专利名称：具有加强端的复合材料杆的制造方法
技术领域：
本发明涉及复合材料杆的制造方法，诸如用于飞机起落架侧支架的杆。
背景技术：
如图1所示，起落架通常包括腿部1，腿部1具有铰接到飞机的结构件的顶端和承载轮组2的底端。此外，设有锁定系统以将该组件牢牢地保持在展开位置，如图1所示。锁定系统包括侧支架，侧支架有两个铰接在一起的杆3和4组成，杆3铰接到腿部，而另一杆4铰接到飞机的结构，还设有稳定器构件以将两个杆3和4彼此对准。稳定器构件包括铰接在一起的两个臂6和7，臂6铰接到例如与杆3和4连接到一起的铰链，而臂7铰接到飞机的结构。当组件展开时，支座和弹簧系统(未示出)将臂6 和7保持在彼此成一直线。此外，在臂6与杆4之间有解锁致动器8以通过抵抗弹簧缩回致动器来解锁整个组件。当着陆、或滑行时，对准地保持的杆3和杆4承受会突变的巨大力。例如，当轮与地面接触时，它们立即开始抵抗其自身的惯性而转动。如图2所示，在已知侧支架杆结构中，杆9具有管部分11，通常由铝制成且在其端紧固有两端件12和13，端件是通过铸造或锻造制成的实心金属件，每个具有开口以构成相应的凸耳。杆9的本体的管状结构赋予到其良好的扣紧性，而对于端件12和13，假定它们包括大量的材料，则提供所要求的冲击强度。该端件用于将接纳在端件内的销所施加的力以均勻的方式分散到管状杆的本体。为了减少这种杆的重量，已知用由复合材料制成的管状中心本体代替杆9的管状中心本体，例如基于碳纤维。但是，该方案还受到以下事实的限制，即，对于金属端件12和 13所包括的给定材料量，它们在确定杆的总重量时是决定性因素。在专利文献W02009/000925所公开的构造中，如图3所示，杆(附图标记为14)代表通常是管状(忽略端件)的结构，该管状结构由开口或通道部的两个薄壁部分16和17 构成，薄壁部分16和17中一个配合在另一个内部并粘结在一起。这种杆的每端承载杆一部分的薄壁的两个延伸部，延伸部成形以构成一对凸耳或“U形夹” 18或19，每个凸耳由构件部分之一的薄壁的端部形成。如果杆中凸耳的厚度相对小，则这些凸耳的冲击强度仍然在用作侧支架杆所需的冲击强度下方。
发明内容
本发明的目的是提出弥补上述缺点的一种技术方案。为此，本发明提供一种具有加强端的复合材料杆的制造方法，该方法包括步骤制造心轴，该心轴包括衬套和加强插入件，加强插入件固定到所述衬套的端部以构成刚性整体；
通过机器将一层或多层编织纤维层围绕心轴施加，该机器用于编织加强纤维；将树脂注入编织纤维层并聚合以建立刚性地将编织纤维层和心轴的至少端部粘结在一起的内聚性，以便形成具有加强端的杆本体；以及钻孔以在杆本体的每端处形成通孔，每个孔穿过编织纤维层并穿过相应的插入件。因此，心轴用作两个作用其构成支持件，在支持件上以合适形状编织纤维，且由于其加强了端部，其在杆的外力引入的区域内提供了所需的冲击强度。本发明因此使得能够在使用在心轴上编织以形成具有可比的厚度的连续层的技术的同时制造具有加强端的一体杆。与具有金属端件的铝杆相比，重量的节省是显著的，且以此方式得到的杆呈现无粗糙或凹痕的总体形状，由此有利于减少来自围绕杆流动的空气的空气动力噪声。本发明还提供如上所说明的方法，其中衬套和插入件由复合材料制成，该复合材料包括与注入围绕心轴的诸层的树脂相同类型的树脂。这在插入件与编织外层之间提供良好的内聚性，由此确保施加到插入件的力到杆的其余部分的良好传递。本发明还提供如上所说明的方法，其中衬套和插入件由复合材料制成，该复合材料包括与围绕心轴的诸层的纤维相同类型的纤维。本发明还提供如上所说明的方法，其中插入件至少部分地在衬套的端内部延伸。本发明还提供如上所说明的方法，其中每个插入件或每个插入部分与衬套的全部或部分一起制造以提供插入件与衬套之间的优化内聚性。本发明还提供如上所说明的方法，其中制造心轴的第一和第二端部，每个端部包括插入件和衬套的一部分，且两个端部装配在一起以形成心轴。本发明还提供如上所说明的方法，其中心轴的每个端部通过以下方式获得在将两个半部装配在一起以形成心轴的一端部之前，一起制造第一插入件半部和第一壳以构成端部的第一半部，并一起制造第二插入件半部和第二壳以构成端部的第二半部。
上述图1是起落架的总体视图；上述图2是用于图1起落架的已知侧支架杆的立体图；图3是由复合材料制成的已知杆的立体图；图4是本发明的完工的杆的视图，其中，沿纵向截面示出杆；图5是本发明的已完工的杆的立体图；图6是本发明的杆的心轴的半端的立体图；图7是本发明的杆的心轴的一端的立体图；图8是本发明的杆的心轴的本体的立体图；图9是本发明的杆的整个心轴的立体图；图10是示出围绕本发明的杆的心轴编织碳纤维的操作的立体图；图11是在本发明的杆在其端切削成形之前的立体图。
具体实施例方式本发明所基于的想法是通过围绕具有端部的心轴编织纤维来制作复合材料杆，当作为一个整体时，端部被加强以增加杆两端的机械强度。因此，心轴实现两个作用其构成支承件，在其上编织纤维层以得到适当的几何形状，且在其端部的实心插入件提供用于给其凸耳提供冲击强度所需的额外材料。如图4和5所示，本发明的沿轴线AX纵向延伸的杆由复合材料的心轴22制成，复合材料具有一层或多层加强纤维层23，诸如围绕心轴编织的碳纤维。心轴22包括中空管状本体24，中空管状本体形成具有固定到其上的两个插入件沈和27的衬套，这些插入件接合在管状中空本体的端部内。如附图中可以看到的那样，杆 21的每个端观、四包括穿过相应的插入件沈、27的孔31、32，孔与围绕该插入件编织的复合材料层23 —起构成单个凸耳，因此呈现相当大的厚度，赋予其所需的冲击强度。心轴的每端有两个半部33和34制成，两个半部33和34关于杆的包含轴线AX的对称平面P彼此对称且在局部烘烤之前彼此抵靠地放置。图6独自地示出半部33，该半部在具有特别为此目的设计的形状的半模(未示出)中制成，即，其中中空部分呈现从矩形形状变化到半圆形状的横截面。首先，将编织复合材料的一层或多层施加到半模的整个底表面上方以构成壳36。 然后，将另外的编织复合材料层37连续地抵靠彼此地施加到壳36的内部的呈现矩形横截面的区域，从而以实心件形式构成插入件沈的一个半部。该编织复合材料是预浸渍树脂的碳纤维，只要保存在足够低的温度下，树脂是不固化的。树脂可通过烘焙固化。如图6所示，另外的层是一层施加在另一层上，直到最后层38与平面P —致。各层具有彼此不同的轮廓，形成为使得从层38的一边缘延伸到壳36的内表面39的连接表面 R相对于壳36的内表面倾斜。通过该布置，从插入件朝向壳的内表面发生的机械力传递无任何应力集中作用。附图所示的示例中，连接表面P形状通常相应于旋转半椭圆体的端部。该连接表面R与包含轴线AX并垂直于平面P的平面之间的交叉部形成弯弧C，弯弧C构成椭圆的四分之一。另一端半部34在另一半模中以类似方式制成。然后，将两个半模抵靠彼此放置， 从而通过平面P彼此相靠。然后，将芯插入壳之间的空部分以将它们压靠半模的壁，构成壳的层已经抵靠该半模的壁施加。此后，致动模具(其是加热模具)，从而对其容纳的复合材料实施局部烘焙周期。 一旦该烘焙周期结束，心轴的第一端35已经被制成。心轴140的另一端以相同方式制造， 可使用相同的模具。在每个半端粘结到一起之前，每个半端也可单独地预烘焙。在该情况下，可通过将膜压靠复合材料层的组件并在所述膜与模具壁之间形成真空来预先进行压缩操作以便压缩诸层。另一操作中，另一模具用于制造构成心轴的中空中心部分的两个侧翼(flank)。如图7所示，以附图标记41标示的一个这样的侧翼通过在为该目的设计的模具中施加一层或多层编制复合材料进行制造。
侧翼41是具有关于与轴线AX正交的中心平面大致对称的形状的中空壁。其具有半圆筒形中心部分42和两个端部43和44，每个端部具有相应于字母U的形状的横截面形状的终端，每个端部具有从U形截面朝向半圆筒形部分42的半圆截面变化的截面。一旦构成该侧翼的诸层放置在模具内，在诸层上放置膜并形成真空以将它们压靠模具的壁，且然后加热模具以产生用于侧翼的局部烘焙周期。该局部烘焙可选地在注射树脂的操作之前进行。另一侧翼46以相同方式制造，可以使用相同的模具。然后，心轴22通过由侧翼41 和46以及两个端35和40构成的四个构件元件组装而成。具体来说，第一端35定位在其所接合的侧翼41的端44内，而端40放置在其同样地接合的侧翼41的端44内。在该阶段，可将第二侧翼46装配到组件，从而其两端接合在端35和40上，且从而与另一侧翼41 一起形成中心区域的管状部分。已经全部经受局部烘焙周期的这四个部件可通过粘结、或实际上通过树脂彼此装配，由此构成具有足够刚度以能够进行下面编织操作的整体。此外，可将另外的编织的复合材料层47施加到心轴的中心部分的周围，从而改善两个侧翼41和46彼此的内聚性。如图9所示，由复合材料制成并包括由其端的壳和侧翼41和46构成的衬套M，且容纳在其每个端内部的相应实心插入件的心轴从而被制备。然后，沿轴线AX形成穿过每个端的孔以使得心轴能够被固定到沿轴线AX延伸的两个杆48和49，从而使得其能够安装在编织机器中，图10示意性示出编织机器，其整体以附图标记51表示。然后，心轴22安装在编织机器51中，编织机器主要包括承载环52，承载环具有安装在其后表面并承载诸如碳纤维的纤维的一系列纤维线轴，线轴安装在可转动支承件上。 纤维53在大致位于轴线AX上同时沿所述轴线相对于承载环52的平面偏移的区域内汇集。如图10中可以看到的那样，承载环52中心位于轴线AX，同时沿正交于所述轴线的平面延伸。一旦开始编织周期，心轴22沿轴线AX相对于承载环52移动，由此致使一组袜子状(a sock of)纤维编织在心轴M的外表面上。在操作中，心轴相对于环的速度调整成使得围绕心轴编织的纤维在杆端处相对于轴线AX成60°，并且速度被调整成使得相同的纤维在杆的中部区域相对于轴线AX以45° 倾斜。然后，进行多次以形成围绕心轴的多层编织纤维层。通常，每层具有大致恒定厚度，即使厚度某种程度上因为纤维相对于轴线AX的定向(该定向取决于杆的区域)变化而变化，如上所述，也在考虑中。此外，每层编织层的厚度也可根据所使用纤维的尺寸和所述采用的线轴数量而改变。从而所堆积的材料量更大或更小。也可以设置成使编织的纤维层仅在杆的一部分长度上延伸，例如，在凸耳上，从而局部地加强这些区域。因此，可例如以最优化杆在给定机械载荷下承受的机械应力的均勻性的方式调整由围绕心轴的各层构成的组件的局部厚度。一旦完成各编织层，将以此方式构成的毛坯件(即包括由各纤维层围绕的心轴的部件)放置在模具中。
然后，注入树脂以完全浸透各编织纤维层并到达心轴的外表面，从而确保在心轴与各层之间(尤其在端处)最好的内聚性，从而优化朝向编织纤维层的外周层施加到每个插入件的力的传递。在完成注射树脂之后，控制模具实施烘焙周期，该烘焙周期同时用于完全烘焙围绕心轴的复合材料层并还完成构成心轴的构件的烘焙。一旦完成烘焙，在所得到的部件的每一端打孔以形成孔31和32，孔31和32分别穿过相应的插入件和编织复合材料的外周层，从而形成杆的凸耳。此外，在杆的两端进行切割和/或锯操作，以赋予凸耳同心地围绕孔具有半圆筒形。然后在每个孔31、32中安装金属环，金属环形成用于每个凸耳的轴承。在附图的示例中，所得到的杆是具有两个单凸耳的杆，在凸耳中，轴承31和32平行于彼此定向。但是，本方法也适于制造其中凸耳相对于彼此关于轴线AX转动的杆。例如，可通过制造与附图所示相同类型的衬套来制造这种具有相对于彼此成直角定向的两个凸耳的杆，但其中，各端可相对于彼此转过四分之一转。假设编织操作能适于任何形状的心轴，其因此能够制造其中凸耳几乎以任何角度彼此定向的杆。此外，在附图所示示例中，插入件通过编织制造，例如通过施加已用树脂浸透的纤维层，但是，它们也可等同地由复合材料制造，该复合材料由通过嵌入树脂而沿随机方向混合的短无纺纤维组成。心轴由具有与注入编织外层以获得更好的与外层的内聚性的树脂相同类型的树脂的复合材料组成，且插入件有利地包括与编织外层相同类型的纤维，以呈现优良的机械强度。即是说，心轴可由某些其它材料制成，衬套和加强插入件也可由其它材料制成，如果这些构件呈现关于其机械强度和确保其本身与编织外层之间的良好内聚性的性能所需的特性。衬套的管状中心区域可有利地填充有诸如氩的惰性气体以避免在杆的寿命周期中出现任何凝结或类似现象。 此外，应注意到本发明的方法可有利地应用到制造由复合材料制成的直升机叶片和喷气发动机叶片，且更通用地应用于制造包括具有需要加强的一端的复合材料本体的任何构件。
权利要求
1.一种具有加强端08二9)的复合材料杆的制造方法，所述方法包括步骤制造心轴(22)，所述心轴0 包括衬套04)和加强插入件06，27)，所述加强插入件 (26,27)固定到所述衬套04)的端部(35，40)以构成刚性整体；通过机器(51)将一层或多层编织纤维层围绕所述心轴0 施加，所述机器(51) 用于编织加强纤维(53)；将树脂注入所述编织纤维层并聚合以建立刚性地将所述编织纤维层和所述心轴0 的至少端部(35，40)粘结在一起的内聚性，以便形成具有加强端( ，29)的杆本体；以及钻孔以在杆本体的每端( ，29)处形成通孔(31，32)，每个孔穿过编织纤维层并穿过相应的插入件06，27)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬套04)和所述插入件06，27)由复合材料制成，所述复合材料包括与注入围绕所述心轴0 的诸层的树脂相同类型的树脂。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述衬套04)和所述插入件(沈，27) 由复合材料制成，所述复合材料包括与围绕所述心轴0 的诸层的纤维相同类型的纤维。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述插入件(沈，27)至少部分地在所述衬套04)的所述端内部延伸。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个插入件( ，27)或每个插入部分与衬套 (24)的全部或部分一起制造以提供所述插入件(沈，27)与所述衬套04)之间的优化内聚性。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，制造所述心轴02)的第一部和第二端部 (35，40)，每个端部包括插入件和衬套的一部分，且两个端部装配在一起以形成所述心轴 (22)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述心轴02)的每个端部(35，40)通过以下方式获得在将两个半部(34,3 装配在一起以形成所述心轴0 的端部(3 之前，一起制造第一插入件半部和第一壳(36)以构成端部(3 的第一半部(33)，并一起制造第二插入件半部和第二壳以构成端部(3 的第二半部(34)。
全文摘要
本发明涉及一种复合材料连杆(21)的制造方法，所述方法包括步骤制造心轴(22)，该心轴(22)包括复合材料衬套(24)和复合材料实心插入件(26，27)，实心插入件刚性地连接到所述衬套(24)的端部以构成刚性整体；使用纤维编织机器将一层或多层编织纤维层(23)围绕所述心轴(22)施加；将树脂注入所述编织纤维层(23)以建立将编织纤维层(23)刚性地粘结心轴(22)的至少端部的内聚性以形成具有加强端(28，29)的复合材料连杆本体；以及在连杆本体的每端(28，29)处钻孔形成孔(31，32)，该孔穿过编织纤维层并还穿过插入件(26)。本发明可用于航空领域。
文档编号B29C70/30GK102395460SQ201080017838
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月15日 优先权日2009年4月16日
发明者P·邓里维, R·梅森 申请人:梅西耶-布加蒂-道提公司