用于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的承載結(jié)構(gòu)及其工藝的制作方法
【專利摘要】由聚合物基質(zhì)復(fù)合(PMC)材料構(gòu)成的承載結(jié)構(gòu)，以及其生產(chǎn)工藝。結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)定形面板生產(chǎn)，至少一個(gè)定形面板由熱塑性樹脂基質(zhì)中的連續(xù)纖維增強(qiáng)形成。定形面板已熱成形為具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度以及位于不同平面中且由一個(gè)或多個(gè)彎部互連的部分。定形面板加工以改變其形狀，且可選為由此生產(chǎn)多個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件(10、12、14、16)。加工的定形面板可構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)，或結(jié)構(gòu)可通過使加工的定形面板與其它定形面板接合或通過接合兩個(gè)或更多個(gè)子構(gòu)件來形成。結(jié)構(gòu)可安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上來將構(gòu)件裝固到發(fā)動(dòng)機(jī)上。
【專利說明】用于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的承載結(jié)構(gòu)及其工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明大體上涉及承載結(jié)構(gòu)，且涉及其生產(chǎn)工藝。更具體而言，本發(fā)明針對(duì)在承載結(jié)構(gòu)的制造中復(fù)合材料的使用，舉例來說，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的支架。

【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合技術(shù)的成熟已增加了在多種應(yīng)用中使用復(fù)合材料的機(jī)會(huì)，包括但不限于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，如，由通用電氣(General Electric)公司制造的GE90?和GEnx?商用發(fā)動(dòng)機(jī)。歷史上，來自復(fù)合材料的構(gòu)件的制造已由減小重量的期望來驅(qū)動(dòng)，但金屬成本的增加也已變?yōu)橐恍?yīng)用中的驅(qū)動(dòng)因素。
[0003]復(fù)合材料大體上包括嵌入基質(zhì)材料(如，聚合物或陶瓷材料)中的纖維增強(qiáng)材料。增強(qiáng)材料用作復(fù)合材料的承載組分，而基質(zhì)材料保護(hù)增強(qiáng)材料，保持其纖維的定向，且用于將負(fù)載消散至增強(qiáng)材料。聚合物基質(zhì)復(fù)合(PMC)材料通常通過以樹脂浸潰織物然后固化或凝固樹脂來制造。用于PMC的基質(zhì)材料的樹脂可大體上分類為熱固性的或熱塑性的。熱塑性樹脂大體上歸類為由于物理變化而非化學(xué)變化而在加熱時(shí)可重復(fù)地軟化和流動(dòng)且在充分冷卻時(shí)變硬的聚合物。熱塑性樹脂的顯著的示例性類別包括尼龍、熱塑性聚酯、聚芳醚酮(polyaryletherketones)和聚碳酸酯樹脂。已經(jīng)構(gòu)想為用于航空應(yīng)用的高性能熱塑性樹脂的特定示例包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和聚苯硫(PPS)。相比之下，一旦完全固化成硬剛性固體，則熱固性樹脂不會(huì)在加熱時(shí)經(jīng)歷顯著的軟化，而是改為在充分加熱時(shí)熱分解。熱固性樹脂的顯著的示例包括環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂。多種纖維增強(qiáng)材料已經(jīng)用于PMC，例如，碳(例如，AS4)、玻璃(例如，S2)、聚合物(例如，KevIar?)、陶瓷(例如，Nextel?)和金屬纖維。纖維增強(qiáng)材料可以以相對(duì)較短的切短纖維或長(zhǎng)連續(xù)纖維的形式使用，其中后者通常用于生產(chǎn)〃干〃織物或墊。PMC材料可通過將短纖維分布在基質(zhì)材料中來生產(chǎn)，或以基質(zhì)材料浸潰干織物的一個(gè)或多個(gè)纖維層(板層)來生產(chǎn)。
[0004]PMC材料適用于給定應(yīng)用與否取決于其基質(zhì)和增強(qiáng)材料、特定應(yīng)用的要求、以及制造具有所需的幾何形狀的PMC制品的可行性。由于其較大的重量節(jié)省的可能性，故已探索各種應(yīng)用來用于飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的PMC。然而，挑戰(zhàn)在于識(shí)別材料系統(tǒng)，其具有可接受性質(zhì)，但可由制造方法生產(chǎn)來產(chǎn)生成本效益合算的PMC構(gòu)件。具體而言，公知的是，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用具有較高的性能機(jī)械要求，例如，強(qiáng)度和疲勞性質(zhì)(由發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中的振動(dòng)所需)，以及高溫性質(zhì)、化學(xué)/流體阻力等。盡管較大的重量節(jié)省可通過由PMC材料制造飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架來實(shí)現(xiàn)，但此類支架的性能要求以及尺寸、可變性和復(fù)雜性使由這些材料成本效益合算地生產(chǎn)支架的能力復(fù)雜化。例如，由于涉及熱固性材料的勞動(dòng)密集的工藝和較長(zhǎng)的制造周期時(shí)間，以及具有許多不同部分的構(gòu)造的大量相對(duì)較小的支架，故使用傳統(tǒng)熱固性樹脂來生產(chǎn)PMC支架已經(jīng)大體上認(rèn)為是成本過高的。另一方面，與熱塑性基質(zhì)材料一起形成的PMC由其在升高溫度下軟化和損失強(qiáng)度的趨勢(shì)限制。
[0005]另一個(gè)復(fù)雜性在于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的PMC材料所需的增強(qiáng)系統(tǒng)的類型。大體上，為了通過使用熱固性或熱塑性PMC材料來實(shí)現(xiàn)顯著水平的重量節(jié)省，支架將需要使用連續(xù)纖維增強(qiáng)PMC材料來使其橫截面能夠最小化，而同時(shí)實(shí)現(xiàn)由飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用規(guī)定的高性能機(jī)械要求(特別是強(qiáng)度和疲勞性質(zhì))。然而，連續(xù)纖維增強(qiáng)材料的使用中涉及的手疊合(hand lay-up)工藝還使生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的多種相對(duì)較小的支架的能力復(fù)雜化。另一方面，熱塑性或熱固性樹脂基質(zhì)中的切短纖維增強(qiáng)系統(tǒng)由于其較低的機(jī)械性能而不是理想的解決方案。具體而言，由切短纖維增強(qiáng)的PMC構(gòu)件的更低強(qiáng)度需要制造相對(duì)較厚且較重的支架。此外，切短纖維系統(tǒng)通常使用網(wǎng)形狀模制方法來處理，這使得能夠形成復(fù)雜的形狀。然而，由于存在大量支架在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上具有不同形狀，故各個(gè)獨(dú)特支架所需的獨(dú)立模具相關(guān)的加工成本大體上妨礙了該制造途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了由PMC材料構(gòu)成的承載結(jié)構(gòu)，以及其生產(chǎn)工藝。此類結(jié)構(gòu)的顯著但非限制性的示例包括可具有相對(duì)復(fù)雜的形狀的在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的各種類型的支架。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種制造承載結(jié)構(gòu)的工藝，包括生產(chǎn)至少第一定形面板，其具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且具有至少第一部分和第二部分，至少第一部分和第二部分位于不同平面中，且由至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連。第一定形面板通過熱成形聚合物基質(zhì)復(fù)合材料來形成，該復(fù)合材料包括以連續(xù)纖維增強(qiáng)材料增強(qiáng)的熱塑性樹脂。第一定形面板然后加工以改變其形狀。加工步驟可直接地由第一定形面板生產(chǎn)承載支架。作為備選，加工步驟可由第一定形面板生產(chǎn)至少第一子構(gòu)件，且該工藝還伴有接合操作，其結(jié)果在于第一子構(gòu)件形成承載支架的部分。加工步驟的又一個(gè)備選方案為由第一定形面板生產(chǎn)多個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件，其中至少一些然后經(jīng)歷接合操作來形成承載支架。所得的支架然后可安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上，以將構(gòu)件裝固到飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上。
[0008]本發(fā)明的第二方面為一種工藝，其包括:生產(chǎn)包括由連續(xù)纖維增強(qiáng)材料增強(qiáng)的熱塑性樹脂的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的至少第一平坦面板和第二平坦面板，其中各個(gè)平坦面板具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且為平坦的以便位于單個(gè)平面中。平坦面板中的至少一個(gè)然后熱成形來形成至少第一定形面板，其具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度且具有至少第一部分和第二部分，至少第一部分和第二部分位于不同平面中且由至少第一部分和第二部分之間的第一彎部互連。第一定形面板然后加工以改變其形狀，以由此生產(chǎn)至少第一子構(gòu)件。承載支架然后通過將第一子構(gòu)件接合到通過熱成形第二平坦面板來生產(chǎn)的第二平坦面板或第二定形面板限定的第二子構(gòu)件上來生產(chǎn)，此后，承載支架可安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上，以將構(gòu)件裝固到飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上。
[0009]本發(fā)明的附加方面包括承載支架，其通過上述工藝中的一個(gè)的步驟生產(chǎn)。然而，更一般而言，本發(fā)明較寬地涵蓋由聚合物基質(zhì)復(fù)合材料形成的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其包括熱塑性樹脂基質(zhì)材料中的連續(xù)纖維增強(qiáng)材料。作為更具體的示例，此類飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架包括接合在一起來形成支架的至少第一子構(gòu)件和第二子構(gòu)件。各個(gè)子構(gòu)件均由聚合物基質(zhì)材料形成，其包括熱塑性樹脂基質(zhì)材料中的連續(xù)纖維增強(qiáng)材料，且各個(gè)子構(gòu)件均具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度。子構(gòu)件中的至少一個(gè)由至少一個(gè)定形面板加工，該至少一個(gè)定形面板熱成形為具有至少第一部分和第二部分，至少第一部分和第二部分位于不同平面中且由至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連。
[0010]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于能夠在諸如飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中生產(chǎn)和使用承載結(jié)構(gòu)的能力，其極大地受益于重量節(jié)省，但同時(shí)具有所需的機(jī)械和環(huán)境條件。本發(fā)明使得能夠以一種方式制造和使用熱塑性PMC材料，使得制造和材料成本和/或重量可最小化，而不會(huì)有損結(jié)構(gòu)的承載功能性。
[0011]本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)從以下詳細(xì)描述中更好地認(rèn)識(shí)到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1包含掃描圖像，其示出了三個(gè)定形PMC面板，其根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例由平坦PMC面板熱成形。
[0013]圖2包含掃描圖像，其示出了由定形面板加工成的兩個(gè)子構(gòu)件，其經(jīng)歷類似于圖1中所示的定形面板的熱成形。
[0014]圖3示意性地呈現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于圖2中呈現(xiàn)的子構(gòu)件的子構(gòu)件類型的透視圖，且圖4示意性地呈現(xiàn)了通過與圖3中的子構(gòu)件機(jī)械地緊固到一起形成的支架組件的透視圖。
[0015]圖5示意性地呈現(xiàn)了可用于生產(chǎn)圖1的定形面板以及圖2、3和圖4中呈現(xiàn)的子構(gòu)件的類型的平坦面板的透視圖。
[0016]圖6示意性地呈現(xiàn)了可用于生產(chǎn)圖3和4中呈現(xiàn)的三個(gè)更小的子構(gòu)件的類型的定形面板的透視圖。
[0017]圖7示意性地呈現(xiàn)了通過與圖3的子構(gòu)件熱塑性焊接在一起形成的支架組件的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明將按照復(fù)合承載結(jié)構(gòu)來描述，盡管能夠適用于寬范圍的應(yīng)用，但特別良好地適合其主要目的在于支承或裝固飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的各種構(gòu)件的支架，例如，高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇區(qū)段內(nèi)的構(gòu)件。特別顯著的示例為安裝在風(fēng)扇罩外部上且支承構(gòu)件如管、線束、油箱等的支架。然而，各種其它承載結(jié)構(gòu)和本發(fā)明可應(yīng)用于其中的各種其它應(yīng)用也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0019]本發(fā)明提供了一種工藝，通過該工藝，呈現(xiàn)出機(jī)械、化學(xué)和熱性質(zhì)(包括強(qiáng)度、抗疲勞性、最高溫度能力、化學(xué)/流體阻力等)的支架適用于飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用，且仍可以以成本效益合算的方式生產(chǎn)。本發(fā)明涉及生產(chǎn)構(gòu)件和/或子構(gòu)件，其由PMC材料制造，且經(jīng)歷熱成形來生產(chǎn)定形面板，其具有將稱為簡(jiǎn)單形狀的形狀。如本文使用，"簡(jiǎn)單形狀"是指可由單個(gè)平坦面板形成以具有存在于定形面板的部分之間的一個(gè)或多個(gè)彎部的形狀，且定形面板具有貫穿其部分和彎部的實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度。圖1中示出了可利用本發(fā)明生產(chǎn)的定形面板的三個(gè)典型的但非限制性的示例。面板的該簡(jiǎn)單形狀避免了由PMC材料生產(chǎn)復(fù)雜的整體形狀的難度和成本。本發(fā)明的定形面板的橫截面厚度通常在大約0.5到大約20毫米的范圍內(nèi)，且優(yōu)選為不改變超過面板厚度的30%，且優(yōu)選為不超過面板厚度的10%(排除了可有意地或非有意地沿面板周長(zhǎng)限定的任何特征部)。形成定形面板的平坦面板(圖5中呈現(xiàn)的了其非限制性示例)也優(yōu)選為具有定形面板指出的相同范圍內(nèi)的實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度。
[0020]與本發(fā)明一起使用的優(yōu)選的PMC材料具有以連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性基質(zhì)材料，其可為布置成在基質(zhì)材料內(nèi)平行(單向)的獨(dú)立的纖維或纖維束，或布置成具有在基質(zhì)材料內(nèi)的多個(gè)不同定向(例如，多層單向纖維或纖維束以形成二軸或三軸構(gòu)架)的獨(dú)立纖維或纖維束，或織造成形成基質(zhì)材料內(nèi)的網(wǎng)孔或織物的獨(dú)立纖維或纖維束。纖維、束、網(wǎng)孔或織物可布置成限定PMC內(nèi)的單個(gè)板層，或任何適合數(shù)目的板層。特別適合的熱塑性基質(zhì)材料包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亞胺(PEI)和聚苯硫(PPS)，且特別適合的連續(xù)纖維材料包括碳(例如，AS4)、玻璃(例如，S2)、聚合物(例如，芳族聚酰胺，如，Kevlar?)、陶瓷和金屬纖維。優(yōu)選的熱塑性基質(zhì)材料被認(rèn)為是PEEK，且優(yōu)選的增強(qiáng)材料被認(rèn)為是連續(xù)碳纖維。然而，可預(yù)見的是，其它適合的基質(zhì)和增強(qiáng)材料可被使用或隨后發(fā)展為與本發(fā)明一起使用。用于本發(fā)明的PMC材料的適合的纖維含量可較寬地變化，盡管普遍相信，纖維含量應(yīng)當(dāng)為至少體積的35%，且不超過體積的75%，其中優(yōu)選范圍被認(rèn)為是體積的大約50%到大約65%。
[0021]如上文所述，本發(fā)明的工藝大體上始于期望的PMC材料的平坦面板，例如，圖5中呈現(xiàn)的平坦面板22。各種方法是已知的，且可用于或發(fā)展為產(chǎn)生平坦面板22。原材料的一種常見形式為預(yù)浸材料，增強(qiáng)材料通過其而與基質(zhì)材料浸潰，在此情況下，為基質(zhì)材料期望的熱塑性樹脂。用于生產(chǎn)熱塑性預(yù)浸材料的工藝的非限制性示例包括熱熔化預(yù)浸材料，其中纖維增強(qiáng)材料經(jīng)過樹脂的熔池吸取，以及粉末化預(yù)浸材料，其中樹脂沉積在纖維增強(qiáng)材料上(例如，靜電地)，且然后粘合到纖維上(例如，在烘箱中，或借助于加熱輥)。預(yù)浸材料可為單向帶或織造織物的形式，其然后堆疊在彼此頂部上來產(chǎn)生期望用于面板的一定數(shù)目的堆疊板層。板層疊層然后優(yōu)選為經(jīng)歷合并操作，其中熱和壓力施加到板層疊層上，以使樹脂流動(dòng)且使板層疊層合并到平坦面板22中。除使用預(yù)浸材料來產(chǎn)生平坦面板之外，備選途徑在于將干織物疊合在適合形狀的模腔中，且然后以熔化的樹脂浸潰干織物。不論如何制造平坦面板22，如果其橫截面的整體限定在位于平行于彼此的平行平面中的兩個(gè)相對(duì)表面之間，則認(rèn)為是平坦的。此類平坦面板將稱為位于單個(gè)平面中。平坦面板22的厚度將取決于其預(yù)期使用而變化。然而，如上文所述，面板22的橫截面厚度優(yōu)選為不會(huì)改變超過面板厚度的30%。
[0022]平坦面板22然后熱成形來限定定形面板，其具有單個(gè)形狀(例如，如圖1中呈現(xiàn)的)。熱成形大體上伴有將平坦面板22加熱至其熱塑性基質(zhì)材料不會(huì)熔化、但足夠柔韌以允許平坦面板22定形而不會(huì)破壞平坦面板22的材料的溫度。作為非限制性示例，用于將包含PEEK的PMC平坦面板材料熱成形為基質(zhì)材料且將碳纖維熱成形為增強(qiáng)材料的適合溫度大體上在大約350°C到大約450°C的范圍內(nèi)。為了減少制造成本，定形面板的簡(jiǎn)單形狀優(yōu)選為存在于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的多個(gè)不同支架組件共用。作為示例，此形狀可為C形或L形通道(具有C形或L形橫截面)，或其變型，例如，具有U形或V形橫截面的形狀。圖1的定形面板代表C形通道，其根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)。然而，還應(yīng)當(dāng)注意的是，更復(fù)雜的橫截面形狀也是可能的。如上文所述，如果其可由平面形成來具有一個(gè)或多個(gè)彎部和貫穿其部分和彎部的實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，則定形面板在本文中限定為具有簡(jiǎn)單形狀。作為非限制性示例，圖1中的各個(gè)定形面板具有由兩個(gè)彎部連接的三個(gè)部分，以限定由原來的平坦面板的中心區(qū)域限定的中心部分，以及位于定向成與中心區(qū)域的平面成角的平面中的第二部分和第三部分。盡管圖1中的各個(gè)定形面板的第二部分和第三部分通過熱成形限定以位于垂直于中心部分平面的平面中，但第二部分和第三部分可定向成與中心部分的平面成大于和小于九十度。應(yīng)當(dāng)理解的是，平坦面板可經(jīng)歷熱成形以具有兩個(gè)以上的彎部和三個(gè)以上的部分，但仍產(chǎn)生可認(rèn)為是具有簡(jiǎn)單的形狀的定形面板。
[0023]如果生產(chǎn)定形面板的工藝涉及產(chǎn)生如上文所述的板層疊層，則還在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是同時(shí)地合并和定形板層疊層來生產(chǎn)定形面板。例如，板層疊層可供給至熱成形壓機(jī)中，其中板層疊層同時(shí)地合并和熱成形來產(chǎn)生定形面板的期望形狀(例如，圖1的定形面板)。
[0024]圖2示出了通過加工兩個(gè)不同形狀的面板來生產(chǎn)的兩個(gè)子構(gòu)件(或可能的兩個(gè)整體構(gòu)件)。各個(gè)子構(gòu)件(且因此其由此加工成的定形面板)具有L形橫截面，其中兩個(gè)部分定向成與彼此成大約九十度。如從圖2清楚的是，各個(gè)構(gòu)件均具有貫穿其兩個(gè)部分和其間的彎部的實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度。如將從圖2認(rèn)識(shí)到的是，加工工藝優(yōu)選為改變面板的形狀，而不改變其橫截面形狀。另一方面，可生產(chǎn)子構(gòu)件(或整個(gè)構(gòu)件)，其為其原來的定形面板的原來的橫截面形狀的片段。例如，圖1中的定形面板中的一個(gè)可沿縱向切割以生產(chǎn)兩個(gè)或更多個(gè)子構(gòu)件，各個(gè)均限定定形面板的原來的橫截面形狀的片段。因此，單個(gè)子構(gòu)件或多個(gè)獨(dú)立子構(gòu)件可由單個(gè)定形面板生產(chǎn)。各種方法可用于加工本發(fā)明的定形面板，如，常規(guī)加工、噴水切割和激光切割技術(shù)。其中本領(lǐng)域中已知的類型的噴水切割技術(shù)被認(rèn)為是優(yōu)選的。
[0025]應(yīng)當(dāng)從圖2清楚的是，所示的任一個(gè)子構(gòu)件可用作完整的支架，而不需要與附加構(gòu)件的任何進(jìn)一步組裝。例如，圖2的各個(gè)子構(gòu)件可加工成包括孔、槽口或其它特征部，利用這些，構(gòu)件、組件、結(jié)構(gòu)等可通過使用常規(guī)機(jī)械緊固件和/或附接機(jī)構(gòu)例如可安裝到支架上的螺母板和彈簧夾而安裝到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上。另一方面，圖2中呈現(xiàn)出的類型的子構(gòu)件可經(jīng)歷進(jìn)一步組裝來產(chǎn)生更大且更復(fù)雜的支架組件。例如，子構(gòu)件可經(jīng)歷接合操作，如，通過使用機(jī)械緊固件(螺釘、螺栓、鉚釘?shù)?、粘合劑、或熱塑性焊接技術(shù)(例如，紅外線(IR)焊接、電阻植入焊接、超聲波焊接、振動(dòng)焊接等)。盡管支架組件可由不同定形面板生產(chǎn)的子構(gòu)件構(gòu)成，但還在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，單個(gè)定形面板可加工成生產(chǎn)多個(gè)子構(gòu)件，其然后可組裝來生產(chǎn)支架組件。
[0026]圖3和圖4呈現(xiàn)了非限制性示例，其中分別具有簡(jiǎn)單形狀(圖3)的四個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件10，12，14和16可與機(jī)械緊固件(例如，螺栓)組裝來產(chǎn)生更大且更復(fù)雜的支架組件18(圖4)。在該示例中，各個(gè)子構(gòu)件10，12和14均具有由單個(gè)90度彎部20分開的兩個(gè)部分，而更大的子構(gòu)件16具有五個(gè)大致平行的部分，其中各個(gè)相鄰成對(duì)部分由限定鈍角的彎部20分開。各個(gè)子構(gòu)件10，12，14和16可容易地生產(chǎn)為包含連續(xù)纖維增強(qiáng)材料的PMC，這是由于其簡(jiǎn)單的橫截面形狀和恒定的橫截面厚度。此外，圖3的子構(gòu)件10，12，14和16中的各個(gè)可由平坦面板熱成形和加工，例如，類似于圖5中呈現(xiàn)的平坦PMC面板22的外形。圖3和圖4的更大子構(gòu)件16可直接地通過熱成形平坦面板22而生產(chǎn)，以具有圖3中所示的四個(gè)彎部，且然后加工將更小子構(gòu)件10，12和14機(jī)械地緊固到更大子構(gòu)件16上所需的孔。更小的子構(gòu)件10，12和14可通過熱成形另一個(gè)平坦面板(其在一些情況下可與圖5的平坦面板22相同)來制造以產(chǎn)生具有如由圖6呈現(xiàn)的單個(gè)彎部20的定形面板24，且然后加工面板24來形成圖3中所示的獨(dú)立子構(gòu)件10，12和14。子構(gòu)件10，12和14形成為具有特征部26，如孔和/或凸緣，通過特征部26，組件18可安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上，或通過特征部26，一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件、組件或其它結(jié)構(gòu)可裝固到飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上。應(yīng)當(dāng)理解的是，為了使材料利用率最大化，有利的是通常由定形面板24來加工多個(gè)獨(dú)立子構(gòu)件10，12和14，定形面板24用作用于特定子構(gòu)件10，12或14的主部分。
[0027]圖7示出了支架組件28，其由圖3和圖4中所示的完全相同的子構(gòu)件10，12，14和16構(gòu)成，但由于組件28保持在一起而不同，因?yàn)樽訕?gòu)件10，12，14和16由熱塑性焊接技術(shù)接合在一起，從而消除了對(duì)圖4的機(jī)械緊固件的任何需要。
[0028]盡管按照特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但將清楚的是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可采取其它形式。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限制。
【權(quán)利要求】
1.一種工藝，包括: 生產(chǎn)至少第一定形面板，其具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且具有至少第一部分和第二部分，所述至少第一部分和第二部分位于不同平面中且由所述至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連，所述第一定形面板通過熱成形聚合物基質(zhì)復(fù)合材料來形成，所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料包括以連續(xù)纖維增強(qiáng)材料增強(qiáng)的熱塑性樹脂； 加工所述第一定形面板以改變其形狀，其中所述加工步驟直接地由所述第一定形面板生產(chǎn)承載支架，或所述加工步驟由所述第一定形面板生產(chǎn)至少第一子構(gòu)件，且然后所述第一子構(gòu)件經(jīng)歷接合操作，以形成承載支架，或所述加工步驟由所述第一定形面板生產(chǎn)多個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件，且然后所述多個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件中的至少一些經(jīng)歷接合操作來形成承載結(jié)構(gòu)；以及 將所述承載結(jié)構(gòu)安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述熱塑性樹脂選自包括以下的集合:聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺和聚苯硫，并且所述連續(xù)纖維增強(qiáng)材料選自包括以下的集合:碳、玻璃、聚合物、陶瓷和金屬纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述加工步驟直接地由所述第一定形面板生產(chǎn)所述承載結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述加工步驟由所述第一定形面板生產(chǎn)至少所述第一子構(gòu)件，所述第一子構(gòu)件經(jīng)歷與第二子構(gòu)件的接合操作來形成所述承載結(jié)構(gòu)，且所述第二子構(gòu)件具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且由包括以連續(xù)纖維增強(qiáng)材料增強(qiáng)的熱塑性樹脂的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述加工步驟由所述第一定形面板生產(chǎn)所述多個(gè)單獨(dú)的子構(gòu)件，且然后所述多個(gè)單獨(dú)子構(gòu)件中的至少兩個(gè)經(jīng)歷所述接合操作來將所述多個(gè)單獨(dú)子構(gòu)件中的至少兩個(gè)裝固在一起來形成所述承載結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述工藝包括所述接合操作來形成所述承載結(jié)構(gòu)，并且所述接合操作包括熱塑性焊接工藝和/或使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件來將所述承載結(jié)構(gòu)裝固在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述第一定形面板具有選自包括C形、U形、L形和V形橫截面的集合的橫截面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述第一定形面板還包括至少第三部分，其位于與所述第一定形面板的所述第一部分和所述第二部分不同的平面中，且通過至少第二彎部而互連到所述第一部分和所述第二部分中的至少一者上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述生產(chǎn)步驟包括: 由所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的多個(gè)板層生產(chǎn)第一平坦面板，以具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且位于單個(gè)平面中；且然后 熱成形所述第一平坦面板來生產(chǎn)所述定形面板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述生產(chǎn)步驟包括同時(shí)地合并且熱成形所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的多個(gè)板層來生產(chǎn)所述定形面板。
11.一種通過權(quán)利要求1所述的工藝生產(chǎn)的承載結(jié)構(gòu)。
12.—種工藝，包括: 生產(chǎn)包括以連續(xù)纖維增強(qiáng)材料增強(qiáng)的熱塑性樹脂的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的至少第一平坦面板和第二平坦面板，所述第一平坦面板和所述第二平坦面板中的各個(gè)均具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度且為平坦的，以便位于單個(gè)平面中； 熱成形所述第一平坦面板和所述第二平坦面板中的至少一者以形成至少第一定形面板，其具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且具有至少第一部分和第二部分，所述至少第一部分和第二部分位于不同平面中且由所述至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連； 加工所述第一定形面板以改變其形狀且由此生產(chǎn)至少第一子構(gòu)件； 將所述第一子構(gòu)件接合到由所述第二平坦面板限定或通過熱成形所述第二平坦面板而形成的至少第二子構(gòu)件上，所述接合步驟生產(chǎn)承載支架；且然后 將所述承載支架安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上以便將構(gòu)件裝固到所述飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述熱塑性樹脂選自包括以下的集合:聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺和聚苯硫，并且所述連續(xù)纖維增強(qiáng)材料選自包括以下的集合:碳、玻璃、聚合物、陶瓷和金屬纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述接合步驟包括熱塑性焊接工藝和/或使用至少一個(gè)機(jī)械緊固件來將所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件裝固在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述第一定形面板和所述第二定形面板的形狀選自包括C形、U形、L形和V形橫截面的集合。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述第一定形面板的形狀還包括至少第三部分，其位于不同于所述定形面板的所述第一部分和所述第二部分的平面中，且通過至少第二彎部而互連到所述第一部分和所述第二部分中的至少一者上。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述第一平坦面板和所述第二平坦面板在熱成形所述第一定形面板和所述第二定形面板的步驟之前相同。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其特征在于，所述加工步驟由所述第一定形面板生產(chǎn)多個(gè)所述第一子構(gòu)件。
19.一種通過權(quán)利要求12所述的工藝生產(chǎn)的承載支架。
20.一種由包括聚合物樹脂基質(zhì)材料中的連續(xù)纖維增強(qiáng)材料的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料形成的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述聚合物樹脂基質(zhì)材料為熱塑性樹脂基質(zhì)材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述支架包括所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料形成的至少一個(gè)加工的定形面板、用于將所述支架裝固到飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上的器件、以及用于將至少一個(gè)構(gòu)件安裝到所述飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上的器件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板包括一個(gè)加工的定形面板。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板包括接合在一起的至少兩個(gè)加工的定形面板。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，且具有至少第一部分和第二部分，所述至少第一部分和第二部分位于不同平面中且由所述至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板具有選自包括C形、U形、L形和V形橫截面的集合的橫截面形狀。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板還包括至少第三部分，其位于不同于定形面板的所述第一部分和所述第二部分的平面中，且由至少第二彎部互連到所述第一部分和所述第二部分中的至少一者上。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述至少一個(gè)加工的定形面板通過合并和熱成形所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的多個(gè)板層來生產(chǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述支架安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇罩的外部上，且將構(gòu)件裝固到所述風(fēng)扇罩上。
30.一種飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，包括接合在一起來形成所述支架的至少第一子構(gòu)件和第二子構(gòu)件，所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件中的各個(gè)均由包括熱塑性樹脂基質(zhì)材料中的連續(xù)纖維增強(qiáng)材料的聚合物基質(zhì)材料形成，各個(gè)子構(gòu)件均具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度，所述子構(gòu)件中的至少一個(gè)由至少一個(gè)定形面板加工，所述至少一個(gè)定形面板熱成形來具有實(shí)質(zhì)恒定的橫截面厚度以及至少第一部分和第二部分，所述至少第一部分和第二部分位于不同的平面中且由所述至少第一部分和第二部分之間的至少第一彎部互連。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述熱塑性基質(zhì)材料選自包括以下的集合:聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺和聚苯硫，并且所述連續(xù)纖維增強(qiáng)材料選自包括以下的集合:碳、玻璃、聚合物、陶瓷和金屬纖維。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件中的各個(gè)均具有選自包括C形、U形、L形和V形橫截面的集合的橫截面形狀。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件中的至少一個(gè)還包括至少第三部分，其位于不同于子構(gòu)件的所述第一部分和所述第二部分的平面中，且由至少第二彎部互連到所述第一部分和所述第二部分中的至少一者上。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件中的至少一者通過合并和熱成形所述聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的多個(gè)板層來生產(chǎn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其特征在于，所述支架安裝在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇罩的外部上，且將構(gòu)件裝固到所述風(fēng)扇罩上。
【文檔編號(hào)】B29C51/00GK104302463SQ201280066670
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】J.M.沃爾費(fèi), J.M.科斯特卡 申請(qǐng)人:通用電氣公司