具有加强结构的面板的制造方法与流程

本发明涉及一种用于飞行器结构的面板(panel)的制造方法，该面板设置有加强结构(doubler)，该方法包括：提供以金属层和在每两层金属层间具有至少一纤维增强粘结剂层(fibre-reinforcedadhesivelayer)的层压形式存在的加强结构，至少两层金属层通过该至少一纤维增强粘结剂层固定在一起。

背景技术：

书中记载有类似的方法：“fibremetallaminates,anintroduction”，由advlot等人编辑，kluwer2001，第267-280页，第17章：“detaileddesignconcepts”，作者为o.c.vanderjagt等人。这种方法描述了使用加强结构或增厚结构(thickening)作为局部增强元素。该加强结构通过加强结构和层压蒙皮(laminatedskin)之间的粘结剂层的前体而置于层压蒙皮之上，之后该层压蒙皮与该加强结构一同被放入高压釜通过加压和升温来活化该粘结剂层。

这种在另一层压结构上制造两个层压结构的方式同样在wo-02/094565-a1中有描述。该文描述了如何将至少两层各自具有不同轮廓(contour)的层压结构通过每层层压结构之间的待活化的粘结剂层而互相结合。所述活化在升温和加压下进行。

用于飞行器结构的面板包括纤维金属层压结构(fml)-该层压结构，作为单向玻璃纤维预浸料坯(prepregs)、粘结剂材料和薄金属板，例如铝板的夹层元件，通过堆叠在型架(jig)上被组装在一起。玻璃纤维预浸料坯是一种嵌入在基质材料中的玻璃纤维垫(mat)。在每两层金属层间具有至少一层纤维增强粘结剂层的金属板在型架上置于彼此的顶部。堆叠过程之后，将带有该产物的型架放入高压釜。之后该产物在高压釜中粘在一起并在高压高温下固化(cured)。这导致层压产物具有光滑的型架面，同时形成飞行器的外表面，所谓的层压蒙皮。

出于某些目的，可取的做法是增强所述层压蒙皮，例如作为门口或窗口的局部加固。通过在层压蒙皮表面的另外的层压结构的局部附着而获得这种加固。于是该层压蒙皮在附着了另外的层压结构的位置增厚。该另外的层压结构还被称为加强结构或增厚结构。

上述方法的缺点是层压蒙皮和加强结构均先经历活化步骤以形成层压结构，例如在高压釜中。在加强结构放在层压蒙皮上之后，二者之间具有粘结剂层前体，这种组装再次经过活化步骤，例如在同一高压釜中。这种方法是耗时的，因为相同的步骤必须在面板被制造就绪之前进行三次。此外，这种方法对所使用的装置的生产能力具有不利影响，例如所使用的型架。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种克服上述缺点的方法。为了实现此目的，该方法包括以下步骤：

-提供以金属层和在每两层金属层间具有至少一纤维增强粘结剂层的层压形式存在的加强结构(或覆板)，并且至少两金属层通过该至少一纤维增强粘结剂层固定在一起；

-提供型架(或夹具)；

-在所述型架中，提供金属层和嵌入在粘结剂前体(precursorofanadhesive)中的纤维层的堆叠结构(stack)以形成蒙皮，其中，所述纤维层设置于每两金属层之间；

-将嵌入在粘结剂前体中的另外的纤维层置于所述堆叠结构上；

-将所述加强结构置于所述嵌入在粘结剂前体中的另外的纤维层上，从而该嵌入在粘结剂前体中的另外的纤维层形成为所述堆叠结构与加强结构之间的中间层；

-将气密的覆盖层覆盖于所述堆叠结构、中间层和加强结构之上，从而在所述型架和所述覆盖层之间形成空间；

-气密闭合相对所述型架的所述堆叠结构、中间层和加强结构的边界周围的覆盖层；

-将所述型架与所述堆叠结构、中间层和加强结构以及密封的覆盖层一起送至高压釜中；

-降低所述型架和所述覆盖层之间的空间的压力；

-在高压釜中的热和压力作用下，通过活化在每层纤维嵌入层中的粘结剂前体以胶粘所述金属层并形成层压蒙皮，以及同时地，在高压釜中的热和压力作用下，活化在中间层中另外的纤维层的粘结剂前体以形成补充粘结剂层(supplementaryadhesivelayer)，由此使得所述加强结构与所述层压蒙皮结合，从而形成所述面板；

-从所述高压釜中移出所述面板。

根据本发明的方法具有在层压蒙皮的步骤中加强结构和层压蒙皮的结合同时进行的优点。由于这些加工步骤同时进行，生产时间缩短。此外，该方法还具有缩短每个面板在型架中的占据时间的优点。遵循这种物流优势(logisticadvantage)是由于现在的型架仅需要用于面板的组装，而不是同时用于层压蒙皮和面板的组装。

形成所述加强结构的金属层和在每两层金属层间具有至少一纤维增强粘结剂层的层压结构通过已知的用于压热处理层压结构的工艺-其中所述堆叠结构以层压结构的形式固化，或者通过以下描述的工艺预先制造。所述加强结构施用于金属层与位于每两层金属层之间的嵌入有粘结剂前体的纤维层的堆叠结构之上。嵌入有粘结剂前体的另外的纤维层的中间层被提供在堆叠结构和加强结构之间。层压之后，所述堆叠结构形成层压蒙皮，其中加强结构和中间层结合。

所述堆叠结构、中间层和加强结构整体在型架中形成，并且被气密涂层气密覆盖，从而在所述型架和所述气密涂层之间形成空间。所述空间的压力相对低于周围环境的压力。所述型架、堆叠结构、中间层、加强结构和气密涂层整体经热和压力处理，优选在高压釜中。在此期间，堆叠结构的层压蒙皮通过活化金属层之间的每层纤维嵌入层中的粘结剂前体而形成。此外，同时地，活化了在中间层中另外的纤维层的粘结剂前体，补充粘结剂层借此形成，通过该方式加强结构与所述层压蒙皮结合。

层压堆叠结构以及将加强结构与蒙皮结合之后，所述面板形成。从所述高压釜中移出所述面板，使其可以冷却和进一步加工。

上述方法还可以包括以下步骤：

-使另外的纤维层的边界缩至相对短于所述加强结构的边界；

-往由所述加强结构、堆叠结构和该另外的纤维层的边界限定的空间填充胶水，以形成胶合边缘；

-在高压釜中的热作用下，活化所述胶合边缘。

所述另外的纤维层可以具有比所述加强结构更小的尺寸，使得所述另外的纤维层的边界相对于所述加强结构的边界后缩(setback)。换言之，所述加强结构的边界延伸超出所述另外的纤维层的边界。此时所述加强结构、堆叠结构和另外的纤维层的边界之间形成空间。将该空间填充胶水，最终促使加强结构和层压蒙皮边界的良好结合。所述结合在高压釜中活化，同时伴随面板的形成。

在所述加强结构、堆叠结构和另外的纤维层的边界之间的空间使用胶水的优点是：这可以阻止所述加强结构与所述层压蒙皮在边界处分离。这与另外的纤维层延伸至或超出所述加强结构和粘结剂层的边界引起发生于所述加强结构和所述层压蒙皮之间的在压热处理后可能会与层压蒙皮分离的情况相反。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-在将所述面板从高压釜移出后，对所述面板的层压蒙皮和加强结构的结合边缘部分进行同步材料除去加工，以提供预定的边缘形状，以及标出所述面板的尺寸。

通过在形成面板之后对所述面板的层压蒙皮和加强结构的结合边缘部分进行同步材料除去加工，仅有一个加工步骤对于这种加工方式是必要的，即精加工(finishing)所述结合边缘部分至一定尺寸，例如通过铣削(milling)。这种同步加工之后，所述加强结构的边缘与所述层压蒙皮的边缘完美对齐。

优选地，所述方法还包括：

-在所述加强结构中提供定位孔(positioningopenings)；

-在用于形成蒙皮的金属层和纤维嵌入层中提供定位孔；

-在所述型架中，使所述加强结构和蒙皮中的定位孔彼此对齐；

-将定位销(positioningpins)固定至所述型架并延伸穿过在所述加强结构和蒙皮中的定位孔。

所述定位孔用于将型架中的所述加强结构和所述形成堆叠结构的层对齐。在型架中提供定位销也出于此目的。这些定位销穿过所述加强结构和蒙皮中的定位孔。对于所述堆叠结构的层，所述定位销和所述堆叠结构的层中的定位孔具有一些空隙，以便能够为堆叠结构中的金属层在压热处理过程中的移动提供必要的空间。所述金属层于是得以“固定”，其中，所述金属层相对于型架或彼此之间可以稍微横向移动。

优选地，所述方法还包括：

-制造具有过大尺寸(oversize)的加强结构和蒙皮从而形成补充区域，所述蒙皮和加强结构均延伸至该补充区域中；

-在所述补充区域的位置，提供穿过面板的蒙皮和加强结构的定位孔；

-除去所述补充区域以形成所述面板的边缘。

所述加强结构和所述堆叠结构在型架中被按过大尺寸准备。所述过大尺寸在面板的形成过程中创造了补充区域。从所述高压釜中移出所述面板之后，所述补充区域可以通过材料除去加工除去。当最终在所述补充区域的位置提供所述加强结构和所述堆叠结构中的定位孔时，一旦除去补充区域，这些孔也被除去。

所述方法还可以包括通过以下步骤制造所述加强结构：

-提供辅助型架；

-在辅助型架中，提供金属层和嵌入在粘结剂前体中的纤维层的补充堆叠结构，其中，纤维层设置于每两金属层之间；

-将气密的覆盖层覆盖于所述补充堆叠结构上，从而在所述辅助型架和该覆盖层之间形成空间；

-气密闭合相对所述辅助型架的所述补充堆叠结构边界周围的覆盖层；

-将所述辅助型架与补充堆叠结构一起送至高压釜中；

-降低所述辅助型架和覆盖层之间的空间的压力；

-在高压釜中的热和压力作用下，通过活化在每层纤维层中的粘结剂前体以胶粘金属层，从而形成金属层和在每两层金属层间的至少一纤维增强粘结剂层构成的层压形式的加强结构；

-从所述高压釜中移出所述加强结构。

所述加强结构由预制的层压结构形成，其中，每层纤维层中的粘结剂前体被活化并在每两层金属层间形成纤维增强粘结剂层。在制造所述面板时，由于所述加强结构已经以层压结构的形式形成，仅有层压蒙皮和层压蒙皮与加强结构之间的结合需要形成。

根据本发明方法的一种实施方式，提供层压形式的加强结构包括通过以下步骤制造加强结构：

-提供金属层和嵌入在粘结剂前体中的纤维层的补充堆叠结构，其中，该纤维层设置于每两金属层之间；以及

-将该补充堆叠结构置于所述中间层上；

其中，在热和压力作用下，通过活化每层纤维层的粘结剂前体以使金属层胶粘在一起期间，在层压蒙皮上形成了以金属层和在每两层金属层间的至少一纤维增强粘结剂层的层压形式存在的加强结构。

在该实施方式中，所述加强结构随后以补充堆叠结构形式在中间层上形成，所述中间层在压热处理所述加强结构过程中形成在所述层压蒙皮之上。所述方法具有无需预先制造所述加强结构以及在该加工过程中仅需进行一次压热处理步骤的优点。

优选地，所述补充堆叠结构的每层金属层具有比所述补充堆叠结构的底层金属层更窄的边界。这意味着每一连续金属层具有更小的面积。每一连续金属层的至少一部分外围边缘与底层金属层的外围边缘相对错列开。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括使用具有比蒙皮更窄边界的加强结构。所述加强结构可以局部具有比蒙皮更窄的边界，也就是，所述加强结构的至少一部分外围边缘与所述蒙皮的外围边缘相对错列开。该步骤具有为所述层压蒙皮赋予局部增强的优点，例如，在门口或窗口处或货舱口处。

所述方法还可以包括，在将气密的覆盖层覆盖于所述堆叠结构、中间层和加强结构上之前，将另外的中间层置于所述加强结构空白面上，其中，该另外的中间层包括嵌入在粘结剂前体中的另外的纤维层，以及将另外的加强结构置于另外的中间层上。

当必需用多个加强结构达到理想增强时，换言之，当单一加强结构不足以提供理想增强时，可以实施该步骤。

本发明还涉及一种根据上述方法制造的用于飞行器(或飞机)结构的面板，所述面板包括金属层的层压蒙皮，其中每两层金属层通过纤维增强粘结剂层结合在一起，以及金属层和在每两层金属层间的至少一纤维增强粘结剂层的层压加强结构；其中，所述加强结构具有比蒙皮更窄的边界，并且该加强结构通过纤维增强补充粘结剂层与所述层压蒙皮的最外金属层结合，其中，所述纤维增强补充粘结剂层的至少一部分边界相对相应的加强结构的边界往内错列，以及所述纤维增强补充粘结剂层的部分往内错列的边界被胶合边缘限定(或界定在胶合边缘内)。

所述纤维增强补充粘结剂层具有比所述加强结构更小的尺寸，使得所述纤维增强补充粘结剂层的边界的至少一部分相对于所述加强结构的边界后缩。换言之，所述加强结构的边界延伸超出所述纤维增强补充粘结剂层的这部分边界。向所述加强结构、层压蒙皮和纤维增强补充粘结剂层的边界之间形成的空间内填充胶水，以使加强结构和层压蒙皮的边界良好结合。在所述加强结构、层压蒙皮和纤维增强补充粘结剂层的边界之间的空间使用胶水的优点是：这可以阻止所述加强结构与所述层压蒙皮在边界处分离。这与纤维增强补充粘结剂层延伸至或超出所述加强结构和粘结层的边界引起发生于所述加强结构和所述层压蒙皮之间的可能会与层压蒙皮分离的情况相反。

所述面板还可以包括另外的层压加强结构，其中，该另外的加强结构具有比蒙皮和/或层压加强结构更窄的边界，并且该另外的加强结构通过纤维增强补充粘结剂层与所述层压加强结构的最外金属层结合，其中，所述纤维增强补充粘结剂层的至少一部分边界相对相应的另外的加强结构的边界往内错列，以及所述纤维增强补充粘结剂层往内错列的边界的部分被胶合边缘限定(或界定在胶合边缘内)。

对于这样的面板，使用多个加强结构来增强。当必需用多个加强结构达到理想增强时，换言之，当单一加强结构不足以提供理想增强时，这是有利的。

根据本发明的一种实施方式，所述胶合边缘延伸至，或者延伸超出所述相应的加强结构的边界。当所述胶合边缘延伸超出所述加强结构时，所述加强结构的一个末端边缘的端面可以嵌入所述胶水中，使得所述加强结构的纤维增强粘结剂层的纤维不会伸出所述端面。

所述面板还可以包括加强结构的第一部分边界与蒙皮的部分边缘相邻且吻合，而加强结构的第二部分边界设置于远离蒙皮的边缘，其中，所述补充粘结剂层延伸至所述加强结构的第一部分边界，并且其中，所述补充粘结剂层相对所述加强结构的第二部分边界往内错列。

当所述层压蒙皮和所述加强结构的边缘部分相吻合时，不会发生粘结剂层与层压蒙皮的分离。基于此，在这些边缘部分的这种吻合位置，所述补充粘结剂层可以延伸至蒙皮的边缘部分，由此延伸至所述加强结构的边界。所述层压蒙皮和加强结构的吻合可以发生于面板的材料除去加工过程。因此，所述蒙皮和所述加强结构的吻合边缘部分彼此完美对齐。上述胶合边缘便不再需要。

优选地，所述胶合边缘仅存在于加强结构的第二部分边界上往内错列的部分补充粘结剂层的位置处，且所述加强结构的第二部分边界设置于远离蒙皮的边缘。

本发明进一步涉及包括上述面板的飞行器。

本发明将在随后的部分结合附图予以进一步说明。

附图说明

图1是根据现有技术的具有加强结构的面板的制造方法的框图。

图2是根据现有技术中的制造过程中在型架上的层压层堆叠结构。

图3是根据本发明的具有加强结构的面板的制造方法的框图。

图4是根据本发明的制造过程中在型架上的层堆叠结构。

图5是根据本发明的提供有加强结构的面板的截面图。

图6是根据本发明的，例如用于飞行器机身的提供有数个加强结构的面板内部透视图。

图7是根据图6的面板的截面图。

具体实施方式

如图1所示的，框图10给出了根据现有技术的面板1(如图2所示)的制造方法。图2展示了根据现有技术的面板1的制造过程(来自图1)中型架5上的层压层2,3的堆叠结构6。该制造方法先从最终面板1的多个元件的制备11开始。这些元件包括金属层和嵌入在粘结剂前体中的纤维层，它们构成面板1的层压蒙皮2和加强结构3。在预备步骤11之后，将各自用于形成层压蒙皮2和用于形成加强结构3的层彼此堆叠(步骤12和20)。在堆叠两种元件期间，将金属层和纤维层于彼此上堆叠，从而使得每两金属层之间包括有至少一层嵌入在粘结剂前体中的纤维层。

将用于形成蒙皮的堆叠结构送至高压釜(13)中，在该高压釜中，在压力和热的作用下，使得纤维层中的粘结剂前体被活化，以将金属层和纤维层结合在一起，从而制得层压蒙皮。将形成的蒙皮2进行无损检测(non-destructiveinspection)，例如通过检测空气夹带情况，以检测该蒙皮是否满足质量要求(14)。如果检测通过，那么该层压蒙皮将进行材料除去加工(15，material-removalmachining)，例如以制得门洞和/或窗口4的前体。

用于形成加强结构3的堆叠结构也需要送至高压釜(21)中，在该高压釜中，在压力和热的作用下，纤维层中的粘结剂前体被活化，且金属层和纤维层结合在一起，从而制得层压加强结构。将形成的加强结构3进行无损检测，例如通过检测空气夹带情况，以检测该层压结构是否满足质量要求(22)。如果检测通过，那么加强结构将进行材料除去加工(23)，例如以制得最终形式的加强结构前体7，以及使得层压蒙皮的其他边缘调至适当尺寸。

在分别制造所述层压蒙皮2和加强结构3后，将加强结构3堆叠至层压蒙皮2上(30)。在加强结构3和层压蒙皮2之间设置另外的嵌入在粘结剂前体中的纤维层。将该第三堆叠结构送至高压釜中(31)，在该高压釜中，在压力和热的作用下，在另外的纤维层中的粘结剂前体将被活化，层压蒙皮和加强结构结合在一起，从而制得面板1。将该形成的面板1进行无损检测，例如通过检测空气夹带情况，以检测该面板是否满足质量要求(32)。如果检测通过，则将该面板进行机械试验(33)。

在进行材料除去加工后，将该面板进行精加工(40)，包括校平表面以及封闭面板中的多处开孔和空腔(41)。在该面板可运送(43)至装配站之前，为该面板涂上油漆涂层(42)。

图3显示了根据本发明的具有加强结构310的面板200的制造方法的框图100。图4显示了根据本发明的面板200的制造过程中在型架400上的层堆叠结构300。该制造方法也是先从最终面板200的多个元件的制造101开始。这些元件包括金属层和嵌入在粘结剂前体中的纤维层，它们构成面板200的层压蒙皮301和加强结构310。在预备步骤101之后，首先将用于形成加强结构310的层彼此堆叠(步骤102)。在堆叠用于形成加强结构310的层期间，将金属层和纤维层于彼此上堆叠，从而使得每两金属层之间包括有至少一层嵌入在粘结剂前体中的纤维层。

将用于形成加强结构310的堆叠结构送至高压釜(103)中，在该高压釜中，在压力和热的作用下，纤维层中的粘结剂前体被活化，且金属层和纤维层结合在一起，从而制得层压加强结构310。将形成的加强结构310进行无损检测，例如通过检测空气夹带情况，以检测层压结构是否满足质量要求(104)。如果检测通过，那么加强结构将进行材料除去加工(105)，例如以制得最终形式的加强结构前体。该加强结构310应当理解为311所示的加强结构以及其他加强结构312、313、314、315和316。这些多个加强结构311-316形成了完整的加强结构310。至少一层嵌入至粘结剂前体中的纤维层位于每两个加强结构311-316之间，以在活化后在加强结构之间形成补充粘结剂层。

然后将用于形成层压蒙皮301的层彼此堆叠(110)。在堆叠用于形成蒙皮301的层期间，将金属层和纤维层于彼此上堆叠，从而使得每两金属层之间包括有至少一层嵌入在粘结剂前体中的纤维层。将另外的嵌入在粘结剂前体中的纤维层设置于用于蒙皮301的层堆叠结构上(参见图5所示)。然后，将所述加强结构310置于另外的纤维层上，从而使得另外的纤维层形成堆叠结构和加强结构310之间的中间层。

将用于形成蒙皮301的堆叠结构、中间层和加强结构310送至高压釜中(111)，在该高压釜中，在压力和热的作用下，纤维层中的粘结剂前体被活化，且堆叠结构的金属层和纤维层结合在一起，从而制得层压蒙皮301。另外，在中间层中的粘结剂前体也被活化，从而使得加强结构与层压蒙皮的最外金属层结合，由此制得面板200。将所形成的面板200进行无损检测，例如通过检测空气夹带情况，以检测该面板是否满足质量要求(112)。如果检测通过，那么将该层压蒙皮进行材料除去加工(113)，以获得最终形式的面板。

在进行材料除去加工后，将面板进行机械试验(106)而后进行精加工(130)，包括校平表面以及封闭面板中的多处开孔和空腔(131)。在该面板可运送(133)至装配站之前，为该面板涂上油漆涂层(132)。

如图3中所示的，模块120下的步骤121、122和123已省略。这意味着，相比于图1所示的现有技术，根据本发明的制造方法中，至少一个堆叠步骤121、高压釜步骤122和检测步骤123可被省略。

图5显示了根据本发明的具有加强结构310的面板200的截面图。该完整的加强结构310仅由一个加强结构311构成。该加强结构311包括两层金属层320，且在该两金属层之间具有两层纤维增强粘结剂层321。该加强结构311提供于层压蒙皮301(其由两层金属层304和金属层之间的两层纤维增强粘结剂层303所形成)上。所述加强结构311通过补充粘结剂层340与层压蒙皮301相结合。所述补充粘结剂层340由两层纤维增强中间粘结剂层341构成。如图5所示的，使中间层341的最终边界342缩至相对短于加强结构311的边界322。由此在加强结构311和层压蒙皮301之间形成的空间343填充有胶水层330。该胶水层330阻止了加强结构311在边界322处与层压蒙皮301分离(由补充粘结剂层340与层压蒙皮301的分离导致)。胶水层330将延伸超过加强结构311的边界322并在厚度上完全覆盖该边界。

图6显示了根据本发明的提供有加强结构310(其包括数个增强层311-316)的例如用于飞行器机身的面板200内部透视图。在高压釜中制造面板200之后，加强结构310仍不具有装配用的最终形式。在制造后，面板200包括两部分350和360。第一部分350提供有定位孔370(如图7所示和示意性的图6所示)，该用于制造面板200的定位孔提供在用于形成层压蒙皮的堆叠结构的层中以及在形成加强结构310的一个或多个加强结构311-316中。定位销380提供在型架400中，如图7所示，在型架400中进行堆叠期间，该定位销被配置在多个元件的定位孔370中。定位销380和定位孔370之间的相互作用将为堆叠结构中的层304和303提供良好的相互对准或定位，以及为堆叠结构与加强结构310提供良好的相互对准或定位。在制造面板200之后，提供有定位孔的第一部分350将通过材料去除加工与第二部分360分离。然后面板200的第二部分360则形成为准备好用于装配的面板。

图7显示了根据图6中线vii-vii形成的面板截面图。该截面图显示了安置于型架400上的面板200，其中型架400提供有定位销380。层压蒙皮301(由金属层304构成，且每两层金属层之间具有纤维增强粘结剂层(未示出))提供有定位孔370，且该定位孔正好配合型架400的定位销380。完整的加强结构310包括数个加强结构311-314。每两加强结构311-314之间，提供有补充粘结剂层340以结合两个加强结构。此外，这样的补充粘结剂层340提供在完整的加强结构和层压蒙皮301之间。

完整的加强结构提供有定位孔370以用于安装定位销380。这样便可确保完整的加强结构和层压蒙皮301的层能够彼此对齐。在面板200的第一部分350中提供有定位孔370，并且该第一部分在进行加工后将沿着加工线302从第二部分360移除。然后面板200的第二部分360则形成为准备好用于装配的面板。