用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓力可調(diào)的可膨脹芯棒的制作方法
【專利摘要】一種制造復(fù)合芯的方法，該方法可以包括：構(gòu)造多個芯棒以具有期望的熱膨脹特性；圍繞每個芯棒放置復(fù)合材料；將所述多個芯棒放置在工具中，該工具構(gòu)造成在芯棒經(jīng)歷熱膨脹時限制所述多個芯棒；加熱芯棒以使芯棒熱膨脹，從而在固化周期期間向復(fù)合材料施加壓力；以及隨后冷卻芯棒并使芯棒與復(fù)合芯分離。該芯棒構(gòu)造為內(nèi)模，用于制造復(fù)合芯的管構(gòu)件。
【專利說明】用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓力可調(diào)的可膨脹芯棒
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種使用壓力可調(diào)的芯棒制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如復(fù)合蜂窩狀芯之類的復(fù)合結(jié)構(gòu)通?？梢酝ㄟ^使用施加壓制壓力的諸如固定裝置之類的外部工具來制造，其中，用于固化復(fù)合材料所需的壓力通過外部工具與芯的孔內(nèi)的內(nèi)部工具之間的壓力來產(chǎn)生。在固化過程期間可能難以產(chǎn)生并保持對蜂窩狀芯的孔壁處壓力的精確控制，部分原因是因為內(nèi)部工具的誤差疊加。此外，由于工具的熱膨脹系數(shù)可能不足以從蜂窩狀芯的孔壁脫出，因此內(nèi)部工具在固化周期后可能難以移除。
[0003]因此，存在對于需要內(nèi)部工具和壓力來制造復(fù)合芯或其他復(fù)合結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]在所附的權(quán)利要求中陳述了認(rèn)為是本公開的系統(tǒng)和方法的特性的創(chuàng)新性特征。然而，通過在結(jié)合附圖閱讀時參照以下的詳細(xì)描述將最好地理解該系統(tǒng)和方法本身及優(yōu)選的使用模式以及其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點，附圖中:
[0005]圖1為根據(jù)一個示例實施方式的旋翼飛行器的側(cè)視圖；
[0006]圖2為根據(jù)一個示例實施方式的面板的側(cè)視圖；
[0007]圖3為根據(jù)一個示例實施方式的面板的從圖2中的線3-3截取的截面圖；
[0008]圖4為根據(jù)一個示例實施方式的復(fù)合芯的立體圖；
[0009]圖5為根據(jù)一個不例實施方式的復(fù)合芯的從圖4中的線5-5截取的截面圖；
[0010]圖6為根據(jù)一個示例實施方式的制造復(fù)合芯的方法的示意圖；
[0011]圖7為根據(jù)示例實施方式的芯棒的截面圖；
[0012]圖8為根據(jù)示例實施方式的芯棒的截面圖；
[0013]圖9為根據(jù)示例實施方式的芯棒的截面圖；
[0014]圖10為根據(jù)示例實施方式的芯棒的截面圖；
[0015]圖11為根據(jù)示例實施方式的芯棒的截面圖；
[0016]圖12A為根據(jù)一個示例實施方式的已組裝在部分工具上的多個復(fù)合纏繞芯棒的截面圖；
[0017]圖12B為根據(jù)一個示例實施方式的已組裝在固化工具上的多個復(fù)合纏繞芯棒的截面圖；
[0018]圖13為根據(jù)一個示例實施方式的從圖12B截取的細(xì)節(jié)圖；
[0019]圖14為根據(jù)一個特定實施方式的用未固化的復(fù)合材料纏繞的芯棒的說明性實施方式的程式化平面圖；以及
[0020]圖15為根據(jù)一個特定實施方式的用未固化的復(fù)合材料纏繞的芯棒的說明性實施方式的程式化平面圖?！揪唧w實施方式】
[0021]以下描述了本公開的系統(tǒng)和方法的說明性實施方式。為了清晰起見，可以不在這個說明書中對實際實施的所有特征進(jìn)行描述。當(dāng)然要理解的是在任何這樣的實際的實施方式的開發(fā)中，必須作出多個特定實施方案以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，比如符合與系統(tǒng)相關(guān)和與商業(yè)相關(guān)的限制，這在各實現(xiàn)方案間是不同的。此外，需要理解的是這樣的開發(fā)工作可能很復(fù)雜并且耗費(fèi)時間，但是對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言卻是日常的工作。
[0022]在本說明書中，在附圖中描繪裝置時，可以參照各部件之間的空間關(guān)系和部件各方面的空間方位。然而，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員在完整閱讀本公開之后將會認(rèn)識到的，本文中所描述的裝置、構(gòu)件、設(shè)備等可以以任意的期望方位定位。由此，由于本文中所描述的裝置可以以任意的期望方向定向，所以用以描述各部件之間的空間關(guān)系或者用以描述這些部件多方面的空間方位的諸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”之類的措辭的使用應(yīng)當(dāng)分別理解為描述部件或這些部件的多方面的空間方位之間的相對關(guān)系。
[0023]現(xiàn)在參照附圖中的圖1，示出了旋翼飛行器101。旋翼飛行器101具有旋翼系統(tǒng)103，該旋翼系統(tǒng)103具有多個旋翼葉片105。每個旋翼葉片105的俯仰可以被操縱以便選擇性地控制旋翼飛行器101的方向、推力、以及升力。旋翼飛行器101還可以包括機(jī)身107、反扭矩系統(tǒng)109、以及尾翼111。
[0024]旋翼飛行器101僅僅是特別適于利用本公開的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點的眾多飛行器和交通工具的示例。應(yīng)當(dāng)理解到，其他飛行器也可以使用本公開的方法和系統(tǒng)。此外，其他交通工具和結(jié)構(gòu)可以使用通過本公開的系統(tǒng)和方法制造的復(fù)合芯。舉幾個例子來說，說明性實施方式可以包括風(fēng)機(jī)葉片、船殼結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩、包圍件、遮蓋件、橋面板、建筑立面、地面交通工具、軌道交通工具、飛行器、太空交通工具以及有人駕駛交通工具或無人駕駛交通工具。
[0025]現(xiàn)在另外參照圖2和圖3，旋翼飛行器101上的面板113是包括如下芯構(gòu)件的眾多結(jié)構(gòu)的示例，該芯構(gòu)件構(gòu)造為在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生強(qiáng)度和剛度的輕重量裝置。面板113為可以包括上蒙皮301、下蒙皮303以及復(fù)合芯305的復(fù)合組件。復(fù)合芯305可以粘合地結(jié)合至上蒙皮301和下蒙皮305。應(yīng)當(dāng)理解到，面板113可以呈現(xiàn)多種輪廓和構(gòu)型。
[0026]現(xiàn)在另外參照圖4和圖5，示出了呈原材料構(gòu)型的復(fù)合芯401。具有實施為特定幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)合芯305 (圖3中示出)例如可以通過復(fù)合芯401切制。在另一實施方式中，復(fù)合芯401制造為凈成形使得不需要隨后的切制步驟。復(fù)合芯401可以為眾多的材料及孔尺寸的復(fù)合芯。例如，在一個實施方式中，復(fù)合芯401由碳纖維和樹脂復(fù)合系統(tǒng)制成。復(fù)合芯401包括以二維陣列設(shè)置的多個管403 (為了清晰起見，僅標(biāo)記了一個管)。每個管403限定了延伸通過該管的通道或“孔”405。復(fù)合芯401可以包括任意適當(dāng)數(shù)目、尺寸、橫截面形狀以及構(gòu)造的管403。
[0027]復(fù)合芯401的每個管403可以包括以聚合物基體的形式設(shè)置的多個增強(qiáng)纖維。例如，管403可以包括如下纖維，該纖維包括碳、石墨、玻璃、聚芳酰胺(即“芳香聚酰胺”)材料、聚芳酰胺材料的變體(例如，諸如弗吉尼亞(Virginia)的里士滿(Richmond)的E.1.du
Pont de Nemours and Company fl」Kevlai*—Z類的聚對苯二甲酰胺材料)等中的一者或多
者。然而，本公開的范圍包括含有任意適當(dāng)?shù)牟牧匣虿牧辖M合的纖維。聚合物基體可以包括任意適當(dāng)?shù)臒崴苄詷渲驘峁绦詷渲Ｅe幾個例子來說，示例性樹脂可以包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺、雙馬來亞酰胺、聚酯、乙烯酯、酚醛樹脂、聚醚醚銅(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚苯硫醚(PPS)。
[0028]管403的纖維可以沿一個或多個方向定向，并且可以為織物或非織物。應(yīng)當(dāng)理解至IJ，管307可以替代性地僅包括沿單個方向設(shè)置的纖維，例如單軸纖維構(gòu)型或螺旋纖維構(gòu)型。在又一實施方式中，第一層包括纖維并且第二層包括纖維，使得第二層鋪置在第一層之上。
[0029]現(xiàn)在另外參照圖6，示意性地示出了制造諸如復(fù)合芯401之類的復(fù)合芯的方法601。方法601可以包括構(gòu)造多個可膨脹芯棒的步驟603。步驟605可以包括圍繞每個芯棒纏繞未固化的復(fù)合材料。步驟607可以包括組裝已纏繞的芯棒。步驟609可以包括向芯棒施加熱量以使芯棒在固化過程期間熱膨脹并向復(fù)合材料提供期望量的壓力。步驟611可以包括冷卻芯棒并且從已固化的復(fù)合芯移除芯棒。本文將對方法601的每個步驟進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0030]現(xiàn)在另外參照圖7，示出了通過芯棒701的截面圖。步驟603包括構(gòu)造多個可膨脹芯棒。為了清晰起見，僅示出單個芯棒701。芯棒701構(gòu)造具有相對較大的熱膨脹系數(shù)(CTE)的材料。在一個示例實施方式中，芯棒701由塑性的、半塑性的、非晶態(tài)的、彈性的或半透明的材料制成。例如，在芯棒701中可以使用諸如聚醚酰亞胺之類的熱塑性材料。芯棒701可以由在通過芯棒701提供的壓緊的方向(相對于芯棒701的徑向方向)上具有比被形成的復(fù)合材料的CTE更大的CTE的任何材料制造。然而，精確的芯棒CTE量可以特別實施。
[0031]芯棒701構(gòu)造有延伸穿過芯棒701的中心線長度的中空部703，在中空部701與外表面707之間限定本體部705。在一個實施方式中，中空部703通過其中使用內(nèi)部工具以形成中空部703形狀的模制過程形成。芯棒701構(gòu)造成使得在復(fù)合芯401的固化過程期間，每個芯棒701的溫度均增大成使得本體部705沿向內(nèi)方向709和向外方向711在體積上均勻地膨脹，直到外表面707受到與其最鄰近的芯棒約束為止，在該位置處，由芯棒701施加在與其最鄰近的芯棒上的壓力保持相對恒定，并且本體部705的熱膨脹主要沿向內(nèi)方向709繼續(xù)。這種熱膨脹進(jìn)程在固化周期期間提供了用于使復(fù)合芯401層壓/固化所需的一段時期的相對恒定的壓力。芯棒701的幾何結(jié)構(gòu)選擇為調(diào)整芯棒701的物理特性、特別是材料的塑性/彈性。此外，選擇性地控制本體部705的壁厚度以及中空部703的幾何結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生期望的熱膨脹分布。例如，相比芯棒701，具有更小的中空部703的芯棒由于本體部的更大厚度——其將產(chǎn)生更大量的熱膨脹——將提供更大的外部壓力。在示出的實施方式中，中空部703為圓柱形形狀的中空部；然而，應(yīng)當(dāng)理解到，其他實施方式可以具有非圓柱形形狀。
[0032]現(xiàn)在另外參照圖8，芯棒801與芯棒701基本類似，因此除如以下指出的以外，本文中關(guān)于芯棒701的描述同樣能夠適用于芯棒801。類似于芯棒701，芯棒801具有中空部803、本體部805以及外表面807。然而，中空部803相比芯棒701的中空部703的直徑具有更小的直徑。因此，芯棒801構(gòu)造成相比芯棒701在給定的溫度下提供更大量的熱膨脹。因此，芯棒801構(gòu)造成相比芯棒701在給定溫度下在相鄰芯棒之間的復(fù)合材料上提供更大量的外部壓力。此外，芯棒801可以特別理想地用于在相對較低的溫度下期望相對恒定壓力時期的固化周期中使用。
[0033]現(xiàn)在另外參照圖9，芯棒901與芯棒701基本類似，因此除以下指出的以外，本文中關(guān)于芯棒701的描述同樣能夠適用于芯棒。類似于芯棒701，芯棒901具有本體部905和外表面907。然而，芯棒901具有諸如中空部903a至中空部903e之類的多個中空部。在示出的實施方式中，中空部903a至903e相等地定尺寸并且等間距地圍繞芯棒901的中心軸線定位，從而在熱膨脹期間提供了均勻?qū)ΨQ的外部壓力。然而，中空部903a至903e可以單個地定尺寸并且由于熱膨脹的原因定位成提供非對稱的外部壓力。
[0034]現(xiàn)在另外參照圖10，芯棒1001與芯棒701基本類似，因此除以下指出的以外，本文中關(guān)于芯棒701的描述同樣能夠適用于芯棒1001。類似于芯棒701，芯棒1001具有中空部1003、本體部1005以及外表面1007。然而，中空部1003為星形形狀的，該星形形狀具有多個腿部構(gòu)件。芯棒1001構(gòu)造成使得中空部1003通過從一個主要塌陷機(jī)構(gòu)過渡至另一個主要塌陷機(jī)構(gòu)而提供了多階段的壓力平穩(wěn)。例如，隨著本體部1005的溫度增大，因此，三角形腿部構(gòu)件首先塌陷，從而提供了初始壓力平穩(wěn)，接下來中央?yún)^(qū)域隨后在直徑方面收縮，從而提供了第二次壓力平穩(wěn)。
[0035]現(xiàn)在另外參照圖11，芯棒1101與芯棒1001基本類似，因此除以下指出的以外，本文中關(guān)于芯棒1001的描述同樣能夠適用于芯棒1101。類似于芯棒1001，芯棒1101具有中空部1103、本體部1105以及外表面1007。然而，相比芯棒1001的中空部1003的腿部構(gòu)件，星形形狀的腿部構(gòu)件的中空幾何結(jié)構(gòu)更寬。芯棒1101為中空部1103的幾何結(jié)構(gòu)如何可以調(diào)整為提供貫穿固化過程的實施特定壓力分布的示例。
[0036]應(yīng)當(dāng)理解到，芯棒701、801、901、1001、1101僅僅是設(shè)想到的眾多芯棒構(gòu)造的示
例。盡管芯棒的外部形狀被示出為六邊形，但本公開也包括具有其他外部形狀一舉幾個例子來說，例如正方形、矩形、三角形一的芯棒。此外，應(yīng)當(dāng)理解到，芯棒內(nèi)的中空部可以為任何形狀。中空部的精確形狀是特別實施的。此外，中空部可以具有全部或局部塌陷以產(chǎn)生壓力平穩(wěn)的特征?？伤萏卣鞯木_形狀是特別實施的。此外，中空部的形狀和尺寸可以構(gòu)造成使得能夠在芯棒的拐角處提供更大量的外部壓力，從而在相鄰的復(fù)合構(gòu)件接合所處的節(jié)點部處產(chǎn)生更大量的壓力，這對于防止在節(jié)點處形成空隙是可以令人滿意的。節(jié)點1301 (圖13中示出)為相鄰復(fù)合管403的接合交叉點。此外，可以使用多個中空部的漸變混合以在比固體材料響應(yīng)的斜率更低的斜率處使壓力漸變。定尺寸的中空部的漸變混合可以為容納并分布在芯棒本體部中的球形泡或近球形泡的形式。
[0037]再次參照圖6，步驟105包括圍繞例如芯棒701之類的每個芯棒纏繞未固化的復(fù)合材料。在每個芯棒的外表面上纏繞或以其它方式沉積未固化的材料的精確方法。在一個示
例實施方式中，Teflon?;材料或其他抗結(jié)合材料可以用于防止復(fù)合材料在固化周期期間
結(jié)合至芯棒701的外表面。另外參照圖14，圍繞芯棒701纏繞未固化的材料的一種技術(shù)使用纖維纏繞過程。從纖維纏繞機(jī)1403延伸的連續(xù)的樹脂浸潰纖維1401繞芯棒701纏繞。樹脂可以為或熱固性樹脂或者熱塑性樹脂，并且在固化時變?yōu)楣?03的聚合物基底。材料放置過程可以以多種過程來實施；然而，芯棒701優(yōu)選在纖維1401的線軸如箭頭1407所指示地圍繞芯棒701旋轉(zhuǎn)時軸向地移動。替代性地，材料的線軸或多個線軸可以繞芯棒701旋轉(zhuǎn)。材料分配機(jī)構(gòu)與芯棒701的相對運(yùn)動可以推測。隨著纖維1401由纖維纏繞機(jī)1403纏繞到芯棒701上，形成了螺旋狀的圖案。纖維1401的一層或多個層1409相對于芯棒701沿期望的方向纏繞到芯棒701上以形成管403的基本幾何結(jié)構(gòu)。纖維1401繞芯棒701纏繞的角度可以沿著芯棒701的長度變化以定制芯401的長度。例如，在材料放置過程期間纖維1401的角度可以動態(tài)地改變以定制芯的壓縮長度。應(yīng)當(dāng)指出的是，在示出的實施方式中，芯棒701呈現(xiàn)出與孔405相對應(yīng)的尺寸和形狀(見圖4或圖5)。然而，還應(yīng)當(dāng)指出的是，本描述不限于特別示出的纖絲纏繞機(jī)1403或芯棒701的構(gòu)型。芯棒703和已經(jīng)纖維纏繞到芯棒701上的一層或多個層1409隨后與其他芯棒和層組裝——如將在本文中更加詳細(xì)地討論的——以形成芯401 (圖4中示出)。還應(yīng)當(dāng)理解到，在對層1409和芯棒701進(jìn)行切割時，材料可能具有退繞的趨勢。潛在粘合的或纖維的材料帶可以用來在切割層1409和芯棒701時防止纖維1401散開。具有單向纖維的粘合材料可以用來將纖維1401綁附在芯棒1701上并保持與基材相容。
[0038]在圖15中示出的執(zhí)行方法601的步驟605的又一示例技術(shù)中，利用纖維放置過程執(zhí)行圍繞芯棒701纏繞未固化的復(fù)合材料。通過纖維放置機(jī)1505將大約1000根纖維的連續(xù)的樹脂浸潰纖維束1501 (為了清楚起見僅標(biāo)記了一個)施加至芯棒701。應(yīng)當(dāng)理解到，纖維束1501也可以為全纖維束中的部分纖維束。例如，纖維束1501可以為500根纖維的半纖維束。代替纖維束1501，可以使用切成規(guī)定寬度的纖維帶。預(yù)切制的纖維帶可以被稱作“狹長帶”。相比纖維束，狹長帶允許用戶更精密地控制寬度尺寸。舉幾個例子來說，狹長帶的示例性規(guī)定寬度包括1/8”(1/8英寸)和1/4”(1/4英寸)。舉幾個例子來說，樹脂可以為熱固性樹脂或熱塑性樹脂，并且在固化時變成管403的聚合物基底。在纖維放置過程期間，芯棒701在纖維束1501如箭頭1507指示地圍繞芯棒701旋轉(zhuǎn)時軸向地移動。隨著纖維束1501由纖維放置機(jī)1505施加至芯棒701時，形成了螺旋狀的圖案。纖維束1501的一層或多個層1509相對于芯棒70沿期望的方向纏繞到芯棒701上。應(yīng)當(dāng)理解到，可以使用不同材料的多于一種的纖維束1501。應(yīng)當(dāng)指出的是，在示出的實施方式中，芯棒1503呈現(xiàn)出與孔405相對應(yīng)的尺寸和形狀(見圖4和圖5)。然而，還應(yīng)當(dāng)指出的是，本描述不限于特別示出的纖維放置機(jī)1505和芯棒701的構(gòu)型。芯棒701和已經(jīng)被纖維放置在芯棒701上的一層或多個層1509隨后與其他芯棒以及其他層組裝一如將在以下更加詳細(xì)地描述的一以形成芯401 (圖4中示出)。
[0039]再次參照圖6，方法601的步驟607包括組裝已纏繞的芯棒。步驟607還可以包括將已纏繞的芯棒組裝并插入到工具或其他固定裝置中。工具的精確構(gòu)型是特別實施的。現(xiàn)在另外參照圖12A、圖12B和圖13，示出了工具1201的一種示例。工具1201可以包括與六邊形形狀的復(fù)合芯401共同形成外部圓筒形形狀的多個部分工具1203a至1203f。然而，工具1201可以構(gòu)造成產(chǎn)生任意期望形狀的復(fù)合芯401。例如，工具1201的替代性形狀可以構(gòu)造為產(chǎn)生圓形的、正方形的、矩形的或甚至部分定制形狀的復(fù)合芯401。在示出的實施方式中，具有經(jīng)纏繞復(fù)合材料的多個芯棒701堆疊在部分工具1203a至203f上。隨后，每個部分工具1203a至1203f與已纏繞的芯棒進(jìn)行組裝并插入到剛性構(gòu)件1205中。已纏繞的芯棒可以在過程中與部分工具1203a至1203f組裝，使得形成在部分工具1203a至1203f內(nèi)部的空間由已纏繞的芯棒填充。剛性構(gòu)件1205構(gòu)造成隨著芯棒在固化周期期間熱膨脹而提供限制力。優(yōu)選地，剛性構(gòu)件1205具有比芯棒701更小的CTE。在另一實施方式中，剛性構(gòu)件1205為構(gòu)造成使得具有經(jīng)纏繞復(fù)合材料的多個芯棒701放置或堆疊在剛性構(gòu)件1205內(nèi)部的多件式工具或鉸接工具。此外，一層抗結(jié)合層可以放置在部分工具1203a至1203f的外部與剛性構(gòu)件1205的內(nèi)部之間以便于將部分工具1203a至1203f放置在剛性構(gòu)件1205內(nèi)。在一個實施方式中，每個部分工具1203a至1203f可以由與芯棒701的材料類似的材料制成。每個部分工具1203a至1203f可以包括定尺寸并構(gòu)造成調(diào)整每個部分工具1203a至1203f在固化過程期間熱膨脹的孔口 1207。
[0040]再次參照圖6，方法601的步驟609包括向芯棒701施加熱量以使芯棒701熱膨脹并且在固化期間向復(fù)合材料提供期望量的壓力。在一個實施方式中，通過使加熱的空氣流動通過芯棒701的中空部703的長度而以可控制的方式加熱芯棒701。芯棒701被調(diào)整成使得熱膨脹能夠在非等溫復(fù)合固化事件期間在選定的時間提供相對恒定且均勻的壓力。固化周期可能需要在比固化溫度更低的溫度下獲得高壓力，并且可能需要這種高壓力隨后在加熱至固化溫度期間得以保持。芯棒701是壓力可調(diào)的，使得其隨著來自固化周期的熱量而被一致地?zé)崤蛎?，從而施加遍及芯?01整個長度的均勻壓力，直到芯棒701到達(dá)相對穩(wěn)定的壓力為止，隨后增大的溫度使本體部705膨脹到中空部703中，從而減小了外表面707處的壓力。因此，當(dāng)溫度增大至固化溫度時，復(fù)合材料保持在恒定的或近乎恒定的壓力下。在完成固化周期之后，在圍繞每個芯棒701的未固化復(fù)合材料變得堅固地結(jié)合至每個相鄰的管403時，實現(xiàn)了復(fù)合芯401。
[0041]仍然參照圖6，方法601的步驟611包括冷卻芯棒701并從復(fù)合芯401移除芯棒701。由于芯棒701具有比復(fù)合芯401更大的CTE，因此，對芯棒701的冷卻使得芯棒701易于與復(fù)合芯401分離。在另一實施方式中，可以通過在中空部703中抽吸真空使芯棒701塌陷來加強(qiáng)芯棒701從復(fù)合芯401的移除。
[0042]本文中公開的系統(tǒng)和方法包括一個或多個以下優(yōu)點。例如，本公開的一個優(yōu)點在于:芯棒是壓力可調(diào)的，使得芯棒可以調(diào)節(jié)為在固化周期期間在復(fù)合材料上產(chǎn)生期望的壓力分布。此外，芯棒構(gòu)造成使得該芯棒在冷卻階段經(jīng)歷的熱收縮量促進(jìn)芯棒與復(fù)合芯分離并從復(fù)合芯移除的容易性 。本公開的方法允許良好質(zhì)量復(fù)合芯的生產(chǎn)，部分原因是由于芯棒可以調(diào)整成向芯的可能期望較大量壓力的部分——比如復(fù)合芯的節(jié)點部分——非對稱地提供壓力。本公開的方法允許高效地生產(chǎn)復(fù)合芯，這可以降低復(fù)合芯的成本。
[0043]本文中公開的特定實施方式僅是說明性的，這是由于該系統(tǒng)和方法可以進(jìn)行改型并且可以以對受益于本文中教導(dǎo)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言明顯的不同但相當(dāng)?shù)姆绞綄嵤?。可以在不脫離本公開的范圍的情況下對本文中所描述的系統(tǒng)進(jìn)行改型、附加、或省略。系統(tǒng)的部件可以是整合的或分開的。此外，系統(tǒng)的操作可以通過更多的、更少的、或其他的部件來執(zhí)行。
[0044]此外，除了如在所附權(quán)利要求中描述的以外，不意于對本文中所示出的構(gòu)造或設(shè)計的細(xì)節(jié)的限制。因此，很明顯以上公開的特定的實施方式可以進(jìn)行改變或修改并且所有這樣的變化被認(rèn)為在本公開的范圍和精神內(nèi)。因此，本文中所尋求的保護(hù)范圍為如在所附權(quán)利要求中提出的。
[0045]為了幫助專利局和針對本申請發(fā)布的任何專利的任何讀者理解所附的權(quán)利要求， 申請人:希望指出，除非在特定的權(quán)利要求中明確地使用了措辭“用于……的裝置”或“用于……的步驟”，否則 申請人:無意于使任何所附權(quán)利要求援引其申請日時存在的35U.S.C.§ 112 的第 6 段。
【權(quán)利要求】
1.一種芯棒，所述芯棒構(gòu)造為內(nèi)模，用于制造復(fù)合芯的管構(gòu)件，所述芯棒包括: 本體部，所述本體部具有外表面，所述外表面限定所述復(fù)合芯的管構(gòu)件的最終形狀；以及 中空部，所述中空部具有對所述本體部的內(nèi)表面進(jìn)行限定的幾何尺寸和幾何形狀； 其中，所述芯棒構(gòu)造成在固化周期期間在所述管構(gòu)件上產(chǎn)生期望的外部壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述本體部的所述外表面呈六邊形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述本體部的所述外表面呈矩形形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述本體部的所述外表面呈三角形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述中空部的所述幾何形狀為星形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述中空部的所述幾何形狀為圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芯棒，其中，所述中空部的所述幾何尺寸調(diào)整為在所述固化周期期間的一段時期內(nèi)在所述管構(gòu)件上提供相對恒定的外部壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒,其中，所述中空部的中心線軸線與所述本體部的中心線軸線同軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的芯棒，其中，所述中空部包括多個中空空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述本體部由具有在徑向方向上非線性的熱膨脹系數(shù)的材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯棒，其中，所述本體部由塑性材料制成。
12.一種制造復(fù)合芯的方法，所述方法包括如下步驟: 構(gòu)造多個芯棒； 圍繞每個芯棒放置復(fù)合材料； 將所述多個芯棒放置在工具中，所述工具構(gòu)造成在所述芯棒經(jīng)歷熱膨脹時限制所述多個芯棒； 加熱所述芯棒以使所述芯棒熱膨脹，從而在固化周期期間向所述復(fù)合材料施加壓力；以及 冷卻所述芯棒并且將所述芯棒與所述復(fù)合芯分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，圍繞每個芯棒放置所述復(fù)合材料的步驟包括圍繞每個芯棒纏繞所述復(fù)合材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個芯棒均具有在徑向方向上非線性的熱膨脹系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個芯棒均包括: 本體部，所述本體部具有外表面，所述外表面限定所述復(fù)合芯的管構(gòu)件的最終形狀；以及 中空部，所述中空部具有對所述本體部的內(nèi)表面進(jìn)行限定的幾何尺寸和幾何形狀； 其中，所述芯棒構(gòu)造成在所述固化周期期間在所述管構(gòu)件上產(chǎn)生期望的外部壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，每個芯棒均呈六邊形形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，構(gòu)造所述多個芯棒的步驟包括將每個芯棒構(gòu)造成具有中空部，所述中空部允許所述芯棒的本體部在所述固化周期期間的一段時期內(nèi)在所述復(fù)合材料上提供相對恒定的外部壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，加熱所述芯棒以使所述芯棒熱膨脹的步驟包括使空氣流動通過每個芯棒中的中空部。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，將所述多個芯棒放置在工具中的步驟包括相鄰地堆疊所述芯棒以形成第一管構(gòu)件，所述第一管構(gòu)件使另一管構(gòu)件與所述第一管構(gòu)件的每個小面表面相鄰。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，加熱所述芯棒以使所述芯棒熱膨脹的步驟包括控制所述芯 棒的溫度以控制由所述芯棒施加在所述復(fù)合材料上的壓力。
【文檔編號】B29C61/04GK104015919SQ201410074960
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月1日
【發(fā)明者】保羅·K·奧爾德羅伊德, 小詹姆斯·D·赫思科克, 大衛(wèi)·B·麥克尼爾 申請人:貝爾直升機(jī)德事隆公司