置在其上，所述工具具有在其中的多 个工具通道，每个所述工具通道适于使复合加强筋放置在其中并且与 所述蒙皮接触；

真空袋，其适于被放置在所述蒙皮上方并且暴露于热压罐压力， 用于抵靠所述加强筋压实所述蒙皮；

多个挤压囊，其分别适于被放置在所述加强筋内，用于抵抗通过 所述袋施加到所述加强筋的热压罐压力；和

歧管系统，其沿所述工具通道的一端被定位并且被设置在所述袋 下面，用于将所述挤压囊与热压罐压力耦接。

A9根据权利要求A8所述的装置，其中所述歧管系统包括：

歧管盒，其具有适于与所述袋接合的顶壁，

通气管，其穿过所述歧管盒的所述顶壁并且穿过所述袋，和

管路，其将所述通气管与所述挤压囊的末端耦接。

A10.根据权利要求A9所述的装置，进一步包括：

在所述通气管和所述袋之间的密封件，用于将所述袋密封到所述 通气管。

A11.根据权利要求A8所述的装置，进一步包括:

框架；和

夹具，用于将所述袋的外围夹在所述工具和所述框架之间。

A12.根据权利要求A11所述的装置，其中所述歧管系统位于所述 袋的外围内。

A13.根据权利要求A8所述的装置，其中：

每个所述挤压囊是细长的并且在其一端包括通气接头，和

所述歧管系统与每个所述通气接头可释放地耦接。

A14.根据权利要求A9所述的装置，其中所述歧管系统包括：

多个歧管盒，其端对端地布置并且各自具有顶部，

多个通气管，其分别穿过所述歧管盒的顶部并且穿过所述袋，并 且其中

所述通气管与所述挤压囊的末端耦接并且被密封到所述袋。