使用可澆注的結構泡沫對蜂窩狀芯進行修復、拼接、接合、機械加工和穩定化的方法及結構的製作方法

2023-07-04 20:57:16

使用可澆注的結構泡沫對蜂窩狀芯進行修復、拼接、接合、機械加工和穩定化的方法及結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及使用可澆注的結構泡沫對蜂窩狀芯進行修復、拼接、接合、機械加工和穩定化的方法及結構。本發明的一種方法包括利用結構泡沫修復芯硬化結構。另一方法包括使用結構泡沫將芯構件拼接在一起。另一方法包括使用結構泡沫將芯構件接合至結構。另一方法包括在機械加工過程中使用結構泡沫來使芯構件穩定化。另一方法包括用結構泡沫使芯構件穩定化以防止芯構件在高壓釜壓力下破碎。本發明還包括一種芯硬化結構，該芯硬化結構具有帶有本文中的結構泡沫的芯構件。
【專利說明】使用可澆注的結構泡沬對蜂窩狀芯進行修復、拼接、接合、機械加工和穩定化的方法及結構
【技術領域】
[0001]本公開的一種方法涉及在蜂窩狀芯硬化結構的修復中使用可澆注的結構泡沫。本公開的另一種方法涉及使用可澆注的結構泡沫來拼接蜂窩狀芯。本公開的另一種方法涉及使用結構泡沫將蜂窩狀芯接合至結構。本公開的另一種方法涉及在機械加工過程期間使用結構泡沫為蜂窩狀芯提供穩定性。本公開的一種設備包括芯硬化結構。本公開的另一種方法涉及在高壓釜固化周期期間利用結構泡沫對蜂窩狀芯進行穩定化處理。
【背景技術】
[0002]在常規修復過程中，通過用新的蜂窩狀芯移除/替換已損壞的蜂窩狀芯來修復已損壞的芯硬化結構。該過程可能昂貴、耗時並且需要多個固化和接合過程。這就需要修復蜂窩狀芯硬化結構的改進方法。
[0003]在常規的蜂窩狀芯拼接過程中，露出的單元壁用粘合劑細緻地接合至另一蜂窩狀芯的相鄰的露出單元壁。該過程可能昂貴、耗時並且需要粘合劑固化周期。此外，該常規過程可能不適於對具有不相容的材料的蜂窩狀芯構件的拼接。這就需要拼接蜂窩狀芯的部分的改進方法。
[0004]在常規的蜂窩狀芯接合過程中，露出的單元壁用粘合劑接合至相鄰結構。該過程可能昂貴、耗時並且需要粘合劑固化周期。這就需要將蜂窩狀芯接合至相鄰結構的改進方法。
[0005]在常規的蜂窩狀芯機械加工過程中，以低至足以防止損壞不穩定的蜂窩狀芯的進給速率將蜂窩狀芯機械加工成期望的輪廓。該過程可能耗時。這就需要對機械加工蜂窩狀芯、特別是對於大單元碳預浸潰芯的改進方法。
[0006]在蜂窩狀芯硬化結構的常規固化周期中，高壓釜壓力可能引起蜂窩狀芯的破碎，除非在蜂窩狀芯上使用低的傾斜角度(bevel angle)。常規地，如果芯硬化面板的幾何形狀不允許低角度傾斜，則將必須使用大量勞動力和還可能導致顯著增加重量方面的不利因素的程序(多個固化周期)來製造芯硬化面板。因此，需要在高壓釜固化周期期間對蜂窩狀芯進行穩定化處理的改進方法。

【發明內容】

[0007]本發明一個實施方案提供一種修復芯硬化結構的方法，所述方法包括:移除所述芯硬化結構的損壞部分；將泡沫混合物澆注至腔中，所述腔由所述移除所述芯硬化結構的所述損壞部分的步驟產生；使所述泡沫混合物膨脹和填充所述腔以形成膨脹泡沫；修整所述膨脹泡沫；以及在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁。
[0008]根據上述實施方案所述的方法，其中所述損壞部分包括構造成向所述芯硬化結構提供剛度的蜂窩狀芯的一部分。
[0009]根據上述實施方案所述的方法，其中所述損壞部分包括構造成向所述芯硬化結構提供剛度的泡沫芯的一部分。
[0010]根據上述實施方案所述的方法，其中移除所述芯硬化結構的所述損壞部分的步驟包括使用孔鋸在所述芯硬化結構中產生圓形的腔。
[0011]根據上述實施方案所述的方法，其中修整所述膨脹泡沫的步驟包括將所述膨脹泡沫的上表面打磨成期望的輪廓。
[0012]根據上述實施方案所述的方法，其中修整所述膨脹泡沫的步驟包括:減小所述膨脹泡沫的所述上表面，直至所述膨脹泡沫的所述上表面與所述芯硬化結構的蒙皮表面相似為止。
[0013]根據上述實施方案所述的方法，其中在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁的步驟包括在所述膨脹泡沫上層疊多個未固化的複合層。
[0014]根據上述實施方案所述的方法，其中所述蒙皮補丁為複合材料的。
[0015]根據上述實施方案所述的方法，其中在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁的步驟包括跨越所述膨脹泡沫和相鄰的蒙皮表面而層疊複合層。
[0016]根據上述實施方案所述的方法，還包括:固化所述蒙皮補丁。
[0017]根據上述實施方案所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟包括將所述蒙皮補丁在環境溫度下保溫。
[0018]根據上述實施方案所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟在所述膨脹泡沫與所述蒙皮補丁的內表面之間產生接合。
[0019]根據上述實施方案所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟包括:使所述蒙皮補丁中的樹脂在所述膨脹泡沫與所述蒙皮補丁之間形成結構接合。
[0020]根據上述實施方案所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟不需要人工熱源。
[0021]本發明的另一實施方案提供一種修復具有第一蒙皮、芯構件以及第二蒙皮的芯硬化結構的方法，所述方法包括:移除所述第一蒙皮和所述芯構件的損壞部分；製備泡沫混合物；將所述泡沫混合物澆注至腔中，所述腔由所述移除所述第一蒙皮和所述芯構件的所述損壞部分的步驟產生；使所述泡沫混合物膨脹和填充所述腔以形成膨脹泡沫；在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁。
[0022]根據上述實施方案所述的方法，其中製備所述泡沫混合物的步驟包括混合第一樹脂組分與第二樹脂組分以形成均勻的混合物。
[0023]根據上述實施方案所述的方法，還包括:用模具工具限制所述泡沫混合物的膨脹，所述模具工具具有與所述膨脹泡沫的期望外輪廓相似的內表面。
[0024]根據上述實施方案所述的方法，還包括:在將所述泡沫混合物澆注至所述腔中之前清潔所述腔。
[0025]根據上述實施方案所述的方法，其中在所述膨脹泡沫上布置所述蒙皮補丁的步驟包括在所述蒙皮補丁上層疊多個複合層。
[0026]根據上述實施方案所述的方法，其中所述複合層為未固化的預浸潰複合材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]被視為本公開的方法和設備的特性的新穎特徵在所附權利要求中闡述。然而，每種方法和設備及優選的使用模式及其另外的目的和優點通過參照下面的詳細描述並結合附圖閱讀時將得到最佳理解，在附圖中:
[0028]圖1為說明性旋翼飛行器的側視圖；
[0029]圖2為根據說明性實施方案的轉子葉片的俯視圖；
[0030]圖3為沿圖2中剖切線3-3截取的轉子葉片的橫截面圖；
[0031]圖4為根據說明性實施方案的修復蜂窩狀芯硬化結構的方法的示意圖；
[0032]圖5為用於說明性目的的轉子葉片的一部分的俯視圖；
[0033]圖6為用於說明性目的的轉子葉片的一部分的俯視圖；
[0034]圖7為用於說明性目的的轉子葉片的一部分的俯視圖；
[0035]圖8為根據本申請的說明性實施方案的泡沫系統的部件的示意性視圖(stylizedview)；
[0036]圖9為根據本申請的說明性實施方案的用於混合泡沫系統的混合器的主視圖；
[0037]圖10為根據本申請的說明性實施方案的泡沫系統的混合物的示意性視圖；
[0038]圖1lA為沿圖7中的剖切線11A-11A所截取的轉子葉片的橫截面圖；
[0039]圖1lB為與圖1lA相似的轉子葉片的橫截面圖；
[0040]圖12為根據說明性實施方案的將芯材的一個或更多個部分拼接在一起的方法的示意圖；
[0041]圖13為根據說明性實施方案的將芯材的一個或更多個部分拼接在一起的方法的不意性俯視圖；
[0042]圖14為根據說明性實施方案的將芯材的一個或更多個部分拼接在一起的方法的不意性俯視圖；
[0043]圖15為根據說明性實施方案的將芯材的一個或更多個部分拼接在一起的方法的不意性俯視圖；
[0044]圖16為根據說明性實施方案的將芯材的一個或更多個部分拼接在一起的方法的不意性俯視圖；
[0045]圖17為根據說明性實施方案的將芯材與結構接合在一起的方法的示意圖；
[0046]圖18為根據說明性實施方案，將芯材與結構接合在一起的方法的俯視示意性視圖；
[0047]圖19為根據說明性實施方案的機械加工蜂窩狀芯的方法的示意圖；
[0048]圖20為根據說明性實施方案的機械加工蜂窩狀芯的方法的示意性橫截面圖；
[0049]圖21為根據說明性實施方案的機械加工蜂窩狀芯的示意性橫截面圖；
[0050]圖22為根據說明性實施方案的芯硬化結構的俯視圖；
[0051]圖23為根據說明性實施方案的芯硬化結構的主視圖；
[0052]圖24為根據說明性實施方案的沿圖22中的剖切線24_24所截取的芯硬化結構的橫截面圖；
[0053]圖25為根據說明性實施方案的芯硬化結構的橫截面圖；
[0054]圖26為根據說明性實施方案的芯硬化結構的橫截面圖；
[0055]圖27為根據說明性實施方案的芯硬化結構的橫截面圖；
[0056]圖28為根據說明性實施方案的芯硬化結構的橫截面圖；
[0057]圖29為根據說明性實施方案的用於芯硬化結構的高壓釜固化周期對蜂窩狀芯進行穩定化處理的方法的示意圖；
[0058]圖30為根據說明性實施方案的芯硬化結構的俯視圖；
[0059]圖31為根據說明性實施方案的芯硬化結構的主視圖；
[0060]圖32為根據說明性實施方案的沿圖30中的剖切線32-32所截取的芯硬化結構的橫截面圖；
[0061]圖33為根據說明性實施方案的用於芯硬化結構的高壓釜固化周期對蜂窩狀芯進行穩定化處理的方法的示意性橫截面圖；以及
[0062]圖34為根據說明性實施方案的用於芯硬化結構的高壓釜固化周期對蜂窩狀芯進行穩定化處理的方法的示意性橫截面圖。
【具體實施方式】
[0063]下面描述了方法和設備的說明性實施方案。為了清楚起見，在本說明書中並未對實際實施方案的全部特徵都進行描述。當然，應理解，在任何這種實際實施方案的開發中，必須做出許多與具體實施方案相關的決定以實現開發者特定目的，例如符合系統相關和業務相關的約束，這些約束隨一個實施方案與另一個實施方案將有所不同。此外，應理解，這種開發努力可能是複雜和耗時的，然而，其對於受益於本公開的本領域普通技術人員而言卻是常規任務。
[0064]在說明書中，如在附圖中描述裝置時，可以提及不同部件之間的空間關係並且可以提及各部件的不同方面的空間取向。然而，如本領域的技術人員在完全閱讀本公開之後將意識到的，本文中所描述的裝置、構件、設備等可以以任何期望的方向取向。因此，用於描述在不同部件之間的空間關係或描述這種部件的方面的空間取向的術語如「上方」、「下方」、「上」、「下」或其它類似術語，應該理解為分別描述所述部件之間的相互關係或這種部件的方面的空間取向的相對關係，因為本文中所描述的裝置可沿任何期望的方向取向。
[0065]現在參照附圖中的圖1，示出了旋翼飛行器101。旋翼飛行器101具有帶有多個轉子葉片205的轉子系統103。可以操縱每個轉子葉片205的節距以選擇性地控制旋翼飛行器101的方向、推力和升力。旋翼飛行器101還可以包括機身107、反向轉矩系統109和尾翼111。在旋翼飛行器101上的各種構件可以製造作為芯(蜂窩狀芯、泡沫芯、或蜂窩/泡沫芯)硬化結構,如本文中進一步討論的。
[0066]現在參照圖2和圖3，轉子葉片205為可以構造為具有芯以有效地提供強度和剛度的旋翼飛行器構件的一個實例。轉子葉片205可以包括前緣部207、後緣部209、根端部203以及尖端部205。在該描述性的實施方案中，上蒙皮211和下蒙皮213形成空氣動力學表面，該空氣動力學表面具有形成內部結構的翼梁構件215和芯構件217。
[0067]應理解，旋翼飛行器101僅是對能夠利用本公開的一種或更多種方法的飛行器的舉例說明。此外，轉子葉片205僅是對能夠利用本文中所公開的一種或更多種方法的多種芯硬化結構的舉例說明。例如，在另一實施方案中，芯硬化結構為水平穩定器115。
[0068]現在參照圖4，其示意性地示出了修復蜂窩狀芯硬化結構的方法401。在旋翼飛行器101的工作期間，在多種情形如物體的碰撞下可能損壞芯硬化結構。為了確保旋翼飛行器的安全，必須修復損壞的芯硬化結構。應理解，損壞可能存在於蒙皮和/或蜂窩狀芯中。然而，由於蒙皮和蜂窩狀芯接合在一起，因此移除損壞的蒙皮也需要修復蜂窩狀芯。為了說明的目的，本文中示出和描述了關於轉子葉片205的修復的方法401 ;然而，應理解，方法401可以在任意芯硬化結構上進行。
[0069]方法401可包括移除蒙皮如上蒙皮211的損壞部分和蜂窩狀芯如芯構件217的損壞部分的步驟403。為了說明的目的，圖5示出了通過切除移除在該描述性的實施方案中為圓形的損壞的蒙皮部分。此外，圖6示出了移除了損壞的芯部分，這產生了腔219。損壞的蒙皮部分和損壞的芯部分的移除例如用圓鋸進行。
[0070]方法401還可以包括用於清潔和移除在腔219中和腔219周圍的任何汙染物的步驟405。步驟405可以包括使用清潔溶液諸如基於醇的流體來移除汙染物。
[0071]方法401還可以包括用於混合和製備泡沫混合物的步驟407。現在也參照圖8至圖10，用於方法401的泡沫系統優選地為膨脹以填充芯構件217的腔219的可澆注的聚氨酯泡沫系統。在固化時，泡沫優選地為剛性的和撓性的，同時具有相對低的密度，或者密度與芯相似。在該描述性的實施方案中，泡沫系統為由斯特潘化工公司(Stepan ChemicalCompany)以Stepanfoam BX450的名稱在市場上銷售的聚異氰尿酸酯澆注泡沫系統。應充分理解，也可以使用其它泡沫系統。Stepanfoam BX450包括兩種獨立的樹脂組分，即樹脂T(按重量計70%) 805和樹脂R (按重量計30%) 803。稱量期望重量的樹脂T805和樹脂R803並且將其澆注至容器801內。以機械方式攪動樹脂T805和樹脂R803以形成均勻的混合物807。混合器901可以用於旋轉以混合樹脂T805和樹脂R803來形成混合物807。混合器901包括軸903，該軸903構造成由鑽機馬達等驅動。混合器901可包括位於第一葉片盤905和第二葉片盤907上的多個葉片。在該描述性的實施方案中，當混合樹脂T805和樹脂R803以形成混合物807時，混合器901以每分鐘3500轉的轉速旋轉10秒至15秒。
[0072]步驟409包括將泡沫混合物807澆注至腔219內。在完成步驟409中的混合之後，優選儘快將混合物807澆注至腔219內。一旦泡沫混合物807被澆注至腔219內，使泡沫混合物807膨脹並且填充腔219的空間以便形成膨脹的泡沫221 (圖7中所示)。在該描述性的實施方案中，使泡沫混合物807 「自由上升」;然而，一個替代性實施方案可以包括通過在腔219上放置上模具來限制膨脹。優選地，上模具將包括釋放排出氣體的開口。
[0073]步驟411包括在泡沫混合物807已經充分膨脹且成為半剛性之後修整膨脹的泡沫221。修整膨脹的泡沫221包括減小外表面以與上蒙皮211的外機翼表面大致一致。步驟411可以通過任意的多個過程進行，舉幾個例子，例如切削、研磨、機械加工。圖1lA為膨脹的泡沫221被修整為使得外表面與上蒙皮211的外機翼表面大致一致的舉例說明。
[0074]步驟413包括在膨脹的泡沫221上層疊複合蒙皮補丁 223並且使修復組合件固化。圖1lB中示出了描述性複合蒙皮補丁 223。在該描述性的實施方案中，複合蒙皮補丁223為多條具有樹脂(即預浸潰)的複合纖維。複合蒙皮補丁 223可以直接層疊在膨脹的泡沫221的外表面上。使複合蒙皮補丁 223和膨脹的泡沫221固化。在該描述性的實施方案中，複合蒙皮補丁 223和膨脹的泡沫221的固化在室溫下進行，使得不需要人工熱源。在另一實施方案中，蒙皮補丁 223可以是預固化的複合蒙皮補丁或者另一剛性材料，如金屬蒙皮補丁。在該實施方案中，剛性蒙皮補丁可以以粘合劑接合至膨脹的泡沫221。
[0075]如本文中進一步描述的方法401包括常規修複方法的大量優點。例如，方法401不需要分別層疊和固化複合補丁原本需要的專門的修復工具。此外，方法401也不需要使用需要提高溫度以固化的粘合劑的情況下所需要的熱設備。此外，方法401可以在現場進行，使得修復複合芯硬化結構不必在具有專門設備的設施中進行。此外，當方法401在其中複合芯為大單元(cell)芯(單元大於0.5英寸)的複合芯硬化結構上進行時，膨脹的泡沫221(修整後的)充當工具加工表面以便在固化前和固化期間為複合蒙皮補丁 223提供均勻的支撐。
[0076]應理解，方法401可以在多種芯硬化結構上進行。此外，芯硬化結構可以具有包括多種材料中的任一種，舉幾個例子，例如碳、紙、Nomex ?、玻璃纖維、Kevlar ?、塑料、金屬、泡沫的芯構件217。此外，芯構件217可以具有多種形狀，舉幾個例子，例如正方形、六邊形、橢圓形、圓形的單元構件。此外，芯構件217甚至可以不具有單元構件，特別地當芯構件217是泡沫材料時如此。
[0077]現在參照圖12，其示意性地示出了將芯材料的一個或更多個部分拼接在一起的方法1201。在芯硬化結構如轉子葉片205的製造期間，可能必須將芯材料的一個或更多個部分拼接在一起。然而，如本文中進一步描述的，拼接芯材料的常規方法具有重大缺陷。
[0078]也參照圖13，方法1201可以包括將第一芯構件1301定位成相鄰於第二芯構件1303的步驟1203。步驟1203可以在多種環境下實現。例如，可以使用工具加工將第一芯構件1301對準相鄰的第二芯構件1303 ;然而，不一定需要工具加工。使用泡沫用於拼接第一芯構件1301與第二芯構件1303的一個優點在於，接合表面的增加降低了可存在於常規粘合劑接合過程中的接合表面對準的重要性。
[0079]步驟1205包括製備和混合泡沫混合物，該步驟1205與本文中描述的關於方法401的步驟407類似。方法1201還包括用於將泡沫混合物澆注至第一芯構件1301和第二芯構件1303的單元壁共用的拼接區域中的步驟1207。在另一實施方案中，步驟1207通過將泡沫混合物澆注至拼接區域下方的腔中使得泡沫混合物膨脹和上升至拼接區域中來完成，這與如關於圖33的描述類似。當單元相對小和/或單元壁缺乏孔隙度時，這種技術是特別期望的。使泡沫混合物膨脹成膨脹的泡沫。步驟1209包括固化膨脹的泡沫。在該描述性的實施方案中，膨脹的泡沫可以在相對短的時間內在室溫下固化。方法1201的一個優點在於，該過程不需要固化常規粘合劑可能原本需要的熱設備。步驟1211可以包括修整膨脹的泡沫以與第一芯構件1301和第二芯構件1303的上表面和下表面齊平。步驟1211也可以包括在修整膨脹的泡沫的同時將第一芯構件1301和第二芯構件1303機械加工成期望的輪廓。
[0080]現在參照圖14至圖16，示出了使用方法1201將芯構件拼接在一起的示例性實施方案。特別地參照圖14，第一芯構件1301和第二芯構件1303兩者都是相同尺寸和材料的蜂窩複合芯構件。膨脹的泡沫1305接觸接合第一芯構件1301和第二芯構件1303的相鄰單元壁。特別參照圖15，第一芯構件1301和第二芯構件1303接觸接合膨脹的泡沫1305。在該描述性的實施方案中，第二芯構件1303與第一芯構件1301相比具有較小尺寸單元構件。該描述性的實施方案意在展示膨脹的泡沫1305如何對於將具有不同幾何形狀和/或單元尺寸的芯構件拼接在一起特別有利。如圖所示，膨脹的泡沫1305提供與第一芯構件1301和第二芯構件1303的單元壁的接合接觸，即使單元壁的幾何形狀沒有提供對稱的接合表面亦是如此。此外，各自具有不同幾何形狀的兩個不同芯構件的拼接在調整跨結構的剛度時特別地有用。例如，轉子葉片205可以具有拼接的芯構件使得較大芯構件位於更朝向翼梁構件215而較小芯構件位於朝向後緣209。應理解，可以採用方法1201來將任意數目的芯構件拼接在一起，且芯構件具有多種單元尺寸和幾何形狀中的任一種。
[0081]特別參照圖16，第一芯構件1301和第二芯構件1303接觸接合膨脹的泡沫1305。在該描述性的實施方案中，第二芯構件1303為不具有蜂窩型單元構件的泡沫芯。第二芯構件1303可以是具有均勻材料連續性的任意類型的支撐結構的泡沫。例如，第二芯構件可以是聚氯乙烯(PVC)類型材料。與傳統拼接粘合劑不同，方法1201特別適合用於將傳統蜂窩狀芯構件拼接至固體芯，這是由於膨脹的泡沫1305很好地粘附兩個構件。
[0082]現在參照圖17，其示意性地示出了將芯材料與結構接合在一起的方法1701。在芯硬化結構如轉子葉片205的製造期間，期望的是將芯構件如芯217鄰接地接合至結構如翼梁215(如圖3所示)。然而，如本文中進一步描述的，將芯材料接合至結構的常規方法具有重大缺陷。
[0083]也參照圖18，方法1701可以包括將芯構件1801定位成相鄰於結構1803的步驟1703。步驟1703可以在多種環境下實現。例如，可以使用工具加工用於將芯構件1801對準相鄰於結構1803 ;然而，不一定需要工具加工。使用泡沫用於將芯構件1801接合至結構1803的一個優點在於，接合表面的增加避免了在常規過程中原本可能需要的沿芯結構1801與結構1803的匹配部的細緻的粘合劑施用。
[0084]步驟1705包括製備和混合泡沫混合物，該步驟1705與本文中關於方法401描述的步驟407的類似。方法1701也包括用於將泡沫混合物澆注至芯構件1801的露出單元壁與結構1803的露出表面共用的接合區域中的步驟1707。在另一實施方案中，步驟1707通過將泡沫混合物澆注至接合區域下方的腔中使得泡沫混合物膨脹和上升進入接合區域中來完成，步驟1707類似於如關於圖33進一步描述的。當接合區域相對小且單元壁缺乏孔隙度時，這種技術是特別期望的。使泡沫混合物膨脹成膨脹的泡沫1805。步驟1709包括固化膨脹的泡沫1805。在該描述性的實施方案中，膨脹的泡沫1805可以在相對短的時間內在室溫下固化。方法1701的一個優點在於，該過程不需要固化常規的粘合劑可能原本需要的熱設備。步驟1711可以包括修整膨脹的泡沫1805以與芯構件1801和結構1803的上表面和下表面齊平。
[0085]現在參照圖19，示意性地示出了機械加工蜂窩狀芯的方法1901。在芯硬化結構如轉子葉片205的製造期間，必須將蜂窩狀芯構件如芯217 (如圖3所示)機械加工成期望的輪廓。然而，如本文中進一步描述的，機械加工芯材的常規方法具有重大缺陷。
[0086]也參照圖20和圖21，方法1901可以包括製備和混合泡沫混合物的步驟1903，該步驟1903與本文中關於方法401描述的步驟407類似。方法1901也包括將泡沫混合物澆注至坯料芯構件2001的單元中的步驟1905。在另一實施方案中，步驟1907通過將泡沫混合物澆注至單元下方的腔使得泡沫混合物膨脹和上升至單元中來完成，步驟1907類似於如關於圖33進一步描述的。當單元相對小和/或單元壁缺乏孔隙度時。這種技術是特別地期望的。使泡沫混合物膨脹成膨脹的泡沫2003。步驟1907包括固化膨脹的泡沫2003。在該描述性的實施方案中，膨脹的泡沫2003可以在室溫下固化。
[0087]步驟1901包括將包含膨脹的泡沫2003的坯料芯構件2001機械加工成期望的輪廓的步驟1909。可以使用靠模工具機(contouring machine)2005可控地切削掉包含膨脹的泡沫2003的坯料芯構件2001的不需要部分，直到獲得期望的輪廓。參照圖21，示出了最終泡沫填充的芯構件2007。在機械加工期間使用膨脹的泡沫2003來支撐蜂窩狀芯不僅增加了可以機械加工蜂窩狀芯的速度，而且使蜂窩狀芯以更不利的角度、更小厚度和複雜輪廓來機械加工。此外，膨脹的泡沫2003增加了坯料芯構件2001的強度和剛度。
[0088]現在參照圖22至圖24，示出了利用本文中所描述的一個或更多個方法製造的芯硬化結構2201。結構2201可以是多種結構構件中的任一種。例如，如圖1所示，結構2201可以是旋翼飛行器101上的面板113。結構2201可以具有上蒙皮2203、下蒙皮2205以及填充有膨脹的泡沫2209的蜂窩狀芯2207。如本文中進一步描述的，蜂窩狀芯2207可以填充有膨脹的泡沫2209並且用方法1901機械加工。
[0089]結構2201是利用填充有膨脹的泡沫2209的蜂窩狀芯2207的一個獨特的優點的說明。當填充有膨脹的泡沫時，蜂窩狀芯不僅可以更快且更精確地機械加工，而且可以將結構2201製造成使得結構本身更有效率。與傳統的複合芯結構不同，由於膨脹的泡沫2009提供了必要的強度來在結構2201固化期間耐受高壓釜壓力，因此蜂窩2007的端部可以是垂直的。在該描述性的實施方案中，端部或坡度角Al為90° ;然而，替代性實施方案可以具有小於90°的坡度角Al。例如，坡度角Al可以為75°。常規複合芯結構局限於小於27°坡度角，使得在固化周期的高壓釜壓力期間蜂窩狀芯不破碎。
[0090]現在參照圖25和圖26，示出了利用本文中所描述的一個或更多個方法製造的芯硬化結構2501。結構2501可以具有多種結構的實施方案中的任一種。例如，如圖1所示結構2501可以是旋翼飛行器101上的機身107內的底板面板。結構2501可以具有上蒙皮2503、下蒙皮2505，以及填充有膨脹的泡沫2509的蜂窩狀芯2507。如本文中進一步描述的，蜂窩狀芯2507可以填充有膨脹的泡沫2509並且用方法1901機械加工。
[0091]結構2501是對利用填充有膨脹的泡沫2509的蜂窩狀芯2507的一個獨特的優點的說明。不僅在填充有膨脹的泡沫時可以更快且更精確地機械加工蜂窩狀芯，而且可以利用結構2501來支撐施加至附接組合件如套筒組合件2511的平面外載荷，而不需要使用重的封裝化合物(potting compound)，這是因為膨脹的泡沫2509提供了必要的強度來支撐套筒組合件2511周圍的載荷。在該描述性的實施方案中，附接組合件示出為套筒組合件2511 ;然而，應理解，附接組合件可以是構造成用於耦接至設備的多種附接構件中的任一種。例如，套筒組合件2511特別地適合作為用於旋翼飛行器101的底板構件2501上的乘員座椅的安裝設備。套筒組合件2511可以具有以匹配的方式配裝在一起的上套筒2513和下套筒2515。在一個實施方案中，套筒組合件2511具有構造成用於接納座椅附接配件的內螺紋。
[0092]。特別參照圖26，結構2601與結構2501大致類似，只不同的是膨脹的泡沫2509不完全地填充蜂窩狀芯2507，而是膨脹的泡沫2509特別地位於每個套筒組合件2511均待安裝的區域中。大的底板面板結構可以具有任意多個膨脹的泡沫2509的區域，使得可以將期望的座椅構造安裝至具有與【具體實施方式】相關的組合件的結構。
[0093]現在參照圖27，示出了利用本文中所描述的一個或更多個方法製造的芯硬化結構2701。結構2701可以具有多種結構實施方案中的任一種。例如，如圖1所示，結構2701可以是旋翼飛行器101上的水平穩定器115。結構2701可以具有上蒙皮2703、下蒙皮2705、內支撐件2707、上芯構件2709、下芯構件2711、前泡沫構件2713以及尾泡沫構件2715。在該描述性的實施方案中，上芯構件2709和下芯構件2711沒有用泡沫填充，但是在替代性實施方案中上芯構件2709和下芯構件2711填充有膨脹的泡沫如膨脹的泡沫2509，如圖25所示以及本文中進一步描述的。在另一實施方案中，僅上芯構件2709填充有泡沫以提供增大的強度和剛度來耐受靠近上表面的熱誘導應力，該熱將在下文討論。
[0094]芯硬化構件2701利用前泡沫構件2713用於將上芯構件2709的和下芯構件2711的前緣與上蒙皮2703、下蒙皮2705以及內支撐件2707在結構上接合在一起。相似地，尾泡沫構件2715將上芯構件2709的和下芯構件2711的尾緣與上蒙皮2703、下蒙皮2705以及內支撐件2707在結構上接合在一起。填充和粘附品質使得可膨脹的泡沫可以唯一地能夠將位於彼此不同的平面的蜂窩狀芯構件接合。換句話說，可膨脹的泡沫可以用於接合沒有在同一平面中彼此相鄰的蜂窩狀芯構件。
[0095]在該描述性的實施方案中，可以通過組裝部件並且隨後用泡沫填充各自的腔以形成前泡沫構件2713和尾泡沫構件2715來製造芯硬化結構2701。前泡沫構件2713和尾泡沫構件2715可以由如方法401的步驟407中所描述的混合可澆注的泡沫且然後將泡沫澆注至與方法401的步驟409中所描述的相似的腔中來形成。可修整和固化膨脹的泡沫，如本文中進一步描述的。
[0096]在該描述性的實施方案中，芯硬化結構2701為可以經受來自排氣系統的熱的水平穩定器。動力學熱流動通常使結構2701的上表面經受最嚴重的熱。為了耐受該熱，上蒙皮2703由具有耐高溫樹脂如雙馬來醯亞胺(BMI)樹脂的複合系統而形成。然而，BMI樹脂通常昂貴因此使用也昂貴。就此而言，芯硬化結構2701的獨特構造抑制了從上蒙皮2703至下蒙皮2705的熱傳遞，這是因為蜂窩狀芯不從上表面延伸至下表面，而是內支撐件2707使在上芯構件2709與下芯構件2711之間的蜂窩狀芯分離，從而用作絕熱體。此外，前泡沫構件2713和尾泡沫構件2715在結構上接合上芯構件2709與下芯構件2711的同時也抑制上芯構件2709與下芯構件2711之間的熱傳遞。這種構造使得可以由具有典型的非高溫樹脂的複合系統製造下蒙皮2705，從而節省了與使用BMI樹脂相關的費用。
[0097]應理解，即使內部構件2707示出為封閉的構件，內部構件2707的幾何形狀是由具體實施方案確定的。例如，舉幾個例子，內部構件2707的替代性實施方案可以是C形、I形的，或者甚至可以是多個單一表面構件。
[0098]現在參照圖28，示出了利用本文中所描述的一個或更多個方法製造的芯硬化結構2801。結構2801可以具有多種結構實施方案中的任一種。例如，結構2801可以是旋翼飛行器上的尾梁構件。結構2801可以具有外蒙皮2803、內蒙皮2805、芯構件2807以及泡沫構件2811。在該描述性的實施方案中，芯構件2807填充有膨脹的泡沫2809 ;然而，在替代性實施方案中芯構件2807沒有膨脹的泡沫2809。如下面進一步討論的，膨脹的泡沫2809抑制了從外蒙皮2803至內蒙皮2805的熱傳遞。
[0099]芯硬化結構2801利用泡沫構件2811用於結構上接合芯構件2807的緣。填充和粘附品質使得可膨脹的泡沫可以唯一地能夠接合位於彼此不同的平面的蜂窩狀芯構件。換句話說，可膨脹的泡沫可以用於接合沒有在同一平面中彼此相鄰的蜂窩狀芯構件。
[0100]在該描述性的實施方案中，可以通過裝配各部件並且隨後用泡沫填充各自的腔以形成泡沫構件2811來製造芯硬化結構2801。泡沫構件2811可以由如方法401的步驟407中所描述的混合可澆注的的泡沫且然後如方法401的步驟409中所描述的類似地將泡沫澆注至腔中來形成。也如本文中進一步描述的，可以修整和固化膨脹的泡沫。例如，芯構件2807可以通過方法1901形成。[0101]在該描述性的實施方案中，芯硬化構件2801為可以經受來自旋翼飛行器的排氣系統的熱的尾梁構件。熱流動通常使結構2801的上表面經受最嚴重的熱。為了耐受該熱，外蒙皮2803的上部由具有耐高溫樹脂如雙馬來醯亞胺(BMI)樹脂的複合系統形成。然而，BMI樹脂通常昂貴因而使用很昂貴。就此而言，芯硬化結構2801的獨特構造抑制了從外蒙皮2803至內蒙皮2805的熱傳遞，這是因為膨脹的泡沫2809抑制了熱流動通過蜂窩狀芯2807，從而用作絕熱體。這種構造也使得可以由具有典型的非高溫樹脂的複合系統製造外蒙皮2803和內蒙皮2805的其餘部分，從而節省了與使用BMI樹脂的相關的費用。
[0102]現在參照圖29，示意性地示出了在芯硬化面板的高壓釜固化期間對蜂窩狀芯進行穩定化處理的方法2901。常規地，蜂窩狀芯需要具有低角度的傾斜緣部來防止因在固化周期中的高壓釜壓力所造成的蜂窩狀芯的破碎。常規地，如果芯硬化面板的幾何形狀不允許低角度傾斜，則芯硬化面板將必須使用大量勞動力和還會顯著增加重量方面的不利因素的程序(多個固化周期)來製造。與此相反，本公開的方法2901防止了處於任何芯斜角的蜂窩狀芯在高壓釜中破碎，同時允許在單一固化周期中固化芯硬化結構。
[0103]方法2901包括混合和製備泡沫混合物的步驟2903。步驟2903與本文中描述的關於方法401的步驟407大致類似。步驟2905包括使泡沫混合物在期望的蜂窩單元中膨脹。步驟2907包括修整膨脹的泡沫。步驟2909包括組裝複合蒙皮與蜂窩狀芯構件並且在固化周期中將複合蒙皮和蜂窩狀芯構件固化。
[0104]現在也參照圖30至圖34，進一步描述關於芯硬化面板3001的製造的方法2901。芯硬化面板3001為對任何種類的複合結構的舉例說明。例如，芯硬化面板3001可以是旋翼飛行器101的機身107內的底板面板。芯硬化面板3001可以包括上複合蒙皮3003、下複合蒙皮3005以及蜂窩狀芯構件3007。蜂窩狀芯構件3007的緣傾斜部3011用膨脹的泡沫3009填充以提供強度和剛度來防止在高壓釜固化周期期間的變形。緣傾斜部3011可以是任何傾斜角度BI並且傾斜角度不限於小於27°。在該描述性的實施方案中，傾斜角度BI大約為60°。
[0105]方法2901的步驟2905包括使泡沫混合物在期望的蜂窩單元中膨脹。特別地參照圖33，步驟2905可以通過下述過程來完成:將泡沫混合物澆注至腔工具3301中；然後，在腔工具3303上放置坯料蜂窩狀芯，使得泡沫混合物膨脹並且填充將修整以形成緣傾斜部3011的期望的蜂窩單元。在另一實施方案中，將泡沫混合物澆注至單元中。應理解，可以在泡沫混合物膨脹進入單元中之前或之後將緣傾斜部3011機械加工成坯料蜂窩狀芯。
[0106]步驟2905也可以包括調整蜂窩狀芯構件3007內的膨脹的泡沫3009的密度。例如，膨脹的泡沫的密度作為垂直高度的函數而趨於減少，同樣地，腔工具3301的高度Hl可以選擇成使得蜂窩狀芯構件3007內的膨脹的泡沫3009的密度處於期望的密度範圍內。通過調整膨脹的泡沫3009的密度，可以基於各種因素來設計強度和剛度，舉幾個例子，所述因素例如為高壓釜壓力、緣傾斜角B1、蜂窩狀芯材料。例如，期望的是，在與其中緣傾斜角BI較小的區域相比緣傾斜角BI較大處使用較高密度的膨脹的泡沫。
[0107]步驟2907可以包括修整膨脹的泡沫3009。參照圖34，其示出了完全修整的蜂窩狀芯構件3007。在該描述性的實施方案中，在將緣傾斜部3011機械加工成坯料蜂窩狀芯時修整膨脹的泡沫3009。
[0108]步驟2909包括組裝複合蒙皮與蜂窩狀芯構件並且在固化周期中將複合蒙皮和蜂窩狀芯構件固化。在該描述性的實施方案中，在包括高壓釜壓力和熱的單一固化周期中組裝之後，固化上蒙皮3003和下蒙皮3305。
[0109]以上公開的特定實施方案僅是說明性的，因為對於從本文中的教示受益的本領域的技術人員來說明顯的是，可以以不同但等效的方式對設備和方法進行修改和實施。可以在不偏離本發明的範圍的情況下對本文所描述的設備進行修改、增加或刪除。系統的部件可以是一體的或分離的。而且，系統的操作可以由更多、更少或其它部件來進行。
[0110]此外，除了如以下所附權利要求中所描述的以外，無意於對本文所示的構造或設計的細節進行任何限制。因此，明顯的是，可以對以上公開的特定實施方案進行改變或修改，並且所有這些變化被視為包含在本申請的範圍和精神之內。因此，本文所要求的保護如所附權利要求中所闡述的。
[0111]為了在解釋本文所附權利要求書中幫助專利局以及本申請所公布的任何專利的任何讀者， 申請人:希望注意的是，他們並無意於使所附權利要求中的任一項援引美國法典第35卷第112節的 第6段，因為所附權利要求中的任一項存在於本申請的申請日，除非在特定的權利要求中明確地使用了詞語「用於…的手段」或「用於…的步驟」。
【權利要求】
1.一種修復芯硬化結構的方法，所述方法包括: 移除所述芯硬化結構的損壞部分； 將泡沫混合物澆注至腔中，所述腔由所述移除所述芯硬化結構的所述損壞部分的步驟產生； 使所述泡沫混合物膨脹和填充所述腔以形成膨脹泡沫； 修整所述膨脹泡沫；以及 在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述損壞部分包括構造成向所述芯硬化結構提供剛度的蜂窩狀芯的一部分。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述損壞部分包括構造成向所述芯硬化結構提供剛度的泡沫芯的一部分。
4.根據權利要求1所述的方法，其中移除所述芯硬化結構的所述損壞部分的步驟包括使用孔鋸在所述芯硬化結構中產生圓形的腔。
5.根據權利要求1所述的方法，其中修整所述膨脹泡沫的步驟包括將所述膨脹泡沫的上表面打磨成期望的輪廓。
6.根據權利要求1所述的方法，其中修整所述膨脹泡沫的步驟包括:減小所述膨脹泡沫的所述上表面，直至所述膨脹泡沫的所述上表面與所述芯硬化結構的蒙皮表面相似為止。
7.根據權利要求1所述的方法，其中在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁的步驟包括在所述膨脹泡沫上層疊多個未固化的複合層。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述蒙皮補丁為複合材料的。
9.根據權利要求1所述的方法，其中在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁的步驟包括跨越所述膨脹泡沫和相鄰的蒙皮表面而層疊複合層。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括: 固化所述蒙皮補丁。
11.根據權利要求10所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟包括將所述蒙皮補丁在環境溫度下保溫。
12.根據權利要求10所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟在所述膨脹泡沫與所述蒙皮補丁的內表面之間產生接合。
13.根據權利要求10所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟包括:使所述蒙皮補丁中的樹脂在所述膨脹泡沫與所述蒙皮補丁之間形成結構接合。
14.根據權利要求10所述的方法，其中固化所述蒙皮補丁的步驟不需要人工熱源。
15.一種修復具有第一蒙皮、芯構件以及第二蒙皮的芯硬化結構的方法，所述方法包括: 移除所述第一蒙皮和所述芯構件的損壞部分； 製備泡沫混合物； 將所述泡沫混合物澆注至腔中，所述腔由所述移除所述第一蒙皮和所述芯構件的所述損壞部分的步驟產生； 使所述泡沫混合物膨脹和填充所述腔以形成膨脹泡沫；在所述膨脹泡沫上放置蒙皮補丁。
16.根據權利要求15所述的方法，其中製備所述泡沫混合物的步驟包括混合第一樹脂組分與第二樹脂組分以形成均勻的混合物。
17.根據權利要求15所述的方法，還包括: 用模具工具限制所述泡沫混合物的膨脹，所述模具工具具有與所述膨脹泡沫的期望外輪廓相似的內表面。
18.根據權利要求15所述的方法，還包括: 在將所述泡沫混合物澆注至所述腔中之前清潔所述腔。
19.根據權利要求15所述的 方法，其中在所述膨脹泡沫上布置所述蒙皮補丁的步驟包括在所述蒙皮補丁上層疊多個複合層。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述複合層為未固化的預浸潰複合材料。
【文檔編號】B29D24/00GK103786299SQ201310522903
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2012年10月30日
【發明者】拉梅什·蒂亞加拉詹, 羅伯特·馬克·克裡斯, 約翰·R·麥卡洛, 蘇萬卡爾·米什拉 申請人:貝爾直升機德事隆公司