专利名称：高温复合工具的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及复合结构，具体地，涉及用于处理和加工补片以安装在复合结构的返修区中的工具。
背景技术：
复合材料数量日益大量地用于各种领域。例如，由于复合材料的令人满意的机械性质，商用飞行器在主要结构和次级结构中包括复合材料。这些令人满意的性质可以转化为飞行器重量的减小和有效负载能力与燃料效率的增加。而且，与由传统金属构造形成的飞行器相比较，复合材料可以为飞行器提供延长的使用寿命。为了去除复合结构中的不一致性，偶尔需要对复合结构进行返修。这些不一致性可以包含因任何一种原因而不符合产品规格和/或性能规格的局部区域。例如，结构的区 域可以具有超出容差的不一致性，这可以包括但不限于复合结构中的空隙、凹痕、剥离或多孔性。返修过程可以包括从结构去除材料并且用可以被粘合到结构的复合补片来代替被去除的材料。补片可以形成为与形成复合结构的材料相同类型或不同类型的复合材料层板的堆叠。在返修区内安装补片以粘合之前，一般理想的是，去除会存于构成补片的复合材料层板内的过量空气和/或挥发物。此外，理想的是，加固或压紧复合层板。一种去除这些挥发物的方法是通过执行压实操作而实现的，其中真空压实组件可以应用于补片。压实操作可以在远离返修区的位置进行。真空压实组件可以包括加热补片以促进去除挥发物并提高补片的密实度。在压实之后，可以将经加热补片传送至包含返修区的复合结构的返修区，例如在飞行器上的返修区。补片可以以理想取向被应用于返修区，并可以使用粘合剂被固化就位，从而使补片符合并粘合于返修区。第二种方法可以是在不使用粘合剂的情况下将补片暂时地安装在返修区内，并且之后施加热以便部分地固化补片并允许补片符合返修区。然后，可以将部分固化的补片从返修区去除，并在远离返修区的位置(例如在高压釜中)使其完全固化，之后利用粘合剂将补片重新安装并永久粘合于返修区。对于某些复合材料例如具有双马来酰亚胺(BMI)基质材料的复合材料而言，加工复合材料所需的温度相对较高。例如，在BMI材料上执行的压实操作会需要超过250° F的温度。固化BMI材料会需要近似440° F的温度。而且，由于BMI材料固化的速率相对较快，所以在由BMI材料形成的补片上执行压实操作的时间长度相对较短。在这点上，处于升高的温度的BMI复合材料在相对较短的时间段内会变得易碎。加工BMI材料所必需的相对高温和相对短的加工窗口的组合对于压实之后BMI补片至返修区的转移提出了挑战。而且，由于其相对低的热质量，补片可以在转移过程期间以相对快的速率冷却。在补片边缘的冷却速率会是更快速率。补片的这种不均匀冷却可以引起在补片中出现会导致不良结果的热应力。当相对高温的补片被安装在相对较冷的返修区内时这种热应力会增加。
此外，加工某些复合材料所需的高温提出了与补片被转移至返修区时处理补片相关联的挑战。例如，在转移过程期间未能支撑整个补片可导致补片的未支撑部分下垂，例如在边缘处下垂，这会影响补片与返修区的装配。此外，补片的未支撑部分的下垂会影响在最终固化之后的补片完整性。如上所述，本领域中需要用于加工复合补片的系统和方法且其中可以维持补片的温度。而且，本领域中需要用于加工补片的系统和方法，且其有助于以补片被支撑的方式将补片从真空压实操作转移至返修区。优选地，这种系统结构比较简单且成本低。
发明内容
提供用于将补片转移至结构的返修区的工具的本公开具体地解决了与均匀加热结构相关联的以上需求。该工具包括具有至少一个吸气孔的隔板和流体地联接吸气孔以用于在真空下将补片抽吸抵靠隔板的真空口。在进一步的实施例中，公开了用于将补片安装在复合结构的返修区上的工具。工 具可以包括基本刚性隔板，其具有上表面与下表面且包括在上表面中形成的多个吸气孔。隔板可以具有将所述吸气孔流体互连的多个通路和至少一个真空口，所述真空口被固定于下表面并被流体地联接所述通路以用于抽真空从而将补片保持于隔板。工具可以包括从隔板向外延伸的一对隔热手柄和固定于下表面的加热毯组件。加热毯组件可以包括加热毯和布置在加热毯的与下表面相反的一侧上的隔热层，以及布置在隔板上以用于将补片对齐于返修区的对齐模板。进一步公开了用于加工补片以用于安装在复合结构的返修区上的系统。该系统可以包含用于将补片转移至返修区的工具。工具可以包括具有上表面与下表面的基本刚性隔板并且可以包括在上表面内形成的多个吸气孔。隔板可以具有流体连接吸气孔的多个通路和被固定在下表面的至少一个真空口，该真空口流体地联接通路以用于抽真空从而将补片保持于隔板。加热毯可以固定于隔板上用于加热补片。工具可以包括布置在隔板上以用于将补片对齐于返修区的对齐模板。该系统可以包括用于加固补片的真空压实组件。真空压实组件可以包括用于将补片密封至隔板的下部袋装膜、可固定在补片之上的真空箱以及在真空箱之上可伸展的用于将真空箱密封至下部袋装膜的上部袋装膜。还公开了用于加工补片的系统。系统可以包含用于将补片转移至返修区的工具并且可包括具有上表面与下表面且包括在上表面内形成的用于在真空下抽吸补片与其抵靠的隔板。系统可以包括可固定于隔板以用于加固补片的真空压实组件和将工具密封至结构的真空袋组件。本公开也包括加工补片的方法。该方法可以包含将补片固定在具有至少一个吸气孔的隔板的表面上以及通过吸气孔抽真空从而维持补片与隔板接触。在进一步的实施例中，公开了加工补片的方法，该方法包含将补片固定在具有多个吸气孔的隔板的上表面上，并且利用应用于隔板的真空压实组件来加固隔板。该方法可以进一步包含通过吸气孔抽真空以便维持补片与隔板接触，并且利用隔板将补片转移至返修区。补片可以是热地，并且热可以被施加于补片。该方法可以额外地包括利用对齐模板相对于返修区定向补片以及将补片安装在返修区上。可以从吸气孔去除真空，并且袋装膜可以被放置在隔板和补片之上以致袋装膜被密封到返修区。在袋装膜上可以抽真空。热可以被施加于补片，以便至少部分地固化补片。该方法可以包括从返修区去除补片、在压力下加热补片以完全固化补片以及利用应用于补片之上的工具将补片重新安装在返修区内。已经讨论的特征、功能、和优势可以在本发明的不同实施例中独立地实现或可以与其他实施例组合起来实现，参考下面的说明和附图可以了解进一步的细节。
一旦参考附图，本公开的这些特征和其他特征将更加明显。贯穿附图的相似数字是指相似的零件，在附图中图I是具有与其联接的加热毯的工具的仰视透视图；图2是示出了在工具的隔板中形成了多个吸气孔的工具的俯视透视图；图3是工具的仰视图，其示出了固定在其相反侧上的一对手柄； 图4是示出了隔板中形成的多个吸气通道的工具的俯视图；图5是沿着图4的线5-5截取的工具的横截面图，并且其示出了具有将真空口流体地连接到吸气孔的多个通路的工具的实施例；图6是沿着图4的线6-6截取的并示出了固定在隔板上的补片的工具的侧视图；图7是具有与其联接且在补片之上延伸的真空压实组件的工具的侧视图；图8是联接于工具的真空压实组件的俯视图；图9是固定于工具的真空压实组件和补片的分解侧视图；图10是具有可以在其内安装补片的返修区的结构的透视图；图11是图10的结构并示出了应用于返修区的工具和补片的顶视图；图12是借助于向吸气孔施加真空使补片保留在其上的工具的侧视图；图13是固定在复合结构的返修区内的补片的横截面视图，其通过真空袋组件将工具密封于复合结构；图14是借助于向吸气孔抽吸使倍增件保持抵靠隔板的工具的侧视图；图15是可以向其应用补片的波状外形(contoured)复合结构的透视图；图16是补片的侧视图，该补片被保持抵靠隔板，该隔板被构造成支撑波状外形补片;图17是利用工具返修复合结构的方法的流程图；图18是示出了包括工具的系统的方框图；图19是飞行器生产和服役方法的流程图；和图20是飞行器的方框图。
具体实施例方式现在参考附图，在附图中仅仅为了示出而非限制本公开的优选的实施例和不同的实施例做出图示，图I和图2中所示的是可以用于加工和处理补片30 (图6)的工具50的透视图，其中补片30可以安装在复合结构(图10)的返修区22 (图10)内。例如，工具50可以提供用于将补片30 (图6)从压实操作转移至返修区22 (图10)的手段，其中压实操作可以远离返修区22 (图10)执行。有利地，工具50可以包括一个或多于一个吸气孔58(图2),以便抽吸补片30 (图6)抵靠隔板52的上表面54。用这种方式，吸气孔58 (图2)提供了用于将补片30 (图6)保持在工具50上就位的手段，例如当技术人员在不接触补片30 (图6)的情况下转移经加热补片(图6)时。如图I-图2所示，工具50可以包括加热毯组件78，其可以包括加热毯80和用于最小化当转移经加热补片30 (图6)时从补片30 (图6)的热损失的可选隔热层84。此外，工具50可以提供用于支撑补片30 (图6)的区域以便防止补片30 (图6)例如沿其边缘下垂的手段。而且，当将补片30安装在返修区22 (图10)内时，工具50可以提供用于向补片30 (图6)施加基本均匀压力的手段，下面将进行详 细地描述。能够如图I和图2所示，工具50可以包含隔板52，并且可选地可以包括固定于隔板52的下表面56的加热毯组件78。能够如图2中所示，隔板52可以包括多个吸气孔58，这些吸气孔58可以流体地联接于彼此和/或联接于可以从工具50的下表面56向外延伸的一个或多于一个真空口 64。工具50还可以包括一个或多于一个真空计68，以用于监控真空口 64施加的压力。虽然工具50被示为具有被安装在隔板52的下表面56上的角隅处的真空口 64和真空计68，不过真空口 64还可以被固定在工具50上的任何位置以用于在吸气孔58处抽真空。工具50可以进一步包括至少一个手柄70，其可以包括把手72并且可以通过法兰74或用于将手柄70连接于隔板52的其他合适手段被附接到隔板52。对齐模板76可以可选地固定于隔板52的上表面54和/或下表面56,以用于将补片30 (图6)和/或工具50对齐于返修区22 (图10-11)，这将在下面更详细地描述。参考图3和图4，示出了位于隔板52的角隅处的真空口 64(图3)。能够如图4中所示，隔板52可以包括在吸气孔58和/或真空口 64 (图3)之间延伸从而将真空口 64 (图
3)流体地联接到吸气孔58的多个通路62。通路62也可以被布置为流体地互连一个或多于一个吸气孔58。在图3和图4中还示出可以包括把手72且可以借助于法兰74联接到隔板52的手柄70。在图3中，示出了包含加热毯80和可选隔热层84的加热毯组件78被联接到隔板52。在实施例中，加热毯组件78 —般可以居中在隔板的下表面56上。虽然被示为具有大体正交形状，不过加热毯组件78还可以被形成为任何尺寸、形状或构造。如图3-4中所示，对齐模板76可以可选地联接到隔板52的上表面54和/或下表面56。参考图5和图6，示出了实施例中的工具50的横截面图，其具有在隔板52内形成的通路62，并示出了吸气孔58经由通路62流体地联接到真空口 64。真空口 64示为被固定在隔板52的下表面56上。如图6中所示，吸气孔58可以提供用于保持补片30 (图6)与隔板52的上表面54接触的手段。用这种方式，当需要将补片30 (图6)安装在返修区22 (图10)内时，补片30 (图6)可以被定位成任意取向，包括悬于隔板52。由于通过真空口 64通过抽真空66所施加的抽吸力的应用，吸气孔58可以保持补片30 (图6)与隔板52接触。图5-6还示出了可以包含加热毯80和可选隔热层84的加热毯组件78。如上所述，加热毯组件78可以联接到隔板52。虽然可以通过相对于吸气孔58和/或补片30 (图6)提供任何尺寸的加热毯组件78，不过加热毯组件78可以被成尺寸且被构造成延伸超过吸气孔58和/或补片30 (图6)的位置。如图6中所示，用于形成补片30的补片层板36可以包含任何材料，例如碳纤维增强塑料(CFRP)或任何其他合适的树脂基质的(即，预浸溃的)复合材料，例如但不限于玻璃纤维增强塑料。而且，补片层板36可以包含干性复合材料，可以利用任何合适的树脂灌注工艺来向该干性复合材料灌注树脂。有利地，工具50提供了用于处理具有高温加工需求的复合材料的手段。例如，工具50提供了用于安全地处理高温材料的手段，该高温材料例如是具有在近似375° F到440° F范围内的加工温度的双马来酰亚胺(BMI)材料。不过，如上所述，工具50可以被实现成用于加工任何类型的复合材料并且不限于本文中所公开的具体示例。参考图I-图6,可以通过一个或多于一个可以从隔板52的任何位置向外延伸的手柄70帮助处理用于支撑补片30的隔板52。例如，如图I-图6中所示，手柄70可以从隔板52的相反侧向外延伸。优选地手柄70被形成为如下方式，即最小化从隔板52到手柄70的热传导。关于这点，手柄70可以包括由隔热材料形成的把手72部分。手柄70可以以任何合适的方式被固定于隔板52。例如，最好如图5-图6所示，一个或多于一个手柄70中的每个手柄均可以借助于被构造成最小化从经加热隔板52的热传导的法兰74而被固定于隔板52。手柄70可以通过如图3中所示的机械紧固件和/或通过粘合或任何其他合适的方式被连接到隔板52。而 且，还考虑到，手柄70可以与隔板52以如下方式一体成形，即最小化从隔板52到手柄70的热传导。手柄70可以可选地包括如上所述的隔热把手72，以便降低抓取手柄70的技术人员暴露于极端温度的可能。仍然参考图I-图6，隔板52可以由任何合适的材料形成，该材料包括但不限于钛、铝、铜、陶瓷、复合材料或者材料或任何其他合适的金属材料或非金属材料的任意组合。例如，隔板52可以由复合材料形成。隔板52优选地由基本刚性材料形成，以便提供用于加工补片30 (图6)的稳定表面。例如，隔板52优选地形成为提供基本刚性以便有助于在隔板52上压实补片30 (图6)。而且，隔板52优选地是充分刚性的，以便当补片30被安装在返修区内时隔板52可以向补片30 (图6)提供相对均匀的压力分布。在这点上，隔板52可以通过真空袋装操作被保持抵靠于返修补片30 (图6)，例如在固化补片30期间和/或当将补片30粘合到返修区22 (图10)时。在这点上，优选地提供尺寸大于补片30 (图6)的尺寸的隔板52。理想地，补片30 (图6)优选地具有无凸出的相对光滑表面，以便例如当将补片30安装到返修区22 (图10)时提供用于将压力施加于补片30 (图6)的光滑表面。在这点上并且简要地参考图10和图11，可以提供与正返修的复合结构10的形状互补的任何形状的补片30 (图11)，例如平面形状或波状外形形状。例如，图10示出了在复合结构10中形成的返修区22，该复合结构10包括具有弯曲形状的蒙皮构件16。优选地工具50被成尺寸且被构造成使得隔板52基本符合复合结构10上的返修区22的形状。用这种方式，在最终固化期间或在将补片30 (图11)粘合到返修区22 (图10)期间可以将基本均匀的压力施加于补片30，这将在下面更详细地描述。进一步关于这点并简要地参考图15-图16，可以将工具50构造为使得隔板52被成形为与复杂形状的或波状外形的结构10互补。例如，图15和图16示出了固定于蒙皮构件16的纵梁20，并且其中该纵梁20包括返修区22，已经从该返修区22去除材料以便接收补片30 (图16)。图16示出了工具50，其中隔板52被成形为与纵梁20互补，以致隔板52基本地匹配纵梁20的轮廓或形状。关于这点，隔板52可以由可塑材料形成，这可以被应用于其形状与正返修的复合结构10相似的结构。波状外形隔板52可以被组装成工具50，并且可以包括真空口 64、吸气孔58和将真空口 64流体地连接到吸气孔58的通路62，以致一旦通过吸气孔58抽真空66，则补片30就可以保持与隔板52接触，这将在下面更详细地描述。有利地，工具50优选地构造为，在将补片30从不同位置(例如，压实位置)转移到将补片30安装在可以位于交通工具上的复合结构10上的返修区22上期间，隔板52向补片30提供支撑。关于这点，相对刚性的隔板52可以有助于补片30的转移，且同时最小化补片30内的机械应力。此外，隔板52可以防止补片30在安装到返修区22(图10和图16)内之前扭曲和/或挠曲。然而，还考虑到，在实施例中可以提供具有受控挠曲量的隔板52。例如，隔板52可以由相对薄的金属板材制造而成，例如铝和/或铜板材，其可以提供一定程度的挠性以有助于隔板52对稍弯曲或波状外形表面的基本共形/适形匹配(conformalfit)。 参考图I-图6，工具50可以进一步包括加热毯80，其可以可选地被固定在工具50 的下表面56上，该下表面56与可以支撑补片的上表面54相反。加热毯组件78可以包括加热毯80和可选隔热层84。隔热层84可以提供用于减少转移期间从补片30的热损失的手段。例如，当将补片30 (图6)从真空压实操作转移至返修区22 (图10)时，隔热层84可以防止或至少减少热损失。如先前所述，可以形成补片30 (图6)的某些复合材料需要在相对高温进行加工。例如，在压实操作期间，加热毯80可以加热补片30 (图7)至相对高温，以有助于可能会存在于构成补片30 (图7)的复合层板内的空气和/或挥发物的排出。加热毯80也可以在压实操作之后将补片30 (图12-图13)转移至返修区(图12-13)期间将补片30 (图7)维持于这样的相对高温。仍然参考图I-图6，加热毯组件78可以包括可被构造为通过经过隔板52的热传导来使补片30 (图6)升温的加热毯80。加热毯80可以以与构成补片30 (图6)的复合材料的材料需求相对应的速率来使补片30升温。加热毯80可以包括任何合适的加热毯80构造，例如但不限于，任何合适的电阻丝构造。不过，可以提供任何构造的加热毯80，且并不限于电阻丝设置。如之前所述，隔热层84可选地被包括在加热毯80的外侧上，以便最小化从补片30 (图6)的热损失。可以将隔热层84提供成硅层或具有令人满意的隔热特性的任何其他合适的材料层。热传感器(未示出)，例如热电偶，可以可选地被固定在沿着隔板52的上表面54和/或下表面56的关键位置处，以便提供用于监控补片30 (图6)和/或隔板52的温度的手段。隔热层84可以由任何合适的材料形成，该材料包括氟橡胶或具有隔热特性的任何其他材料，并且其在工作温度是机械稳定且热稳定的。简单地参考图2和图4和图10-11，工具50可以可选地包括对齐模板76或功能等同结构或设置以用于将补片30 (图6)对齐于返修区22 (图10-11)。例如，对齐模板76可以包含可以被应用于隔板52的上表面54的分离材料层。可替代地，对齐模板76可以包含临时的或永久的标记，例如，可以被印制、施加、模压或刻在隔板52的上表面54内的线段或其他特征，并且这些标记可以与结构上形成的对应标记对齐。例如，简单地参考图10和图11，一组互补对齐标记28可以被形成在复合结构10的外模线12上以便有助于与隔板52 (图11)的对齐模板76 (图11)对齐。关于这点，对齐模板76 (图11)或功能等同物可以以一组镜像标记的形式被提供在隔板52的上表面54和/或下表面56 (图3-图4)上。隔板52的上表面54 (图3-图4)上的对齐模板76可以有助于构成补片30 (图6)的补片层板36 (图6)的铺设。隔板52的下表面56 (图3-图4)也可以被构造为有助于将工具50对齐于返修区22 (图11)，以用于在返修区22 (图11)内对齐和定向补片30 (图11)。隔板52可以包括吸气孔58 (图4),吸气孔58被设置成在隔板52的上表面54 (图
4)上相对彼此间隔开以便对应于可被固定在隔板52上的补片30 (图6)。如图2和图4中所示，吸气孔58可以设置成对应圆形补片的圆形样式。不过，吸气孔58可以被设置成任意构造，包括图2和图4中所示的圆形样式或者优选地被布置为与补片30 (图6)形状互补的任何其他样式。参考图7和图8，所示的工具50中，真空压实组件100在补片30之上被固定于补片30。如先前所述，真空压实提供了通过去除存留空气和/或挥发物且压紧补片30来提高补片30的强度特征的手段。可以在施加最小热量的情况下实现压实，以便最小化补片30的固化状态。如图7中所示，真空压实组件100可以被应用于工具50。真空压实组件100可以包含以封罩补片30的形式被密封至隔板52的上表面54的下部袋装膜110。一个或多于一个真空口 108可以位于隔板52上，并且可以提供在下部袋装膜110上抽真空的手段。例如，如图7和图8中所示，真空口 108可以在补片30的右边延伸通过下部袋装膜110。补片30可以被固定在上表面54上,且一层隔离膜116被插在补片30和隔板52之间，以便防止在真空压实过程期间施加热时两者之间的粘合。在隔离膜116中可以形成与隔板52中的吸气孔58的位置相对应的孔洞，以便提供用于在补片30上抽真空以便保持补片30抵靠隔板52的手段。透气层114可以在下部袋装膜110和补片30之间被可选地安装在补片30之上，以便有助于在下部袋装膜110的区域之上基本均匀地施加真空。透气层114优选地是多孔性材料，其在补片30之上提供连续的空气路径。可以可选地包括排放层112，以便在压实操作期间从补片30吸收过量树脂。而且，穿孔的或无穿孔的隔离膜116可以被包括在透气层114和补片之间。仍然参考图7，真空压实组件100可以进一步包括可被应用于下部袋装膜110之上的真空箱106。真空箱106可以可选地借助于透气层114而不接触下部袋装膜110。可以应用上部袋装膜102来至少部分地叠盖下部袋装膜110。上部袋装膜102可以延伸在真空箱106之上并且可以借助于密封件104被密封至下部袋装膜110，该密封件104例如但不限于在补片30的周边延伸的密封104胶带。可以看到，密封件104可以固定在下部袋装膜110之上，从而将上部袋装膜102稳固或密封于其上。下部袋装膜110可以通过密封件104或功能等同物密封至隔板52的上表面54。真空箱106可以提供当上部袋装膜102内的真空水平近似等于或稍微小于下部袋装膜110内的真空水平时用于释放补片30上的压紧压力的手段。一旦加热补片30，就会降低树脂粘度，以致可以排出被捕获在复合材料的补片层板36内的空气或其他气体。真空压实可以通过在压紧补片层板36之前从补片层板36抽取挥发物和/或空气来最小化经固化补片30内气孔的存在。关于这点，真空压实操作可以包括在树脂到达树脂开始变稠并构建成的玻璃相变温度之前去除上部袋装膜102和真空箱106。去除上部袋装膜102和真空箱106可以允许在补片30上施加真空压力，以用于在去除挥发物之后压紧补片层板36。参考图9，示出了构成图7和图8中所示的真空压实组件100的部件的分解侧视图。如图9中所示，上部袋装膜102可以借助于密封件104被密封至下部袋装膜110。一、个或多于一个透气层114可以被安装在真空箱106和上部袋装膜102之间和/或在真空箱106和下部袋装膜110之间，以便有助于施加真空。下部袋装膜110可以封罩补片30并且可以包括透气层114、透气层114下方的非多孔性隔离膜116、非多孔性隔离膜116下方的排放层112、排放层112下方且可以被应用于补片30之上的多孔性隔离膜116。如果补片30被提供作为单独的层，那么补片30可以依次被固定在对齐模板76 (图4)上。多孔性和/或非多孔性隔离膜116可以被安装在补片30和隔板52的上表面54之间，并且可以包括与形成的吸气孔58对齐的孔洞，以便可以对补片30进行抽吸。一个或多于一个压力计109可以被固定于上部袋装膜102和/或下部袋装膜110，以便提供用于监控相对真空压力的手段。参考图10和图11，示出了可以包括的蒙皮构件16的复合结构10，该蒙皮构件16具有一个或多于一个刚性元件、纵梁20或可固定于其内模线14或蒙皮构件16上的任何其他位置的其他部件。图10示出了在其外模线12在蒙皮构件16中形成的返修区22。蒙皮构件16可以由材料层板或源层板(parent ply) 18形成。返修区22可以包括可以从复合结构10去除材料或源层板18从而去除不一致性的区域。返修区22可以包括可以被形成 为重叠台阶或在其周围延伸的基本平滑斜坡的切口 24或渐缩边缘。例如，如图12-图13所示，切口可以形成为与源层板18和补片层板36相对应的一系列重叠台阶。可替代地，切口 24可以形成为围绕切口 24延伸的基本光滑的斜坡或成角度的表面(未示出)。还应当注意的是，返修区22可以被形成在蒙皮构件16中其内模线14上。甚至，返修区22可以被形成在蒙皮构件16中在蒙皮构件16的内模线14和外模线12 二者上。图10进一步示出了在蒙皮构件16的外模线12上形成的一组对齐标记28，并且其可以被提供成作为利用工具50来在返修区22中定位和定向补片30的手段。参考图11，示出的是应用于复合结构10的外模线12的工具50的平面图。可以看至|J，工具50上的对齐模板76或其功能等同物可以与复合结构10上形成的对齐标记28对齐。将补片30转移至返修区22可以发生于处理补片30 (图12)期间的任何时间。例如， 将补片30 (图12)转移至返修区22可以发生于如上关于图9所述的真空压实操作和真空压实组件100 (图9)的去除之后。然而，将补片30 (图12)转移至返修区22可以发生于将补片30放置在工具50 (图12)上之后，例如，在铺设补片层板36 (图12)及真空压实补片30之后，这可以在工具50 (图12)上或不在工具50上进行。可以通过向真空口 64 (图12)施加真空压力以致真空可以在吸气孔58处被施加于补片30并且补片30被吸抵于隔板52(图12)的上表面54，从而有助于将补片30转移到返修区22。如图12和图13中可见，根据返修区的取向，工具50可以被反转。补片30可以在去除如上关于图9所述的真空压实组件100之后借助于被施加到吸气孔58的真空而被保持成与返修工具接合。可以通过一个或多于一个技术人员来保持隔板52，并且利用复合结构10上的对齐标记28 (图11)和隔板52上的对齐模板76 (图11)将补片30定位成与返修区22对齐。图13示出了被安装在返修区22内的补片30的横截面图，其中在返修区22中形成的切口 24或锥度角基本均匀地接触在补片30边界上形成的切口 34。关于这点，在图13中可以看到，构成补片30的补片层板36优选地至少基本竖直地对齐于构成复合结构10的源层板18。参考图13，示出的是固定于工具50之上的真空袋组件118且其中补片30处于返修区22内。关于这点，可以在补片30被维持在理想温度的情况下将补片30从真空压实操作转移至返修区22。在转移过程期间和/或当补片30被安装在返修区22内时，可以可选地激活加热毯80，以便向补片30提供热输入。隔热层84可以有助于维持补片30的温度。仍然参考图13，真空袋组件118被示为借助于密封件104被密封至复合结构10。可以可选地去除被示为被固定在隔板52的下表面56上的真空口 64，从而最小化可以应用袋装膜120的障碍物。透气层114可以可选地被安装在袋装膜120和加热毯80与工具50之间，以便有助于例如经由真空口 108而基本均匀地施加真空压力。可以在任何合适位置通过可选地被包括在隔板52上的真空计109来监控真空压力。
当补片30被安装在如图13中所示的返修区22内时，热可以被连续地施加于补片30，以便将补片30保持在挠性状态，从而有助于补片30基本符合返修区22。对于相对高温的材料，例如，双马来酰亚胺(BMI)矩阵材料而言，需要的是，在将补片30安装在返修区22内之前，将隔离膜116安装在补片30和返修区22之间，以便允许稍后去除补片30，以用于最终固化远离返修区22的补片。真空可以被施加于袋装膜120，从而导致隔板52将压力施加于补片30，以致补片30至少基本符合返修区的形状。由于与复合结构10的返修相关联的温度限制，可以在从返修区22去除补片30的情况下发生补片30的最终固化。关于这点，某些高温复合材料，例如，BMI材料，所具有的固化温度会超过某些复合结构10可以被加热至的可允许温度。例如，BMI材料具有近似440°的固化温度，这会超过执行返修的最大温度。关于这点，飞行器操作会限制将飞行器结构可以加热至350°的温度。安装由BMI复合材料制成的补片30可以包括在补片30和返修区22之间安装隔离膜116 (图13)，以便防止二者间的粘合。补片30可以借助于加热毯80而被维持在减小的温度，从而有助于补片30以部分固化的状态基本符合返修区22。可以利用真空袋组件118 (图13)施加预定时间量的压力，在这之后可以去除真空袋组件118 (图13)和被部分固化的补片30。可以在一定压力下在例如高压釜中基本完全固化补片30。关于这点，工具50可以提供用于在去除袋装膜120且将真空施加于真空口 64以便保持补片30抵靠隔板52之后从返修区22收回补片30的手段。同样地，可以通过如上所述且如图10与图11所示的将隔板52的对齐模板76 (图11)对齐于复合结构10的外模线12上的对齐标记28 (图10-图11)从而使用工具50来实现在高压釜中完全固化之后补片30的粘合。参考图13，可以通过激活加热毯80而将热再次施加于补片30和返修区22以便固化在补片30和返修区22之间的粘合剂26 (图13)。也可以通过与图13中所示的方式相似的方式重新安装袋装膜120并在袋装膜120上抽真空66而将压力施加于补片30。参考图14，补片30可以被提供成倍增件32的实施例，其中倍增件32可以被叠覆在其中会存在一致性的返修区22的外模线12上。同样地，倍增件32可以叠覆在返修区22的内模线14上。关于这点，可以通过包括与上文关于补片30所述(包括在图7和图8中所示相似的真空压实)相似的方式来制备倍增件32，之后如图14中所示将倍增件32转移至返修区22。在将补片转移至返修区22期间，通过向真空口 64施加真空66可以保持补片30与隔板52接触。可以按照与图10和图11所示的且在上面描述的方式相似的方式经由在复合结构10上形成的对齐标记28 (图10-图11)来定位和对齐补片30。可以通过以与上文所述且在图13中所示的方式相似的方式使用加热毯80加热来部分地固化倍增件32，从而允许倍增件32和返修区22的接口区基本符合。
参考图15和图16，所示的是工具50的可替代实施例，其中隔板52被成形成与复合结构10的轮廓互补。复合结构10示为包括固定在复合结构10的内模线14上的纵梁
20。纵梁20可以包括不一致性，可以通过如图15所示的从返修区22去除纵梁20材料来去除不一致性。切口 24可以被形成在返修区22的周边，并且可以按照与图7、图12和图13中所示的方式相似的方式铺设和加工补片30。隔板52可以由基本可塑至结构10的材料形成，并且可以被应用于结构10以形成其斑点86。例如，隔板52可以由被包含在隔膜内的可塑材料形成，该隔膜例如可以是挠性橡胶袋且其可以填充有在施加热或暴露于空气时就会变硬的可成型复合物。一旦形成隔板52，就以理想的取向和顺序铺设补片层板36。仍然参考图16，工具50可以包括被固定在隔板52的下表面56上的加热毯80，且该加热毯80可以可选地包括隔热层84，这与如上关于图1-13中所示的工具50所述的相似。例如，在图16中示出的工具50可以包括一个或多于一个手柄70，其可选地包括隔热把手72并从隔板52向外伸出。工具50可以包括一个或多于一个真空口 64，其可以通过通路62流体地联接多个吸气孔58，以用于抽真空以将补片30吸至隔板52的上表面54。与以上所述和图7中所示的相似，可以在图16中所示的补片30构造上执行真空压实操作。同样 地，与以上关于图12和图13所述的相似，可以将图15和图16中所示的补片30应用和安装到返修区22。现在参考图17，所示的是用于加工补片30 (图6)的方法的流程图。该方法可以包含将补片30 (图6)固定到隔板52 (图6)的上表面54 (图6)上的步骤200，例如通过以理想取向和堆叠顺序铺设一堆补片层板36 (图6)。步骤202可以包含加固或压紧补片30(图7)，例如通过利用如图7-图9中所示的真空压实组件100。如上所述，真空压实补片30(图7)可以促进去除构成补片30的补片层板36内存留的空气，以便可以应用适度量的热来压紧补片30，从而防止被固化零件内出现空隙或气孔。步骤204可以包含通过向一个或多于一个可被固定于隔板52上的真空口 64 (图7)施加真空66 (图7)从而通过吸气孔58(图7)抽真空66 (图12)。通过向吸气孔58施加真空66，在真空压实和其他操作期间可以防止补片30 (图7)移动。仍然参考图17，该方法可以包含在步骤206转移补片30 (图12)，例如，从压实操作转移至返修区22 (图10-图12)。补片30 (图12)可以由隔板52支撑，可以借助于具有优选地与隔板52 (图12)隔绝的把手72的一个或多于一个手柄70来举起和承载隔板52。步骤208可以包含当向返修区22 (图12)转移补片30 (图12)时通过在加热毯80 (图12)上包括隔热层84从而隔离补片30 (图12)以防辐射损失或其他损失。同样地，步骤210包含当转移补片30时向补片30 (图12)施加热。通过加热毯8 (图12)以理想加热速率施加热，从而将补片30的温度保持在理想温度范围内。步骤212可以包含相对于返修区22定向补片30 (图11)，例如通过利用如上所述的被包括在工具50 (图11)中的对齐模板76 (图11)或功能等同物。如上所述和关于图10与图11所示，可以相对于在复合结构10的外模线12 (图10)上可选地形成的对齐标记28 (图10-图11)来定向和定位补片30。步骤214可以包含在如图13所示的返修区22中安装补片30。补片30也可以被构造为在如图14所示可以被叠覆的复合结构10上的倍增件32 (图14)。仍然参考图17，步骤216可以包含一旦补片30被安装在返修区22 (图13)内就从吸气孔58 (图12)去除真空66 (图12)。然而，真空可以被连续地施加于补片30，直到开始进一步的操作，例如真空袋装。关于这点，步骤218可以包含将袋装膜120放置在工具50之上，以便袋装膜120按照图13中所示的方式将包括补片30的工具50密封至复合结构10。步骤220可以包含在真空袋组件118的袋装膜120上抽真空，从而借助于隔板52提供基本均匀的压力以抵靠补片30。步骤222可以包含加热补片30 (图13)，从而开始部分地或完全地固化补片30。此外，施加热和/压力可以促进被安装在补片30和返修区22 (图13)之间的粘合线间的粘合剂26 (图13)的固化。该方法可选地包括当部分地固化补片30时去除补片30 (图13)。关于这点，先前的步骤可以包括在安装补片30之前将隔离膜116 (图13)安装在补片30和返修区22 (图13)之间，从而防止补片30粘合于返修区22。隔离膜116 (图13)可以包含任何合适的材料，以防止粘合剂26粘合在补片30和返修区22之间。可以在一定压力下加热补片30，例如，在高压釜中，从而完全地固化补片30(图13)，之后可以将补片30重新安装在返修区22中。关于这点，工具50 (图12)可以促进补片30从高压釜转移至返修区22 (图13)。工具50仍可以保持被安装在返修区22中的补片30之上，其中真空袋组件118 (图13)可以在补片30被安装在返修区22中的情况下被再次应用于工具50，以致在最终固化粘合剂26以 将补片30粘合到返修区22期间隔板52 (图13)向补片30提供压力。参考图18，所示的是可以与以上所述的工具50 —起使用以用于例如将补片30或倍增件32安装在复合结构10的返修区22上的系统38的方框图。工具50可以包括隔板52，并且可选地包括具有加热毯80和被固定于隔板52的隔热层84的加热毯组件78。隔板52可以包括多个吸气孔58，这些吸气孔58可以被通路62流体地联接于彼此并/或联接于一个或多于一个真空口 64和真空计68。隔板52可以包括一个或多于一个手柄70。系统38可以进一步包括真空袋组件118，例如可以用于在补片30或倍增件32上执行的压实操作中。如图18中可见，真空袋118可以包括可将工具50和补片30或倍增件32密封至返修区22的袋装膜120。系统38可选地包括可以被密封至隔板52以用于压实补片30或倍增件32的真空压实组件100。真空压实组件100可以包括用于将补片30密封至隔板52的下部袋装膜110和可固定于下部袋装膜110之上并覆盖补片30或倍增件32的真空箱106。真空压实组件100可以进一步包括可以在真空箱106上延伸以用于将真空箱106密封至下部袋装膜110的上部袋装膜102。参考图19-图20，可以在如图19所示的飞行器制造和服役方法300和如图20中所示的飞行器302的背景下描述本公开的实施例。在预生产过程中，示例性方法300可包括飞行器302的规格和设计304以及材料采购306。在生产过程中，进行飞行器302的部件和子组件制造308和系统整合310。接下来，为了被置于服役314，飞行器302将通过认证和交付312。在客户使用314时，飞行器302进行常规维护和维修316 (这可以包括修改、重组、翻新等等)。可通过系统整合商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或实施方法300的每个过程。为了描述的目的，系统整合商可以包括但不限于任意数量的飞行器制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任意数量的卖主、转包商和供应商；以及操作者可以是航空公司、租赁公司、军事机构、服务组织等。如图20中所示，通过示例性的方法300生成的飞行器302可以包括具有多个系统320和内部322的机身318。高级系统320的例子包括推进系统324、电气系统326、液压系统328以及环境系统330中的一个或多于一个。可包括许多其他系统。尽管示出航空和航天的例子，但是本发明实施例的原理可被应用至其他产业，例如汽车工业。在生产和服役方法300的任何一个或多于一个阶段期间，可采用包含在此的设备和方法。例如，对应于生产过程308的部件或子组件可以以相似于飞行器302服役314时生产的部件或子组件的方式被制作或制造。同样地，在生产阶段308和310，例如，通过极大地加快飞行器302组装或减少成本，可运用一个或多于一个设备实施例、方法实施例或其组合。相似地，例如并非限制，当飞行器302服役314时，可使用一个或多于一个设备实施例、方法实施例或其组合,从而维护和维修316。
本领域技术人员应明白本发明的附加修正和改进。因此，在此描述和说明的部件的具体组合仅要表明本发明某些实施例，而不是要限制本发明精神和范围内的可替换的实施例或装置。
权利要求
1.一种将补片转移至结构的返修区的工具，所述工具包含 具有至少一个吸气孔的隔板；和 真空口，其流体地联接到所述吸气孔以用于在真空下抽吸所述补片以抵靠所述隔板。
2.根据权利要求I所述的工具，其中 所述隔板包括将所述真空口流体地连接到所述吸气孔的至少一个通路。
3.根据权利要求I所述的工具，进一步包含 被联接到所述隔板以用于加热所述补片的加热毯。
4.根据权利要求I所述的工具，其中 所述隔板进一步包含手柄。
5.根据权利要求I所述的工具，进一步包含 被布置在所述隔板上以用于将所述补片对齐于所述返修区的对齐模板。
6.根据权利要求I所述的工具，其中 所述隔板被成形成与所述结构的轮廓互补。
7.根据权利要求I所述的工具，其中 所述补片被构造为用于固定到所述结构的外模线的倍增件。
8.一种将补片安装到复合结构的返修区的工具，所述工具包含 具有上表面与下表面并且包括在所述上表面内形成的多个吸气孔的基本刚性隔板，所述隔板具有流体地互连所述吸气孔的多个通路； 从所述下表面延伸出并流体地联接到所述通路以用于抽真空从而将所述补片保持于所述隔板的至少一个真空口； 从所述隔板向外延伸的一对被隔绝手柄； 加热毯组件，其固定于所述下表面并包括加热毯和被布置在所述加热毯的与所述下表面相反的一侧上的隔热层；和 被布置在所述隔板上以用于将所述补片对齐于所述返修区的对齐模板。
9.一种加工补片以用于安装到结构的返修区上的系统，所述系统包含 用于将所述补片转移至所述返修区的工具，所述工具包括 隔板，其具有上表面与下表面并包括在所述上表面内形成以用于在真空下抽吸所述补片以抵靠所述隔板的吸气孔；和可固定于所述隔板以用于加固所述补片的真空压实组件。
10.根据权利要求9所述的系统，进一步包含 用于将所述工具密封至所述结构的真空袋组件。
11.根据权利要求9所述的系统，进一步包含 被联接到所述隔板以用于加热所述补片的加热毯。
12.根据权利要求9所述的系统，进一步包含 被布置在所述隔板上以用于使所述补片对齐于所述返修区的对齐模板。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述真空压实组件包括 用于将所述补片密封至所述隔板的下部袋装膜； 可固定于所述补片之上的真空箱；和 在所述真空箱之上可延伸且可被密封至所述下部袋装膜的上部袋装膜。
14.根据权利要求9所述的系统，进一步包含被固定于所述隔板以用于转移所述补片的至少一个手柄。
15.根据权利要求9所述的系统，进一步包含 真空口，其通过在所述真空口和所述吸气孔之间延伸的通路流体地联接到所述吸气孔。
16.根据权利要求9所述的系统，进一步包含 被布置在所述隔板上以用于使所述补片对齐于所述返修区的对齐模板。
17.—种加工补片以用于安装到复合结构的返修区上的系统，所述系统包含 用于将所述补片转移至所述返修区的工具，所述工具包括 基本刚性隔板，其具有上表面与下表面并包括在所述上表面内形成的多个吸气孔，所述隔板具有流体地连接所述吸气孔的多个通路；和 被固定于所述下表面并流体地联接到所述通路以用于抽真空从而将所述补片保持于所述隔板的至少一个真空口； 被联接到所述隔板以用于加热所述补片的加热毯；和 被布置在所述隔板上以用于使所述补片对齐于所述返修区的对齐模板； 以下至少之一 用于加固所述补片的真空压实组件，包括 用于将所述补片密封至所述隔板的下部袋装膜； 可固定于所述补片之上的真空箱；和 在所述真空箱之上可延伸以用于将所述真空箱密封至所述下部袋装膜的上部袋装膜； 用于将所述工具密封至所述复合结构的真空袋组件。
18.—种加工补片的方法，所述方法包括步骤 将所述补片固定在隔板的具有至少一个吸气孔的表面上；以及 通过所述吸气孔抽真空以便保持所述补片与所述隔板接触。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包含步骤 用被联接到所述隔板的真空压实组件来加固所述补片。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包含步骤 将所述隔板和补片转移至返修区； 将袋装膜放置在所述隔板和补片之上，以致将所述袋装膜密封至所述返修区；以及 在所述袋装膜上抽真空。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述隔板包括被固定于其上的对齐模板，所述方法进一步包含步骤 利用所述对齐模板关于所述返修区定向所述补片。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包含步骤 在所述返修区内至少部分地固化所述补片；和 向所述补片施加热和压力至少之一。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述至少部分地固化所述补片的步骤包含 利用被联接到所述隔板的加热毯向所述补片施加热。
24.根据权利要求20所述的方法，进一步包含步骤当将所述补片转移至所述返修区时热隔离所述补片。
25.—种加工补片的方法，包含步骤将所述补片固定在隔板的具有多个吸气孔的上表面上；利用被应用到所述隔板的真空压实组件来加固所述补片；通过所述吸气孔抽真空以便保持所述补片与所述隔板接触；利用所述隔板向所述返修区转移所述补片；热隔离所述补片；向所述补片施加热；利用对齐模板相对于所述返修区定向所述补片；将所述补片安装在所述返修区上；从所述吸气孔去除真空；将袋装膜放置在所述隔板和补片之上，以致将所述袋装膜密封至所述返修区；在所述袋装膜上抽真空；以及向所述补片施加热，以便至少部分地固化所述补片。
全文摘要
本发明涉及一种工具，其包含具有至少一个吸气孔的隔板和流体地联接所述吸气孔以用于在真空下将补片抽吸抵靠所述隔板的真空口。
文档编号B29C73/32GK102725132SQ201080056769
公开日2012年10月10日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年12月14日
发明者J·P·鲍德温, M·H·瓦尔加斯, M·N·沃特森 申请人:波音公司