复合结构、制造该复合结构的方法以及混合式复合结构的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及复合结构、制造该复合结构的方法以及混合式复合结构。
【背景技术】
[0002]在飞机和其它行业中，使用热固性预浸带铺放技术(thermoset prepreg tapelayup technique)和高压蒸汽养护构造诸如梁和加强杆的复合结构。预浸带或丝束的带宽并排铺放，以形成被真空袋装并且被高压蒸汽养护的多层层压物。在结构需要在负载输入位置连接的一些应用中，定制的金属配件被分别加工，接着被紧固于层压物结构。诸如梁的层压物结构是通过组装两个或更多个复合层压物部件而形成的。由于这些部件的几何形状，在部件之间的接合处可能会存在间隙或腔体。为了加强这些接合处，必须将填料(有时被称为“面条(noodle)”)安装在接合处中。
[0003]上述的复合层压物构造过程是耗时、劳动密集的并且需要诸如自动化纤维放置机的昂贵资本设备。在一些情况下，这些复合层压物结构可能会比期望的情况重，因为在一些部件的某些区域中需要用层加强件。此外，需要填料，这增加了制造成本并且对于一些应用而言不能充分地加强接合处。
[0004]因此，需要一种制造复合结构的方法，该方法能减少对预浸带铺放的需要并且在结构中不存在需要填料的接合处。还需要可更容易且经济地制造同时保持所需的强度并且允许配件或其它特定特征一体化的复合结构。
[0005]本申请涉及2013年12月3日提交的美国专利申请序列号14/095，531 (代理人案卷号N0.12-1660-US-NP)和2013年12月3日与之同时提交的美国专利申请序列号14/095，711 (代理人案卷号 N0.13-0763-US-NP)。
【发明内容】
[0006]所公开的实施方式提供了一种快速容易地制造混合式复合结构并且减少对铺放叠层的需要的方法。该混合式复合结构包括被共焊接的第一热塑性部件和第二热塑性部件。第一热塑性部件被随机取向的、不连续的纤维加强，并且可通过压缩模制制造。第一部件的压缩模制允许集成一个或多个一体的配件并且形成复杂或特定的结构特征。压缩模制的使用还使结构中不存在需要填料的接合处。第二热塑性部件是被连续纤维加强的层压物，以便提供具有具体应用所需的整体强度和刚性的结构。
[0007]根据一个公开的实施方式，提供了一种制造复合结构的方法。模制被不连续的纤维加强的热塑性树脂第一部件。铺放被大体连续的纤维加强的热塑性树脂第二部件。第一部件和第二部件被共焊接。
[0008]根据另一个公开的实施方式，提供了一种制造复合结构的方法。模制具有腹板和与腹板成一体的至少一个凸缘的被纤维加强的热塑性部件。将被纤维加强的热塑性盖铺放并且放置在凸缘上。将热塑性盖与凸缘连接。
[0009]根据另一个实施方式，提供了一种制造复合梁的方法。使用热塑性预浸片模制梁，并且使用热塑性预浸带制造至少一个盖。盖和梁被共焊接。
[0010]根据其它实施方式，混合式复合结构包括第一热塑性树脂部件和第二热塑性树脂部件。第一热塑性树脂部件被不连续的纤维加强，并且第二热塑性树脂部件被连续的纤维加强并且连接到第一热塑性树脂部件。
[0011]根据另一个实施方式，一种复合结构包括由被随机取向的、不连续的纤维加强的热塑性树脂形成的复合梁。梁包括腹板和与腹板成一体的一对凸缘。复合结构还包括与凸缘之一连接的至少一个复合盖。复合盖由被连续的纤维加强的热塑性树脂形成。
[0012]特征、功能和优点可独立地在本公开的各种实施方式中实现，或者可组合在其它实施方式中，在所述其它实施方式中，可参照下面的描述和附图发现其它细节。
【附图说明】
[0013]表征示例性实施方式的新颖特征在随附的权利要求书中阐述。然而，当结合附图阅读时，将通过下面参照本公开的示例性实施方式的详细描述最佳地理解示例性实施方式以及这些实施方式的优选使用模式、其它目的和优点，其中:
[0014]图1是根据所公开的方法制造的具有一体配件的混合式复合结构的立体图的图不O
[0015]图2是图1的混合式结构的分解立体图的图示。
[0016]图3是沿着图1中的3-3线截取的剖视图的图示。
[0017]图4是图3中的被指定为图4的区域的图示。
[0018]图5是热塑性预浸料片的平面图的图示。
[0019]图6是将盖铺放在模制的复合凸缘上的自动化纤维放置机的立体图的图示。
[0020]图7是连续压缩模制机的图解侧视图的图示。
[0021]图8是根据所公开的方法制造的波状外形的混合式复合帽纵梁的立体图的图示。
[0022]图9是根据所公开的方法制造的波状外形的混合式复合框架构件的立体图的图不O
[0023]图10是制造混合式复合结构的方法的流程图的图示。
[0024]图11是示出所公开的方法的另外细节的流程图的图示。
[0025]图12是飞机制造和维修方法的流程图的图示。
[0026]图13是飞机的框图的图示。
【具体实施方式】
[0027]首先，参照图1和图2，混合式复合结构20大体上包括模制的第一复合部件22和用于加强并且硬化第一部件22的层压的第二部件36。在范例中，第一部件22包括由模制的热塑性复合物(TPC)材料形成的整体梁22，然而，如随后将讨论的，第一部件22可具有适于针对特定应用传递负载的各种形状和构造中的任一个，包括沿着其长度具有一个或多个弯曲或轮廓的形状。第二部件36包括接合梁22的TPC盖36。
[0028]梁22包括由中心腹板24连接从而形成I形横截面的一对凸缘26。腹板24可包括一个或多个减重孔34，以减轻梁22的重量。梁22还包括位于其相对两端的一对配件30。在图示的示例中，配件30包括与腹板24和凸缘26形成一体的TPC凸耳32。然而，示例性的凸耳32只是可使用下述模制技术与梁22形成一体的各种配件和特征的示例。此外，配件30可包括与TPC腹板24和TPC凸缘26共模制的金属配件。TPC盖36是覆盖各凸缘26并且共焊至各凸缘26的层压物。TPC层压物盖36用于硬化并且加强模制的TPC梁22。
[0029]现在，还参照图3，整体梁22的各凸缘26与腹板24和凸耳32形成一体。凸缘26和腹板24形成不存在需要填料的腔体或间隙的连续T形横截面。如图4中所示，梁22由模制的热塑性树脂42形成，该模制的热塑性树脂被分散的、随机取向、不连续的纤维44加强。TPC层压物盖36中的每个由包括热塑性树脂42的多个薄层形成，热塑性树脂42被具有任何所需取向或取向的组合的连续纤维40根据预定的铺层结构(未示出)加强。第一部件22和第二部件36(即，梁22和盖36)沿着对应的接合表面28、38被共焊接。可使用以下将更详细讨论的许多技术中的任一种来实施共焊接。
[0030]参照图4和图5，可通过诸如压缩模制的任何合适的模制技术来制造梁22，在压缩模制中，将一定装载量的热塑性预浸纤维片25(未示出)引入具有梁22的形状的模腔(未示出)中。将所述装载量的热塑性预浸纤维片加