用于結合復合材料結構的共固化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于結合復合材料結構的共固化工藝。制造復合材料組件(200)的方法可包括以下步驟：提供第一層壓件(206)和第二層壓件(216)使之分別由第一復合材料層片(204)和第二復合材料層片(214)形成，并且具有相應的第一固化部分(208)和第二固化部分(218)以及相應的第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)。該方法(200)可進一步包括：使第一未固化部分(210)中的第一復合材料層片(204)與第二未固化部分(220)中的第二復合材料層片(214)交錯，以形成界面區(qū)域(256)。
【專利說明】
用于結合復合材料結構的共固化工藝
技術領域
[0001]本公開總體涉及復合材料制造，更具體地涉及組裝復合材料結構的方法。
【背景技術】
[0002]制造復合材料結構的傳統(tǒng)方法包括使用緊固件或粘合劑組裝固化型復合材料部件。緊固件的使用需要特殊的鉆孔設備，以在將要結合的復合材料部件中形成緊固件孔。另夕卜，在多個緊固件孔中安裝各個緊固件的過程是耗時而費力的過程。此外，結構組件中的多個緊固件增加了重量，減損了重量敏感結構(諸如飛行器)的性能能力。
[0003]通過使用粘合劑將復合材料部件粘合到一起來組裝復合材料結構可能將該結構的使用限于不需要承載主要負荷的應用。依靠緊固件和/或粘合劑的組裝技術可能需要在相對嚴格的幾何公差內(nèi)定位各個部件的配合(例如，搭接)表面。嚴格的幾何公差的要求增加了制造成本并增加了制造時間。
[0004]形成相對較大和/或具有復雜幾何形狀的復合材料結構可能存在更多的挑戰(zhàn)。例如，鋪放大型復合材料結構的傳統(tǒng)固化過程可能需要大型壓熱器可用于均勻地施加熱量和壓力。不幸地，大型壓熱器要求高的初始建設成本以及高的運行和維護成本，并且可能對于以高的生產(chǎn)速率生產(chǎn)復合材料零件存在限制。具有復雜幾何形狀的復合材料結構傳統(tǒng)上需要單獨鋪放并固化各個部件，然后將所述部件緊固和/或以粘合劑粘合到一起，具有上述相關缺點。
[0005]如可以看到的，在本領域中需要有一種限制或避免使用緊固件和粘合劑來制造復合材料結構的方法，并允許制造相對較大和/或具有復雜幾何形狀的復合材料零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]與制造復合材料結構關聯(lián)的上述需要由本公開具體解決并緩解，本公開提供了一種通過使兩個或更多個復合材料層壓件的未固化部分一體地共固化來制造復合材料組件的方法。所述方法可包括以下步驟:提供第一層壓件和第二層壓件，所述第一層壓件和第二層壓件分別由第一復合材料層片和第二復合材料層片形成，并且具有相應的第一固化部分和第二固化部分以及相應的第一未固化部分和第二未固化部分。所述方法可進一步包括以下步驟:使所述第一未固化部分中的所述第一復合材料層片與所述第二未固化部分中的所述第二復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域。所述方法可另外包括以下步驟:使所述界面區(qū)域固化，以將所述第一層壓件結合至所述第二層壓件并且形成通用化的復合材料組件。
[0007]在另一實施方式中，公開了一種制造復合材料組件的方法，該方法包括以下步驟:鋪放多個第一復合材料層片以形成第一鋪層；以及鋪放多個第二復合材料層片以形成第二鋪層。所述方法可另外包括以下步驟:以形成相應的第一層壓件和第二層壓件使之各具有相應的第一固化部分和第二固化部分以及相應的第一未固化部分和第二未固化部分的方式使所述第一鋪層和第二鋪層固化。所述方法可進一步包括以下步驟:使所述第一未固化部分中的所述第一復合材料層片與所述第二未固化部分中的所述第二復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域。所述方法還可包括以下步驟:使所述界面區(qū)域固化，以將所述第一層壓件結合至所述第二層壓件并形成通用化的復合材料組件。
[0008]在又一實施方式中，公開了一種制造復合材料組件的方法，該方法包括以下步驟:鋪放多個第一復合材料層片和多個第二復合材料層片，以分別形成第一鋪層和第二鋪層。所述方法可另外包括以下步驟:使相應的所述第一鋪層和第二鋪層的第一未固化部分和第二未固化部分固化至完全固化。所述方法還可包括以下步驟:使相應的所述第一鋪層和第二鋪層的第一未固化部分和第二未固化部分部分地固化至大約5%。另外，所述方法可包括以下步驟:在所述第二未固化部分中的一對第二復合材料層片之間使所述第一未固化部分中的至少一個所述第一復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域。所述方法可進一步包括以下步驟:使所述界面區(qū)域固化，以將所述第一層壓件結合至所述第二層壓件并形成通用化的復合材料組件。
[0009]已經(jīng)討論的特征、功能及優(yōu)點可以在本公開的各種實施方式中獨立實現(xiàn)，或者可在其它實施方式中進行組合，可以參考以下描述和下面的附圖看到其中的進一步細節(jié)。
【附圖說明】
[0010]在參考附圖時，本公開的這些及其它特征將變得更明顯，其中整個圖示書中相同的附圖標記表示相同的部分，并且其中:
[0011 ]圖1是飛行器的立體圖的圖示；
[0012]圖2是使用本文中公開的方法由復合材料制造的燃料箱的圖示；
[0013]圖3是使用本文中公開的方法由復合材料制造的水平尾翼的圖示；
[0014]圖4是圖示可包括在制造復合材料組件的方法中的一個或多個操作的流程圖；
[0015]圖5是均具有固化部分和至少一個未固化部分的第一層壓件和第二層壓件的俯視圖的圖不；
[0016]圖6是沿著界面區(qū)域結合的第一層壓件和第二層壓件的俯視圖的圖示，其中第一未固化部分與由通用化的復合材料組件固化的界面區(qū)域內(nèi)的第二未固化部分交錯；
[0017]圖7是圖6的界面區(qū)域的截面圖的圖示；
[0018]圖8是示出包括多個第一復合材料層片并圖示層片分離器的第一鋪層的側視圖的圖示，所述層片分離器分離第一未固化部分內(nèi)的第一復合材料層片；
[0019]圖9是示出了將熱和壓制壓力施加至第一層壓件的第一固化部分并圖示溫度控制裝置的側視圖的圖示，所述溫度控制裝置定位在第一層壓件的第一未固化部分上，以防止其在使第一固化部分固化期間固化；
[0020]圖10是在使相應的第一固化部分和第二固化部分固化之后第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示；
[0021]圖11是在拆除層片分離器之后圖10的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示；
[0022]圖12是組裝好的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示，并圖示了界面區(qū)域在界面區(qū)域固化工具上被固化以形成通用化的復合材料組件，進一步圖示了在使界面區(qū)域固化期間定位在第一部分和第二部分上的溫度控制裝置；
[0023]圖13是用于組裝第一層壓件和第二層壓件的替代構造的側視圖的圖示，其中所有的第一復合材料層片都與第二復合材料層片交錯；
[0024]圖14是通過使圖13所示的第一層壓件和第二層壓件的界面區(qū)域固化而形成的通用化的復合材料組件的側視圖的圖示；
[0025]圖15是第一層壓件和第二層壓件的45°層片的俯視圖的圖示，其中在每個第一層壓件和第二層壓件中的45°層片由單向帶形成并具有鋸齒狀邊緣；
[0026]圖16是沿著界面區(qū)域結合的圖15的第一層壓件和第二層壓件的俯視圖的圖示，并圖示了第一層壓件和第二層壓件的單向帶的帶端部的交錯；
[0027]圖17是圖16的界面區(qū)域的截面圖的圖示；
[0028]圖18是第一層壓件和第二層壓件的另一實施方式的側視圖的圖示，其被構造成接收復合材料拼接件以在界面區(qū)域內(nèi)將第一復合材料層片和第二復合材料層片拼接在一起；
[0029]圖19是在拆除層片分離器之后圖18的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示；
[0030]圖20是組裝到一起的圖19的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示，并圖示了第一層壓件的與第二層壓件的一對緊鄰的第二復合材料層片交錯的第一復合材料層片中的一個；
[0031]圖21是在施加多個復合材料拼接件層片期間的圖20的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖示，所述多個復合材料拼接件層片使界面區(qū)域中的第一復合材料層片和第二復合材料層片搭接，以形成復合材料拼接件而將第一復合材料層壓件和第二復合材料層壓件拼接在一起；
[0032]圖22是在使未固化的復合材料拼接件層片與界面區(qū)域中的第一復合材料層片和第二復合材料層片的未固化部分共固化期間圖21的組裝好的第一層壓件和第二層壓件的側視圖的圖不；
[0033]圖23是圖3的水平尾翼的一部分的立體圖的圖示，示出了由未固化的復合材料蒙皮包封以形成閉合的復合材料結構的多個復合材料梁；
[0034]圖24是沿著圖23的線24截取的水平尾翼的端視圖的圖示，并圖示了將復合材料梁定位在由蒙皮限定的水平尾翼的內(nèi)部內(nèi)；
[0035]圖25是梁的端視圖的圖示，圖示了梁的包括梁的第一固化部分的腹板，進一步圖示了在腹板的相對兩側上包括梁的第一未固化部分的突出部和半徑；
[0036]圖26是復合材料層片鋪放在鋪層固化工具上以形成復合材料梁的側視圖的圖示；
[0037]圖27是將復合材料梁真空袋壓成型在鋪層固化工具上以使腹板的第一固化部分固化的側視圖的圖示，并包括定位在復合材料梁的對應的一對第一未固化部分上以防止未固化部分固化的一對溫度控制裝置；
[0038]圖28是定位在外模線(OML)工具的一對OML工具半體之間的水平尾翼的梁和蒙皮的側視圖的圖示，進一步圖示了定位在每個梁的每個突出部的相對兩側上的多個半徑工具;
[0039]圖29是用于使梁和蒙皮的復合材料組件固化以形成水平尾翼的OML工具的立體圖的圖示；
[0040]圖30是沿著圖29的線30截取的截面圖的圖示，并圖示了將熱和壓制壓力施加至梁和蒙皮的復合材料組件抵著OML工具的內(nèi)側表面以使每個梁的未固化部分與未固化的蒙皮共固化；
[0041]圖31是圖30的復合材料組件的一部分的放大圖的圖示，圖示了與一個梁的復合材料層片交錯的水平尾翼蒙皮的復合材料層片，進一步圖示了在固化期間將壓制壓力施加至梁的未固化部分的半徑工具；以及
[0042]圖32是通過使梁的未固化部分與蒙皮共固化而形成的水平尾翼的通用化的復合材料組件的截面圖的圖示。
【具體實施方式】
[0043]現(xiàn)在參考出于圖示本公開的各種實施方式的目的而提供的附圖，圖1示出了具有可使用本文中公開的方法進行制造的一個或多個復合材料組件200的飛行器100 ο例如，飛行器100可包括機身102，機身102具有一對機翼120，機翼120可容納如圖2所示的一個或多個相對較大的燃料箱122。使用本文中公開的方法，可有利地通過使復合材料層壓件的復合材料層片的未固化部分交錯而制造出相對較大部分的燃料箱122或整個燃料箱122。交錯的復合材料層片可限定界面區(qū)域256，界面區(qū)域256可一體地共固化以結合層壓件并形成單個通用化的復合材料組件200。本公開方法可允許減少通常為了組裝各個部件以形成常規(guī)燃料箱而需要的緊固件和密封劑的量。在一些實例中，本公開方法可允許消除常規(guī)上為了結合復合材料部件而需要的緊固件和/或粘合劑。
[0044]還可實施該方法來形成具有相對復雜幾何形狀的復合材料組件200。例如，圖3圖示了水平尾翼104，其可設計為可在水平尾翼104的舷外端上閉合的閉合式盒形帽(boxhat)。水平尾翼104可由與復合材料蒙皮106—起組裝的若干復合材料梁110組成。使用當前公開的方法，復合材料層片的組成梁110和蒙皮106的未固化部分可被交錯并一體地共固化，以將水平尾翼104形成為單個通用化的復合材料組件200，而無需使用緊固件和/或粘合劑。在本公開中，復合材料層壓件的未固化部分可被描述為可以是完全未固化的部分，或者該未固化部分可能部分地被固化至相對較低的固化狀態(tài)(例如，小于完全固化的10%)。
[0045]雖然在制造諸如飛行器燃料箱122(圖2)的大型復合材料組件200和/或制造諸如水平尾翼104(圖3)的復雜復合材料組件200的背景下描述了本公開方法，但是非限制性地，可實施該方法來制造具有任何尺寸、形狀和構造的復合材料組件200。雖然圖中未示出，但是該方法還可包括:由一個或多個復合材料夾層結構制造通用化的復合材料組件200。復合材料夾層結構可被描述為具有夾在一對面板之間的芯材料(諸如輕木、蜂窩或泡沫)。一個或兩個面板可由一個或多個復合材料層片形成，其中至少一個部分可能未固化或部分地固化(例如，小于完全固化的10%)，以允許面板的復合材料層片與另一復合材料部件(例如，復合材料層壓件或另一夾層結構)的未固化或部分地固化的復合材料層片交錯，隨后共固化而形成通用化的復合材料組件200，至少在界面區(qū)域256中無需使用緊固件和/或粘合劑。
[0046]圖4是圖示一個或多個操作的流程圖，所述一個或多個操作可包括在制造復合材料組件200的方法400的實例中。方法400的步驟402可包括:鋪放多個第一復合材料層片204以形成第一鋪層202。方法400的步驟404可包括:鋪放多個第二復合材料層片214以形成第二鋪層212。雖然在組裝兩個復合材料層壓件以形成通用化的復合材料組件200的背景下描述了當前公開的方法，但是該方法可采取迭代方式進行應用以組裝任何數(shù)量的復合材料層壓件，從而形成下述通用化的復合材料組件200。
[0047]在本實例中，第一鋪層202的第一復合材料層片204和/或第二鋪層212的第二復合材料層片214可由纖維增強的聚合物基質(zhì)材料形成。復合材料層片可由可預浸有樹脂(例如，預浸料)的纖維構成。預浸料復合材料層片中的纖維可設置為各種各樣的不同纖維形式中的任何一種形式，包括諸如位于單向帶或單向片材中的連續(xù)纖維。復合材料層片還可設置為織造織物(例如，雙向纖維)復合材料層片、編織纖維、短纖維層片、縫合纖維形式或各種各樣的其它纖維形式的任何一種。
[0048]對于單向帶或片材，鋪層的復合材料層片中的纖維可布置為各種各樣的不同纖維取向中的任何一種取向(例如，O度、22.5度、30度、45度、60度、75度、90度或其它纖維角度)。在一個實例中，該方法可包括:鋪放復合材料層片以形成包含O度、±45度和90度層片的準各向同性復合材料層壓件。每個第一鋪層202和第二鋪層212中的復合材料層片可根據(jù)預定的堆疊次序進行堆疊，以實現(xiàn)最終的復合材料組件200的期望的強度和剛度性能。
[0049]可形成纖維的材料可包括芳綸、聚烯烴、金屬、玻璃、碳、硼、陶瓷、礦物及各種各樣的其它材料或材料組合中的任何一種材料。樹脂可設置為各種各樣的材料組成中的任何一種，包括但不限于丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、碳氟化合物、聚酰胺、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、雙馬來酰亞胺及其它材料組成。雖然在由熱固性樹脂形成的預浸料復合材料層片的背景下描述了本方法，但是在一些實例中，預浸料復合材料層片可包括熱塑性樹脂。在這方面，使各個鋪層固化的下述步驟，以及使組裝的層壓件的未固化部分一體地共固化的步驟可涵蓋預浸料熱塑性層片的熱塑性樹脂的凝固。
[0050]方法400的步驟406可包括:分別以形成相應的第一層壓件206和第二層壓件216的方式使第一鋪層202和第二鋪層212固化。在這方面，第一鋪層202可采取形成具有第一固化部分208和第一未固化部分210的第一層壓件206的方式進行固化。同樣，第二鋪層212可米取形成具有第二固化部分218和第二未固化部分220的第二層壓件216的方式進行固化。
[0051]圖5是可單獨鋪放并固化的第一層壓件206和第二層壓件216的平面圖。第一層壓件206和第二層壓件216均被示出為各具有一個O度層片244、一對90度層片246和一個45度層片248的鋪層。第一層壓件206的堆疊次序可與第二層壓件216的堆疊次序互補(例如，等同)。第一層壓件206具有第一固化部分208和第一未固化部分210。第二層壓件216具有第二固化部分218和第二未固化部分220。在示出的實例中，每個層壓件的固化部分可具有比未固化部分更長的長度。然而，層壓件的固化部分和未固化部分可設置為任何比例，并且不限于使固化部分長于或大于未固化部分。使鋪層固化的步驟可包括:使鋪層或鋪層的任何部分加固、壓制和/或壓實。例如，在使鋪層的限定了固化部分的那部分固化之前或期間，可同時壓制或壓實鋪層的固化部分和未固化部分。
[0052]—個或兩個層壓件的未固化部分可能完全未被固化，使得未固化部分處于未處理狀態(tài)。替代地，一個或兩個層壓件的未固化部分可相對于完全固化狀態(tài)進入低固化狀態(tài)，諸如進入小于10%的固化狀態(tài)，諸如進入大約5%的低固化狀態(tài)。實現(xiàn)未固化部分的部分固化(例如，5%)可減少或消除來自未固化部分中的復合材料層片的粘著，和/或可通過增加層壓件中的樹脂的玻璃化轉變溫度而增加未固化部分中的復合材料層片的剛度。減少或消除未固化部分中的復合材料層片的粘著和/或增加其剛度可在使界面區(qū)域256固化之前組裝層壓件的步驟期間促進復合材料層片的交錯。
[0053]方法400的步驟408可包括:使第一未固化部分210中的第一復合材料層片204與第二未固化部分220中的第二復合材料層片214交錯，以形成界面區(qū)域256。例如，該方法可包括:將第一未固化部分210中的至少一個第一復合材料層片204插入第二未固化部分220中的一對第二復合材料層片214之間，以形成界面區(qū)域256。圖6是組裝好的第一層壓件206和第二層壓件216的俯視圖，其中第一未固化部分210與第二未固化部分220交錯以形成界面區(qū)域256。
[0054]方法400的步驟410可包括:使界面區(qū)域256固化，以將第一層壓件206結合至第二層壓件216并形成下面更詳細描述的通用化的復合材料組件200。雖然界面區(qū)域256可與定位在壓熱器內(nèi)側的復合材料組件200—起固化，但是界面區(qū)域256的固化還可在不使用壓熱器的情況下執(zhí)行。例如，界面區(qū)域256的在壓熱器外的固化可使用爐或壓釜(press clave)332(圖12)來執(zhí)行，或者使用真空袋320(圖9)以及散熱墊和/或散熱毯、熱膽、輻射加熱或用于局部施加熱336和壓制壓力334以使界面區(qū)域256固化的其它裝置及技術來執(zhí)行。
[0055]圖7是在第一未固化部分210和第二未固化部分220固化以完全固化之后的圖6的界面區(qū)域256的截面圖。如可以看到的，位于層片堆疊底部上的第一復合材料層片204在一對第二復合材料層片214之間被交錯。對接接頭264形成在位于層片堆疊中間的第一復合材料層片204和第二復合材料層片214之間。雖然對接接頭264被示出為與另一對接接頭垂直對準，但是對接接頭264可優(yōu)選地相對于彼此錯開，還可相對于界面區(qū)域256中的其余接頭錯開，作為一種手段來避免拼接件或接頭的積累堆積，其可能在結合的復合材料組件200(圖6)中產(chǎn)生凸點或脊(未示出)。在圖7中，在層片堆疊的頂部，第二復合材料層片214與第一復合材料層片204形成搭接接頭262，該搭接接頭被示出為與界面區(qū)域256中的其余接頭錯開。
[0056]圖8示出了包括多個第一復合材料層片204的第一鋪層202的實例。第一復合材料層片204被鋪放在鋪層固化工具250上。本方法可包括:在交錯之前且在使第一固化部分208和第二固化部分218初始固化之前，將層片分離器252插入相應的第一層壓件206和第二層壓件216的至少一對相鄰的第一復合材料層片204之間和/或至少一對相鄰的第二復合材料層片214之間。該方法可包括:在使第一復合材料層片204和第二復合材料層片214交錯且使界面區(qū)域256固化之前，拆除層片分離器252。如下所述，層片分離器252可有利地防止相鄰復合材料層片的位于第一未固化部分210和/或第二未固化部分220中的樹脂在使第一固化部分208和/或第二固化部分218固化期間彼此混雜并粘合。層片分離器252可由與復合材料層片中的樹脂不起化學反應的任何材料形成。在一個實例中，層片分離器252可由氟化乙烯丙烯(FEP)形成。
[0057]圖9是為了加固、壓制和/或壓實第一鋪層202并且為了使第一鋪層202的固化部分208固化而施加在第一鋪層202上的真空袋320的截面圖。第二鋪層212可采取類似于本文中描述的第一鋪層202的方式處理并固化。在圖9中，真空袋320可包括非多孔或不可滲透的袋壓成型薄膜322，該袋壓成型薄膜322可使用諸如密封劑帶的邊緣密封劑324圍繞第一鋪層202的周界密封至鋪層固化工具250。真空袋320可包括至少一個真空端口 326，該真空端口326可聯(lián)接到真空源(未示出)，諸如真空栗或用于在袋壓成型薄膜322內(nèi)產(chǎn)生真空壓力的真空發(fā)生器。諸如釋放層(未示出)和一個或多個通氣層328的附加層可被包括在第一鋪層202與袋壓成型薄膜322之間。將真空壓力施加至真空袋320可導致壓制壓力334施加到第一鋪層202上以抵著鋪層固化工具250。施加壓制壓力334可在使第一鋪層202固化期間促進空氣和/或其它氣體的去除，并且可促進第一鋪層202的加固以防止產(chǎn)生孔隙或空隙，從而提高復合材料層壓件的纖維體積分數(shù)。
[0058]圖9圖示了將熱336和壓制壓力334施加至第一鋪層202。在這方面，該方法可包括:分別加熱第一鋪層202和第二鋪層212的限定了相應的第一固化部分208和第二固化部分218的相應部分；以及在使第一鋪層202和第二鋪層212固化期間防止加熱相應的第一未固化部分210和第二未固化部分220。以這種方式，相應的第一層壓件206和第二層壓件216可形成為具有相應的第一固化部分208和第二固化部分218以及相應的第一未固化部分210和第二未固化部分220。將壓制壓力334施加至相應的第一鋪層202和第二鋪層212可在使相應的第一固化部分208和第二固化部分218中的樹脂固化之前或同時促進相應的第一復合材料層片204和第二復合材料層片214的加固和/或壓實。如上面所指出的，在分別使第一固化部分208和第二固化部分218固化的同時，可發(fā)生第一未固化部分210和第二未固化部分220的壓制或壓實。
[0059]圖9另外圖示了溫度控制裝置290，該溫度控制裝置290定位成鄰近第一鋪層202的第一未固化部分210，以在使第一固化部分208固化期間防止第一未固化部分210的固化。溫度控制裝置290可被構造成控制第一未固化部分210的溫度，從而在分別使第一固化部分208和第二固化部分218固化時防止加熱第一未固化部分210和第二未固化部分220 (例如，超過預定的溫度閾值)。在一些實例中，溫度控制裝置290可定位成與第一未固化部分210直接接觸，并且可構造成將第一未固化部分210的溫度維持為低于預定值。在示出的實例中，溫度控制裝置290可被構造為冷卻夾套292，該冷卻夾套292被構造成符合第一未固化部分210并使冷卻流體穿過冷卻夾套292流通。例如，冷卻夾套292可包括流體進口 294和流體出口 296，流體進口 294和流體出口 296可經(jīng)由一個或多個軟管流體聯(lián)接至容納冷卻流體的流體貯存器(未示出)。對于使鋪層在壓熱器內(nèi)固化的應用，流體貯存器可選地位于壓熱器的外側，并且一個或多個軟管或流體導管可運送流體出入冷卻夾套29 2。
[0060]如可認識到的，溫度控制裝置290可設置在用于在使鋪層的固化部分固化期間吸收或排出鋪層的未固化部分中的熱量的各種各樣的不同構造中的任何一種構造中。在一些實例中，一個或多個散熱器或冷卻夾套292可直接定位在真空袋320的頂部，覆蓋未固化部分。一個或多個冷卻夾套292也可直接定位在未固化部分下方并與未固化部分直接接觸。雖然未示出，但是可選地包括用于監(jiān)測離開流體出口 296的流體的溫度的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)進入流體進口 294的流體的溫度和/或流量，作為一種手段將未固化部分的局部溫度維持在低于預定值。
[0061]如可認識到的，可實施其它方法以在使鋪層的固化部分固化期間主動地或被動地控制未固化部分的溫度。例如，可通過減少流入未固化部分的熱量，諸如通過局部增加在真空袋的覆蓋未固化部分的那部分中的通氣層厚度，而控制未固化部分的溫度，作為一種手段來減少傳導到未固化部分中的熱量。額外的方法可包括:使用空氣流屏障(未示出)或盒結構(未示出)，至少部分地封閉或包圍未固化部分以減少(或防止)傳導到未固化部分中的熱量。該方法還可包括:局部增加在未固化部分正下方的位置中的固化鋪放工具的熱質(zhì)量(例如，工具容積)，以促進熱量局部吸收到在未固化部分下面區(qū)域中的固化鋪放工具中，從而減少輸入到未固化部分中的熱量。空氣袋(未示出)也可整合到固化鋪放工具中，以降低向未固化部分的熱傳導率。容納相變材料的袋也可整合到固化鋪放工具中，以在特定溫度或溫度范圍內(nèi)局部增加鋪層固化工具250的潛熱。
[0062]圖10是在使相應的第一固化部分208和第二固化部分218固化之后的第一層壓件206和第二層壓件216的側視圖。層片分離器252被示出為插入在相應的第一復合材料層片204和第二復合材料層片214之間。層片分離器252可被定位成使得每個層片分離器252的端部終止于相應的第一未固化部分210和第二未固化部分220的邊界處。層片分離器252的一部分可突出，以允許在組裝第一層壓件206和第二層壓件216并使界面區(qū)域256固化之前拆除層片分離器252。
[0063]圖11示出了在拆除層片分離器252之后且在組裝第一層壓件206和第二層壓件216之前的圖10的第一層壓件206和第二層壓件216。第一層壓件206和第二層壓件216可被共同設計成使得第一復合材料層片204可以期望的方式與第二復合材料層片214交錯。在這方面，第一層壓件206和第二層壓件216可被共同設計成使得第一復合材料層片204和第二復合材料層片214的層片端部222終止于互補位置處，使得當組裝第一層壓件206和第二層壓件216時，期望的層片接頭構造260可形成在第一復合材料層片204和第二復合材料層片214之間。
[0064]圖12示出了組裝在界面區(qū)域固化工具266上的第一層壓件206和第二層壓件216，并圖示了一個第一復合材料層片204在一對第二復合材料層片214之間的交錯。該方法可包括:將界面區(qū)域256支撐在界面區(qū)域固化工具266上。第一層壓件206和第二層壓件216的其余部分(例如，第一固化部分208和/或第二固化部分218)可以不受界面區(qū)域固化工具266的支撐，而是可由一個或多個簡單的層壓件支撐件268支撐，或者采取不需要沿著復合材料組件200的長度的全工裝(fulI tooling)的另一方式。
[0065]本公開方法包括:使第一未固化部分210中的第一復合材料層片204與第二未固化部分220中的第二復合材料層片214交錯，以形成界面區(qū)域256。可在組裝第一層壓件206和第二層壓件216之前拆除層片分離器252。如上所述，層片分離器252可允許各個第一復合材料層片204和第二復合材料層片214張開，以促進配合的復合材料層片在初始組裝配合的層壓件期間的部分插入。
[0066]在組裝第一層壓件206和第二層壓件216期間，本方法可包括:在界面區(qū)域256內(nèi)使第一未固化部分210的至少一個第一復合材料層片204與第二未固化部分220的至少一個第二復合材料層片214至少部分地搭接。在示出的實例中，底部的第一復合材料層片204的層片端部222可與底部的第二復合材料層片214搭接預定量，以促進負荷從第一層壓件206轉移到第二層壓件216。第一復合材料層片204的層片端部222可與第二復合材料層片214搭接至少0.5英寸的距離，以允許在復合材料層片之間轉移負荷。然而，交錯的層片254可搭接小于0.5英寸的距離，并且仍然可提供在交錯的層片254之間轉移負荷的能力。
[0067]在圖12中，層片堆疊中的兩個中間復合材料層片均被示出為形成對接接頭264。在本公開方法中，第一復合材料層片204和第二復合材料層片214均可包括非O度層片，具有非平行于復合材料組件200的主要負荷方向取向的纖維。使復合材料層片交錯的步驟可包括:將第一層壓件206的第一未固化部分210中的至少一個非O度層片與第二層壓件216的第二未固化部分220中的至少一個非O度層片對接。
[0068]在一些實例中，第一鋪層202和第二鋪層212的層片端部222可終止，以在每個對接接頭264處提供預定間隙。例如，第一鋪層202和第二鋪層212可被布置成使得當組裝第一層壓件206和第二層壓件216時，第一復合材料層片204和對應的第二復合材料層片214的層片端部222之間的對接接頭264提供層片端部222之間小于0.25英寸的間隙。在其它實例中，層片端部222之間的對接接頭264的間隙可小于0.10英寸。橫跨每個對接接頭264(例如從第一復合材料層片204到第二復合材料層片214)的負荷轉移可由位于對接接頭264的正上方和/或下方的復合材料層片來提供。
[0069]對于圖12所示的層壓件，第一復合材料層片204和第二復合材料層片214均包括O度層片244，其中纖維平行于主要負荷方向取向。使第一復合材料層片204和第二復合材料層片214交錯的步驟可包括:使第一層壓件206的第一未固化部分210中的至少一個O度層片244與第二層壓件216的第二未固化部分220中的至少一個O度層片244搭接，以形成搭接接頭。然而，非O度層片244還可包括搭接接頭262。
[0070]圖12示出了通過將頂部的第二復合材料層片214搭接在第一復合材料層片204上而形成的搭接接頭262。在搭接接頭中，第一層片鋪層和第二層片鋪層可被布置成使得復合材料層片可與另一復合材料層片搭接至少0.5英寸的距離，以允許復合材料層片之間的負荷轉移，但是可設置更小的搭接部。搭接接頭262和交錯的層片254允許橫跨第一復合材料層壓件和第二復合材料層壓件的O度層片244轉移負荷。
[0071]第一層壓件206和第二層壓件216可被定位并組裝在界面區(qū)域固化工具266上，界面區(qū)域固化工具266的尺寸、形狀和構造可以這樣設置，S卩:在使界面區(qū)域256固化期間支撐界面區(qū)域256，以將第一層壓件206結合至第二層壓件216而形成通用化的復合材料組件200。界面區(qū)域固化工具266可稍微延伸(例如，若干英寸)超出第一層壓件206和第二層壓件216相應的未固化部分210、220的邊界，并延伸進入第一固化部分208和第二固化部分218的一部分中，以避免如果界面區(qū)域固化工具266終止于相應的第一固化部分208和第二固化部分218的邊緣較短處則可能在第一未固化部分210和第二未固化部分220的下側出現(xiàn)的界線(mark-off)。每一個第一層壓件206和第二層壓件216的固化部分208、218可由一個或多個簡單的層壓件支撐件268支撐，從而不需要最終固化工具延伸達到通用化的復合材料組件200的完整長度和寬度。
[0072]一個或多個加熱機構可對界面區(qū)域256實施局部加熱。例如，一個或多個局部加熱裝置330可施加在界面區(qū)域256上。還可包括一個或多個局部加熱裝置330以對界面區(qū)域固化工具266進行直接加熱(例如，使用諸如嵌入固化工具中的電阻絲的加熱元件)，以施加熱336使界面區(qū)域256固化。另外，可實施一個或多個壓力施加機構將壓制壓力施加至界面區(qū)域256。例如，壓釜332可施加在界面區(qū)域256上，以將熱336和壓制壓力334施加至界面區(qū)域256供在壓熱器外固化。替代地，雙真空袋壓實組件(未示出)可施加在界面區(qū)域256上，以在壓熱器外的過程中將壓制壓力334施加至界面區(qū)域256。
[0073]在一些實例中，可實施傳統(tǒng)的真空袋320以為復合材料鋪層施加壓制壓力334，該復合材料鋪層由為了諸如在壓熱器外固化過程中以小于I個大氣壓力進行固化而制定的樹脂形成。然而，復合材料組件200可具有足夠小的尺寸以裝配在壓熱器的內(nèi)側，使得界面區(qū)域256可支撐在界面區(qū)域固化工具266上并被真空袋壓成型，以在使用壓熱器加熱來加熱界面區(qū)域256的同時將增加的壓制壓力334施加至界面區(qū)域256。
[0074]在任何的上述固化實例中，使界面區(qū)域256固化的步驟可包括:加熱界面區(qū)域256;以及在加熱并固化界面區(qū)域256時防止加熱鋪層的限定了第一固化部分208和第二固化部分218的那部分。在這方面，一個或多個溫度控制裝置290可施加至或定位在第一固化部分208和/或第二固化部分218上(例如，上面和/或下面)，以防止這些部分在界面區(qū)域256固化期間過熱。例如，上述的冷卻夾套292可直接地定位在第一固化部分208和第二固化部分218的頂部上。諸如水的冷卻流體可采取上述方式穿過冷卻夾套292流通，以將第一固化部分208和/或第二固化部分218的溫度維持為低于預定值。
[0075]圖13示出組裝第一層壓件206和第二層壓件216的實例，其中所有的第一復合材料層片204和第二復合材料層片214都可以是交錯的。第一鋪層202和第二鋪層212可被布置成使得第一復合材料層片204的層片端部222與第二復合材料層片214的層片端部222在每一個搭接接頭262中均搭接相同的量。
[0076]圖14另外示出了層片堆疊中的搭接接頭262在界面區(qū)域256內(nèi)被錯開，作為一種手段避免了界面區(qū)域256中的接頭或拼接件的積累堆積。在一些實例中，本公開方法包括:在結合第一層壓件206和第二層壓件216的層片堆疊中錯開至少兩個層片接頭260。在這方面，第一層壓件206和第二層壓件216可被構造成使得兩個或更多個搭接接頭262是未錯開的，致使層片接頭260與另一層片接頭豎直對準。在其它實例中，所有的接頭都可在界面區(qū)域256內(nèi)相對于彼此錯開。使層片接頭260錯開可優(yōu)選作為一種手段來避免復合材料層壓件的厚度的局部增加。
[0077]圖15示出了45度層片246的俯視圖，其可被包括在相應的第一層壓件206和第二層壓件216的第一復合材料層片204或第二復合材料層片214之一中。45度層片246可由布置為彼此平行的多條單向帶242形成，使得單向帶242的帶側面彼此抵接。單向帶242的帶端部243可被垂直于帶側面切割，以簡化帶鋪放過程。例如，通過垂直于帶側面切割帶端部243，自動鋪帶機284(ATLM)(參見圖21)不需要在每個帶端部處進行獨特斜切，這可減少鋪放復合材料層片所需要的時間量。在這方面，對于其中至少一個復合材料層片是由具有垂直的帶端部243的單向帶242形成的非O度層片或非90度層片(例如，+/-45度層片246)的任何鋪層，鋸齒狀邊緣240可沿著復合材料層片的一個或多個側面，諸如沿著第一未固化部分210和/或第二未固化部分220的側面形成，如圖15所示。
[0078]圖16示出了結合在界面區(qū)域256中的圖15的第一層壓件206和第二層壓件216的組裝，并圖示了單向帶242的帶端部的交錯。在本公開方法中，使第一層壓件206和第二層壓件216交錯的步驟可包括:將第一復合材料層片204的單向帶242的帶端部插入一對第二復合材料層片214之間。45度的第一復合材料層片204的帶端部可搭接45度的第二復合材料層片214的帶端部。然而，具有不同纖維取向的第二復合材料層片214(例如，非45度層片)可搭接45度的第一復合材料層片204。
[0079]圖17是示出圖16的界面區(qū)域256的截面圖，并圖示了夾在一對第二復合材料層片214之間的第一復合材料層片204的帶端部243。帶端部243的搭接距離可類似于上述關于圖12所示的搭接接頭262的搭接距離。雖然未示出，但是界面區(qū)域256內(nèi)的兩個或更多個接頭可被錯開。例如，如果一個層(例如，層3)為具有鋸齒狀搭接接頭262的45度層片248，并且另一層(例如，層5)為45度層片248，則兩個45度層片的搭接接頭262可相對于彼此且相對于其它層錯開，以避免厚度的局部堆積，該局部堆積否則可能致使復合材料組件200中的凸點或脊。
[0080]圖18示出了第一層壓件206和第二層壓件216的實施方式，其被構造成使用復合材料拼接件280進行結合，以在界面區(qū)域256內(nèi)將第一復合材料層片204和第二復合材料層片214拼接在一起。第一鋪層202和第二鋪層212可單獨鋪放，使得層片端部222終止于錯開布置中。層片分離器252可插入在位于相應的第一未固化部分210和第二未固化部分220內(nèi)的一對或多對相鄰的第一復合材料層片204和第二復合材料層片214之間，以在使固化部分208、218初始固化期間防止復合材料層片之間發(fā)生粘合。
[0081]圖19示出了在拆除層片分離器252之后的圖18的第一層壓件206和第二層壓件216。圖20示出了組裝到一起的第一層壓件206和第二層壓件216，并圖示了第一層壓件206的一個第一復合材料層片204與第二層壓件216的一對緊鄰的第二復合材料層片214交錯。對接接頭264可形成在位于交錯的層片254上方的層片之間。其余的層片在第一復合材料層片204和第二復合材料層片214的層片端部222之間可具有越來越寬的間隙，以容納(結合圖21討論的)復合材料拼接件280的拼接件層片282的傾斜角度。
[0082]圖21是圖20的第一層壓件206和第二層壓件216的側視圖，圖示了在界面區(qū)域256中將一個或多個拼接件層片282鋪放在第一復合材料層片204和第二復合材料層片214上的步驟。復合材料拼接件層片282可手動鋪放或者以自動的方式(諸如用自動鋪帶機284(ATLM))鋪放。然而，可實施其它自動過程(例如，纖維放置、絲線纏繞)以將拼接件層片282鋪放在界面區(qū)域256內(nèi)。與鋪放的方式無關，鋪放一個或多個拼接件層片282的步驟可包括:將至少一個拼接件層片282搭接在至少一個第一復合材料層片204和至少一個第二復合材料層片214上。
[0083]可在界面區(qū)域256中將多個復合材料拼接件層片282鋪放在第一復合材料層片204和第二復合材料層片214上，以形成復合材料拼接件280而將第一層壓件206和第二層壓件216拼接在一起。第一鋪層202和第二鋪層212可被構造成使得帶端部243以致使拼接件層片282的堆疊漸縮的方式終止。在這方面，第一鋪層202和第二鋪層212的帶端部243可被錯開，使得每一個復合材料拼接件層片282均與第一復合材料層片204和/或第二復合材料層片214以大于1:1的傾斜率進行搭接。傾斜率可被設計成避免應力集中，否則如果拼接件層片282與第一復合材料層片204和第二復合材料層片214之間所有的搭接接頭262都發(fā)生在大約相同的位置中，則將會發(fā)生上述應力集中。
[0084]在一些實例中，第一鋪層202和第二鋪層212可被構造成使得拼接件層片282的鋪放可提供大于20:1的傾斜率，諸如為大約30:1的傾斜率。每個拼接件層片282與第一復合材料層片204和第二復合材料層片214的搭接距離可類似于以上關于圖12的搭接接頭262所描述的搭接距離。在一個實例中，搭接接頭262可允許拼接件層片282與第一復合材料層片204之間以及拼接件層片282與第二復合材料層片214之間搭接大約0.25英寸。然而，可在搭接接頭262中提供任何的搭接量，包括大到0.50英寸以上的搭接。
[0085]圖22示出了第一層壓件206和第二層壓件216在界面區(qū)域固化工具266上的組裝。界面區(qū)域固化工具266的尺寸可被確定為并被構造成類似于關于圖12所示的界面區(qū)域固化工具266描述的尺寸和構造。第一固化部分208和/或第二固化部分218的大部分可能總體不受界面區(qū)域固化工具266的支撐，而是可由簡單的層壓件支撐件268支撐。上面關于圖12描述的任何一個加熱機構和/或壓力施加機構可實施局部加熱，并將壓制壓力334施加至圖22的界面區(qū)域256中的復合材料拼接件280以及第一未固化部分210和第二未固化部分220。在這方面，該方法可包括:在未固化部分210、220中使拼接件層片282與第一復合材料層片204和第二復合材料層片214的未固化部分210、220共固化，以形成第一層壓件206和第二層壓件216的通用化的復合材料組件200。
[0086]圖23是水平尾翼104的立體圖。水平尾翼104可由具有復雜幾何形狀并被設計成形成為單個一體式通用化的復合材料組件200的復合材料結構代表。在示出的實例中，水平尾翼104是具有復合材料外蒙皮106的閉合盒結構，該復合材料外蒙皮106由諸如復合材料梁110的多個內(nèi)部復合材料部件支撐并且包封所述多個內(nèi)部復合材料部件。
[0087]圖24是沿著圖23的線24截取的水平尾翼104的端視圖，示出了內(nèi)部部件108作為三個復合材料梁110，定位在由蒙皮106限定的水平尾翼104的內(nèi)部內(nèi)。在示出的實例中，每一個復合材料梁110具有C形橫截面。每個C形橫截面均包括將與蒙皮106相接的一對突出部114互連的腹板112。
[0088]應當指出的是，雖然本公開描述了一種用于使C形復合材料梁110與水平尾翼104的外蒙皮106的復合材料層片交錯并共固化的方法，但是非限制性地，可實施本公開方法使具有任何尺寸、形狀和構造的復合材料結構交錯并共固化。進一步在這方面，本公開方法并不限于使閉合的盒結構交錯并共固化，并且可延伸至使非閉合結構(諸如平的和/或彎曲的面板)交錯并共固化，該非閉合結構可與一個或多個復合材料結構(諸如縱梁、加強筋、梁、夾子、支架、倍加裝置或任何其它類型的復合材料結構)交錯并共固化。
[0089]甚至進一步地，該方法可包括:使一個(或多個)附加鋪層的額外未固化部分與第一層壓件206和第二層壓件216交錯。例如，相應的第一層壓件206和第二層壓件216的第一未固化部分210和第二未固化部分220可被交錯，并且所獲得的界面區(qū)域256可與第三層壓件(未示出)的第三未固化部分一體地共固化。在這方面，任何數(shù)量的復合材料層壓件可被交錯，并且所獲得的界面區(qū)域256可使用本文中公開的方法一體地共固化。
[0090]圖25是圖24的一個梁110的端視圖，示出了梁110的腹板112、突出部114和半徑116。在示出的實例中，腹板112可包括梁110的第一固化部分208，并且位于腹板112每側的突出部114和半徑116均可包括梁110的第一未固化部分210。如下所述，梁110可設置成使得腹板112被完全固化，并且位于腹板112相對兩側的突出部114和半徑116可設置成未固化狀態(tài)或部分固化狀態(tài)(例如，小于完全固化的10%)。另外，水平尾翼104的蒙皮106可設置成未固化狀態(tài)(例如，未處理狀態(tài))。替代地，蒙皮106的與突出部114交界的區(qū)域可被部分固化成相對較低的固化狀態(tài)(例如，小于完全固化的1 % )，以促進蒙皮106與突出部114的交錯。
[0091]圖26示出了將復合材料層片鋪放在鋪層固化工具250上，以鋪放并固化復合材料梁110。多個層片分離器252之一可被包括在至少一對復合材料層片之間。層片分離器252可插入至未固化部分內(nèi)的任何深度。如上面所指出的，梁的每個未固化部分均可包括突出部，并且可另外包括半徑且可能包括腹板的一部分。層片分離器252可部分地插入突出部114的未固化部分中，或者層片分離器252可插入突出部114和半徑116中，直至半徑116與腹板112的過渡點。如上面所指出的，層片分離器252可在使梁的固化部分(例如，腹板112)固化期間防止相鄰復合材料層片的粘合。層片分離器252可允許復合材料層片張開，以方便插入一個或多個蒙皮106復合材料層片。
[0092]圖27圖示了將復合材料梁110真空袋壓成型在鋪層固化工具250上，以使第一固化部分208(例如，腹板)固化。一對溫度控制裝置290可被定位在每一個第一未固化部分210(例如，每個突出部114和對應的半徑116)上，以防止未固化部分的固化。如上面所指出的，未固化部分可以是完全未固化的，或者可進入部分固化狀態(tài)(諸如小于完全固化的10%)。在一個實例中，未固化部分可進入大約5%的固化狀態(tài)。
[0093]在本文公開的任何一個實例中，未固化部分可部分地被固化，使得未固化部分的玻璃化轉變溫度(Tg)高于室溫(例如，大致70華氏度)，導致樹脂成為玻璃狀，并且致使未固化部分中的復合材料層片的剛度增加。在圖27所示的梁110的情況下，突出部114和半徑116復合材料層片的未固化部分的剛度增加可促進突出部114復合材料層片與蒙皮106復合材料層片的交錯。另外，未固化部分的部分固化可減少或消除復合材料層片的未固化部分的粘著，這也可促進復合材料層片的交錯。
[0094]在一些實例中，可實施計算機模擬工具，以在復合材料層壓件在受熱環(huán)境(諸如在爐或壓熱器中)中固化期間預測復合材料層壓件的局部溫度輪廓。這樣的計算機模擬工具可允許在規(guī)定的固化溫度輪廓期間預測復合材料層壓件進入固化狀態(tài)。以這種方式，可監(jiān)測復合材料層壓件的溫度和時間參數(shù)，以在使固化部分完全固化的同時在未固化部分中實現(xiàn)限量的樹脂固化。
[0095]圖28是定位在一對外模線(OML)工具半體302之間的水平尾翼104的復合材料梁110和復合材料蒙皮106的側視圖。多個半徑工具306可定位在每個突出部114的相對兩側和對應的半徑116上。半徑工具306可在固化期間促進將壓制壓力334局部施加到半徑116、突出部114和蒙皮106上。
[0096]圖29是包括一對OML工具半體302的OML工具300的實例的立體圖WML工具半體302均可具有工具突出部304，用于沿著OML工具300的相對兩側上的接縫結合OML工具半體302。可實施OML工具300來加固并固化梁110和蒙皮106的復合材料組件200(抵著OML工具300的內(nèi)表面)，以將水平尾翼104形成為通用化的復合材料組件200。
[0097]圖30是OML工具300的截面圖，示出了復合材料梁110和復合材料蒙皮106的組裝。如上面所指出的，每個復合材料梁110的腹板112部分可在將梁110組裝到蒙皮106的內(nèi)側之前完全被固化。蒙皮106可設置為未固化狀態(tài)。替代地，蒙皮106的大部分可完全被固化，除了蒙皮106的與復合材料梁110的未固化部分交錯和/或一體地共固化的區(qū)域。
[0098]圖31示出了在一個梁110的對置突出部的一對復合材料層片之間交錯的蒙皮106的復合材料層片。如上面所指出的，在使腹板112(例如，固化部分)固化之前，層片分離器252可初始被安裝在突出部114(例如，未固化部分)的一個或多個復合材料層片之間，以防止突出部114復合材料層片彼此粘合，使得復合材料層片可在組裝梁110和蒙皮106期間張開。
[0099]圖31圖示了可沿著每個梁110的位于每個突出部114的背面上的上突出部114和下突出部114的長度進行安裝的半徑填料118。在將半徑工具306定位在每個突出部114的每側上(如圖所示)之后，真空袋320可安裝在梁/蒙皮組件的每個灣部(bay)中。灣部可被描述為由一對梁110和上下蒙皮106表面包圍的區(qū)域。真空袋320還可沿著OML工具接縫位于尾梁110與配合的OML工具半體302之間。
[0100]真空壓力可施加至真空袋320，導致將壓制壓力334施加至蒙皮106以抵著OML工具300的內(nèi)表面。另外，真空袋320可將壓力施加至半徑工具306，半徑工具306又可將壓制壓力334施加至梁110的突出部114和半徑116的未固化部分?？山?jīng)由加熱OML工具300將熱施加至梁和蒙皮的未固化部分。例如，OML工具300可定位在壓熱器或爐內(nèi)。來自OML工具300的熱量可加熱蒙皮106，蒙皮106又可加熱每個梁110的未固化的突出部114和半徑116，并且允許加固并最終固化梁110和蒙皮106。
[0101]有利地，使每個梁110的腹板112預先固化可減少必須傳導熱量以使梁的突出部和半徑完全固化的距離。還可使用加熱元件、輻射加熱或任何其它類型的加熱來加熱復合材料組件。在完成固化之后，真空袋320和半徑工具306可從水平尾翼104的內(nèi)部拆除。OML工具半體可被分離，以允許拆除圖32所示的通用化的水平尾翼104。
[0102]有利地，本公開方法減少了在其它情況下可能需要聯(lián)接復合材料零件的緊固和/或粘合。緊固和/或粘合的減少可允許減少具有可能需要進行緊固和/或以粘合劑粘合這樣的復合材料零件的嚴格尺寸公差的表面數(shù)目。如可認識到的，緊固件數(shù)量的減少、粘合的減少以及嚴格尺寸公差要求的減少可轉換成與工裝設計、零件組裝和零件檢測相關的成本和時間的減少。嚴格尺寸公差要求的減少還可減少或避免設計工裝以適應可能由于復合材料零件固化而發(fā)生的零件翹曲的需要。另外，緊固件的減少可致使固化的復合材料組件的重量減少。
[0103]與在復合材料組件中減少或避免使用緊固件相關的進一步優(yōu)點是提高了層壓件機械性能。例如，某些復合材料結構可基于復合材料面板的開孔壓縮(OHC)強度進行設計。OHC強度可應用于緊固結構的設計中，作為一種手段在失去緊固件的情況下防止結構失效。OHC強度的施加可能要求厚度的局部增加，這可轉換成結構重量的增加。有利地，通過使用本文中公開的一體共固化方法而不是使用緊固件來結合復合材料零件，在設計復合材料組件時使用OHC強度可被減少或消除，并且可應用限制較少的設計因素，這可轉換成結構重量的減少。對于諸如飛行器的重量敏感應用，結構重量的減少可轉換成飛行器操作性能的改進，諸如增加了范圍和/或提高了燃料效率。
[0104]進一步，本公開包括根據(jù)以下條款的實施方式:
[0105]條款1、一種制造復合材料組件的方法，所述方法包括以下步驟:
[0106]提供第一層壓件和第二層壓件，所述第一層壓件和第二層壓件分別由第一復合材料層片和第二復合材料層片形成，并且具有相應的第一固化部分和第二固化部分以及相應的第一未固化部分和第二未固化部分；
[0107]使所述第一未固化部分中的至少一個所述第一復合材料層片與所述第二未固化部分中的所述第二復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域;以及
[0108]使所述界面區(qū)域固化，以將所述第一層壓件結合至所述第二層壓件并且形成通用化的復合材料組件。
[0109]條款2、根據(jù)條款I所述的方法，其中，交錯的步驟包括:
[0110]將所述第一未固化部分中的至少一個所述第一復合材料層片插入所述第二未固化部分中的一對緊鄰的第二復合材料層片之間。
[0111]條款3、根據(jù)條款I或2所述的方法，其中，使所述界面區(qū)域固化的步驟包括:
[0112]加熱所述界面區(qū)域;并且
[0113]其中，當加熱所述界面區(qū)域時，對所述第一固化部分和第二固化部分的加熱少于對所述界面區(qū)域的加熱。
[0114]條款4、根據(jù)條款1、2或3中的任一項所述的方法，其中，交錯的步驟包括:
[0115]使所述第一未固化部分的至少一個所述第一復合材料層片與所述第二未固化部分的至少一個所述第二復合材料層片至少部分地搭接，以形成所述界面區(qū)域。
[0116]條款5、根據(jù)條款1、2、3或4中的任一項所述的方法，其中，交錯的步驟包括:
[0117]使用于結合所述第一層壓件和第二層壓件的至少兩個層片接頭錯開。
[0118]條款6、根據(jù)條款1、2、3、4或5中的任一項所述的方法，其中，所述第一復合材料層片和所述第二復合材料層片均包括至少一個O度層片，交錯的步驟包括:
[0119]使所述第一層壓件的所述第一未固化部分中的O度層片與所述第二層壓件的所述第二未固化部分中的O度層片搭接，以形成搭接接頭。
[0120]條款7、根據(jù)條款1、2、3、4、5或6中的任一項所述的方法，其中，所述第一復合材料層片和所述第二復合材料層片均包括至少一個非O度層片，交錯的步驟包括:
[0121]使所述第一層壓件的所述第一未固化部分中的非O度層片與所述第二層壓件的所述第二未固化部分中的非O度層片對接，以形成對接接頭。
[0122]條款8、根據(jù)條款1、2、3、4、5、6或7中的任一項所述的方法，其中，交錯的步驟包括:
[0123]使至少一個附加鋪層的額外未固化部分與所述第一未固化部分和第二未固化部分交錯，以形成所述界面區(qū)域。
[0124]條款9、根據(jù)條款1、2、3、4、5、6、7或8中的任一項所述的方法，所述方法進一步包括:
[0125]將一個或多個拼接件層片鋪放在所述界面區(qū)域中的所述第一復合材料層片和所述第二復合材料層片上。
[0126]條款10、根據(jù)條款9所述的方法，其中，鋪放一個或多個拼接件層片的步驟包括:
[0127]將至少一個所述拼接件層片搭接在至少一個所述第一復合材料層片的層片端部上以及至少一個所述第二復合材料層片的層片端部上。
[0128]條款11、根據(jù)條款10所述的方法，其中，鋪放一個或多個拼接件層片的步驟包括:
[0129]以大于1:1的傾斜率將多個拼接件層片鋪放在所述第一復合材料層片和第二復合材料層片上。
[0130]條款12、根據(jù)條款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中的任一項所述的方法，其中，使用壓熱器、壓釜、爐和散熱毯中的至少一者來執(zhí)行使所述界面區(qū)域固化的步驟。
[0131]條款13、根據(jù)條款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中的任一項所述的方法，其中，使所述界面區(qū)域固化的步驟包括:
[0132]將所述界面區(qū)域支撐在界面區(qū)域固化工具上，所述第一層壓件的其余至少一部分和所述第二層壓件的其余至少一部分不受所述界面區(qū)域固化工具的支撐。
[0133]條款14、根據(jù)條款1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13中的任一項所述的方法，其中，所述第一層壓件和第二層壓件中的至少一個所述復合材料層片是由單向帶形成且在相應的所述第一未固化部分和第二未固化部分中形成鋸齒狀邊緣的非O度層片或非90度層片，交錯的步驟包括:
[0134]將第一復合材料層片的所述單向帶的帶端部插入一對所述第二復合材料層片之間。
[0135]條款15、一種制造復合材料組件的方法，該方法包括以下步驟:
[0136]鋪放多個第一復合材料層片以形成第一鋪層；
[0137]鋪放多個第二復合材料層片以形成第二鋪層；
[0138]以形成相應的第一層壓件和第二層壓件使之各具有相應的第一固化部分和第二固化部分以及相應的第一未固化部分和第二未固化部分的方式使所述第一鋪層和第二鋪層固化；
[0139]使所述第一未固化部分中的所述第一復合材料層片與所述第二未固化部分中的所述第二復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域;以及
[0140]使所述界面區(qū)域固化，以將所述第一層壓件結合至所述第二層壓件并形成通用化的復合材料組件。
[0141]條款16、根據(jù)條款15所述的方法，其中，使所述第一鋪層和第二鋪層固化的步驟包括:
[0142]加熱所述第一鋪層和第二鋪層的限定了相應的所述第一固化部分和第二固化部分的相應部分;并且
[0143]其中，當加熱所述第一鋪層和第二鋪層的限定了相應的所述第一固化部分和第二固化部分的所述相應部分時，對所述第一鋪層和第二鋪層的限定了所述第一未固化部分和第二未固化部分的那部分的加熱少于對所述第一固化部分和第二固化部分的加熱。
[0144]條款17、根據(jù)條款15或16所述的方法，其中，使所述第一鋪層和第二鋪層固化的步驟包括:
[0145]使所述第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一個部分地固化至小于大約10%的部分固化狀態(tài)。
[0146]條款18、根據(jù)條款17所述的方法，其中，部分地固化的步驟包括:
[0147]使所述第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一個部分地固化，使得粘著得以減少。
[0148]條款19、根據(jù)條款15、16、17或18中的任一項所述的方法，其中，鋪放所述第一復合材料層片和第二復合材料層片以及交錯的步驟包括:
[0149]將層片分離器插入相應的第一未固化部分和第二未固化部分中的至少一對第一復合材料層片之間，和/或插入至少一對第二復合材料層片之間；
[0150]使所述相應的第一未固化部分和第二未固化部分至少部分地固化；
[0151]防止由于將所述層片分離器插入所述復合材料層片之間導致相應的所述第一未固化部分和第二未固化部分中的相應的所述第一復合材料層片和第二復合材料層片產(chǎn)生粘合；以及
[0152]在使所述第一復合材料層片和第二復合材料層片交錯之前拆除所述層片分離器。
[0153]條款20、一種制造復合材料組件的方法，該方法包括以下步驟:
[0154]鋪放多個第一復合材料層片和多個第二復合材料層片，以分別形成第一鋪層和第二鋪層；
[0155]使相應的所述第一鋪層和第二鋪層的第一未固化部分和第二未固化部分固化至完全固化；
[0156]使相應的所述第一鋪層和第二鋪層的第一未固化部分和第二未固化部分部分地固化至大約5% ；
[0157]在所述第二未固化部分中的一對第二復合材料層片之間使所述第一未固化部分中的至少一個所述第一復合材料層片交錯，以形成界面區(qū)域;以及
[0158]使所述界面區(qū)域固化，以形成通用化的復合材料組件。
[0159]本公開的額外修改和改進對本領域普通技術人員可能是顯而易見的。由此，本文中描述并圖示的部分的特定組合旨在僅代表本公開的某些實施方式，并非旨在用來將替代實施方式或裝置限制在本公開的精神和范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種制造復合材料組件(200)的方法，所述方法包括以下步驟: 提供第一層壓件(206)和第二層壓件(216)，所述第一層壓件和第二層壓件分別由第一復合材料層片(204)和第二復合材料層片(214)形成并且分別具有相應的第一固化部分(208)和第二固化部分(218)以及相應的第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)； 使所述第一未固化部分(210)中的至少一個所述第一復合材料層片(204)與所述第二未固化部分(220)中的所述第二復合材料層片(214)交錯，以形成界面區(qū)域(256);以及 使所述界面區(qū)域(256)固化，以將所述第一層壓件(206)結合至所述第二層壓件(216)并且形成通用化的復合材料組件(200)。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，交錯的步驟包括: 將所述第一未固化部分(210)中的至少一個所述第一復合材料層片(204)插入所述第二未固化部分(220)中的一對緊鄰的第二復合材料層片(214)之間。3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，使所述界面區(qū)域(256)固化的步驟包括: 加熱所述界面區(qū)域(256);并且 其中，當加熱所述界面區(qū)域(256)時，對所述第一固化部分(208)和第二固化部分(218)的加熱少于對所述界面區(qū)域(256)的加熱。4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，交錯的步驟包括: 使所述第一未固化部分(210)的至少一個所述第一復合材料層片(204)與所述第二未固化部分(220)的至少一個所述第二復合材料層片(214)至少部分地搭接，以形成所述界面區(qū)域(256)。5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，交錯的步驟包括: 使用于結合所述第一層壓件(206)和第二層壓件(216)的至少兩個層片接頭(260)錯開。6.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一復合材料層片(204)和所述第二復合材料層片(214)均包括至少一個O度層片(244)，交錯的步驟包括: 使所述第一層壓件(206)的所述第一未固化部分(210)中的O度層片(244)與所述第二層壓件(216)的所述第二未固化部分(220)中的O度層片(244)搭接，以形成搭接接頭(262)。7.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一復合材料層片(204)和所述第二復合材料層片(214)均包括至少一個非O度層片(246，248)，交錯的步驟包括: 使所述第一層壓件(206)的所述第一未固化部分(210)中的非O度層片(246，248)與所述第二層壓件(216)的所述第二未固化部分(220)中的非O度層片(246，248)對接，以形成對接接頭(264)。8.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，交錯的步驟包括: 使至少一個附加鋪層的額外未固化部分與所述第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)交錯，以形成所述界面區(qū)域(256)。9.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，所述方法進一步包括: 將一個或多個拼接件層片(282)鋪放在所述界面區(qū)域(256)中的所述第一復合材料層片(204)和所述第二復合材料層片(214)上。10.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，使用壓熱器、壓釜(332)、爐和散熱毯中的至少一者來執(zhí)行使所述界面區(qū)域(256)固化的步驟。11.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，使所述界面區(qū)域(256)固化的步驟包括: 將所述界面區(qū)域(256)支撐在界面區(qū)域固化工具(266)上，所述第一層壓件(206)的其余至少一部分和所述第二層壓件(216)的其余至少一部分不受所述界面區(qū)域固化工具(266)的支撐。12.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一層壓件(206)中的至少一個所述復合材料層片(204)和所述第二層壓件(216)中的至少一個所述復合材料層片(214)是由單向帶(242)形成且在相應的所述第一未固化部分(210)和第二未固化部分(220)中形成鋸齒狀邊緣(240)的非O度層片或非90度層片，交錯的步驟包括: 將第一復合材料層片(204)的所述單向帶(242)的帶端部(243)插入一對所述第二復合材料層片(214)之間。
【文檔編號】B29L31/30GK105936131SQ201610121523
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】K·D·洪費爾德, K·M·納爾遜
【申請人】波音公司