用于复合结构的自动层叠的装置和方法

文档序号:10603832
用于复合结构的自动层叠的装置和方法
【专利摘要】一种用于复合结构的自动层叠的装置和方法。一种用于将材料层(458)形成到成形工具(220)上的装置(200)可以包括至少一个鼻状件(552),其被配置为将层板承载架(450)横向地扫到成形工具轮廓(236)上。该装置(200)可以包括一对张力臂(414),其被配置为支撑层板承载架(450)的相对的横向侧(454),该层板承载架(450)具有被安装到其下表面(452)的材料层(458)。该装置(200)可以包括一个或多个致动器(406、410),其被配置为在将层板承载架(450)形成到成形工具轮廓(236)期间定位张力臂(414)。该一个或多个致动器(406、410)被配置为在将层板承载架(450)形成到成形工具轮廓(236)期间感测和控制层板承载架(450)中的横向张力(462)。
【专利说明】
用于复合结构的自动层叠的装置和方法
技术领域
[0001]本公开总体涉及复合制造,并且更具体涉及层叠复合结构的系统和方法。
【背景技术】
[0002]复合结构被广泛用于各种应用。在飞行器构造中,复合材料被用于增加数量以形成机身、机翼、尾部和其它组件。例如,飞行器的机翼可以由复合机翼蒙皮与复合加强元件(诸如沿着机翼蒙皮的翼展方向延伸的桁条)构成。桁条可以结合到机翼蒙皮以增加机翼蒙皮的弯曲强度和刚度。
[0003]桁条可以以各种各样的横截面形状来提供。例如,桁条可以被提供为具有帽形横截面的帽桁条,且包括基底部分和从基底部分延伸的一对腹板。基底部分可以包括用于耦接(例如,结合)到蒙皮构件(诸如机翼蒙皮)的一对凸缘。桁条还可以被提供为叶片桁条,该叶片桁条具有T形横截面并且可以通过组装一对L形桁条半部来形成。每个L形桁条半部可以具有凸缘和腹板。一对L形桁条半部的腹板可以以背靠背的关系被结合在一起以形成叶片桁条。叶片桁条的凸缘可以被结合到蒙皮构件,诸如机翼蒙皮。
[0004]复合桁条可以通过将多个复合层板层叠在具有桁条的最终形状的芯轴或成形工具上面来形成。在层叠完成之后,热和/或压力可以被应用于固化复合层板。将单个复合层板层叠在成形工具上面的当前方法手动地或通过机器执行。手动层叠是需要大量人员执行大量接触劳动来层叠多个复合层板的耗时过程。对于大型结构和高生产率,接触劳动量会是显著的。机器(诸如自动铺带(ATL)机器)可以减少用于层叠复合结构的接触劳动量。然而,ATL机器通常是大且复杂的,并且对于支撑大规模生产计划所需的ATL机器的总数量会是过于昂贵的。此外,ATL机器会需要可以影响生产成本和进度的大量机器路径规划。
[0005]可以看到,在本领域中存在对用于以最少的接触劳动并且以高效且经济的方式将复合层板层叠在成形工具上的系统和方法的需要。

【发明内容】

[0006]与形成复合桁条相关的上述需要通过本公开来具体地解决和缓解,在一实施例中,本公开提供一种用于将材料层自动形成到成形工具上的装置。该装置可以包括至少一个鼻状件,其被配置为将层板承载架横向地扫到成形工具轮廓上。该设备可以附加地包括一对张力臂,其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧,该层板承载架具有被安装到其下表面的材料层。该装置还可以包括一个或多个致动器,其被配置为在将层板承载架形成到成形工具轮廓期间定位张力臂。该一个或多个致动器可以被配置为在将层板承载架形成到成形工具轮廓期间感测和控制层板承载架中的横向张力。
[0007]在进一步的实施例中,公开了一种用于将复合材料的分层(course)层叠在成形工具上的桁条成形装置。该装置可以包括张力管理系统,该张力管理系统具有一对张力臂,其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧,该层板承载架具有被安装到其的分层。该张力管理系统可以包括一个或多个致动器,其被配置为在形成到成形工具轮廓期间感测和控制层板承载架中的横向张力。该装置可以进一步包括踩踏系统,该踩踏系统具有踩踏脚致动器的阵列,其被配置为将层板承载架夹到成形工具上。该装置还可以包括成形系统,该成形系统具有均包括鼻状件的成形模块的阵列,该鼻状件被配置为将层板承载架形成到成形工具轮廓,并且感测和控制由鼻状件施加到层板承载架上的压实压力。
[0008]还公开了一种层叠材料层的方法。该方法可以包括将层板承载架定位在成形工具上面。材料层可以被安装到层板承载架的下表面。该方法可以进一步包括使层板承载架符合成形工具轮廓。此外,该方法可以包括在使层板承载架符合成形工具轮廓期间将层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内。
[0009]已经讨论的特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中被独立地实现,或可以在其它实施例中进行组合,参考下面的描述和附图能够看出其进一步的细节。
【附图说明】
[0010]在参考附图后,本公开的这些和其它特征将会变得更显而易见,其中贯穿本文相同的数字指的是相同的零件,并且其中:
[0011]图1是飞行器的透视图;
[0012]图2是飞行器机翼的桁条的侧视图;
[0013]图3是沿着图2的线3获取的叶片桁条的横截面视图,其图示说明通过以背靠背布置将一对桁条半部组装到彼此并且与基底填料组装在一起而形成的叶片桁条的T形横截面;
[0014]图4是沿着图2的线4获取的叶片桁条的横截面视图,其图示说明相对于腹板以非垂直的凸缘角取向的桁条凸缘;
[0015]图5是沿着图2的线5获取的叶片桁条的横截面视图,其图示说明相对于图4的凸缘角以增加的凸缘角取向的桁条凸缘;
[0016]图6是用于复合结构(诸如叶片桁条或帽桁条)的自动层叠的桁条成形装置的示例的框图;
[0017]图7是包括桁条成形装置的桁条成形系统的透视图,该桁条成形装置用于形成叶片桁条并且可以沿着用于将复合层板顺序层叠在成形工具上的桁条成形车道移动;
[0018]图8是被配置为可沿着一对车导轨移动的桁条成形装置的示例的透视图;
[0019]图9是图8的桁条成形装置的侧视图,其图示说明翼弦框架;
[0020]图10是以大体匹配成形工具的局部角的俯仰角取向的翼弦框架的侧视图;
[0021]图11是被安装在用于形成叶片桁条的叶片成形工具上面的图8的桁条成形装置的视图;
[0022]图12是图7的线12获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图,其图示说明相对于叶片成形工具的相对侧上的腹板轮廓垂直取向的叶片成形工具的凸缘轮廓;
[0023]图13是图7的线13获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图,其图示说明相对于叶片成形工具的竖直取向的腹板轮廓以非垂直的凸缘角取向的叶片成形工具的凸缘轮廓;
[0024]图14是图7的线14获取的工具台和叶片成形工具的横截面视图,其图示说明相对于在图13中示出的凸缘角以增加的凸缘角取向的凸缘轮廓;
[0025]图15是被组装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的示例的透视图;
[0026]图16是图15的被组装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的顶视图;
[0027]图17是被安装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的侧视图;
[0028]图18是被安装到翼弦框架的踩踏系统、张力管理系统和成形系统的端视图;
[0029]图19是包括张力臂、竖直位置致动器和旋转位置致动器以及对应的竖直平衡汽缸和旋转平衡汽缸的张力管理系统的示例的透视图;
[0030]图20是图19的张力管理系统的端视图;
[0031]图21是被配置为将层板承载架和材料层夹到成形工具上的踩踏系统的示例的透视图;
[0032]图22是图21的踩踏系统的侧视图;
[0033]图23是由踩踏梁支撑的踩踏脚致动器的阵列的透视图;
[0034]图24是成形系统的示例的透视图,该成形系统用于将层板承载架和材料层形成到成形工具的轮廓并且可以包括均用于支撑成形模块的阵列的一对成形梁;
[0035]图25是图24的成形系统的顶视图;
[0036]图26是图24的成形系统的侧视图;
[0037]图27是图24的成形系统的端视图,其图示说明被安装到成形梁中的每一个的成形丰旲块;
[0038]图28是包括用于致动鼻状件的竖直力汽缸和横向力汽缸的成形模块的透视图;
[0039]图29是成形模块的侧视图,其中侧板被移除以图示说明使横向力汽缸相互连接到支撑鼻状件的可横向滑动的托架的联动装置;
[0040]图30是具有处于缩回位置的竖直力汽缸的成形模块的侧视图;
[0041]图31是具有处于延伸位置的竖直力汽缸的成形模块的侧视图;
[0042]图32是可以被包括在层叠桁条的方法中的一个或多个操作的流程图的图示说明;
[0043]图33是用于形成叶片桁条的桁条成形装置的示例的端视图,其示出在将层板承载架形成到叶片成形工具上的过程开始之前处于其相应初始位置的张力管理系统、踩踏系统和成形系统;
[0044]图34是图33的桁条成形装置的端视图,其示出踩踏脚致动器延伸与层板承载架接触;
[0045]图35是图33的桁条成形装置的端视图,其示出踩踏脚倚靠叶片成形工具捕获层板承载架;
[0046]图36是图33的桁条成形装置的端视图,其示出中心基准面的左侧和右侧上的鼻状件倚靠叶片成形工具的相对侧上的凸缘轮廓符合层板承载架;
[0047]图37是在中心基准面的左侧和右侧上的鼻状件已经到达叶片成形工具的相对侧上的相应半径转变点之后图33的桁条成形装置的端视图;
[0048]图38是图33的桁条成形装置的端视图,其示出张力臂被向下旋转;
[0049]图39是图33的桁条成形装置的端视图,其示出当鼻状件使层板承载架符合叶片成形工具的相对侧上的腹板轮廓时张力臂的进一步旋转;
[0050]图40是图33的桁条成形装置的端视图,其示出张力臂被向上平移和层板承载架从叶片成形工具的腹板轮廓剥离;
[0051]图41是当层板承载架从叶片成形工具的凸缘轮廓剥离时张力臂的进一步向上平移的图33的桁条成形装置的端视图;
[0052]图42是在层板承载架从叶片成形工具剥离之后图33的桁条成形装置的端视图;
[0053]图43-44是分别用于形成一对第一和第二桁条半部的对称的叶片成形工具的横截面视图;
[0054]图45-46是均由第一桁条半部和第二桁条半部组装的叶片桁条的横截面视图;
[0055]图47是用于层叠帽桁条的帽成形工具的横截面视图;
[0056]图48是可以利用本文描述的桁条成形装置来形成的帽桁条的横截面视图;
[0057]图49是桁条成形装置的进一步的示例的透视图;
[0058]图50是沿着图49的线50获取的端视图,其图示说明被安装在用于形成如在图48中示出的帽桁条的帽成形工具上面的桁条成形装置;
[0059]图51是图49的桁条成形装置的张力管理系统的示例的透视图,该张力管理系统包括在每个张力臂的每个端部处均具有旋转位置致动器和旋转平衡汽缸的一对张力臂;
[0060]图52是沿着图51的线52获取的横截面视图,其图示说明在每个张力臂的每个端部处均具有旋转位置致动器和旋转平衡汽缸的一对张力臂;
[0061]图53是桁条成形装置的示例的端视图,其示出在将层板承载架形成到帽成形工具上的过程开始之前处于其相应初始位置的张力管理系统、踩踏系统和鼻状件;
[0062]图54是图53的桁条成形装置的端视图,其示出踩踏脚致动器倚靠帽成形工具捕获层板承载架和鼻状件延伸与层板承载架接触;
[0063]图55是在将层板承载架形成到帽成形工具的相对侧上的腹板轮廓之后图53的桁条成形装置的端视图,其示出鼻状件已经到达帽成形工具的每一侧上的内半径;
[0064]图56是在鼻状件已经将层板承载架形成到帽成形工具的相对侧上的凸缘轮廓之后图53的桁条成形装置的端视图;
[0065]图57是图53的桁条成形装置的端视图,其示出张力臂被向上旋转和平移从而引起层板承载架从帽状成形工具剥离;以及
[0066]图58是图53的桁条成形装置的端视图,其示出层板承载架从帽成形工具剥离。
【具体实施方式】
[0067]现在参考附图,其中附图用于图示说明本公开的优选的各种实施例的目的,图1示出具有机身102和尾部的飞行器100。飞行器100可以包括从机身102向外延伸的一对机翼104。机身102、机翼104和/或尾部可以由复合材料形成,并且可以包括加强组件,诸如用于增加覆盖机身102、机翼104和尾部的蒙皮构件的弯曲刚度和/或强度的复合桁条106。例如,机翼104可以包括多个翼展方向的桁条106,其从每个机翼104的内侧根部区段延伸至外侧尖端区段,用于增加机翼蒙皮的弯曲刚度和强度。
[0068]图2是利用本文公开的桁条成形装置200(图6)和方法形成的T形叶片桁条122的示例的侧视图。叶片桁条122可以具有翼展方向的弯曲部分,该翼展方向的弯曲部分可以匹配机翼蒙皮的翼展方向的弯曲部分。图3-5图示说明叶片桁条122在沿着桁条106从内侧根部区段到外侧尖端区段的翼展的不同位置处的横截面形状的变化。图3示出叶片桁条122的横截面,其在根部区段处被示为T形横截面,该T形横截面可以通过将一对背靠背L形桁条半部108与覆盖凸缘116的基底填料114组装在一起来形成。在图3中,桁条半部108中的每一个的凸缘116被取向为垂直于桁条半部108中的每一个的腹板120。图4示出相对于腹板120以非垂直凸缘角118取向的叶片桁条122的凸缘116。图5示出相对于图4以增加的凸缘角118取向的叶片桁条122的凸缘116。
[0069]图2-5呈现翼展方向的弯曲部分的非限制性示例和可以被包括在利用本文公开桁条成形装置200(图6)和方法层叠的复合结构中的横截面形状的变化。虽然在层叠诸如用于飞行器100(图1)的机翼104(图1)的叶片桁条122的背景下描述了桁条成形装置200和方法,但是桁条成形装置200和方法可以被实施用于形成任何尺寸、形状和配置的复合结构而无限制。此外,桁条成形装置200和方法不限于形成延伸长度或具有高长宽比的复合结构,诸如本文公开的桁条106示例。在这方面,桁条成形装置200和方法可以被实施用于层叠相对小的复合结构和/或层叠可以具有相对小的长宽比的复合结构。
[0070]图6是桁条成形装置200的示例的框图。桁条成形装置200可以包括框架配件262,框架配件262被配置为支撑桁条成形装置200的一个或多个组件。例如,框架配件262可以包括翼弦框架280,该翼弦框架280可以被配置为支撑踩踏系统300、张力管理系统400和成形系统500,三者都可以以协同的方式被操作以将材料(例如,复合层板)的一个或多个分层460层叠在芯轴或成形工具220上面。成形工具220可以被支撑在诸如工具台246的表面上。翼弦框架280可以通过一个或多个Z致动器288被安装到框架配件262。在一个实施例中,一对Z致动器288可以位于翼弦框架280的相对端部中的每一个处。Z致动器288可以被配置为相对于成形工具220调整翼弦框架280的每个端部的竖直位置。Z致动器288还可以被操作为改变翼弦框架280的俯仰角,以匹配成形工具220的给定翼展方向的方位处的局部角,从而便于复合材料的分层460在成形工具220上层叠。
[0071]在图6中,桁条成形装置200可以包括踩踏系统300,该踩踏系统300用于在成形过程开始之前将层板承载架450夹到成形工具220。层板承载架450可以包括材料层458(例如,复合材料的分层),该材料层458被安装到或被附接到层板承载架450的下表面。材料层458可以由任何材料形成而无限制。例如,材料层458可以是复合材料的分层460,诸如预浸渍的纤维增强的聚合物基质材料(例如,预浸料)的复合层板,诸如环氧碳纤维预浸料。分层460可以由任何类型的复合材料形成,包括但不限于单向带、单向布、机织物、短切纤维毡和其它纤维形式中的任一个。
[0072]在本文公开的桁条成形装置200实施例的任一个中,层板承载架450可以由相对于沿着横向方向的层板承载架450的平面内拉伸性或弹性模量具有沿着层板承载架450的纵向方向的更高程度或弹性模量(例如,平面内拉伸性)。例如,层板承载架450可以由被配置为沿着纵向方向可拉伸或有弹性并且沿着横向方向不可拉伸或无弹性的胶乳和织物材料形成。如上面指出的,当层板承载架450和材料层458符合成形工具220时,鼻状件552大体沿着横向方向移动。层板承载架450沿着平行于鼻状件552扫过的方向的横向方向的更高的弹性模量或更高的平面内刚度可以防止拖曳的鼻状件552的压实压力扭曲层板承载架450和材料层458。层板承载架450沿着纵向方向的增加的拉伸性可以允许桁条成形装置200使层板承载架450和材料层458符合成形工具轮廓236(图12)中的翼展方向的弯曲部分,而不在材料层458中发生扭曲、起皱或起褶。
[0073]在图6中,踩踏系统300可以包括踩踏梁302,该踩踏梁302可以通过一个或多个踩踏梁致动器304来致动。踩踏梁致动器304可以被操作为在成形过程期间相对于翼弦框架280竖直定位踩踏梁302。在一个示例中,踩踏梁302的相对端部中的每一个可以通过踩踏梁致动器304被耦接到翼弦框架280的对应端部。踩踏系统300可以包括被安装到踩踏梁302的踩踏脚310致动器的阵列。踩踏脚致动器312中的每一个可以包括踩踏脚310 ο踩踏脚致动器312可以以协同的方式被操作,以将层板承载架450夹到成形工具220并且锁定层板承载架450的位置以防止在成形过程期间移动。
[0074]桁条成形装置200(图6)可以包括张力管理系统400,该张力管理系统400可以被安装到翼弦框架280并且可以被配置为在成形过程期间定位和管理层板承载架450(图6)中的横向张力462(图33)。张力管理系统400可以包括一个或多个张力臂414,每个张力臂414支撑层板承载架450的相对横向侧454(图20)中的每一个。张力管理系统400可以包括一个或多个致动器,该一个或多个致动器用于调整张力臂414相对于翼弦框架280(图6)的竖直位置和/或角位置。例如,张力臂414中的每一个的每个端部可以包括张力臂竖直位置致动器406,该张力臂竖直位置致动器406将张力臂414的端部耦接到翼弦框架280。张力臂竖直位置致动器406(图6)可以被配置为调整张力臂414相对于翼弦框架280的竖直位置。张力管理系统400可以进一步包括一个或多个旋转位置致动器410,该一个或多个旋转位置致动器410被配置为调整张力臂414(图6)相对于翼弦框架280的角位置。
[0075]在图6中,张力管理系统400还可以包括一个或多个装置,其用于平衡张力臂414的质量,使得层板承载架450中的横向张力462(图33)可以在将层板承载架450形成到成形工具220的过程期间被准确地感测。在这方面,张力管理系统400可以感测层板承载架450中的横向张力462,并将横向张力462维持在预定的张力范围内,使得材料层458可以被应用于成形工具220而不形成皱纹或褶皱。如下面更详细地描述的,张力管理系统400可以以如下方式维持层板承载架450的横向张力462,即材料层458被教导为足以防止层板承载架450和材料层458接触成形工具220,除在鼻状件552正在使层板承载架450和材料层458符合成形工具220的位置处之外。
[0076]张力管理系统400(图6)还可以维持层板承载架450(图6)中的横向张力462(图33),使得材料层458足够松弛以允许鼻状件552的阵列(图6)倚靠成形工具220(图6)将期望量的压实压力施加于材料层458(图6),使得材料层458可以符合成形工具轮廓236。此外,张力管理系统400可以将横向张力462维持在预定的范围内,以允许鼻状件552将适当水平的压实压力施加到层板承载架450上,从而由于分层460(图6)或材料层458的粘着性(例如,粘性)而允许材料层458(图6)粘附到基体(例如,粘附到成形工具220或粘附到先前应用的材料层458),使得在将层板承载架450从成形工具220剥离的过程期间分层460或材料层458保持被粘附到基体。
[0077]在这方面,张力管理系统400(图6)可以包括一个或多个平衡汽缸。例如,对于每个竖直位置致动器406(图6),竖直平衡汽缸408(图6)可以被包括以诸如在张力臂414的竖直平移期间平衡张力臂414(图6)的质量。对于每个旋转位置致动器410(图6),旋转平衡汽缸412(图6)可以被包括以在张力臂414的枢转或角定位期间平衡张力臂414的质量。平衡装置可以有利地从可以包括在竖直和旋转位置致动器406、410中的力感测机构移除张力臂414的质量,并且由此允许这种竖直和旋转位置致动器406、410准确地感测并将层板承载架450中的横向张力462(图33)维持在期望的范围内。另外,在这方面,张力管理系统400还可以在成形过程期间以某一方式感测和管理层板承载架450(图6)中的张力,使得材料层458的扭曲、起褶或起皱被避免,并且使得在将层板承载架450从成形工具220(图6)剥离期间防止材料层458(图6)的提前分离。
[0078]成形系统500(图6)可以在使层板承载架450(图6)和材料层458(图6)符合成形工具220并将层板承载架450(图6)和材料层458(图6)压实到成形工具220上期间和在将层板承载架450从成形工具220(图6)剥离期间与踩踏系统300(图6)和张力管理协同地操作。在一些示例中,成形系统500可以包括一对成形梁502(图6)。成形梁502可以通过一个或多个成形致动器被可操作地耦接到翼弦框架280(图6)。例如,每个成形梁502的每个端部可以通过可以被配置为沿着相应Z’轴线和Y轴线定位成形梁502的成形Z’致动器504和成形Y致动器514(图6)而被耦接到翼弦框架280。成形系统500还可以包括被安装到成形梁502中的每一个的成形模块520的阵列(图6)。成形模块520中的每一个可以包括用于在使层板承载架450符合成形工具轮廓236的过程期间操纵鼻状件552(图6)的竖直力汽缸532(图6)和横向力汽缸540(图6)。每个成形模块520的竖直力汽缸532和横向力汽缸540可以被配置为感测由鼻状件552施加在层板承载架450上的压实压力,并在使层板承载架450符合成形工具轮廓236(图12)的过程期间将每个鼻状件552的压实压力维持在预定的范围内。
[0079]图7示出具有至少一个桁条成形车道202的桁条成形装置200的示例,桁条成形装置200可以沿着桁条成形车道202平移。每个桁条成形车道202可以包括工具台246,成形工具220可以被安装在工具台246上。工具台246可以包括车导轨204,该车导轨204用于顺序地层叠复合层板以形成桁条来引导桁条成形装置200的平移。例如,在一种操作模式中,桁条成形装置200可以被定位在沿着成形车道202的第一翼展方向的方位处,诸如在成形工具220(图6)的端部处。材料(例如,织物或单向浸渍复合层板)的预配备分层(未示出)可以被附接到层板承载架450 (图6)的下表面452(图20)。层板承载架450的横向侧454(图20)可以被附接到张力管理系统400的张力臂414。踩踏系统300(图6)、张力管理系统400和成形系统500(图6)可以以协同的方式被操作,以使层板承载架450在第一翼展方向的方位处符合成形工具220(图6),在此之后层板承载架450可以被剥离,从而将分层460(图6)留在成形工具220上。空层板承载架450可以从张力管理系统400的张力臂414(图6)拆卸下来,并且包含分层460的新层板承载架450可以被附接到张力臂414。
[0080]桁条成形装置200(图7)可以沿着桁条成形车道202被移动到下一个翼展方向的方位,并且材料的第二分层可以与材料的第一分层以端部到端部的关系被应用于成形工具220。该过程可以被重复,以沿着成形工具220(图6)的期望长度以端部到端部的关系层叠一系列分层460(图6)。附加层板可以以上述方式被应用在先前层叠的层板上面,直至桁条的期望的层板堆叠顺序被实现。在层叠完成之后,完成的层叠件可以从成形工具220移除,用于固化和/或组装以形成完整的桁条。虽然图7示出单个桁条成形车道202,但是任何数量的桁条成形车道202都可以被提供。例如,多个叶片桁条122(图2)成形车道202和多个帽桁条124(图48)成形车道202可以在相同的场所中被操作。
[0081]图8示出被配置为成形车260的桁条成形装置200的示例,该成形车260适合于可沿着一对车导轨204移动,以便于在沿着成形工具220的不同的翼展方向的方位处顺序应用一系列独立分层460(图6)。成形工具220可以以任何长度被提供。例如,在飞行器机翼中,用于桁条的成形工具220可以具有多达130英尺或更长的长度。在图8中,车导轨204被安装在支撑成形工具220的工具台246上。然而,车导轨204可以被安装在车间地面上或在另一表面上。如上面指出的,成形工具220可以被配置为用于形成具有T形横截面的叶片桁条122的叶片成形工具222。在另一示例中,成形工具220可以被配置为用于形成具有帽形横截面的帽桁条124的帽成形工具224。然而,成形工具220可以以各种可替代的横截面形状中的任一种来提供而无限制。
[0082]在本公开中,桁条成形装置200的各种组件的结构和操作可以参考直角坐标系来描述。例如,在图8-9中,X方向可以被描述为工具台246的纵向方向。如上面指出的,桁条成形装置200可以沿着X方向移动。Y方向可以被描述为跨过工具台246的宽度的横向方向230。独立的成形梁502(图6)可以沿着Y方向移动。Z方向可以被描述为垂直于X-Y平面。翼弦框架280的每个端部可以沿着Z方向独立地移动。
[0083]在图8中,桁条成形装置200可以包括用于支撑翼弦框架280的框架配件262。框架配件262可以被安装在轨道系统(诸如平行的车导轨204)上。然而,在未示出的实施例中,桁条成形装置200可以是静止的或不可移动的,并且可以被耦接到车间地面或另一不可移动的特征。在本公开中,框架配件262可以具有一对相对的端框架264。端框架264中的每一个可以具有框架腿266,该框架腿266可以在框架脚268处终止,该框架脚268可以被支撑在车导轨204上。翼弦框架280的每个端部可以被耦接到端框架264。桁条成形装置200可以包括用于容纳电气装置、开关、布线、连接体和其它组件的一个或多个电气外壳270。桁条成形装置200可以包括用于支撑在端框架264与翼弦框架280组件之间延伸的电气布线的一个或多个电缆载体296。附加装置(诸如用于气动汽缸和致动器的空气箱272)也可以被安装在翼弦框架280上。
[0084]图9是桁条成形装置200的侧视图,其示出翼弦框架280可以被耦接到框架配件262的端框架264的方式的示例。翼弦框架280可以包括沿着翼弦框架280的纵向方向延伸的一对侧梁282。在桁条成形装置200的当前示例中,侧梁282可以通过在侧梁282之间延伸的端梁284相互连接,如在图19中最佳地所见。端梁284可以位于翼弦框架280的相对端部处。侧梁282还可以通过一个或多个横梁286(图15)相互连接。横梁286可以被取向为平行于端梁284,并且可以在侧梁282之间延伸。在所示出的示例中,横梁286可以被安装在侧梁282的顶部上。
[0085]参考图9-10,翼弦框架280的每个端部可以通过一对翼弦框架导向导轨294耦接到端框架264,该翼弦框架导向导轨294可以允许翼弦框架280的端部沿着Z轴线的滑动运动。一对Z致动器288 (例如,伺服马达)可以被耦接到每个端框架264 ο Z致动器288中的每一个可以沿着被安装到端框架264的Z致动器导向导轨290移动。每个Z致动器288可以通过框架连杆292被耦接到翼弦框架280。翼弦框架280的每个端部处的Z致动器288可以以同步的方式被独立地操作,以沿着Z方向调整翼弦框架280的相应端部的竖直位置。Z致动器288的差动致动可以允许调整翼弦框架280相对于工具台246的顶部的俯仰角B。例如,Z致动器288可以被调整,使得翼弦框架280的俯仰角B被取向为大体平行于在端框架264之间的给定位置(例如,中点)处成形工具220的翼展方向的弯曲部分228的局部切线(未示出)。
[0086]图11是桁条成形装置200的端视图,其示出被安装到车导轨204的端框架264。框架腿266被示为跨骑被支撑在工具台246上的成形工具220。还示出当调整翼弦框架280的端部的竖直位置时,用于引导Z致动器288的竖直移动的Z致动器导向导轨290。层板承载架450被示为通过张力臂414被支撑在成形工具220上面。位于中心的踩踏脚310的阵列的相对侧上的鼻状件552的左手阵列和右手阵列被定位在层板承载架450上面。
[0087]图12-14是可以被实施用于形成叶片桁条122(图2)的成形工具220的示例的横截面视图。成形工具220被安装在工具台246(图11)上,并且位于车导轨204之间。成形工具220具有用于在成形过程期间将层板承载架450(图11)夹到成形工具220的中心基准面234。成形工具220还具有用于层叠左手桁条半部108和右手桁条半部108的工具轮廓236。在层叠完成之后,左手和右手桁条半部108可以从成形工具220移除并被组装以形成如在图2-5中示出并且在上面描述的完整的叶片桁条122。
[0088]在图12中,成形工具220的顶部上的中心基准面234的相对侧上的凸缘轮廓238相对于成形工具220的侧面上的腹板轮廓240被垂直地取向。凸缘轮廓238由平坦的水平取向的中心基准面234分开,该中心基准面234可以沿着成形工具220的长度延伸。中心基准面234有利地在成形工具220上提供平坦区域,其中所述踩踏脚310的阵列(图11)可以将层板承载架450(图11)夹到成形工具220。在这方面,中心基准面234充当用于成形工具220的分度(indexing)特征。
[0089]图13示出在沿着成形工具220的另一翼展方向的方位处的成形工具轮廓236。凸缘轮廓238相对于成形工具220的相对侧上的竖直腹板轮廓240以非垂直凸缘角118被取向。图14示出在沿着相对于在图13中示出的凸缘角118具有增加的凸缘角118的成形工具220的另一翼展方向的方位处的成形工具轮廓236。如上面指出的,成形工具220可以以各种不同的成形工具轮廓236中的任一种来提供,并不限于图12-14中示出的叶片成形工具222。例如,成形工具220可以被配置为用于形成具有帽形配置的帽桁条124(图48)的帽成形工具224(图47),如下面更详细地描述的。
[0090]图15是被组装到翼弦框架280的踩踏系统300、张力管理系统400和成形系统500的透视图。被安装在翼弦框架280上的系统的取向和运动可以根据X’轴线(X角分符号)、Y’轴线(Y角分符号)和Ζ’轴线(Ζ角分符号)来描述。X’轴线可以被描述为沿成形梁502的长度延伸。Y’轴线被取向为垂直于X’轴线,并且可以被描述为翼弦框架280的端梁284和/或横梁286的取向。Ζ’轴线被取向为垂直于Χ’-Υ’平面。张力管理系统400的张力臂414和成形系统500的成形梁502可以被描述为沿着Z ’轴线移动。
[0091]图16是被组装到翼弦框架280的踩踏系统300、张力管理系统400和成形系统500的顶视图。在所示的示例中,踩踏系统300可以包括位于中心的踩踏梁302,该踩踏梁302可以在翼弦框架280的端梁284之间延伸。张力管理系统400可以包括一对平行的张力臂414,这一对张力臂414被取向为平行于翼弦框架280的横向侧。成形系统500可以包括一对平行的成形梁502,每个成形梁502位于翼弦框架280的中心踩踏梁302与侧梁282之间。成形模块520的阵列被示为安装到中心踩踏梁302的相对侧上的成形梁502中的每一个。
[0092]图17是被安装到翼弦框架280的踩踏系统300、张力管理系统400和成形系统500的侧视图。踩踏梁致动器304可以位于踩踏梁302的相对端部处。同样地,成形系统500的成形Ζ’致动器504和成形Y致动器514可以位于成形梁502的相对端部处。成形模块520的阵列可以沿着成形梁502中的每一个的长度被均匀地分布。张力管理系统400的致动器406、410(图18)和平衡汽缸408、412(图18)可以位于翼弦框架280的相对端部处。
[0093]图18是张力管理系统400的端视图,其示出用于控制所述对张力臂414的运动的一组致动器406、410和平衡汽缸408、412。张力臂414沿着翼弦框架280的相对侧延伸,并且可以竖直移动和围绕枢轴点420成角度旋转(例如,枢转)。如上面指出的,每个张力臂414可独立于其它张力臂414移动。然而,张力臂414可以以同步的方式被操作,以相对于成形工具220 (图11)支撑和定位层板承载架450 (图11)。此外,张力臂414可以被配置为将层板承载架450中的横向张力462(图33)维持在预定的范围内。如上面指出的,层板承载架450可以被配置为支撑材料层458(图6),诸如复合材料的分层460。在一些示例中,材料层458可以被可释放地粘附到层板承载架450的下表面452。
[0094]图19是张力管理系统400的张力臂414中的一个的示例的透视图,该张力臂414可以以类似于所述对的另一张力臂414的方式被配置和操作。如上面指出的,张力臂414中的每一个可以包括一组致动器和平衡汽缸。每个张力臂414可以包括张力梁416,该张力梁416被配置为支撑沿着层板承载架450的横向侧454延伸的拉伸器导轨456(图33-42)。张力臂414可以被组装为从张力梁416的相应的相对端部横向延伸的一对枢轴臂418。
[0095]图20是张力管理系统400的端视图。张力臂414的每个端部可以包括张力臂竖直位置致动器406,该张力臂竖直位置致动器406可以将张力臂414耦接到翼弦框架280,并且可以控制张力臂414相对于翼弦框架280的竖直位置。在一个示例中,每个张力臂竖直位置致动器406可以通过张力臂安装托架404被安装到翼弦框架280的端梁284。张力臂支撑托架402可以被耦接到张力臂竖直位置致动器406。虽然被描述为电子机械致动器(例如,伺服马达),但是张力臂竖直位置致动器406可以以便于张力臂414相对于翼弦框架280竖直平移的任何配置来提供。在一个示例中,张力臂竖直位置致动器406可以是用于相对于翼弦框架280竖直定位张力臂414的滚珠丝杆致动器。
[0096]在图20中,旋转位置致动器410可以被耦接到枢轴臂418中的每一个。用于每个张力臂414的一对旋转位置致动器410可以以协同的方式被操作,以使枢轴臂418围绕枢轴点420旋转并且调整枢轴臂418相对于翼弦框架280的角位置。竖直平衡汽缸408可以被安装到每个张力臂支撑托架402。每个张力臂414的竖直平衡汽缸408可以以协同的方式被操作,以在竖直平移期间平衡张力臂414的质量,并且感测层板承载架450中的横向张力462(图33)并将层板承载架450中的横向张力462维持在预定的范围内。
[0097]此外,一个或多个旋转平衡汽缸412可以被安装到每个张力臂支撑托架402(图20) ο每个张力臂414的旋转平衡汽缸412 (图20)可以以在张力臂的枢轴期间平衡张力臂414(图20)的质量的方式被操作。以此方式,平衡汽缸408、412 (图200)可以允许竖直和旋转位置致动器406、410 (图20)在形成层板承载架450和材料层458 (图20)并将层板承载架450和材料层458压实到成形工具220(图11)上的过程期间以及在层板承载架450(图20)剥离过程期间感测层板承载架450内的横向张力462(图33)并将层板承载架450内的横向张力462维持在预定的范围内。当竖直位置致动器406和竖直平衡汽缸408启用时,旋转位置致动器410和旋转平衡汽缸412可以禁用(反之亦然),使得竖直位置致动器406可以准确地感测层板承载架450中的横向力而不受旋转位置致动器410影响。
[0098]在层叠在叶片成形工具222(图8)上的碳纤维单向层板材料的分层中的横向张力462(图33)的量值的示例中,张力管理系统400可以被配置为感测横向张力462并将横向张力462维持在沿着层板承载架450(图20)的横向侧454(图11)大约0.2-0.8镑每线性英寸(pli)的范围内,并且更优选地大约为0.5pli。对于具有60英寸长度的层板承载架450,每个张力臂414(图20)上的横向张力462的总量值可以为大约30镑(例如,0.5psi x 60英寸)。应当认识到,横向张力462的量值可以取决于形成分层460(图20)的材料系统、形成层板承载架450的材料、成形工具220(图11)的几何结构、层板承载架450的横向宽度和其它因素。
[0099]图21是被配置为将层板承载架450(图11)和材料层458 (图11)夹到成形工具220(图11)上的踩踏系统300的示例的透视图。图22是踩踏系统300的侧视图。踩踏梁302可以在翼弦框架280的相对端梁284之间延伸。踩踏梁端托架306可以被安装到踩踏梁302的每个端部。每个踩踏梁端托架306可以被耦接到踩踏梁致动器304。踩踏梁致动器托架308可以被操作地耦接到踩踏梁致动器304。在所示的示例中,踩踏梁致动器304可以被配置为电动伺服马达。然而,踩踏梁致动器304可以被提供为气动致动器、电子机械致动器或任何其它致动器配置、或其组合。踩踏梁致动器304可以以协同的方式被操作,以沿着Z’轴线移动踩踏梁302,从而相对于翼弦框架280定位踩踏梁302。
[0100]图23是由踩踏梁302支撑的踩踏脚致动器312的阵列的透视图。在所示的示例中,踩踏梁致动器304(图22)可以被安装到踩踏梁302的下侧。踩踏脚致动器312中的每一个可以被配置为具有位置反馈的导向气动汽缸314。每个踩踏脚310可以沿着由气动汽缸314的延伸和缩回方向限定的Z”轴线(Z”双角分符号)移动。每个踩踏脚致动器312的操作端可以包括具有接收踩踏脚310的槽道的踩踏段316。踩踏脚310中的一个或多个可以可选地包括用于在将层板承载架450夹到成形工具220 (图11)期间用于层板承载架450 (图11)的真空辅助保持的真空增压室。在所示的示例中,柔性踩踏条带318可以延伸跨过多个踩踏段316。踩踏条带318可以是被配置为符合成形工具220的翼展方向的弯曲部分228(图10)的连续条带。踩踏条带318可以将由每个踩踏脚310应用到层板承载架450内的点负荷分布在成形工具220上。
[0101]如下面更详细地描述的,踩踏梁致动器304(图22)可以操作为将层板承载架450(图11)和材料层458(图11)夹到成形工具220(图11)的中心基准面234(图12)上。踩踏梁致动器304可以锁定层板承载架450的横向位置,并且由此在成形过程期间防止层板承载架450相对于成形工具220的横向移动。如下面更详细地描述的,踩踏脚致动器312(图22)中的一个或多个可以包括位置传感器,以在初始夹到成形工具220期间感测踩踏脚310与成形工具220的接触。
[0102]图24-27示出用于利用成形模块520的平行阵列形成层板承载架450(图11)和材料层458(图11)并将层板承载架450和材料层458压实到成形工具220(图11)的成形系统500的示例。每个成形模块520可以致动鼻状件。在这方面,成形系统500提供鼻状件552的平行阵列,该鼻状件552可以以同步的方式被独立地操作,以沿着成形工具220的轮廓在横向方向230上扫过,并使层板承载架450和材料层458符合成形工具轮廓236。此外,成形模块520可以感测和控制由将材料层458压实到基体上的鼻状件552(图29)施加的压实压力的量值。在本公开中,基体可以被描述为成形工具220或先前层叠的材料层458。
[0103]图25-26是可以被支撑在翼弦框架280(图33)上的成形系统500的相应顶视图和侧视图。如上面指出的,成形系统500可以包括一对成形梁502,该成形梁502可以以同步的方式相对于翼弦框架280移动,以将所述成形模块520的阵列(图6)定位为接近成形工具220。每个成形梁502可以可移动地耦接到翼弦框架280。
[0104]在所示的示例中,每个成形梁502(图25)的相对端部和近似中点可以在每个方位处通过Z’导向托架508被耦接到翼弦框架280(图33)的相应横梁286(图25) J’滑动器托架512(图25)可以被竖直可滑动地接合到可以包括在每个Z’导向托架中的Z’导向导轨510(图25),从而实现成形梁502沿着Z’轴线的运动。每个Z’滑动器托架512还可以可滑动地接合到可以被安装到横梁286的下侧的横梁导轨518(图26),从而实现成形梁502沿着Y’轴线的运动。
[0105]成形梁502(图26)的端部均可以包括成形Z’致动器504(图26)。成形Z’致动器托架506(图26)可以将Z’滑动器托架512(图26)耦接到成形Z’致动器504,以便沿着Z’方向相对于翼弦框架280(图18)致动成形梁502。成形梁502中的每一个的每个端部还可以包括成形Y致动器514(图26),该成形Y致动器514可以经由成形Y致动器托架516(图26)被操作地耦接到Z ’滑动器托架512。成形Y致动器514可以沿着Y方向相对于翼弦框架280平移成形梁502。成形Z’致动器504和成形Y致动器514可以以协同的方式被操作,以便相对于成形工具220(图14)定位成形梁502。
[0106]图27是成形系统500的端视图,其示出被安装到成形系统500的成形梁502的成形模块520的示例。成形模块520可以沿着Z”方向(Z双角分符号)移动,以在使层板承载架450和材料层458符合成形工具220的过程期间相对于成形工具220(图11)定位鼻状件552。成形模块520还可以操作为在符合过程期间沿着Y’方向(Y角分符号)移动鼻状件552。
[0107]图28示出成形模块520的示例。如上面指出的,成形模块520的阵列可以被安装到成形梁502(图27)中的每一个。成形模块520中的每一个可以包括鼻状件552(图29),该鼻状件552可以以使层板承载架450(图11)和材料层458(例如,复合材料的分层460)(图11)符合工具轮廓236(图12)或先前应用的材料层458(图11)并将层板承载架450和材料层458(例如,复合材料的分层460)压实到工具轮廓236或先前应用的材料层458上的方式被致动。在示出的示例中,成形模块520可以包括通过模块安装托架524被耦接到成形梁502的成形模块框架522。模块安装托架524可以被紧固到成形梁502,诸如被紧固到成形梁502的下侧。模块安装托架524可以包括模块安装滑动器托架528,该模块安装滑动器托架528可以可滑动地接合到成形模块框架522的成形模块导向导轨526,以当被竖直力汽缸532致动时引导成形模块520相对于成形梁502的竖直运动(例如,沿着Z”轴线)。虽然图27-31图示说明Z”轴线被竖直取向,但是成形模块520可以被安装到成形梁502,使得Z”轴线稍微欠竖直或非竖直。
[0108]在这方面,成形模块520(图28)中的每一个可以包括用于在成形过程期间控制鼻状件552(图29)相对于成形工具220(图11)竖直位置和/或横向位置的一个或多个成形模块机构或致动器530(图27)。此外,用于控制鼻状件552的竖直位置和/或横向位置的一个或多个机构可以包括用于感测和动态地调节由鼻状件552倚靠成形工具220施加到层板承载架450(图11)上的压实压力。
[0109]在图8-31和图33-42中示出的用于形成叶片桁条的成形装置200的示例中,用于控制鼻状件552(图29)的竖直位置和/或横向位置的成形模块机构或致动器530(图27)可以包括用于每个成形模块520(图28)的竖直力汽缸532(图28)和横向力汽缸540(图28)。在一些示例中,竖直力汽缸532和/或横向力汽缸540可以是经由可以通过空气箱272(图8)供应的气动压力操作的气动汽缸。竖直力汽缸532可以被安装到成形模块框架522(图28),并且可以包括经由电动伺服位置控制的位置反馈。竖直力汽缸532可以控制成形模块520和附接的鼻状件552沿着Z”(Z双角分符号)方向的位置和运动,如上面提到的。Z”角分符号方向可以平行于可从竖直力汽缸532延伸和缩回的竖直汽缸杆534(图28)的致动方向。图30-31分别示出具有处于缩回位置(图30)和处于延伸位置(图31)的竖直力汽缸532的成形模块520。
[0110]竖直力汽缸532(图28)可以包括用于锁定竖直汽缸杆的位置的机构。例如,竖直力汽缸532可以包括用于在命令后锁定成形模块520(图28)和鼻状件552(图29)的竖直位置的竖直汽缸杆锁536(图28)。此外,竖直力汽缸532可以包括用于在成形过程期间感测由鼻状件552施加在层板承载架450(图11)上的压实压力的位置反馈。位置反馈可以允许竖直力汽缸532将鼻状件552的压实压力维持在预定的范围内。
[0111]横向力汽缸540(图28)可以是成形模块520(图28)的横向力机构538(图28)的一部分。横向力汽缸540可以控制鼻状件552(图29)相对于成形工具220(图11)的横向运动。横向力汽缸540可以被安装到成形模块框架522(图28),并且可以包括位置反馈(例如,电动伺服位置控制)。横向力机构538可以通过控制横向力杆从横向力汽缸540延伸和回缩来控制鼻状件552沿着Y’方向的位置和运动。Y’方向可以平行于可包括在成形模块中的一个或多个鼻状件导轨548(图28)的纵向取向。
[0112]图28-31示出被安装到成形模块520(诸如被安装到成形模块框架522的下侧)的一对鼻状件导轨548。鼻状件滑动器托架546可以可滑动地接合到并且被安装到鼻状件导轨548上。鼻状件滑动器托架546可以通过从横向力汽缸540延伸的横向汽缸杆542的延伸和缩回而沿着鼻状件导轨548横向地移动。联动装置544可以将横向汽缸杆542耦接到鼻状件滑动器托架546,并且可以将横向汽缸杆542的直线(例如,竖直)运动转换为鼻状件滑动器托架546的横向运动。图29是成形模块520的侧视图,其中侧板被移除以图示说明使横向力汽缸540相互连接到可横向滑动的鼻状件的联动装置544。鼻状件滑动器托架546可以包括鼻状件槽道段550 ο鼻状件槽道段550可以被配置为支撑鼻状件。
[0113]在所示的示例中,鼻状件槽道段550可以包括狭槽,以允许鼻状件槽道段550(图30)和鼻状件552(图30)屈曲并且符合成形工具220(图11)的局部轮廓和翼展方向的凸出和凹入的弯曲部分。在一个示例中,鼻状件552可以被配置为符合从大约3000英寸或更小的最小凹入半径128(图2)到大约5800英寸或更大的最大凸出半径的范围内变化的翼展方向的弯曲部分228。然而,鼻状件552可以被配置为符合小于50英寸的弯曲部分的凹入和/或凸出半径。在一些示例中,鼻状件552可以被配置为符合在成形工具220的10英寸长度内至少
0.030英寸或更多的成形工具轮廓的局部变化。桁条成形装置200可以被配置为使得鼻状件552可以使层板承载架450和材料层458沿着单个分层460的长度符合成形工具220中的凸出的翼展方向的弯曲部分和凹入的翼展方向的弯曲部分。
[0114]鼻状件552可以被定尺寸并且被配置为使得所述成形模块520的阵列(图30)提供在相邻的鼻状件552之间具有相对小的间隙的鼻状件552的端部到端部阵列(图30)。鼻状件552可以以各种不同的尺寸、形状和配置中的任一种来提供而无限制。在所示的示例中,鼻状件552可以是中空的。然而,鼻状件552可以被形成为实心元件。鼻状件552可以由允许在预定的范围内压实压力到层板承载架450(图33)上的准确施加的材料形成。鼻状件552的外表面可以由诸如聚合物材料(例如,Nylon?)的低摩擦材料形成,以在成形过程期间允许鼻状件552沿着层板承载架450以低摩擦阻力滑动。
[0115]图32是可以被包括在层叠桁条的方法600中的一个或多个操作的流程图的图示说明。操作中的一个或多个可以利用本文公开的桁条成形装置200(图11)来执行。方法600可以包括将材料层458 (例如,复合材料的分层460)安装到层板承载架450。例如,材料层458(图33)可以诸如通过将材料层458可释放地粘附到层板承载架450的下表面452而被应用于层板承载架450(图33)的下表面452(图33)。层板承载架450可以通过将层板承载架450的横向侧454(图33)附接到张力管理系统400的张力臂414而被装载到桁条成形装置200内。层板承载架450的相对端部可以是自由的且未被支撑。
[0116]方法600的步骤602可以包括将层板承载架450定位在成形工具220上面,其中材料层458被耦接到层板承载架450。图33是处于层板承载架450交换位置的桁条成形装置200(图11)的示例的端视图。图33示出在将层板承载架450形成到成形工具220上的过程开始之前处于其相应初始位置的张力管理系统400、踩踏系统300和成形系统500。张力管理系统400的张力臂414将层板承载架450的横向侧454支撑在成形工具220上面。翼弦框架280(图33)可以被定位在其最高方位处,并且可以被取向为平行于工具台246的顶表面。张力臂414也可以被定位在其最高方位处,并且可以被取向为使得层板承载架450大体平坦,并且被取向为平行于工具台246顶表面。
[0117]踩踏脚310阵列中的踩踏脚致动器312 (图33)中的每一个可以被完全延伸,并且踩踏梁302(图33)可以被缩回到其最高方位。在这种布置中,踩踏脚310(图33)中的每一个可以被完全定位在大体平坦的层板承载架450(图33)上面并且不与大体平坦的层板承载架450接触。踩踏脚真空系统(如果提供的话)可以最初保持不被激活。成形梁502(例如,左手成形梁和右手成形梁)(图31)中的每一个可以相对于翼弦框架280(图33)被定位在其最高方位处,并且还可以被定位在其沿着Y轴线(例如,最靠近踩踏梁302)的内侧极限处。左手和右手成形梁502上的阵列中的每个成形模块520(图29)可以使其竖直汽缸杆534(图30)完全缩回到竖直力汽缸532(例如,气动)(图30)内。此外,每个横向力汽缸540的横向汽缸杆542(图29)可以被完全延伸,使得鼻状件552(图29)中的每一个在其内侧极限处。
[0118]方法600的步骤604可以包括将层板承载架450(图11)的俯仰角B(图10)调整为与要被分层或材料层覆盖的成形工具220(图11)的部分的局部翼弦角(未示出)互补。调整俯仰角B的步骤可以包括致动翼弦框架280(图33)的一个端部或两个端部处的Z致动器288(图11)中的至少一个,以及响应于致动Z致动器288而调整翼弦框架280相对于成形工具220的俯仰角。俯仰角B可以通过可以可选地位于翼弦框架280的每个端部处的一个或多个光学传感器(未示出)来感测。翼弦框架280可以被下降,直至由每个端部上的光学传感器发射的光束被破坏。在一些示例中,翼弦框架280可以被降低,直至层板承载架450在成形工具220的中心基准面234上面大约6英寸。
[0119]方法600的步骤606可以包括将层板承载架450踩踏到成形工具220上,使得层板承载架450的纵向中心部分符合成形工具220的纵长的弯曲部分。踩踏的步骤可以包括利用至少一个踩踏梁致动器304相对于翼弦框架280竖直平移踩踏梁302,直至所述踩踏脚310的阵列接触成形工具220并且将层板承载架450夹到成形工具220,由此相对于成形工具220锁定层板承载架450的横向位置。更具体地,参考图34,步骤606可以包括通过延伸踩踏脚致动器312(例如,气动汽缸)中的每一个而预先成形层板承载架450,以及将踩踏梁致动器304致动为降低踩踏梁302直至踩踏脚310触碰层板承载架450的顶部。
[0120]如果真空被提供,则踩踏真空可以被应用于将层板承载架450(图34)真空耦接到所述踩踏脚310的阵列(图34),作为建立层板承载架450的中心线标记的手段。踩踏梁致动器304(图22)可以继续降低踩踏梁302,直至踩踏脚致动器312中的每一个的位置反馈指示踩踏脚310已经接触成形工具220(图34)的中心基准面234(图34),由此倚靠成形工具220捕获层板承载架450。踩踏脚致动器312(图34)可以被连续加压,并且可以最初被完全延伸。踩踏脚致动器312中的每一个中的位置传感器可以感测踩踏脚310与成形工具220的接触。在指示完成将层板承载架450夹到成形工具220上后,踩踏脚310真空可以被停用。
[0121]当层板承载架450(图34)的中心线由踩踏脚310(图34)向下驱动为与成形工具220(图34)的中心标记接触时,张力管理系统400(图34)的张力臂可以被旋转以使由踩踏脚310的向下移位引起的张力松弛。在这方面,张力管理系统400的上述竖直和旋转位置致动器406、410(图20)以及竖直和旋转平衡汽缸408、412(图20)可以协作,以允许致动器406、410感测层板承载架450的每一侧上的横向张力462(图34)并将层板承载架450的每一侧上的横向张力462维持在预定的范围内,从而防止层板承载架450和材料层458(图20)下陷并接触成形工具220,但是仍然提供足够的游隙(slack)以允许踩踏脚310将层板承载架450夹到成形工具220上。
[0122]当阵列中的最后的踩踏脚致动器312接触成形工具220(或接触先前应用的材料层458)时,最后的踩踏脚致动器312中的位置传感器可以向踩踏梁致动器304(图22)传送信号,以停止踩踏梁302的竖直平移。在层板承载架450被踩踏到成形工具220上的情况下,层板承载架450的每一侧可以以防止层板承载架450的每一侧在除被夹到中心标记之外的任何方位处接触成形工具220的层板的承载架角C被取向。在图34中示出的布置中,层板承载架450的每一侧可以以相对于水平线大约20-25°的层板承载架角C被取向。图35示出倚靠成形工具220捕获层板承载架450踩踏脚310。
[0123]方法600的步骤608可以包括使层板承载架450(图35)和附接的材料层458(图35)符合成形工具轮廓236(图35)。符合步骤可以包括使左手阵列和右手阵列鼻状件552(图34)沿大体内侧到外侧方向横向扫过成形工具220(图35),以及在鼻状件552的扫过期间倚靠成形工具220压实层板承载架450和材料层458(例如,分层460)。层板承载架450的压实可以通过利用所述成形模块520的阵列平移所述鼻状件552的阵列来执行。在一些示例中,成形模块520(图30)的左手阵列和右手阵列可以在将层板承载架450形成到成形工具220的过程期间被独立地但是同时地操作。在成形过程期间,翼弦框架280(图33)和踩踏梁302(图35)可以被维持在与在先前步骤相同的位置中。两个成形梁502(图30)都可以利用成形Z’致动器504(图11)相对于翼弦框架280被降低(例如,大约2英寸)。成形梁502可以利用成形Y致动器514(图27)被横向地移动,以将所述鼻状件552的阵列定位在中心基准面234的每一侧上的凸缘轮廓238的内侧边缘上面。每个横向力汽缸540的横向汽缸杆542(图29)可以保持被完全延伸,使得每个鼻状件552(例如,鼻状件滑动器托架546)在其内侧极限处。竖直汽缸杆534可以从竖直力汽缸532中延伸出来,直至鼻状件552接触层板承载架450并且在中心基准面234的每一侧上倚靠成形工具220压实材料层458(图35)。
[0124]图36示出凸缘成形过程的开始,其中中心基准面234的左侧和右侧上的鼻状件552沿与横向相反的方向扫过,并且倚靠叶片成形工具222(图11)的相对侧上的凸缘轮廓238符合层板承载架450。翼弦框架280(图33)和踩踏脚310可以被维持在与先前步骤相同的位置中。成形梁502中的每一个也可以被维持在与先前步骤相同的Z’位置中。成形Y致动器514可以向外侧横向地平移成形梁502(图30)中的每一个,从而拉动鼻状件552横向地跨过中心基准面234的每一侧上的层板承载架450。成形模块520的竖直力汽缸532(例如,气动)可以被动地遵循成形工具220的凸缘轮廓238,直至鼻状件552中的每一个到达成形工具220的每一侧上的凸缘轮廓238与腹板轮廓240的相交处的半径242(图38)转变点。
[0125]方法600的步骤610可以包括在使层板承载架450符合成形工具轮廓236(图36)期间感测层板承载架450(图36)上的鼻状件552(图36)的压实压力并将层板承载架450上的鼻状件552的压实压力维持在预定的范围内。如上面指出的,成形模块520中的每一个的竖直力汽缸532(图30)和横向力汽缸540(图28)的位置反馈可以在成形过程期间感测由鼻状件552施加在层板承载架450上的压实压力。位置反馈可以允许竖直力汽缸532和横向力汽缸540将鼻状件552的压实压力维持在预定的范围内。
[0126]图37是在凸缘成形过程结束时桁条成形装置200(图18)的端视图,其中成形工具220的左侧和右侧上的鼻状件552已经到达成形工具220的相对侧上的相应半径242。在这方面,每个成形模块520(图30)的Z”位置和Y位置可以在凸缘成形过程期间被监测。当Z”位置的变化(例如,Δ Z” ’)与Y位置的变化(例如,Δ Y)彼此相等时,半径242可以被感测。一旦半径242转变点被成形工具220的给定侧上的阵列中的最后的鼻状件552到达时,则该阵列Y运动可以被停止。Z”运动还可以通过激活竖直力汽缸532的汽缸杆锁536 (图28)而被冻结。在将层板承载架450形成到成形工具220的过程期间,当材料层458被粘附到成形工具220或被粘附到先前应用的材料层458时,成形工具220的每一侧上的层板承载架450的横向宽度可以被用掉。如图37所示,层板承载架450的每一侧可以相对于水平线以向上的层板承载架角C被取向。在这方面,层板承载架450的每一侧中的横向张力46 2的方向可以是横向的或稍微向上的。在将层板承载架450形成到成形工具220的每一侧上的凸缘轮廓238的过程期间,张力臂414可以绕枢轴点420向下旋转以使层板承载架450中的张力松弛。
[0127]图38是在层板承载架450的向下移位开始时和在腹板成形过程开始时桁条成形装置200 (图11)的端视图。在图38中,翼弦框架280 (图33)、所述踩踏脚310的阵列、成形模块520(图28)和成形梁502(图30)维持在与先前步骤相同的位置中。在所有鼻状件552都已经到达半径242转变点之后,张力臂414可以相对于水平线被向下旋转到预定的层板承载架角C。在所示的示例中,成形工具220的每一侧上的层板承载架450可以相对于水平线以向下的层板承载架角C被取向。张力臂414可以在其单独的Z’轴线上被竖直向下平移,直至层板承载架450的每一侧中的横向张力462达到预定的最小值。在层板承载架角C被向下取向的情况下,横向张力462向量也可以被大体向下取向。
[0128]方法600的步骤612可以包括在使层板承载架450符合成形工具轮廓236(图38)的过程期间感测层板承载架450(图38)中的横向张力462(图38)并将层板承载架450中的横向张力462维持在预定的范围内。如上面指出的,张力管理系统400(图38)被配置为当使层板承载架450以如下方式符合凸缘轮廓238(图38)和腹板轮廓240时控制层板承载架450中的横向张力462,即材料层458被教导为足以在除鼻状件552正在使材料层458符合成形工具220的位置之外防止材料层458(图38)接触成形工具220(图38),并且材料层458足够松弛以允许鼻状件552施加期望量的压实压力从而将材料层458粘附到成形工具220或粘附到先前应用的材料层458。在目前公开的桁条成形装置200中,感测和维持层板承载架450中的横向张力462的步骤可以包括利用所述对张力臂414(图38)支撑层板承载架450的横向侧454(图38)。该方法可以进一步包括利用一个或多个致动器(诸如上述的竖直位置致动器406(图18)和旋转位置致动器410)调整张力臂414中的每一个相对于成形工具220的竖直位置和/或角位置。
[0129]该方法可以附加地包括在张力臂414的竖直和/或角移动期间利用一个或多个平衡汽缸408、412(图18)来平衡张力臂414(图38)中的每一个的质量。例如,竖直平衡汽缸408可以平衡用于竖直位置致动器406(图18)的张力臂414的质量。旋转平衡汽缸412可以平衡用于旋转位置致动器410(图18)的张力臂414的质量。该方法可以附加地包括在不存在由于张力臂414的质量(例如,惯性)而产生的力的情况下利用致动器感测张力臂414上的力,以及利用致动器以将层板承载架450(图38)中的横向张力462(图38)维持在预定的范围内的方式调整张力臂414的竖直和/或角位置。上述感测和维持层板承载架450中的横向张力462的过程可以在使层板承载架450符合成形工具轮廓236(图38)的过程期间连续或在一个或多个点处被执行。当将层板承载架450从成形工具220(图38)剥离时,感测和维持层板承载架450中的横向张力462的过程也可以被执行。层板承载架450中的张力可以在成形期间被管理,以便不在材料层458(图38)中形成褶皱或皱纹。张力臂414的位置可以被控制,以控制层板承载架450的每一侧上的层板承载架角C。在这方面,张力臂414位置和产生的层板承载架角C可以以防止材料层458的一个或多个部分与层板承载架450提前分开的方式来控制。
[0130]图39是桁条成形装置200(图11)的端视图,其示出将层板承载架450 (图38)和材料层458形成到成形工具220的相对侧上的腹板轮廓240的过程。翼弦框架280(图33)、所述踩踏脚310的阵列和成形模块520(图28)可以维持在与先前步骤相同的位置中。张力臂414可以被定位为维持成形工具220的每一侧上的恒定的张力臂414角。成形模块520中的每一个的Y运动和Z”运动能力可以被固定,使得当鼻状件552沿着成形工具220的腹板轮廓240扫过时,Z’和Y’轴线关于成形梁502和成形模块520的运动而活动(active)。当鼻状件552沿着腹板轮廓240扫过时,张力管理系统400还可以沿着Z’轴线活动。
[0131]成形梁502(图30)可以被致动(例如,经由成形Z’致动器504)以至少沿着成形工具220的相应侧上的腹板轮廓240的长度沿着Z’方向移动相应成形模块520的阵列。在成形工具220的每一侧上的所述鼻状件552的阵列倚靠腹板轮廓240被压实的情况下,每个成形梁502的成形Y致动器514 (图27)可以被锁定,并且腹板轮廓240沿横向方向的任何变化可以由每个成形模块520的横向力汽缸540 (例如,气动汽缸)遵循。由于当鼻状件552 (图29)沿着腹板轮廓240向下移动时层板承载架450的每一侧的横向宽度被用掉,所以层板承载架450的每一侧中的横向张力462可以通过向下枢转每个张力臂414而被松弛。如上面指出的,当张力管理系统400在将层板承载架450形成到成形工具220的每一侧上的凸缘轮廓238和腹板轮廓240的过程期间连续感测层板承载架450的每一侧中的横向压力时,成形模块520可以连续感测鼻状件552中的压实压力。压实压力的范围可以取决于材料系统、正被应用于成形工具220的层460(图6)的纤维取向(例如,0°、45°、90°纤维角)和其它因素。
[0132]方法600的步骤614可以包括以材料层458(图39)保持在成形工具220上的方式将层板承载架450 (图38)从成形工具220 (图39)剥离。一旦鼻状件552 (图39)到达腹板轮廓240(图39)的底部,则成形Z’致动器504的最大行程就已经到达。为将层板承载架450从成形工具220剥离的过程作准备,每个成形模块520的横向力汽缸540可以被缩回,这可以从与层板承载架450接触而撤回所述鼻状件552的阵列。可替代地,鼻状件552可以在减小的或可以忽略的压实压力的情况下保持与层板承载架450接触,并且成形Z’致动器504(图26)可以使方向换向并向上平移成形模块520,从而迫使层板承载架450剥离成形工具220的每一侧上的腹板轮廓240和凸缘轮廓238。
[0133]在剥离过程期间,翼弦框架280(图33)可以维持在与先前步骤相同的位置中。成形梁502(图26)可以沿Z’方向被完全缩回。竖直力汽缸532(图28)中的每一个的汽缸杆锁536(图28)可以被停用,并且竖直汽缸杆534(图28)中的每一个可以被完全缩回到其竖直力汽缸532内。成形梁502可以被返回到其最大内侧Y位置。此外,所述踩踏脚310的阵列(图39)可以沿着其踩踏脚致动器312(图39)轴线被完全缩回。
[0134]图40是桁条成形装置200的端视图,其示出在从腹板轮廓240剥离并且从成形工具220的每一侧上的凸缘轮廓238剥离的开始之后的层板承载架450。图41示出当层板承载架450从成形工具220的凸缘轮廓238剥离时张力臂414的进一步向上平移。在一些示例中,张力臂414可以被定位为在整个剥离步骤期间相对于水平线维持恒定的层板承载架角C。在其它示例中,层板承载架角C可以随着层板承载架450从成形工具220剥离而改变。张力臂竖直位置致动器406(图6)可以被激活,以将张力臂414向上竖直平移到其完全缩回的Z’位置,这可以引起层板承载架450剥离腹板轮廓240的剩余部分。
[0135]图42示出在层板承载架450(图41)从成形工具220被剥离之后的桁条成形装置200(图11),在此之后张力管理系统400、踩踏系统300和成形系统500(图30)处于其相应的初始位置。在张力臂414已经沿其Z’方向被缩回之后,翼弦框架280(图33)可以相对于水平线被旋转回到0°俯仰角B。将翼弦框架280旋转回到水平取向可以开始将层板承载架450从成形工具220的凸缘轮廓238(图41)上的低点剥离。翼弦框架280可以沿着Z方向被上升至其最大高度,这可以完成将层板承载架450从成形工具220(图34)剥离的过程。张力臂414中的每一个可以被返回到0°旋转角,使得踩踏梁302、张力管理系统400和成形系统500可以处于图33中示出和上面描述的承载架交换位置。桁条成形装置200可以沿着车导轨204被移动到沿着成形工具220的下一个翼展方向的位置206(图7)。空层板承载架450可以从张力臂移除,并且用支撑新材料层458(图41)的层板承载架450来代替。上述踩踏、符合和剥离层板承载架450的循环可以被重复,以在成形工具220上的新翼展方向的位置206处应用新材料层458。
[0136]图43-44是可以被实施用于与桁条成形装置200(图11)一起使用的成形工具220(图34)的替代性实施例的横截面视图。区别于用于层叠完整桁条106(图3-5)的第一桁条半部110(例如,左半部分)和第二桁条半部112(例如,右半部分)两者的图33-42的叶片成形工具222,图43-33中的叶片成形工具222中的每一个是对称的,并且可以用于层叠一对第一桁条半部110和一对第二桁条半部112。例如,图43的叶片成形工具222可以用于层叠一对第一桁条半部110。图44的叶片成形工具222可以用于层叠一对第二桁条半部112。
[0137]图45-46是均由第一桁条半部110和第二桁条半部112组装的叶片桁条122填料的横截面视图。图45示出由被层叠在图43的成形工具220上的第一桁条半部110和被层叠在图44的成形工具220上的第二桁条半部112组装的叶片桁条122。图46也示出由被层叠在图43的成形工具220上的第一桁条半部110和被层叠在图44的成形工具220上的第二桁条半部112组装的叶片桁条122。图43-33中的成形工具220中的每一个可以包括对应于飞行器100(图1)的左机翼和右机翼104 (图1)的机翼蒙皮中的弯曲部分的翼展方向的弯曲部分228 (图10)。在这方面,图45和图46的叶片桁条106可以分别对应于左机翼和右机翼104,反之亦然。
[0138]图47是帽成形工具224的横截面视图。图48是可以利用本文公开的帽成形工具224和桁条成形装置200(图8)来层叠的帽桁条124的横截面视图。如上面指出的,帽桁条124可以具有帽形横截面,且包括盖子126和延伸至对应的一对凸缘116的一对腹板120。层叠帽桁条124的过程可以以类似于上面描述的用于层叠叶片桁条122(图45)的方式来执行。
[0139]图49是在帽成形工具224的翼展方向的段上形成帽桁条124的背景下描述的桁条成形装置200的进一步示例的透视图。图49中的桁条成形装置200可以以类似于上面描述的图8的桁条成形装置200的方式被操作。图49的桁条成形装置200可以被配置为成形车260(图7),该成形车260可以沿着帽成形工具224的车导轨204被平移,用于在顺序地层叠复合层板以形成帽桁条124时引导桁条成形装置200。然而,桁条成形装置200也可以是固定的。
[0140]图49的桁条成形装置200可以包括用于支撑张力管理系统400、踩踏系统300和成形系统500的翼弦框架280。图49的翼弦框架280可以类似于图15的翼弦框架,因为图49的翼弦框架280可以包括一对平行的侧梁282,这一对侧梁282可以通过一对相对的端梁284来相互连接。翼弦框架280可以包括用于支撑踩踏梁302的一个或多个横梁286。在所示的示例中,翼弦框架280包括一对横梁286,每个横梁286包含形成用于在A形框架横梁286的顶点支撑踩踏梁302的A形框架配置的成角度部分。然而,横梁286可以以任何配置来提供,包括如在图15中示出的笔直配置。虽然未在图49中示出,但是翼弦框架280可以由桁条成形装置200的相对端部上的一对端框架264支撑。Z致动器288可以被安装到端框架264,以便以如上所述的调整翼弦框架280的竖直位置和俯仰角B以匹配帽成形工具224的翼展方向的弯曲部分的局部切线的方式独立地移动翼弦框架280。
[0141]图50是沿着图49的线50获取的桁条成形装置200的端视图,其图示说明悬挂在帽成形工具224上面的桁条成形装置200。如上面指出的,端框架264的框架腿266(例如,参见图11)可以跨骑帽成形工具224,并且可以可移动地耦接到车导轨204。如下面更详细地描述的,桁条成形装置200可以包括用于在将材料层458应用于帽成形工具224期间支撑层板承载架450的张力管理系统400。材料层(未示出)(诸如复合层板)可以被安装到层板承载架450的下表面452。踩踏梁302被示为由A形框架横梁286支撑,该A形框架横梁286由翼弦框架280的侧梁282支撑。
[0142]踩踏梁302是踩踏系统300的一部分,并且在上面关于图21-23来描述。踩踏系统300可以包括踩踏脚致动器的阵列312,该踩踏脚致动器312可以被操作地耦接到踩踏梁302,并且以协同的方式被致动以在使材料层458符合帽成形工具224的过程期间将层板承载架450和材料层458夹到帽成形工具224。踩踏梁302可以在翼弦框架280的相对端梁284之间延伸。相比于图21的踩踏系统300,其中踩踏梁302可相对于翼弦框架280竖直移动,图49-50中示出的踩踏梁302可以通过A形框架横梁286被刚性地或不可移动地耦接到翼弦框架280。踩踏梁302的竖直定位可以受利用Z致动器288整体移动翼弦框架280的影响,从而相对于帽成形工具224定位踩踏梁302。
[0143]在图50中,桁条成形装置200可以包括位于中心的踩踏脚310的阵列的相对侧上的鼻状件552的左手阵列和右手阵列。鼻状件552是所述成形模块520的阵列的一部分。成形模块520可以被安装到踩踏梁302的相应的相对侧上的一对成形梁502。成形模块520的每个列可以沿着成形梁502中的每一个的长度被均匀地分布,并且可以被配置为在使层板承载架450和材料层458符合成形工具轮廓236的过程期间倚靠帽成形工具轮廓236将压实压力施加于层板承载架450。在踩踏梁302的每一侧上,每个成形梁502可以沿着A形框架横梁286的成角度部分独立地移动。A形框架横梁286的每个成角度部分可以包括横梁导轨518,成形梁502可以经由致动器托架可滑动地耦接到横梁导轨518。用于每个成形梁502的横梁致动器519可以以同步的方式被操作,以控制成形梁502沿着踩踏梁302的每一侧上的A形框架横梁286的成角度部分的移动。
[0144]成形模块520中的每一个可以包括成形模块致动器530。踩踏梁302的每一侧上的成形模块致动器530的阵列可以被操作,以控制鼻状件552沿着垂直于(例如,90度)A形框架横梁286的成角度部分的取向的方向的位置。然而,成形模块致动器530可以被配置为控制鼻状件552沿着除与A形框架横梁286的成角度部分的取向成90度之外的方向的位置。如下面更详细地描述的,横梁致动器519和成形模块致动器530可以以协同的方式被操作,以在使层板承载架450和材料层458符合成形工具轮廓236的过程期间沿着帽成形工具224的轮廓横向地扫过鼻状件552。在一些实施例中,成形模块520可以包括具有在使层板承载架450符合成形工具轮廓236的过程期间经由动态反馈感测和控制由鼻状件552施加到层板承载架450上的压实压力的量值的能力的致动器。然而,在另一些实施例中,横梁致动器519和成形模块致动器530可能缺少感测压实压力的能力,并且鼻状件552的移动可以被预先编程以被动地遵循成形工具轮廓236,其中由于鼻状件552倚靠成形工具224的弹簧加载或偏置,鼻状件552倚靠成形工具224将压实压力施加到层板承载架450上。在又一些实施例中,横梁致动器519和成形模块致动器530可以被配置为在鼻状件552的横向扫过期间改变鼻状件552的速度,以优化层板承载架450和材料层458与成形工具220的几何结构的符合度。当鼻状件552以主动模式被操作(例如,致动器519和/或530感测压实压力)时和/或当鼻状件552以被动模式被操作(例如,致动器519和/或530缺少感测压实压力的能力)时,鼻状件552的速度可以被改变。
[0145]图51是图49的桁条成形装置200的张力管理系统400的示例的透视图。张力管理系统400可以包括被配置为支撑层板承载架450的横向侧的一对张力臂414。每个张力臂414可以包含张力梁416和从张力梁416的相对端部横向延伸的一对枢轴臂418。每个枢轴臂418可以被可旋转地支撑在翼弦框架280的每个端部处的张力臂支撑托架402上的枢轴点420处。张力臂支撑托架402可以被刚性地或不可移动地耦接到翼弦框架280,并且该张力臂支撑托架402与图18-20的张力管理系统400不同,其中张力臂414通过每个张力臂414的相对端部中的每一个上的竖直位置致动器410可相对于翼弦框架280竖直移动。
[0146]图52是沿着图51的线52获取的横截面视图,其图示说明在每个张力臂414的每个端部处均具有旋转位置致动器410和旋转平衡汽缸412的一对张力臂414。张力臂414中的每一个可以包括被配置为支撑延伸器导轨456的张力梁416,该延伸器导轨456沿着层板承载架450的横向侧延伸。材料层458(诸如复合材料的层板)可以可释放地粘附到层板承载架450的下表面452。在本文公开的桁条成形装置200的实施例的任一个中,支撑层板承载架450的横向侧454中的一个的延伸器导轨456可以被固定地附接(例如,被硬停止索引)到张力梁416,并且支撑层板承载架450的相对的横向侧454的剩余张力梁416可以被弹簧加载,以允许延伸器导轨456占用由于层板承载架450的制造宽度的变化和/或由于层板承载架450随着时间的磨损(例如,稍微横向延伸)和/或桁条成形装置200中的磨损而可能发生的层板承载架450中的游隙。为延伸器导轨456提供占用层板承载架450中的游隙的弹簧定位能力可以允许材料层458的相对方位准确性被传送给成形工具220上的层叠。关于张力臂414的运动,每个张力臂414可以利用一个或多个旋转位置致动器410围绕枢轴点420旋转。枢轴点420可以被包括在张力臂支撑托架402中。在一些示例中,每个张力臂支撑托架402可以从踩踏梁302以一角度向下延伸。
[0147]每个张力臂414的相对端部处的旋转位置致动器410可以在将层板承载架450形成到帽成形工具224的过程期间控制张力臂414相对于帽成形工具224的位置。张力臂414相对于帽成形工具224的位置还可以通过利用Z致动器288(图8)整体上竖直平移翼弦框架280来辅助。以上面关于图33-42描述的方式,每个张力臂414的旋转平衡汽缸412可以平衡张力臂414的质量,并且由此在层板承载架450和材料层458形成到成形工具224上的过程期间和在将层板承载架450从成形工具224剥离的过程期间允许旋转位置致动器410准确地感测层板承载架450中的横向张力462并将层板承载架450中的横向张力462维持在预定的范围内。
[0148]图53-58图示说明用于使层板承载架450和材料层458符合帽成形工具224和在符合过程完成之后将层板承载架450从帽成形工具224剥离的过程的操作的顺序。操作的顺序涉及踩踏系统300、张力管理系统400和成形系统500的组件的协同移动。虽然图53-58中的操作顺序在将材料层形成到帽成形工具的背景下被描述,但是操作顺序可以被实施用于将材料层形成到任何配置的成形工具而无限制。
[0149]图53示出上述用于形成帽桁条124的桁条成形装置200的端视图。并且示出在将层板承载架450形成到帽成形工具224上的过程开始之前处于其相应初始位置的翼弦框架280、张力管理系统400、踩踏系统300和鼻状件552。旋转位置致动器410可以被致动以将成形梁502取向为使得层板承载架450为大体平坦的,并且被取向为大体平行于帽成形工具224的工具台246。翼弦框架280的每个端部上的Z致动器288(图8)可以被致动,以调整翼弦框架280的俯仰角B,使得层板承载架450大体平行于成形工具224的局部切线(未示出),如上所述。翼弦框架280可以被降低,直至层板承载架450在帽成形工具224的盖轮廓244上面若干英寸。踩踏脚致动器312可以被缩回,并且踩踏脚310可以被定位在大体平坦的层板承载架450上并且不与大体平坦的层板承载架450接触。踩踏梁302的相对侧上的成形梁502可以被定位在其内侧极限处。此外,每个成形模块520的成形致动器可以被缩回,使得鼻状件552被定位在层板承载架450的正上方并且不与层板承载架450接触。
[0150]图54是图53的桁条成形装置200的端视图,其示出踩踏脚致动器312的延伸和翼弦框架280的降低引起踩踏脚310将层板承载架450踩踏到帽成形工具224的盖轮廓244上。如上面指出的,踩踏系统300可以包括踩踏脚致动器312中的一个或多个位置传感器,以提供当最后的踩踏脚致动器312已经接触成形工具224时的指示。在这方面,最后的踩踏脚致动器312可以向Z致动器288发送信号,以停止竖直降低翼弦框架280。将层板承载架450夹到成形工具224上可以锁定层板承载架450的横向位置,并且还可以倚靠帽成形工具224的盖轮廓244压实材料层458。一旦层板承载架450通过踩踏脚致动器312被夹到成形工具224,则成形模块致动器530可以延伸,从而引起鼻状件552倚靠踩踏脚310的相对侧上的成形工具224接触层板承载架450。
[0151]在踩踏步骤期间,张力管理系统400的旋转平衡汽缸412可以平衡张力臂414的质量,并且由此允许旋转位置致动器410感测层板承载架450的每一侧上的横向张力462并将层板承载架450的每一侧上的横向张力462维持在预定的范围内。此外,旋转位置致动器410可以以控制层板承载架450的每一侧上的层板承载架角C来防止层板承载架450接触成形工具224的方式被操作。在所示的示例中,层板承载架450的每一侧可以相对于水平线以相对浅的层板承载架角C(例如,小于15°)被取向。
[0152]图55是在鼻状件552已经形成围绕盖轮廓244的每一侧上的半径242的层板承载架450之后图53的桁条成形装置200的端视图。如上面指出的,成形模块致动器530和横梁致动器519可以协作,以所述鼻状件552的阵列倚靠成形工具轮廓236横向扫过层板承载架450的方式移动踩踏梁302的每一侧上的所述成形模块致动器530的阵列。如上面指出的,成形模块致动器530可以被预先编程以遵循成形工具224的轮廓,使得鼻状件552倚靠成形工具轮廓236将压实压力被动地施加到层板承载架450上。在另一实施例中,成形模块致动器530中的一个或多个可以包括用于感测鼻状件552到层板承载架450上的压实压力的能力。例如,成形模块致动器530中的一个或多个可以包括位置反馈,以允许成形模块致动器530感测鼻状件552上的力并且调整成形模块致动器从而将鼻状件552的压实压力维持在预定的范围内。在一个示例中,成形模块致动器530可以被配置为类似上面描述的竖直力汽缸532。
[0153]图55图示说明使层板承载架450符合帽成形工具224的每一侧上的内半径的鼻状件552。张力臂414的枢轴点420可以被维持在与图54中相同的竖直位置中,并且旋转位置致动器410可以向下旋转张力臂414以将横向张力462维持在预定的范围内。此外,旋转位置致动器410可以控制张力臂414的位置,以阻止层板承载架450的每一侧接触成形工具轮廓236的方式控制层板承载架角C。
[0154]图56是在鼻状件552已经将层板承载架450形成到帽成形工具224的相对侧上的凸缘轮廓238之后图53的桁条成形装置200的端视图。张力臂414的枢轴点420可以被维持在与图55中相同的竖直位置中,并且由于当材料层458被粘附到成形工具224或被粘附到先前应用的材料层458时成形工具224的每一侧上的层板承载架450的横向宽度被用掉,所以旋转位置致动器410可以向下旋转张力臂414。此外,张力臂414可以绕枢轴点420被枢转,使得层板承载架450的每一侧相对于水平线以向上的层板承载架角C被取向,使得层板承载架450的每一侧上的横向张力462稍微向上。
[0155]有利地,旋转平衡汽缸412可以以某一方式平衡用于旋转位置致动器410的张力臂414的质量,从而允许旋转位置致动器410将横向张力462维持在预定的最小值之上,以在不足的横向张力462被维持在层板承载架450中时避免否则可能发生的材料层458中褶皱或皱纹的形成。此外,旋转位置致动器410可以将横向张力462维持在预定的最大值之下,以在过大的横向张力462被施加于层板承载架450时阻止否则可能发生的材料层458与层板承载架450的提前分开。如上面指出的,层板承载架上的横向压力的范围可以取决于材料系统、正在被应用于成形工具的复合层的纤维取向和其它因素。
[0156]图57是图53的桁条成形装置200的端视图,其示出以使得材料层458保持在成形工具224上的方式将层板承载架450从成形工具224剥离。可以看出,所述鼻状件552的阵列可以诸如通过缩回成形模块致动器530从成形工具224缩回。此外,诸如通过致动Z致动器288(图8)以及引起踩踏脚310从成形工具224的盖轮廓244松开且竖直向上移动,翼弦框架280可以被竖直向上平移。当翼弦框架280被向上移动时,同时成形工具224的每一侧上的张力臂414可以被向下旋转,引起层板承载架450从帽成形工具224剥离并将材料层458留在成形工具224上。如上面指出的,旋转位置致动器410可以定位张力臂414,以在层板承载架剥离过程期间将层板承载架450的每一侧上的横向张力462维持在预定的范围内,从而避免否则可能拉动材料层458离开成形工具224的过大横向张力462。此外,张力臂414的位置可以以某一方式来控制,从而在整个剥离过程期间以预定的层板承载架角C维持层板承载架450的每一侧,以在层板承载架450被取向为垂直于层板承载架450正在被剥离的瞬时方位时避免否则可能发生的拉动材料层458离开成形工具224。
[0157]图58是图53的桁条成形装置200的端视图,其示出在从帽成形工具224剥离之后的层板承载架450。张力臂414可以被旋转回到图53中示出的位置。翼弦框架280可以被提升,以提供与成形工具224的间隙。此外,翼弦框架280可以相对于水平线被旋转回到0°的俯仰角B,以使层板承载架450处于承载架交换位置。桁条成形装置200可以被移动到沿着成形工具224的下一个翼展方向的位置,并且空层板承载架450可以从张力臂414移除,并用支撑新材料层458的新层板承载架450来代替。上述过程可以被重复,以将新材料层458应用于成形工具224上的新翼展方向的位置处。
[0158]桁条成形装置200(图8和图49)和方法的上述示例有利地提供用于以经济的方式且以最少的人为干预将一个或多个材料层或复合层板自动层叠在相对长的长度的成形工具220(图34和图53)上面的手段。此外,桁条成形装置200和方法可以允许以高生产率且以高准确度和一致性形成任何配置的桁条,包括桁条(图45)和帽桁条(图48)。桁条成形装置200可以适合于各种各样的成形工具几何结构,并不限于叶片成形工具(图34)和帽成形工具(图53)。此外,桁条成形装置200可以适应沿着翼展方向226和/或沿着成形工具220的横向方向230的轮廓的变化。
[0159]另外,本公开包含根据以下条款的实施例:
[0160]条款1.一种用于将材料层形成到成形工具上的装置,其包含:
[0161]至少一个鼻状件,其被配置为将层板承载架横向地扫到成形工具轮廓上;
[0162]—对张力臂,其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧,所述层板承载架具有被安装到其下表面的材料层;
[0163]—个或多个致动器,其被配置为在将所述层板承载架形成到所述成形工具轮廓期间定位所述张力臂;以及
[0164]所述一个或多个致动器被配置为在将所述层板承载架形成到所述成形工具轮廓期间感测和控制所述层板承载架中的横向张力。
[0165]条款2.根据条款I所述的装置,其中所述张力臂的致动器包括:
[0166]张力臂竖直位置致动器,其可操作为平移所述张力臂中的至少一个,并且感测所述层板承载架中的横向张力。
[0167]条款3.根据条款2所述的装置,进一步包括:
[0168]竖直平衡汽缸,其可操作为在平移期间以允许所述张力臂竖直位置致动器感测所述层板承载架中的横向张力并将所述层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂的质量。
[0169]条款4.根据条款I所述的装置,其中所述张力臂的致动器包括:
[0170]旋转位置致动器,其可操作为调整所述张力臂的角位置,并且感测所述层板承载架中的横向张力。
[0171]条款5.根据条款4所述的装置,进一步包括以下中的至少一个:
[0172]旋转平衡汽缸,其可操作为在枢转期间以允许所述旋转位置致动器感测所述层板承载架中的横向张力并将所述层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂的质量。
[0173]条款6.根据条款I所述的装置,进一步包括:
[0174]翼弦框架,其具有相对端部,并且支撑所述张力臂;以及
[0175]在所述翼弦框架的每个端部处的一个或多个Z致动器,其可操作为调整所述翼弦框架相对于所述成形工具的俯仰角。
[0176]条款7.根据条款I所述的装置,进一步包括:
[0177]至少一个踩踏脚致动器,其可操作为将所述层板承载架夹到所述成形工具
[0178]条款8.根据条款7所述的装置,进一步包括:
[0179]踩踏梁,其被耦接到翼弦框架,并且支撑所述踩踏脚致动器;以及
[0180]至少一个踩踏梁致动器,其被配置为相对于所述翼弦框架竖直定位所述踩踏梁。
[0181]条款9.根据条款I所述的装置,进一步包括:
[0182]至少一个鼻状件,其被配置为沿着所述成形工具扫过,并且使所述层板承载架和材料层符合所述成形工具轮廓。
[0183]条款10.根据条款9所述的装置,进一步包括:
[0184]—个或多个成形模块致动器,其被配置为感测和控制由所述鼻状件施加到所述层板承载架上的压实压力。
[0185]条款11.根据条款9所述的装置,进一步包括:
[0186]—对成形梁,其被耦接到翼弦框架,并且支撑均具有鼻状件的成形模块的阵列;以及
[0187]一对成形Z ’致动器和一对成形Y致动器,其在所述成形梁中的每一个的相对端部中的每个端部处,并且被配置为相对于所述翼弦框架平移所述成形梁。
[0188]条款12.根据条款I所述的装置,其中:
[0189]所述层板承载架沿着所述成形工具的纵长方向比沿着横向方向具有更高程度的弹性。
[0190]条款13.—种用于将复合材料的分层层叠在成形工具上的桁条成形装置,其包含:
[0191]张力管理系统,其包括:
[0192]—对张力臂,其被配置为支撑层板承载架的相对的横向侧,所述层板承载架具有被安装到其的分层;
[0193]—个或多个致动器,其被配置为在形成到成形工具轮廓期间感测和控制所述层板承载架中的横向张力;
[0194]踩踏系统,其包括:
[0195]踩踏脚致动器的阵列,其被配置为将所述层板承载架夹到所述成形工具上;以及
[0196]成形系统,其包括:
[0197]均包括鼻状件的成形模块的阵列,所述鼻状件被配置为将所述层板承载架形成到所述成形工具轮廓,并且感测和控制由所述鼻状件施加到所述层板承载架上的压实压力。
[0198]条款14.一种层叠材料层的方法,其包含以下步骤:
[0199]将层板承载架定位在成形工具上面,所述层板承载架具有被安装到所述层板承载架的下表面的材料层;
[0200]使所述层板承载架符合成形工具轮廓;以及
[0201]在使所述层板承载架符合所述成形工具轮廓期间将所述层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内。
[0202]条款15.根据条款14所述的方法,其中维持所述层板承载架中的横向张力的步骤包含:
[0203]利用通过一个或多个致动器致动的一对张力臂将所述层板承载架支撑在相对的横向侧上;
[0204]平衡所述张力臂的质量;
[0205]利用所述一个或多个致动器基于在平衡所述质量之后保持在所述张力臂上的力感测所述层板承载架中的横向张力;以及
[0206]利用所述一个或多个致动器以将所述横向张力维持在所述预定的范围内的方式调整所述张力臂的位置。
[0207]条款16.根据条款14所述的方法,进一步包括以下步骤:
[0208]将所述层板承载架从所述成形工具剥离。
[0209]条款17.根据条款16所述的方法,其中剥离所述层板承载架的步骤包括:
[0210]在所述层板承载架的剥离期间感测所述层板承载架中的横向张力并将所述层板承载架中的横向张力维持在预定的范围内。
[0211 ]条款18.根据条款14所述的方法,其中使所述层板承载架符合的步骤包括:
[0212]使鼻状件横向地扫过所述成形工具。
[0213]条款19.根据条款18所述的方法,其中使所述鼻状件横向地扫过的步骤包括:
[0214]在所述鼻状件的扫过期间倚靠所述成形工具压实所述层板承载架和材料层。
[0215]条款20.根据条款19所述的方法,其中压实所述层板承载架和材料层的步骤包括:
[0216]利用成形模块致动器和汽缸中的至少一个感测所述层板承载架上的所述鼻状件的压实压力并将所述层板承载架上的所述鼻状件的压实压力维持在预定的范围内。
[0217]条款21.根据条款14所述的方法,其进一步包括:
[0218]在使所述层板承载架符合所述成形工具轮廓之前将所述层板承载架踩踏到所述成形工具上。
[0219]条款22.根据条款14所述的方法,其中定位所述层板承载架的步骤包括:
[0220]在使所述层板承载架符合所述成形工具轮廓之前将所述层板承载架的俯仰角调整为与所述成形工具的局部翼弦角互补。
[0221]本公开的附加更改和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此,本文描述和图示说明的零件的特定组合意在仅表示本公开的某些实施例,而不意在本发明的精神和范围内限制替代性实施例或装置。
【主权项】
1.一种用于将材料层(458)形成到成形工具(220)上的装置(200),其包含: 至少一个鼻状件(552),其被配置为将层板承载架(450)横向地扫到成形工具轮廓(236)上; 一对张力臂(414),其被配置为支撑层板承载架(450)的相对的横向侧(454),所述层板承载架(450)具有被安装到其下表面(452)的材料层(458); 一个或多个致动器(406、410),其被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间定位所述张力臂(414);以及 所述一个或多个致动器(406、410)被配置为在将所述层板承载架(450)形成到所述成形工具轮廓(236)期间感测和控制所述层板承载架(450)中的横向张力(462)。2.根据权利要求1所述的装置(200),其中所述张力臂(414)的所述致动器(406、410)包括: 张力臂(414)竖直位置致动器(406),其可操作为平移所述张力臂(414)中的至少一个,并且感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462);以及竖直平衡汽缸(408),其可操作为在平移期间以允许所述张力臂(414)竖直位置致动器(406)感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)并将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂(414)的质量。3.根据权利要求1所述的装置(200),其中所述张力臂(414)的所述致动器(406、410)包括: 旋转位置致动器(410),其可操作为调整所述张力臂(414)的角位置,并且感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462);以及 旋转平衡汽缸(412),其可操作为在枢转期间以允许所述旋转位置致动器(410)感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)并将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内的方式平衡所述张力臂(414)的质量。4.根据权利要求1所述的装置(200),进一步包括: 翼弦框架(280),其具有相对端部,并且支撑所述张力臂(414);以及在所述翼弦框架(280)的每个端部处的一个或多个Z致动器(288),其可操作为调整所述翼弦框架(280)相对于所述成形工具(220)的俯仰角。5.根据权利要求1所述的装置(200),进一步包括: 至少一个踩踏脚致动器(312),其可操作为将所述层板承载架(450)夹到所述成形工具(220); 踩踏梁(302),其被耦接到翼弦框架(280),并且支撑所述踩踏脚致动器(312);以及至少一个踩踏梁致动器(304),其被配置为相对于所述翼弦框架(280)竖直定位所述踩踏梁(302)。6.根据权利要求1所述的装置(200),进一步包括: 至少一个鼻状件(552),其被配置为沿着所述成形工具(220)扫过,并且使所述层板承载架(450)和材料层(458)符合所述成形工具轮廓(236);以及 一个或多个成形模块致动器(530),其被配置为感测和控制由所述鼻状件(552)施加到所述层板承载架(450)上的压实压力。7.根据权利要求6所述的装置(200),进一步包括: 一对成形梁(502),其被耦接到翼弦框架(280),并且支撑均具有鼻状件(552)的成形模块(520)的阵列;以及 一对成形Z’致动器(504)和一对成形Y致动器(514),其在所述成形梁(502)中的每一个的相对端部中的每个端部处,并且被配置为相对于所述翼弦框架(280)平移所述成形梁(502)。8.一种层叠材料层(458)的方法,其包含以下步骤: 将层板承载架(450)定位在成形工具(220)上面,所述层板承载架(450)具有被安装到所述层板承载架(450)的下表面(452)的材料层(458); 使所述层板承载架(450)符合成形工具轮廓(236);以及 在使所述层板承载架(450)符合所述成形工具轮廓(236)期间将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内。9.根据权利要求8所述的方法,其中维持所述层板承载架(450)中的横向张力(462)的步骤包含: 利用通过一个或多个致动器(406、410)致动的一对张力臂(414)将所述层板承载架(450)支撑在相对的横向侧(454)上; 平衡所述张力臂(414)的质量; 利用所述一个或多个致动器(406、410)基于在平衡所述质量之后保持在所述张力臂(414)上的力而感测所述层板承载架(450)中的所述横向张力(462);以及 利用所述一个或多个致动器(406、410)以将所述横向张力(462)维持在所述预定的范围内的方式调整所述张力臂(414)的位置。10.根据权利要求8所述的方法,进一步包括以下步骤: 通过在所述层板承载架(450)的剥离期间感测所述层板承载架(450)中的横向张力(462)并将所述层板承载架(450)中的横向张力(462)维持在预定的范围内而将所述层板承载架(450)从所述成形工具(220)剥离。11.根据权利要求10所述的方法,其中使所述层板承载架(450)符合的步骤包括: 使鼻状件(552)横向地扫过所述成形工具(220),以倚靠所述成形工具(220)压实所述层板承载架(450)和材料层(458)。12.根据权利要求10所述的方法,进一步包括: 在使所述层板承载架(450)符合所述成形工具轮廓(236)之前将所述层板承载架(450)踩踏到所述成形工具(220)上。13.根据权利要求10所述的方法,其中定位所述层板承载架(450)的步骤包括: 在使所述层板承载架(450)符合所述成形工具轮廓(236)之前将所述层板承载架(450)的俯仰角调整为与所述成形工具(220)的局部翼弦角互补。
【文档编号】B29C70/38GK105965914SQ201610139255
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】M·R·德斯亚迪恩, B·拉弗蒂, M·卡拉斯, M·S·邦克尔, E·隆德, G·C·汉森, S·G·霍利, B·B·李, J·D·奥康奈尔, J·D·莫里斯, D·J·弗洛伊德, B·S·霍华德, M·C·博贝格, E·J·沃克, S·L·斯塔德利, D·威利斯
【申请人】波音公司
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