構造複合結構的系統和方法

2023-10-22 19:48:32 1

構造複合結構的系統和方法
【專利摘要】一種構造複合部件的方法，該方法包括：至少進行以下兩個步驟中的一者—使材料帶相對於敷層工具的凹腔側向地對齊以及使材料帶相對於敷層工具的凹腔縱向地對齊；至少進行以下兩個步驟中的一者—使材料帶相對於敷層工具側向地延伸至預定位置以及使材料帶相對於敷層工具縱向地延伸至預定位置，其中材料帶基本呈矩形；以及使材料帶在豎向上抵接至敷層工具的凹腔，其中使材料帶縱向地延伸包括以下步驟中的至少一者：(1)測量材料帶的縱向距離；以及(2)使材料帶的縱向端部與縱向距離標記對齊，並且其中使材料帶側向地延伸包括以下步驟中的至少一者：(3)測量材料帶的側向距離，以及(4)使材料帶的側向端部與側向距離標記對齊。
【專利說明】構造複合結構的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種構造複合部件的方法、一種複合葉片構造系統、以及一種複合葉片。
【背景技術】
[0002]構造複合結構-例如複合式直升機旋翼葉片-有時需要昂貴的且費時的過程，該過程包括預先確定應用於敷層工具的材料層和/或材料層的疊層的適當尺寸。在一些情況下，為材料層和/或材料層的疊層預先確定適當的尺寸包括:將複雜的三維表面區域轉換成適當地成形並定尺寸的平面布局。根據該平面布局而定尺寸並成形的材料層和/或材料層的疊層可以構造成:當相對於敷層工具適當地定向時以及當與敷層工具的複雜的三維表面區域接連地抵接時覆蓋整個複雜的三維表面區域。隨後應用的材料層和/或材料層的疊層可以除了相對於敷層工具的複雜的三維表面區域之外還相對於先前應用的材料層和/或材料層的疊層而進一步地定尺寸和成形。在一些情況下，對包括了上述平面布局的材料層和/或材料層的疊層進行布置可能需要使用雷射投影工具，該雷射投影工具構造成將材料層和/或材料層的疊層的外周輪廓投射至敷層工具和/或已應用的材料層和/或材料層的疊層上。產生平面圖形並且使雷射投影能夠顯示到敷層工具上，這需要裝備和裝備編程時間，這會阻止快速和/或廉價地構造葉片。

【發明內容】

[0003]在本公開的一些實施方式中，提供了構造複合部件的方法，該方法包括:至少進行以下兩個步驟中的一者-使材料帶相對於敷層工具的凹腔側向地對齊以及使材料帶相對於敷層工具的凹腔縱向地對齊；至少進行以下兩個步驟中的一者-使材料帶相對於敷層工具側向地延伸至預定位置以及使材料帶相對於敷層工具縱向地延伸至預定位置，其中材料帶基本呈矩形；以及使材料帶在豎向上抵接至敷層工具的凹腔，其中使材料帶縱向地延伸包括以下步驟中的至少一者:(I)測量材料帶的縱向距離；以及(2)使材料帶的縱向端部與縱向距離標記對齊，並且其中使材料帶側向地延伸包括以下步驟中的至少一者:(3)測量材料帶的側向距離，以及⑷使材料帶的側向端部與側向距離標記對齊。
[0004]在本公開的其它實施方式中，提供了構造複合部件的方法，該方法包括:製造具有第一凹腔的第一敷層工具，該第一凹腔具有表示出複合葉片的第一外部表面的表面；用多個第一材料帶至少部分地填充第一凹腔，該第一材料帶在不將第一材料帶的視覺表徵投射到第一敷層工具上的情況下相對於第一敷層工具布置在適當位置中；以及將第一材料帶機加工以形成第一配合面。
[0005]在本公開的另外的其它實施方式中，提供了複合葉片構造系統，該複合葉片構造系統包括:具有第一凹腔的第一敷層工具、具有第二凹腔的第二敷層工具、以及刳刨機，其中刳刨機構造成沿著第一分型表面輪廓選擇性地移除從第一凹腔內延伸出的材料，並且刳刨機構造成沿著與第一分型表面輪廓互補的第二分型表面輪廓選擇性地移除從第二凹腔內延伸出的材料。
[0006]在另外的其它實施方式中，複合葉片公開為包括:第一複合結構和第二複合結構，其中第一複合結構限定複合葉片的第一外部表面，第二複合結構限定複合葉片的第二外部表面，其中，第一複合結構和第二複合結構中的至少一者包括配合面，該配合面具有由單個機加工設備限定的公差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為了更全面的理解本公開及其優點，現在結合附圖和詳細說明對以下簡要說明進行論述:
[0008]圖1是構造根據本公開的實施方式的複合部件的方法的流程圖；
[0009]圖2A是根據本公開的實施方式的複合物構造系統的傾斜前部俯視右視圖；
[0010]圖2B是圖2A的複合物構造系統的正交俯視圖；
[0011]圖3是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了在敷層工具上方伸展的第一材料帶；
[0012]圖4是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了從第一材料輥卷處切下並且下壓到敷層工具的凹腔中的第一材料帶；
[0013]圖5是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了在敷層工具上方伸展的第二材料帶；
[0014]圖6是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了從第二材料輥卷處切下並且下壓至第一材料帶上並下壓至敷層工具的凹腔中的第二材料帶；
[0015]圖7是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了在敷層工具上方伸展的第三材料帶；
[0016]圖8是圖2的複合物構造系統的正交俯視圖，其示出了從第三材料輥卷處切下並且下壓至第二材料帶上並下壓至敷層工具的凹腔中的第三材料帶；
[0017]圖9是複合物構造系統的正交主視圖，其示出了下壓至敷層工具的凹腔中的第一材料帶、第二材料帶、以及第三材料帶；
[0018]圖10是圖2的複合物構造系統的傾斜俯視後視右視圖，其示出了刳刨機並且示出了第一材料帶、第二材料帶、以及第三材料帶的被刳刨機移除的部分；
[0019]圖11是圖2的複合物構造系統的正交剖視後視圖，其示出了刳刨機、部分機加工的第一材料帶、部分機加工的第二材料帶、以及部分機加工的第三材料帶；
[0020]圖12是由圖2的複合物構造系統所構造的包括芯部材料的第一複合部件和包括芯部材料的互補的第二複合部件的傾斜視圖；
[0021]圖13是包括了通過第一結構粘合劑和第二結構粘合劑而結合的第一複合部件和第二複合部件的複合葉片的正交剖視主視圖；
[0022]圖14是根據本公開的另一實施方式的敷層工具的正交俯視圖；以及
[0023]圖15是根據本公開的實施方式的可以通過使用圖14的敷層工具而產生的複合結構的正交剖視圖。
【具體實施方式】[0024]首先應當理解的是，儘管下文提供了一個或更多個實施方式的示意性實施方案，但是所公開的系統和/或方法可以通過使用任何數量的方法來實施，無論該方法是當前已知的還是已經存在的。本公開不應以任何方式限制為下述的說明性實施方案、附圖以及方法-這些說明性實施方案、附圖以及方法包括本文所示出和描述的示例性設計和實施方案，並且本公開可以在所附的權利要求的範圍及其等價物的全部範圍內進行修改。
[0025]在一些情況下，可能需要提供這樣一種複合物構造系統:該複合物構造系統構造成允許在不需要使用預切割的材料層和/或預切割材料層的疊層的情況下構造複合結構，例如複合葉片和/或用於複合葉片的空氣動力整流罩。在本公開的一些實施方式中，公開了包括以下部分的複合物構造系統:敷層工具、從一個或更多個材料輥卷切下的一個或更多個材料帶、以及刳刨機。
[0026]現在參照圖1，在一些實施方式中，可以根據構造複合部件的方法200來使用複合物構造系統。方法200可以通過提供敷層工具而從框202開始。方法200可以通過以下步驟而在框204處繼續:從一個或更多個材料輥卷處拉取一個或更多個材料帶、將材料帶切割成預定的長度；和/或從材料輥卷處給送材料，直到相對於敷層工具與預定的位置對齊為止，並且之後切割材料帶。方法200可以通過以下步驟而在框206處繼續:用材料帶至少部分地填充敷層工具的凹腔。方法200可以通過以下步驟而在框208處繼續:使用構造成產生預定的配合面的刳刨機來機加工材料帶。上述方法200可以用一個或更多個附加的敷層工具來重複地進行，從而減少大量的內部公差變量並且使公差變量與內部配合面相關聯。通過使用每個敷層工具而產生的複合部件可以選擇性地結合在一起，以形成組合的複合結構。
[0027]參照圖2A和圖2B，分別示出了根據本公開的實施方式的複合物構造系統(CCS) 100的傾斜的前側俯視右視圖和正交俯視圖。可以將CCS100描述為總體上包括前部102、後部104、左側106、右側108、頂部110 (參見圖9、圖11和圖13)以及底部112 (參見圖9、圖11和圖13)，並且以下描述和相關附圖可以總體上利用方向標識以協助確定CCS100的和/或CCS的部件的方向定向，同時不需要使這種標識成為CCS100的方向範圍的絕對性識別。也就是說，上述方向標識總體上旨在闡明CCSlOO的部件相對於彼此的定向，並且旨在對相關附圖提供背景關係，而非旨在限制權利要求。在本公開之中，相同的方向標識用於包括了 CCS100、CCS100的部件和/或使用CCS100而構造的複合部件的描述和相關附圖中，以提供一致的框架基準。
[0028]CCS100還包括縱向軸線114、側向軸線116以及豎向軸線118。縱向軸線114總體上相對於CCSlOO在前後方向上縱向地延伸，並且在一些實施方式中可以與CCS100和/或使用CCS100構造的複合結構的縱向(展向)方向相關聯。側向軸線116總體上相對於CCS100在左右方向上側向地延伸，並且在一些實施方式中可以與CCS100和/或使用CCS100構造的複合結構的側向(弦向)方向相關聯。豎向軸線118總體上相對於CCS100在頂部-底部的方向上豎向地延伸。縱向軸線114、側向軸線116、以及豎向軸線118在原點120處彼此相交並且可以總體上描述為限定了三維笛卡爾坐標系。CCS100還包括側向均分平面122 (參見圖3至圖9)、縱向均分平面以及豎向均分平面126 (參見圖9和圖11)。側向均分平面122總體上與縱向軸線114和豎向軸線118重合。縱向均分平面總體上與側向軸線116和豎向軸線118重合。豎向均分平面126總體上與側向軸線116和縱向軸線114重合。
[0029]儘管軸線114、軸線116和軸線118以及均分平面總體上限定成反映出原點120相對於CCS100的具體方位並且反映出軸線114、軸線116和軸線118相對於CCS100的定向，但是在不影響本文所公開的CCS100和/或CCS100的部件的功能性的情況下可以以不同的方式來描述軸線114、軸線116和軸線118以及均分平面。也就是說，除非本文另有說明，否則軸線114、軸線116和軸線118以及均分平面所限定的定向設置為框架基準，可以依據該框架基準而對CCS100和CCS100的部件進行一致性的描述。
[0030]仍參照圖2A和圖2B，CCS100包括真空工作檯128、第一敷層工具130、以及第一材料輥卷132。第一敷層工具130包括第一凹腔134、第一縱向距離標記136、以及第二縱向距離標記138。第一敷層工具130總體上可以由鋼塊材料構成，第一凹腔134至少在第一敷層工具130的頂側上形成於該鋼塊材料中。在該實施方式中，第一凹腔134沿著第一敷層工具130的整體縱向長度延伸並且可以稱為附加地形成在第一敷層工具130的前側和後側中的每一者中。在一些實施方式中，第一凹腔134可以通過使用5軸切割機來機加工鋼塊材料而形成，其中5軸切割機能夠產生足以用於表現出飛行器葉片和/或用於飛行器葉片的空氣動力整流罩的外部的複雜的表面幾何形狀。在一些實施方式中，第一材料輥卷132可以由預浸潰纖維複合材料構成，該預浸潰纖維複合材料具有基本包封在能夠經由固化過程硬化的柔性基板中的半結構化織物和/或定向纖維部件。在一些實施方式中，第一材料輥卷132可以在頂側和底側中的一者或兩者上具有粘合特性。第一材料輥卷132可以具有大於第一凹腔134的最大側向寬度但小於第一敷層工具130的側向寬度的側向寬度。
[0031]在一些實施方式中，構造第一複合部件166(參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而開始:在大塊材料中形成第一凹腔134，以構造第一敷層工具130。在該實施方式中，材料可以基本成形為箱狀結構並且可以由鋼構成。然而，在替代性實施方式中，該大塊材料可以由能夠在結構上維持所需的第一凹腔134表面的任何其他合適的可機加工的和/或可模製的材料構成。接下來，第一敷層工具130可以布置在真空工作檯128上並且可以記錄和/標明第一敷層工具130的相對於真空工作檯128的方位。特別地，第一縱向距離標記136和第二縱向距離標記138可以相對於真空工作檯128的前側定位。接下來，可以在第一摺疊工具130與真空工作檯128、真空管142和/或真空泵140之間製造任何必要的和/或適當的氣動連接，以使真空壓力經由第一敷層工具130的上述真空孔道133選擇性地供應至第一敷層工具130的頂側的部分。接下來，第一材料輥卷132可以運動成與第一敷層工具130對齊，使得第一材料輥卷132的左側和右側分別延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍，但是各自沒有超出第一敷層工具130的左側和右側。
[0032]現在參照圖3，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第一材料帶144在第一敷層工具130的第一凹腔134的豎向上方延伸。在該實施方式中，第一材料帶144可以延伸超出第一敷層工具130的後側並且可以側向地對齊使得第一材料帶144的左側和右側分別延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍，但是各自沒有超出第一敷層工具130的左側和右側。
[0033]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:從第一材料輥卷132處縱向地給送材料帶144，使得第一材料帶144的後端縱向地設置成超出第一敷層工具130的後端，同時第一材料帶144在豎向上設置在第一凹腔134上方。
[0034]現在參照圖4，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第一材料帶144與第一材料輥卷132分離開，並且將第一材料帶144下壓成與第一敷層工具130的第一凹腔134抵接。在替代性實施方式中，第一材料帶144可以在底側的至少一部分上具有粘合特性，使得第一材料帶144至少暫時地粘附至第一敷層工具130。在豎向上抵接的第一材料帶144可以分別地縱向延伸超出第一敷層工具130的前側和後側並且可以分別地延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍。還示出了第二材料輥卷146。
[0035]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:使第一材料帶144與第一材料輥卷132分離開。接下來，可以使第一材料帶144與第一凹腔134在豎向上抵接。在該實施方式中，第一材料帶144可以靠著第一敷層工具130而保持。在其它實施方式中，第一材料帶144可以具有粘合特性，這種粘合特性使第一材料帶144至少暫時地緊固至第一凹腔134。接下來,可以使第二材料棍卷146運動成與第一敷層工具130對齊，使得第二材料輥卷146的左側和右側分別延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍。
[0036]現在參照圖5，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第二材料帶148在第一敷層工具130的第一凹腔134的豎向上方和第一材料帶144的豎向上方延伸。在該實施方式中，第二材料帶148可以延伸成與第一縱向距離標記136縱向地對齊，第二材料帶148可以側向地對齊，使得第二材料帶148的左側和右側分別延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍，但是各自沒有超出第一敷層工具130的左側和右側。
[0037]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:從第二材料輥卷146處縱向地給送第二材料帶148，使得第二材料帶148的後端設置成與第一縱向距離標記136縱向地對齊。在該實施方式中，由第一敷層工具130提供標記。然而，在替代性實施方式中，CCS100可以不包括標記，並且第二材料帶148可以簡單地給送至相對於第一敷層工具130的前側的預定的縱向距離，同時第一材料帶148在豎向上設置在第一凹腔134和第一材料帶144的上方。
[0038]現在參照圖6，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第二材料帶148與第二材料輥卷146分離開，並且將第二材料帶148下壓成沿第一敷層工具130的第一凹腔134的被所附接的第一材料帶144改變的表面輪廓而與第一材料帶144抵接。在該實施方式中，第二材料帶148可以在底側的至少一部分上具有粘合特性，使得第二材料帶148至少暫時地粘附至第一材料帶144和第一敷層工具130中的至少一者。在替代性實施方式中，第二材料帶148可以相對於第一敷層工具130空間固位。在豎向上抵接的第二材料帶148可以延伸成:與第一縱向距離標記136縱向對齊、超出第一敷層工具130的前側、並且分別超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍、但是各自沒有超出第一敷層工具130的左側和右側。還示出了第三材料輥卷150。
[0039]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:將第二材料帶148與第二材料輥卷146分離開。接下來，可以使第二材料帶148與第一凹腔134和/或第一材料帶144在豎向上抵接。在該實施方式中，第二材料帶148可以具有粘合特性，這種粘合特性使第二材料帶148至少暫時地緊固至第一凹腔134和/或第一材料帶144。在其它的實施方式中，第二材料帶148可以靠著第一敷層工具130和/或第一材料帶144而保持。接下來，第三材料輥卷150可以運動成與第一敷層工具130對齊，使得第三材料輥卷150的左側和右側可以側向地對齊，使得第三材料輥卷150的左側和右側分別從第一凹腔134的左側和右側中的每一者處向內地偏移。
[0040]現在參照圖7，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第三材料帶152在第一敷層工具130的第一凹腔134的豎向上方、在第一材料帶144的豎向上方、以及在第二材料帶148的豎向上方延伸。在該實施方式中，第三材料帶152可以具有小於第一材料帶144和第二材料帶148中的每一者的側向寬度的側向寬度。第三材料帶152可以延伸成與第二縱向距離標記138縱向地對齊並且可以側向地對齊，使得第三材料帶152的左側和右側分別從第一材料帶144和第二材料帶148的左側和右側中的每一者處向內偏移。第三材料帶152的左側和右側分別延伸超出第一凹腔134的左側側向範圍和右側側向範圍，但是各自沒有超出第一敷層工具130的左側和右側。
[0041]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:從第三材料輥卷150處縱向地給送第三材料帶152，使得第三材料帶152的後端設置成與第二縱向距離標記138縱向地對齊。在該實施方式中，由第一敷層工具130提供第二縱向距離標記138。然而，在替代性實施方式中，CCS100可以不包括標記並且第三材料帶152可以簡單地向外給送至相對於第一敷層工具130的前側的預定的縱向距離，同時第三材料帶152在豎向上設置在第一凹腔134、第一材料帶144、以及第三材料帶148的上方。
[0042]現在參照圖8，示出了 CCS100的正交俯視圖，其中，第三材料帶152與第三材料輥卷150分離開並且將第三材料帶152下壓成沿著第一敷層工具130的第一凹腔134的被所附接的第一材料帶144和第二材料帶148改變的表面輪廓而與第二材料帶148抵接。在該實施方式中，第三材料帶152可以在底側的至少一部分上具有粘合特性，使得第三材料帶152至少暫時地粘附至第二材料帶148、第一材料帶144、以及第一敷層工具130中的至少一者。在替代性實施方式中，第三材料帶152可相對於第一敷層工具130而空間固位。在豎向上抵接的第三材料帶152可延伸成:與第二縱向距離標記138縱向地對齊、超出第一敷層工具130的前側，並且可以側向地對齊，使得第三材料帶152的左側和右側分別從第一材料帶144和第二材料帶148的左側和右側中的每一者處向內地偏移。
[0043]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:使第三材料帶152與第三材料輥卷150分離開。接下來，可以使第三材料帶152與第一凹腔134、第一材料帶144、和/或第二材料帶148在豎向上抵接。在該實施方式中，第三材料帶152可以具有粘合特性，這種粘合特性將第三材料帶152至少暫時地緊固至第一凹腔134、第一材料帶144、和/或第二材料帶148。在其它實施方式中，第三材料帶152可以靠著第一敷層工具130、第一材料帶144、和/或第二材料帶148而保持。
[0044]在一些實施方式中，第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152中的一者或多者的上述豎直抵接可能導致帶144、帶148、帶152中的一者或多者的後部範圍因帶144、帶148、帶152在第一凹腔134的三維表面上方卷繞而縱向地向前運動。在一些實施方式中，所給送的帶144、帶148、帶152與標記136、標記138中的至少一者的對齊之間的縱向距離差、以及帶144、帶148、帶152的豎向抵接的和/或卷繞的應用，會導致預先確定所需的標記136、標記138與第一敷層工具130的前部的偏移距離。也就是說，在預先確定帶144、帶148、帶152應用到第一凹腔134時可能發生的卷繞的量之後,可以選擇帶144、帶148、帶152的在給送時的縱向長度。更具體地，可以將標記136、標記138的方位選擇為所需的複合結構的長度的函數，其中所需的複合結構的長度是基於材料帶144、材料帶148、材料帶152的材料類型和材料帶144、材料帶148、材料帶152在以上述方式應用時的預計的幾何形狀中的至少一者而計算的。在替代性實施方式中，複合結構可以包括多於三個的材料帶或少於三個的材料帶。
[0045]現在參照圖9，圖9是圖2的CCS100的正交主視圖，其示出了第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152與第一敷層工具130的第一凹腔134接連地豎直抵接。還示出了分型表面輪廓154。在該實施方式中，分型表面輪廓154可以包括與側向軸線116大致平行並且在書向上位於側向軸線116上方的線。在該實施方式中，第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152的在分型表面輪廓154的豎向的上方延伸的部分可以認定為擬除去的材料。在該實施方式中，第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152中的每一者或一些者在分型表面輪廓154的豎向的上方延伸。然而，在替代性實施方式中，一些材料帶可以不在分型面154的豎向的上方延伸。
[0046]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法可以通過以下步驟而進行:在將帶144、帶148、帶152如上所述地應用至第一敷層工具130之後，在壓熱器中將帶144、帶148、帶152固化和/或另外使帶144、帶148、帶152相對於彼此而硬化並緊固。在一些實施方式中，帶144、帶148、帶152可以在固化期間保持在第一敷層工具130上，而在其它的實施方式中，帶144、帶148、帶152可以在固化之前從第一敷層工具130處移除。在該實施方式中，帶144、帶148、帶152在固化期間相對於第一敷層工具130保持在適當的位置。在一些實施方式中，可以通過使用非破壞性評估方法來檢查帶144、帶148、帶152。在將帶144、帶148、帶152固化之後，可以將帶144、帶148、帶152從第一敷層工具130處移除並且轉移至第一機加工工具131 (參見圖10和圖11)。
[0047]現在參照圖10和圖11，CCS100的傾斜俯視後側右視圖和正交剖視後視圖示出了刳刨機156以及被部分地機加工的第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152。刳刨機156總體上可以包括軌道158、懸架160、刀架162以及刀片組件164。軌道158可以設置成與縱向軸線114大致平行並且在豎向上位於第一機加工工具131上方。第一機加工工具131基本上類似於第一敷層工具130，但是不同之處在於:第一機加工工具131可以包括一個或更多個真空孔道133，該真空孔道133在第一凹腔134與第一敷層工具130的前側、後側、左側、右側、頂側和底側中的至少一者之間延伸。真空孔道133可以經由真空管142與真空泵140流體連通。軌道158構造成選擇性地導引懸架160的縱向位移。懸架160構造成承載偏壓的刀架162並且刀架162總體上朝向第一敷層工具130受偏壓。刀架162構造成承載刀片組件164。在該實施方式中，刀片組件164總體上可以具有與分型表面輪廓154基本上互補的線性切割輪廓。然而，在替代性實施方式中，刀架組件164可以具有適用於與任何其它的適當的分型表面輪廓互補的任何其它切割輪廓。
[0048]在一些實施方式中，上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法通過以下步驟而進行:在將帶144、148、152固化之後，相對於第一敷層工具130以幾何方式調節和/或放置刳刨機156。接下來，可以將刳刨機156選擇性地控制成橫跨由軌道158所限定縱向通路-該縱向通路起始於第一敷層工具130的前部處並且終止於第一敷層工具130的後部處。在一些實施方式中，刀架162可以受彈簧偏壓或另外地被向下偏壓以保持與帶144、帶148、帶152的要被刳刨機156移除的部分接觸。接下來，刀片組件164可以以順銑慣例從右側沿正交方向觀察時在順時針方向上旋轉，使得刀片組件164趨向於朝向第一敷層工具130的後部拉動刳刨機156，並且使得刀片組件164趨向於在豎向上向下插入到要移除的材料中從而使帶144、帶148、帶152壓靠機加工工具131,而不是將帶144、帶148、帶152拉離機加工工具131。在替代性實施方式中，可以使用常規的切割，使得刀片組件164以與上述方式相反的方式旋轉。在一些實施方式中，刀片組件總體上可以具有可以相對於第一敷層工具130在豎向上浮動的線性刀片組件輪廓。在一些實施方式中，誇Ij刨機15可以是誇1J刨機。在一些實施方式中，誇1J刨機156總體上可以將材料移除以形成第一複合部件166的弦線(chord line)、弦平面(chord plane)、弧線(camber line)、和 / 或弧表面(cambersurface),但是在任何情況下均會形成第一配合面174。在一些實施方式中,通過使帶144、帶148、帶152接連地堆疊以建立豎向的疊層，並且通過隨後機加工帶144、帶148、帶152的過餘的材料以產生第一配合面174，使得第一複合部件166的外部表面能夠具有較高的精度，並且這種較高的精度總體上能夠減小公差變量的數量，使得公差變量主要包括:(I)第一材料帶144貼合至第一凹腔134所可能具有的公差；以及(2)刳刨機156將材料可靠地移除以形成第一配合面174所可能具有的公差。在上述機加工之後，第一複合部件166可以從第一機加工設備131處移除，從而完成上述的構造第一複合部件166 (參見圖12和圖13)的方法。
[0049]現在參照圖12，示出了包括第一芯部材料168的第一複合部件166和包括第二芯部材料172的互補的第二複合部件170的傾斜視圖。在該實施方式中，第一芯部材料168可以定尺寸成且成形為填充第一凹腔134內的任何其餘的空間並且從第一凹腔134處豎向地突出。在一些情況下，第一芯部材料168可以被切割成和/或機加工成補充帶144、帶148、帶152的形狀和/或輪廓。在一些情況下，第一芯部材料168可以彎曲結合至第一凹腔134內的靠著帶144、148、152的位置中。第一複合部件166可以通過使用圖2至圖11的CCS100而構造,而第二複合部件170可以通過使用CC100、但是利用了與第一敷層工具130互補的第二敷層工具而不是使用第一敷層工具130而構造。在被固化和/或從第一敷層工具130處移除時，第一複合部件166總體上可以包括第一材料帶144、第二材料帶148、以及第三材料帶152。第一芯部材料168和第二芯部材料172可包括:由金屬、紙、玻璃纖維構成的芳綸和/或蜂窩狀芯部材料；和/或任何其它的合適的芯部材料。第一複合部件166總體上包括第一配合面174 ;而第二複合部件170總體上包括第二配合面176。第一配合面174和第二配合面176彼此總體上在幾何形狀上互補，並且構造成彼此抵接。在一些實施方式中，芯部材料168、170和/或第一複合部件166和/或第二複合部件170可以形成為或機加工成接收平衡配重和/或可調節的平衡裝置。
[0050]現在參照圖13，示出了複合葉片178的正交剖視主視圖。複合葉片178包括經由第一配合面174和第二配合面176結合在一起的第一複合部件166和第二複合部件170。在該實施方式中，第一配合面174和第二配合面176分別包括第一結構增強粘合劑180和第二結構增強粘合劑182。第一結構增強粘合劑180和第二結構增強粘合劑182總體上可以包括在第一複合部件166和第二複合部件170的整體頂側上方延伸的薄片材料。在該實施方式中，結構增強粘合劑180、結構增強粘合劑182包括結構薄膜粘合劑，該結構薄膜粘合劑包括在粘合劑的層中的結構纖維。
[0051]現在參照圖12和圖13，構造複合葉片178的方法可以包括:上述的構造第一複合部件166的方法；以及基本上執行相同的方法，以通過使用與第一敷層工具130互補的第二敷層工具來構造第二複合部件170。構造複合葉片178的方法還可以包括:將第一芯部材料168插入到第一複合部件166的凹腔中；以及將第二芯部材料172插入到第二複合材料170的凹腔中。在一些實施方式中，芯部材料168、芯部材料172可以由芳綸構成，並且在一些實施方式中，凹腔的任何仍未被填充的空間可以填充有其它材料-例如閉孔聚合物泡沫。在一些實施方式中，芯部材料168、芯部材料172的添加可以先於機加工而進行，使得刳刨機156不僅可以在表皮144、表皮148、表皮152中形成配合面174、176，並且可以在芯部材料168、芯部材料172中附加地形成配合面174、176。在一些實施方式中，結構粘合劑180、結構粘合劑182可以應用到配合面174、配合面176。在一些實施方式中，結構粘合劑180、結構粘合劑182可以對芯部材料168、芯部材料172提供結構剛性。接下來，可以使得互補的配合面174、配合面176面向彼此並且之後彼此相互抵接-在一些情況下二者之間具有結構粘合劑180、結構粘合劑182，以形成複合葉片178。接下來，複合葉片178可在熱壓器中固化和/或經由任何其它合適的固化過程而進行固化。在一些情況下，在上述固化過程之前和/或之後，扭矩卷帶和/或耐磨帶可應用於複合葉片178。
[0052]現在參照圖14，示出了根據本公開的實施方式的敷層工具300的正交俯視圖。敷層工具300包括凹腔302並且基本上類似於敷層工具130，但是敷層工具300既包括縱向標記也包括側向標記。更具體地，敷層工具300包括第一縱向標記304、第二縱向標記306、第三縱向標記308、第一側向標記310、第二側向標記312、第三側向標記314、第四側向標記316、第五側向標記318、以及第六側向標記320。敷層工具300非常適合於用於構造具有複雜分布的複合材料的複合結構。例如，儘管圖13的複合葉片178包括了相對均勻地分布的材料帶和芯部材料，但是通過將單獨的材料帶和/或材料帶的部分策略性地放置於凹腔302中，即使當使用單個材料棍卷時,也能夠使複合材料具有複雜分布。在一些情況下，單個材料輥卷可以用於提供第一材料帶322、第二材料帶324、第三材料帶326、第四材料帶328、以及第五材料帶330。在一些情況下，第一材料帶322可以與第一縱向標記304和第四側向標記316均對齊地布置在凹腔302中，第二材料帶324可以與第一縱向標記304和第三側向標記314均對齊地布置在凹腔302中，第三材料帶326可以與第二縱向標記306和第二縱向標記312均對齊地布置在凹腔302中，而第四材料帶328可以與第三縱向標記308和第一側向標記310均對齊地布置在凹腔302中。在一些情況下，第五材料帶330可以布置在凹腔302中，使得第五材料帶330的一個側向邊緣與第五側向標記318對齊，並且第五材料帶330的相對的側向邊緣與第六側向標記320對齊。
[0053]現在參照圖15，示出了根據本公開的實施方式的複合部件332的正交剖視圖。複合部件332包括根據以上圖13的描述而布置的第一材料帶322、第二材料帶324、第三材料帶326、第四材料帶328以及第五材料帶330。複合部件332還可以包括外表層334、結構增強粘合劑336、以及芯部材料338。
[0054]以上公開的系統和方法可以用於以低成本的方式並且可選地以不使用相對高科技的工具和/或裝置的方式來構造複合部件。具體地，系統和方法總體上可以利用敷層工具、一個或更多個材料輥卷、機加工工具、以及刳刨機，以形成諸如用於飛行器葉片的外表皮和/或空氣動力整流罩之類的複合部件。此外，這些系統和方法可以利用芯部材料和結構增強粘合劑來填充複合部件和/或使複合部件穩固。在一些實施方式中，可以利用刳刨機來形成配合面，以便接下來配合至互補結構。在一些實施方式中，所公開的方法可以包括:不使用雷射和/或其它視覺投影的材料帶；不需要將材料帶和/或層包裝體進行格柏(gerber)切割或其它複雜的切割；無需進行布局壓平；和/或無需對材料帶和/或層包裝體進行3軸銑削。
[0055]應當了解的是，儘管以上公開了真空工作檯128和相關聯的部件，但是在替代性實施方式中，可以利用用於在上述機加工期間保持複合部件的任何其它合適的裝置。此外，儘管以上實施方式僅包括用於在布置三個材料帶的過程中使用的兩個縱向標記，但是在替代性實施方式中，可以設置有附加的標記以有助於布置更多材料帶，並且/或者可以設置有側向標記從而類似地有助於材料帶的側向布置。在一些實施方式中，標記可包括標尺、一系列均勻間隔開的標識、和/或任何其它合適的測量裝置和/或方法。在一些實施方式中，多個材料帶可以從材料輥卷處移除並且通過使用一個或更多個標記而布置在敷層工具上，使得通過使用任何數量的標記可以應用任何數量的帶。
[0056]本文所公開的系統和方法可以用在所有形式的樹脂傳遞模製、溼式複合材料絞合、和/或其他類型複合物製造中。在一些實施方式中，可使用單個材料輥捲來供應材料帶，其中材料帶被切割並且通過使用標記而布置在敷層工具上，其中標記適當地定位以對材料帶提供不同的側向(弦向)衰減或是終止方位。因此，本公開提供了可以配置成構造以下複合結構的系統和方法:該複合結構包括具有變化的弦向長度的固化的材料帶，其中，材料帶由單個材料輥卷提供。在替代性實施方式中，機加工可以通過由複寫裝置所承載的切割工具而執行，其中複寫裝置與單獨設置的主三維表面成函數地使切割工具運動。例如，切割工具的運動可以通過操作三維複寫器裝置來控制，該三維複寫器裝置追蹤主三維表面並且與主三維表面成函數地使切割工具運動。
[0057]在一些實施方式中，將包括不同側向寬度和/或方向性纖維定向的多個材料帶接連地放置在與縱向的和/或側向的標記相一致的方位中，這可以便於在不使用雷射投影和/或過度複雜的機器的情況下生產最後一件複雜的複合絞合層。在一些實施方式中，上述機加工可以在未固化和/或部分固化的材料帶上執行。在一些實施方式中，儘管可以假定為機加工過程產生複合部件的弦線、複合部件的弦平面、複合部件的弧線以及複合部件的弧表面中的至少一者，但是由於機加工中的變化和/或公差，並且/或者由於對複合結構的機加工後的改變，使得實際的弦線、弦平面、弧線和/或弧面可能不會僅由機加工過程來限定，而是受到了機器的極大的影響。在一些實施方式中，將材料帶與芯部材料同時機加工，而在其它的實施方式中，可以獨立於芯部材料的機加工而將材料帶機加工。此外，儘管上述實施方式主要公開了從位於敷層工具的縱向端部附近的材料輥卷處縱向延伸的材料帶，但是在替代性實施方式中，通過使材料帶從位於敷層工具的側向端部附近的材料輥卷處延伸和/或從相對於角和工具的任何其它方向延伸，可以完成基本上類似的材料帶延伸和/或材料帶對齊。
[0058]公開了至少一種實施方式，並且由本領域普通技術人員對實施方式和/或實施方式的特徵所作的變型、組合和/或修改落在本公開的範圍內。由對實施方式的特徵的組合、結合和/或省略而帶來的替代性實施例也落在本公開的範圍內。在明確說明了數值範圍或限制的情況下，這種所表述的範圍或限制應當理解成包括類似的數量級的落入所明確說明的範圍或限制內的迭代的範圍或限制(例如從大約I至大約10包括2、3、4、等等；大於0.1包括0.11,0.12,0.13、等等)。例如，當公開了具有下限R1和上限Ru的數值範圍時，則落入該範圍的任何數值被具體公開。特別地，在該範圍內的以下數值被具體公開:R=Rx+k* (Ru-R1),其中，k是以I %為增量在從I %至100%的範圍內變化的變量，S卩，k是
1%,2%,3%,4%,5%,......,50%,51%,52%,......95 %、96 %、97 %、98 %、99 %、或
100%。除非另有說明，否則術語「大約」的意思應當是接下來的豎直的加減10%。此外，由上述的兩個極限R值(下限值Rl和上限值Ru)所限定的任何數值範圍也被具體公開了。參照權利要求的任何元件而使用術語「可選地」，其意思是:該元件是所需要的，或替代地，該元件是不需要的，這兩種替代性解釋均落入權利要求的範圍內。開放性術語諸如「包括(comprises) 」、「包含(include) 」以及「具有(having) 」的使用應當被理解成:對封閉性術
語諸如「由......構成(consisting of)」、「主要由......構成(consisting essentially
of)」以及「基本上由......組成(comprised substantially of)」提供了支持。因此,所
保護的範圍並不是由以上進行的說明來限制，而是由以下的權利要求所限定，保護範圍包括權利要求的主題的全部等價物。各個或每個權利要求作為進一步的公開而結合到申請文件中，並且權利要求是本發明的實施方式。
【權利要求】
1.一種構造複合部件的方法，包括: 進行以下二者中的至少一者:使材料帶相對於敷層工具的凹腔側向地對齊，以及使材料帶相對於敷層工具的凹腔縱向地對齊； 進行以下二者中的至少一者:使所述材料帶相對於所述敷層工具側向地延伸至預定位置，以及使所述材料帶相對於所述敷層工具縱向地延伸至預定位置，其中所述材料帶基本呈矩形；以及 使所述材料帶在豎向上抵接所述敷層工具的所述凹腔； 其中使所述材料帶縱向地延伸包括以下二者中的至少一者:(I)測量所述材料帶的縱向距離；以及(2)使所述材料帶的縱向端部與縱向距離標記對齊，並且 其中使所述材料帶側向地延伸包括以下二者中的至少一者:(3)測量所述材料帶的側向距離，以及(4)使所述材料帶的側向端部與側向距離標記對齊。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，使所述材料帶對齊、使所述材料帶延伸、以及使所述材料帶在豎向上抵接中的至少一者是在沒有將所述材料帶的視覺表徵投射至所述敷層工具上的情況下來執行的。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括:機加工所述材料帶，以產生所述複合部件的弦線、所述複合部件的弦平面、所述複合材料的弧線、以及所述複合材料的弧表面中的至少一者。
4.根據權利要求1所述的方法,還包括:使芯部材料抵接所述材料帶。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括:機加工所述芯部材料，以產生所述複合部件的弦線、所述複合部件 的弦平面、所述複合材料的弧線、以及所述複合材料的弧表面中的至少一者O
6.根據權利要求4所述的方法，還包括:使結構增強粘合劑抵接所述芯部材料。
7.根據權利要求4所述的方法，其中，在所述材料帶與所述芯部材料之間設置至少一個附加材料帶。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述材料帶和所述至少一個附加材料帶在抵接所述芯部材料之前被固化。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括: 構造附加的複合部件，所述附加的複合部件構造成具有分別與所述複合部件的弦線、弦平面、弧線、弧表面中的至少一者互補的弦線、弦平面、弧線以及弧表面中的至少一者；以及 沿著互補的弦線、弦平面、弧線以及弧表面中的至少一者將所述複合部件和所述附加的複合部件結合。
10.一種構造複合葉片的方法，包括: 構造具有第一凹腔的第一敷層工具，所述第一凹腔具有表示出所述複合葉片的第一外部表面的表面； 用多個第一材料帶至少部分地填充所述第一凹腔，在不將所述第一材料帶的視覺表徵投射至所述第一敷層工具上的情況下將所述第一材料帶相對於所述第一敷層工具布置在適當的位置中；以及 機加工所述第一材料帶，以形成第一配合面。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括:使第一芯部材料抵靠所述第一材料帶。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括:用閉孔聚合物泡沫填充所述第一凹腔的空間。
13.根據權利要求11所述的方法，還包括:機加工所述第一芯部材料，以形成所述第一配合面。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述第一配合面與所述複合葉片的弦線、弦平面、弧線、以及孤表面中的至少一者互補。
15.根據權利要求10所述的方法，還包括: 構造具有第二凹腔的第二敷層工具，所述第二凹腔具有表示出所述複合葉片的第二外部表面的表面； 用多個第二材料帶至少部分地填充所述第二凹腔，在沒有將所述第二材料帶的視覺表徵投射至所述第二敷層工具上的情況下將所述第二材料帶相對於所述第二敷層工具布置在適當的位置中；以及 機加工所述第二材料帶，以形成與所述第一配合面互補的第二配合面。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括:使所述第一配合面抵接所述第二配合面。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括:在所述第一材料帶與所述第二材料帶之間設置第二芯部材料。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括:在所述第一配合面與所述第二配合面之間設置結構粘合劑。·
19.根據權利要求15所述的方法，其中，所述第一配合面和所述第二配合面中的至少一者與所述複合葉片的弦線、弦平面、弧線、以及弧表面中的至少一者互補。
20.一種複合葉片構造系統，包括: 具有第一凹腔的第一敷層工具； 具有第二凹腔的第二敷層工具；以及 刳刨機，所述刳刨機構造成沿著第一分型表面輪廓選擇性地移除從所述第一凹腔內延伸出的材料，並且所述刳刨機構造成沿著與所述第一分型表面輪廓互補的第二分型表面輪廓選擇性地移除從所述第二凹腔內延伸出的材料。
21.根據權利要求20所述的複合葉片構造系統，還包括以下各者中的至少一者:(I)縱向距離標記，所述縱向距離標記構造成標示出構造成應用於所述第一凹腔和所述第二凹腔中的至少一者的材料帶的縱向範圍，以及(2)側向距離標記，所述側向距離標記構造成標示出構造成應用於所述第一凹腔和所述第二凹腔中的至少一者的材料帶的側向範圍。
22.根據權利要求21所述的複合葉片構造系統，還包括:包含所述材料帶的材料輥卷。
23.—種複合葉片,包括: 第一複合結構，所述第一複合結構限定所述複合葉片的第一外部表面；以及 第二複合結構，所述第二複合結構限定所述複合葉片的第二外部表面； 其中，所述第一複合結構和所述第二複合結構中的至少一者包括配合面，所述配合面具有由單個機加工設備所限定的公差。
24.複合葉片，其中，所述配合面與所述複合葉片的弦線、弦平面、弧線以及弧表面中的至少一者互補。
25.複合葉片，其中，所述機加工設備包括刳刨機。
【文檔編號】B64C27/473GK103847107SQ201310504590
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2012年10月23日
【發明者】德魯·薩頓, 洛恩·坦·沃, 弗蘭克·布雷德利·斯坦普斯, 諾蘭·菲利普斯 申請人:貝爾直升機德事隆公司