用于生产大致壳状的部件的工艺的制作方法

专利名称：用于生产大致壳状的部件的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于采用具有至少一个局部增强区和至少一个加强 元件的碳纤维增强合成材料生产大致壳状的部件的工艺。尤其，本发明涉 及一种用于生产飞行器及其他的机身外壳、机翼外壳、垂直或水平安定面 的工艺。
背景技术：
然而，本发明在原理上可以用于生产纤维复合结构中的任何所需形 状，所述结构具有至少一个增强元件并需要至少一个用于局部载荷引入区 域的局部增强区。
公知地，已经由加强元件加强的壳状部件部分地设置有局部加厚部分
(下文称作加强板(doubler))，以便吸收在部件结构的单个部分中的高载 荷密度和在整个结构上分配这些载荷。在该上下文中，绘出内部和外部加 强板之间的差别。
内部加强板用于例如设置有加强元件的部件的内侧，并因此对于部件 的外部轮廓没有影响。在该情况下，加强元件必须超出(run over)加强 板，即加强板和加强元件被上下设置。
然而，从技术实现的角度，仅仅能够以相当大的费用超出加强板。尽 管通常加强元件可以以适度的偏移生产，但是整合表示在制造过程中频发 的复杂性原因。
作为内侧上的内部加强板的可选方案，加强板能够被置于部件的外 侧。这具有内侧的复杂的内部结构(增强元件、柱梁、肋条等)，不会产 生不利的影响。然而，外侧不再具有所需的轮廓，这对例如在飞行器结构 情况下的航空动力学具有负面的影响。
另外，外部加强板的使用涉及多个制造缺陷。如果加强板被集成在制 造装置中，则对于加强板的任何改变必须对制造装置进行相应的调整。

发明内容
本发明的目的在于提供一种简化具有至少一个局部增强区和至少一 个加强元件的大致壳状的部件的生产的工艺，所述局部增强区朝向内侧 (朝向纵梁侧)建立，在所述工艺中，从现有技术中获知的缺陷不会出现。
该目的通过根据权利要求l所述的用于采用具有至少一个局部增强区 和至少一个加强元件的碳纤维增强合成材料生产大致壳状的部件的工艺， 所述工艺包括以下步骤
在最多部分固化过的壳体表层上安置至少一个已经过固化的加强板， 以形成局部增强区；
应用至少一个经过固化的加强元件；以及
将最多经过部分固化的至少一个连接角钢相对至少一个加强元件至 少在至少一个加强板的区域中安置；以及
固化壳体表层和连接角钢托架。
己经进行了精加工的经过固化的加强板，被定位在需要加强板进行增 强的位置上的未经固化的壳体表层或表层层压材料(laminate)。在该情况 下，加强板可以以制造工艺和不同于表层层压材料的材料进行生产，且然 后被应用于壳体表层。跟随其后的是由经过固化的加强元件或纵梁以及在 该状态下可延展的和弹性的未经固化的连接角钢托架。最终步骤是固化， 以便完成设置有加强元件和增强区的大致壳状部件。
根据本发明的工艺具有多个优势
*在一个固化周期内制造复杂的大尺寸的壳状部件；
*壳状部件的良好的机械性能；
*对于加强板的几何结构、任何载荷改变(在不影响壳体和纵梁的加 工几何结构的情况下影响加强板的尺寸)和坡角等具有较高的灵活性；
*加强板被独立地制造，导致铺设壳体表层的工艺不因小的加厚部分 而减慢；
*经过固化的加强板可以在很窄的公差内进行制造和/或加工，将具有
较大的材料厚度的区域的厚度公差减小到壳体表层或表层层压材料的厚 度公差；
独立制造的加强板可以釆用实质上任何需要的材料和层压材料结构 的组合进行预加工，并可以在安装之前独立地进行加工和测试。这允许涉 及待减小的总体壳状部件，尤其是在大壁厚的情况下。
优选地提供在至少一个加强板的区域中的至少一个加强元件在应用 到壳体表层上之前与至少一个加强板的轮廓相匹配。出于该目的，加强元 件例如可以设置有用于容纳加强板的凹槽。轮廓的匹配可以通过加工(例 如铣、磨、激光切割及其他)实现。
加强元件在原理上可以为任意合适的形状。然而，在优选的实施例中，
加强元件采用增强型异型截面形成，尤其是，T异型截面(profiled section)、 双T异型截面、L异型截面、Z异型截面、矩形异型截面及其他，以使得稳 定性特别高，而增强元件可以如同由测量仪器制成的材料那样，通过挤压 成型等以低成本制造，挤压制成的型材被切割成所需长度。
根据另一个实施例，壳体表层、至少一个加强元件、至少一个加强板 和/或至少一个连接角钢托架采用纤维增强合成材料制成，尤其是采用由 可固化的环氧树脂预浸的碳纤维增强材料。作为以可固化的环氧树脂浸泡 的碳纤维增强板状结构的该所谓的预浸材料，简化了生产并减少了所需时 间。
在原理上，壳体表层和至少一个连接角钢托架的固化可能发生在室温 和大气压下发生。然而，为了改进和加速固化，优选地，用于生产最终的 壳状部件的壳体表层和至少一个连接角钢托架的固化在这样的压力和温 度的作用下发生，尤其是在高压锅及其他中进行。这例如在12(TC和22(TC 之间的温度和10巴的压力下发生。
本发明也包括由根据本发明的工艺生产的具有至少一个局部增强区 和至少一个加强元件的大致壳状部件。


本发明在此将参照附图进行解释，在所述附图中
图l示出生产工艺的第一步骤；
图2示出生产工艺的第二步骤；以及
图3示出生产工艺的第三步骤。标记为图1至图3。
具体实施例方式
附图示出设置有形成为纵梁(stringer) 4的加强元件的壳状部件的生 产，其中配置为加强板1的加厚在增强区3中形成以改进载荷的引入。在该 情况下，采用称为预浸材料的产品的半成品。预浸材料是以可固化的环氧 树脂预浸渍的碳纤维增强板状结构。可选地，对于预浸材料也可以使用可 固化的聚酯或BMI树脂系统。
首先，壳体表层2例如采用公知的"ATL"(自动带状铺叠)工艺在未 固化的状态中被铺设。ATL工艺是用于层压材料的自动生产的工艺，在所 述工艺中，铺设例如包括碳纤维等的单向性铺设纤维织物。
经过固化和精加工的加强板1在将形成增强区3的位置被定位在未固 化的壳体表层3上。在该情况下，加强板l可以与其他材料、层压材料结构 和制造工艺一起使用。
在下一步骤中，经过固化的纵梁4被定位于壳体表层3上。纵梁4作为 加强元件设置有凹槽5，所述凹槽5已经通过加工(例如铣、磨、激光切割 及其他)制成。该凹槽5以其位于纵梁4超出加强板2并容纳后者的位置上 的这种方式设置和形成。代替跟随凹槽5并未提供有附图标记的升起截面， 纵梁4也可以在加强板1的区域上具有更大的材料厚度，以便在该区域上获得所需的机械强度。
因此，纵梁4可以没有问题地适用于几乎任何的加强板1轮廓，并也可以铺设在壳体中。
然后，在下一步骤中，可能已经被预紧为L异型截面并大致用作连接 角钢托架6或联接角钢托架的未固化的层压材料被铺设在纵梁4的基部部 分上和加强板l之上。该L异型截面由己经被固化的纵梁4的腹板支撑。
因此，固化步骤不需要另外的支撑工具，由此很大程度上简化了制造。 已经描述过的结构被包装在传统的真空袋中并被固化。这在12(TC和18(TC 之间的温度和高达10巴的压力的高压锅中发生。附图标记列表 1加强板 2壳体表层
3增强区 4纵梁 5凹槽
6连接角钢托架
权利要求
1.一种用于生产大致壳状的部件的工艺，特别是飞行器等的机身外壳、机翼外壳、垂直或水平安定面，所述部件采用大体上碳纤维增强合成材料生产，具有至少一个局部增强区和至少一个加强元件，所述工艺包括步骤将已经固化的至少一个加强板(1)安置在最多部分地固化的壳体表层(2)上，以形成局部增强区(3)；应用至少一个已经固化的加强元件；以及将最多经过部分固化的至少一个连接角钢托架(6)相对至少一个加强元件至少在至少一个加强板(1)的区域中放置；将由壳体表层(2)、至少一个加强板(1)、至少一个连接角钢托架(6)引入到真空袋中，所述真空袋被移入用于固化的高压锅中；以及在120℃和180℃之间的温度和高达10巴的压力的高压锅中固化壳体表层(2)和连接角钢托架(6)以制成最终的壳状部件。
2. 根据权利要求l所述的工艺，其特征在于，在至少一个加强板(1)的区域上的至少一个加强元件在应用到壳体 表层(2)上之前与至少一个加强板(1)的轮廓相匹配。
3. 根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于， 所述加强元件采用增强异型截面，尤其是T异型截面形成。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，壳体表层 (2)、至少一个加强元件、至少一个加强板(1)和/或至少一个连接角钢托架(6)大致采用纤维增强合成材料，尤其是具有以可固化的环氧树脂 预浸渍的碳纤维增强的材料制成。
5. —种壳状部件，具有至少一个局部增强区和至少一个加强元件， 特别是飞行器的机身外壳、机翼外壳、垂直或水平安定面外壳，由根据权 利要求1至4中的任一所述的工艺制造。
全文摘要
本发明涉及一种用于采用具有至少一个局部增强区(3)和至少一个加强元件的碳纤维增强合成材料生产大致壳状的部件的工艺，尤其是飞行器等的机身外壳、机翼外壳、垂直或水平安定面外壳的工艺。根据本发明所述的工艺包括以下步骤将已经经过固化的至少一个加强板(1)设置在最多部分地固化的壳体表层(2)上，以形成局部增强区(3)；应用至少一个经过固化的加强元件；以及将最多经过部分固化的至少一个连接角钢托架(6)至少在至少一个加强板(1)的区域中相对至少一个加强元件放置；以及固化壳体表层(2)和连接角钢托架(6)。本发明也包括由根据本发明的工艺生产的具有至少一个局部增强区和至少一个加强元件的大致壳状部件。
文档编号B29C70/84GK101203374SQ200680021741
公开日2008年6月18日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者乔纳森·科马蒂纳, 凯·马什, 巴拉比·劳, 约亨·米勒, 罗伯特·何特舍 申请人:空中客车德国有限公司