本發(fā)明涉及一種用于制造具有第一部件和連接到第一部件的第二部件的纖維復(fù)合材料的飛機結(jié)構(gòu)部件的方法，特別是注入(infusion)方法。

背景技術(shù)：

飛機結(jié)構(gòu)部件可以是例如機身殼或機翼罩殼，其中第一部件可以是蒙皮元件，第二部件可以是連接到蒙皮元件以支撐蒙皮元件的支撐元件，例如縱梁。通常該方法可包括以下步驟。

提供由干纖維預(yù)制件制成的半成品第一部件。半成品第一部件具有第一連接表面。此外，提供由干纖維預(yù)制件或硬化纖維基體復(fù)合材料制成的半成品第二部件。半成品第二部件具有用于連接到半成品第一部件的第一連接表面的第二連接表面。半成品第一和第二部件的干纖維預(yù)制件優(yōu)選涉及沒有用基體材料預(yù)浸漬(preimpregnated)的纖維。半成品第二部件的硬化纖維基體復(fù)合材料優(yōu)選涉及至少部分硬化或半硬化的纖維基體復(fù)合材料，即其可以是但不必須是如在成品飛機結(jié)構(gòu)部件中那樣的已經(jīng)硬化的。

隨后，通過將半成品第一部件抵靠半成品第二部件放置，使得第一連接表面靠在第二連接表面上，制備半成品飛機結(jié)構(gòu)部件。即，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件包括在它們的連接表面處彼此抵靠的半成品第一部件和半成品第二部件。

作為下一步驟，通過半成品飛機結(jié)構(gòu)部件，特別是通過半成品第一部件和半成品第二部件，并且在半成品第一部件和半成品第二部件之間注入基體材料，特別是注入樹脂，使得干纖維預(yù)制件和在半成品第一部件和半成品第二部件之間的界面被浸泡或填充基體材料?；w材料的注入優(yōu)選通過施加到密封環(huán)境的真空來實現(xiàn)，所述半成品飛機結(jié)構(gòu)部件暴露于所述密封環(huán)境。密封環(huán)境在由封閉工具(優(yōu)選地在兩個或更多個工具部件之間)封閉的空腔中或在真空袋(優(yōu)選地與在其一側(cè)開口的工具結(jié)合使用)中形成。用于供應(yīng)基體材料的入口包括在所述工具中或所述真空袋中，使得所述真空通過所述空腔或真空袋中的環(huán)境并且因此通過半成品飛機結(jié)構(gòu)部件而抽吸通過所述入口供應(yīng)的基體材料。

然而，代替或除了利用所述由真空通過密封環(huán)境抽吸基體材料之外，所述基體材料也可以在壓力下注射(injection)到所述環(huán)境中。因此，在本發(fā)明含義內(nèi)的“基體材料的注入”的表述還包括基體材料的注射。此外，在本發(fā)明含義內(nèi)的“基體材料的注入”的表述包括基體材料的其它注入方式，例如薄膜注入，其中基體材料的薄膜放置在干纖維預(yù)制件之上或旁邊，其隨后被熔化，使得液態(tài)或粘性的基體材料流過預(yù)成型件。

隨后，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件被固化，優(yōu)選通過施加一定溫度，例如，在烘箱中，或通過施加一定的溫度和一定的壓力，例如在高壓釜中或在加熱的工具中。以這種方式，獲得了具有硬化并彼此牢固連接的第一部件和第二部件的成品飛機結(jié)構(gòu)部件。也有可能在注入基體材料之前將半成品飛機結(jié)構(gòu)部件預(yù)熱到特定溫度并且經(jīng)過一定時間。

這種通常稱為樹脂傳遞模塑(rtm)或樹脂注入(ri)方法的方法是本領(lǐng)域已知的，并且通常用于制造纖維復(fù)合材料的飛機結(jié)構(gòu)部件。在半成品第一部件和半成品第二部件之間的連接是通過基體材料建立的，所述基體材料通過半成品第一部件和半成品第二部件和在它們之間注入且隨后硬化。

然而，對于一些特定的飛機結(jié)構(gòu)部件，需要在第一部件和第二部件之間的特別強的連接，使得期望甚至加強第一部件和第二部件之間的連接。這是例如當(dāng)支撐元件連接到蒙皮元件時的情況，其中需要在盡可能低的結(jié)構(gòu)重量下的特別強的連接。這種飛機結(jié)構(gòu)部件可以是例如機身殼或機翼罩殼。加強在支撐元件和蒙皮元件之間的連接的最簡單的方式是增加支撐元件的凸緣部分，從而增加在支撐元件和蒙皮元件之間的連接表面。然而，為了優(yōu)化飛機結(jié)構(gòu)部件以獲得最小重量，支撐元件的凸緣部分應(yīng)該盡可能短。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造具有第一部件和連接到第一部件的第二部件的纖維復(fù)合材料的飛機結(jié)構(gòu)部件的方法，其中改進了在第一部件和第二部件之間的連接，而同時飛機結(jié)構(gòu)部件的重量沒有顯著增加。

該目的是這樣實現(xiàn)的，在注入基體材料通過半成品飛機結(jié)構(gòu)部件之前，在半成品第一部件的第一連接表面和半成品第二部件的第二連接表面之間施加用于在固化的飛機結(jié)構(gòu)部件的第一部件和第二部件之間輔助粘附的中間層。中間層可以具有不同的形式和組成，并且可以分布在整個第一和第二連接表面上，或者可以僅在特定位置提供。在任何情況下，中間層影響第一和/或第二部件的基體材料和/或纖維結(jié)構(gòu)，使得在第一和第二連接表面之間的粘附被改善。以這種方式，第一和第二連接表面可以形成得更小，而不削弱在第一部件和第二部件之間的連接，使得可以節(jié)省飛機結(jié)構(gòu)部件的相當(dāng)大的重量。

根據(jù)優(yōu)選實施例，所述中間層形成為粘合劑膜。這種粘合劑膜可以是例如cytecindustries(氰特工業(yè)公司)的fm300膜。這種粘合劑膜可以顯著加強在第一部件和第二部件之間的連接。存在施加粘合劑膜的各種方式。

特別地，優(yōu)選地，通過將粘合劑膜整體地放置在第一連接表面和/或第二連接表面上，而將粘合劑膜施加在第一連接表面和第二連接表面之間。這意味著存在整體的固體粘合劑膜，其可以例如用手從一卷粘合劑膜展開并放置在第一和第二連接表面之間。這是施加粘合劑膜的特別簡單的方式。

或者，優(yōu)選地，通過將粘合劑氣溶膠噴灑到第一連接表面和/或第二連接表面上，而將粘合劑膜施加在第一連接表面和第二連接表面之間。這是施加粘合劑膜的特別簡單的方式。

或者，還優(yōu)選的是，通過將液態(tài)或粘性的粘合劑樹脂分配到第一連接表面和/或第二連接表面上，而將粘合劑膜施加在第一連接表面和第二連接表面之間。所述粘合劑樹脂優(yōu)選不同于注入樹脂，即注入的基體材料，但也可以是相同的。這是施加粘合劑膜的可能簡單的方式。

特別地，還優(yōu)選的是，所述粘合劑膜是穿孔的和/或包括結(jié)構(gòu)化表面，用于允許或促進氣體交換，并因此改善粘附性。

根據(jù)優(yōu)選實施例，所述中間層形成為干纖維的抓絨，在注入步驟期間基體材料注入通過所述抓絨，以便加強在第一和第二部件之間的連接?；蛘撸娓衫w維，所述纖維也可以是用樹脂預(yù)浸漬的，即預(yù)浸料，所述樹脂可以與注入的基體材料不同或相同。

根據(jù)替代實施例，所述中間層形成為干纖維的織物，在注入步驟期間基體材料注入通過所述織物，以便加強在第一和第二部件之間的連接?；蛘撸娓衫w維，所述纖維也可以是用樹脂預(yù)浸漬的，即預(yù)浸料，所述樹脂可以與注入的基體材料不同或相同。

根據(jù)優(yōu)選實施例，所述半成品第一部件和半成品第二部件中的一個形成為半成品蒙皮元件，所述半成品第一部件和半成品第二部件中的另一個形成為半成品支撐元件。所述半成品支撐元件可以形成為用于支撐蒙皮元件的縱梁元件或框架元件，并且可以通過拉擠成型法(pultrusionmethod)形成。這種飛機結(jié)構(gòu)部件可以是機身殼或機翼罩殼的一部分。

特別地，優(yōu)選地，所述半成品第一部件形成為半成品蒙皮元件，而半成品第二部件形成為半成品支撐元件。以這種方式，制造包括由支撐元件支撐的蒙皮元件的飛機結(jié)構(gòu)部件。這種飛機結(jié)構(gòu)部件可以例如用作機身或機翼的一部分。

特別地，優(yōu)選地，半成品蒙皮元件包括旨在指向相關(guān)飛機結(jié)構(gòu)(例如機翼或機身區(qū)段)內(nèi)部的內(nèi)表面，其中內(nèi)表面包括第一連接表面。此外，半成品支撐元件包括用于抵靠蒙皮元件的凸緣部分，其中所述凸緣部分包括第二連接表面。以這種方式，具有其第二連接表面的凸緣部分在內(nèi)表面處抵靠第一連接表面，以便形成在成品飛機結(jié)構(gòu)部件的第一部件和第二部件之間的連接。

根據(jù)另一優(yōu)選實施例，在施加中間層之后并且在注入基體材料之前，所述中間層被預(yù)固化。優(yōu)選地，中間層通過將半成品飛機結(jié)構(gòu)部件預(yù)加熱至注入基體材料的注入溫度而被預(yù)固化。以這種方式，所述中間層可以固定到半成品第一部件和/或半成品第二部件，以便不被注入樹脂沖走?；蛘?，所述中間層在預(yù)熱至高達注入溫度之后或期間被施加。

根據(jù)另一優(yōu)選實施例，所述中間層在施加之后通過諸如縫合線或托架的固定裝置固定到第一連接表面和/或第二連接表面。以這種方式，所述中間層不會被注入樹脂沖掉。

根據(jù)優(yōu)選實施例，在樹脂注入和固化期間，將半成品第一部件放置在一個工具上，將半成品第二部件放置在半成品第一部件上。特別地，優(yōu)選地，為了進行固化，將所述工具與放置在其上的半成品飛機結(jié)構(gòu)部件一起在烘箱中暴露于一定溫度，或者在高壓釜中暴露于一定壓力和一定溫度。為了施加真空以便注入基體材料，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件優(yōu)選地由真空袋覆蓋。

或者，可以提供一種工具，其具有包圍一個空腔的至少兩個單獨的工具部件，在加熱和樹脂注入期間所述半成品飛機結(jié)構(gòu)部件放置所述空腔中，使得通過所述工具本身施加一定壓力和一定溫度。

附圖說明

下面借助于附圖更詳細地解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例。附圖中：

圖1是通過根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法制造的飛機結(jié)構(gòu)部件的橫截面圖。

具體實施方式

如圖1所示，具有第一部件3'和連接到第一部件3'的第二部件5'的纖維復(fù)合材料的飛機結(jié)構(gòu)部件1'可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造。在本實施例中，飛機結(jié)構(gòu)部件1'涉及機身外殼區(qū)段7，其中第一部件3'對應(yīng)于蒙皮元件9'，第二部件5'對應(yīng)于支撐元件11'，特別是縱梁元件，用于支撐蒙皮元件9'。該方法包括以下步驟：

首先，提供半成品第一部件3和半成品第二部件5。半成品第一部件3和半成品第二部件5都由干纖維預(yù)制件制成。半成品第一部件3具有第一連接面13，并且半成品第二部件5具有用于連接到第一連接面13的第二連接面15。半成品第一部件3形成為半成品蒙皮元件9，其包括含有第一連接表面13的內(nèi)部表面17。半成品第二部件5形成為半成品支撐元件11，其包括含有第二連接表面15的凸緣部分19。

隨后，在半成品第一部件3的第一連接表面13上或在半成品第二部件5的第二連接表面15上施加用于輔助粘合的中間層21。在本實施例中的中間層21形成為粘合劑膜23，特別是cytecindustries的fm300薄膜，其以固態(tài)的整體形式施加在第一連接表面13上或在第二連接表面15上，特別是通過從一個輥子上展開它并將其放置在第一連接表面13或第二連接表面15上。在本實施例中，粘合劑膜23是被穿孔的并且包括結(jié)構(gòu)化表面以允許和促進其下面的第一或第二連接表面13、15的氣體交換。

作為下一步驟，通過將半成品第一部件3抵靠半成品第二部件5放置，使得第一連接表面13抵靠第二連接表面15，來制備半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1。以這種方式，粘合劑膜23夾在半成品蒙皮元件9和半成品支撐元件11的凸緣部分19之間，特別是夾在第一連接表面13和第二連接表面15之間。半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1定位在相應(yīng)的工具25上，所述工具用于形成和支撐待制造的飛機結(jié)構(gòu)部件1'的期望形狀，其中半成品第一部件3放置在工具25上，半成品第二部件5放置在半成品第一部件3上。以這種方式，半成品蒙皮元件9的與內(nèi)表面17相對的外表面27擱置在工具25上。

然后，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1的表面29，特別是半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1的不與工具25接觸的表面29被真空袋31覆蓋。

隨后，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1和其所放置到的工具25一起被放在高壓釜(autoclave，未示出)或烘箱(oven，未示出)中。在所述高壓釜或烘箱中，半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1被預(yù)加熱至注入溫度，使得粘合劑膜23在第一連接表面13和第二連接表面15之間被預(yù)固化，以便不會被注入的基體材料33沖掉。

在注入溫度下，通過對在真空袋31下方的環(huán)境施加真空35，所述基體材料33被注入穿過半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1，即穿過半成品第一部件3和半成品第二部件5并且在它們之間。

在基體材料33已經(jīng)完全注入之后，所述半成品飛機結(jié)構(gòu)部件1通過在高壓釜中在一定時間上施加一定壓力和一定溫度、或僅通過在一定時間上在烘箱中施加一定溫度而固化。

最后，在固化完成之后，成品飛機結(jié)構(gòu)部件1'可以從高壓釜或烘箱中取出。中間層21，即粘合劑膜23顯著加強了在支撐元件11'和蒙皮元件9'之間的連接，使得支撐元件11'的凸緣部分19可以最小化，以使飛機的結(jié)構(gòu)部件1'具有最小重量。