CN102666052B - 用于制造用于飞行器的由纤维复合材料制成的机身壳体的装置 - Google Patents

Abstract

用于制造用于飞行器的由纤维复合材料制成的机身壳体（14）的装置，所述机身壳体设用多个彼此隔开设置的桁条（7）以用于加固，所述装置包括包括用于形成有支承能力的底座的主构架（1），所述底座具有向外拱起的装配面（2）以用于正装配，所述装配面设有用于形状接合地容纳成形件（5）的纵向延伸的装配沟槽（3），所述成形件用于相对于所述装配面（2）能脱模地定位所述桁条（7），其中在每个装配沟槽（3）中设置多个彼此隔开设置的、短的成形件（5），所述短的成形件能够通过调节机构相对于所配属的装配沟槽（3）在横向方向（Y）上进行调节，并且能够在深度方向（Z）上通过用于朝着能够引至所述装配面（2）之上的层压粘合单元的方向再引导所述桁条（7）的升降机构升举。

Description

用于制造用于飞行器的由纤维复合材料制成的机身壳体的装置

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于飞行器的由纤维复合材料制成的机身壳体的装置，所述机身壳体设有多个彼此隔开设置的桁条以用于加固，所述装置包括用于形成有支承能力的底座的主构架，所述底座具有向外拱起的装配面以用于正装配(positiv-Aufrüstung)，所述装配面设有用于形状接合地容纳成形件的纵向延伸的装配沟槽，所述成形件用于相对于装配面可脱模地定位桁条。

本发明的应用领域尤其扩展到飞机制造。特别地，具有大容积的机身的民用交通工具或者运输交通工具通常以壳体结构类型，尤其以半壳体结构类型制成。在壳体结构类型中，多个在周向方向上接合在一起的壳体得出机身部段的接近圆形或者椭圆形的横截面。多个彼此连续的用于尾部、机身中部和驾驶舱段的机身部段形成完全封闭的飞机机身。纤维复合材料越来越多地用于制造飞机机身，如玻璃纤维增强塑料或者碳纤维增强塑料。为了能够加固机身并且能够承受负荷，壳体通常配备有大多纵向延伸的加固元件，例如所谓的T形桁条或者Ω形桁条。

背景技术

根据通常已知的现有技术，能够以凹粘合模制造用于制造飞行器机身的壳体，所述凹粘合模还称作层压粘合装置(LKV)。在多个层中，将纤维材料和树脂引入到所述凹粘合模中并且时效硬化。桁条还集成在层结构上或者之内。LKV给予构件所期望的外轮廓。在脱模之后，在能够执行如此模塑的壳体的组装之前，通常进行切削的后续加工。

从DE10331358A1中给出用于成批制造用于飞行器的由纤维复合材料制成的机身壳体的特殊装置。在平坦的基部承载件上设有不同长度的多个支撑壁的格栅，使得所述支撑壁的端部形成大致半圆形。支撑壁相对于基部承载件以通过半圆形预设的角度设置。模块化的型材固定在支撑壁的形成半圆形的远端处，所述模块化的型材覆盖在支撑壁之间的中间空间，并且所述支撑壁的外表面作为装配面以凹形的方式配合于待制造的整体的结构构件的内轮廓。

在此，支撑壁的格栅以及模块化型材的分割设计为，使得位于其之间的接合间隙分别设置在桁条的理论位置之下。因此，接合间隙用于相对于待制造的机身壳体定位桁条。在完成壳体的完整结构以及供应辅助材料之后，将匹配于之前所描述的装配装置(ARV)的LKV精确匹配地放置在装配面之上，并且预压实之前施加在真空薄膜上的、环绕的密封剂，使得在真空表层和LKV之间形成真空密封的封填部。接下来，在LKV侧对该结构抽真空。

通过首先借助松动放置的薄膜覆盖模块化型材的外表面，来借助之前所描述的装置制成设有桁条的机身壳体。接下来，对通过在型材之间的中间空间所形成的空腔抽真空，使得大气压将薄膜保持原样地压入到型材槽和凹处中。之后，能够将辅助材料铺设到拉深的真空薄膜上。接下来，在由真空薄膜覆盖的型材槽中插入嵌入到纵向延伸的成形件的桁条。在此，纵向延伸的成形件形成用于在装配面中的接合间隙的几何形状和待加工的桁条的几何形状之间的形状匹配的适配件。在桁条和装配承载件的模块化型材的由真空薄膜所覆盖的外表面上，根据制造方法来单独地或者作为整体装上由纤维复合材料制成的全部表层。接下来，以理想的量将密封剂涂覆到真空薄膜上。通过在ARV与相应于此的LKV上将如此准备的结构精确匹配地接合在一起，压实周围的密封剂，使得在上述真空薄膜和LKV之间形成真空密封的封填部。为了实现将完整的机构从ARV转移到LKV中，对ARV的侧进行通风并且接下来在LKV侧抽真空。由此，将整个结构借助大气压相对于LKV压紧。最后，使ARV和LKV彼此远离并且转动LKV，以便因此将所述LKV引向最终的硬化过程。

尽管能够借助用于相对于装配面定位T形桁条的连贯的成形件来实现加固的机身壳体的精确制造，然而，长的成形件相当难于操作并且在制造中是耗费的。此外，必须在每次使用之前以大工作强度脱开和清洁连贯的成形件。

纵向延伸的、连贯的成形件不能够相对于形成相匹配的装配沟槽的接合间隙进行调整，使得必须在注意紧公差的情况下进行纵向延伸的成形件的制造。这额外地提高了制造耗费。此外，在与LKV的共同作用中，在移送过程中不能够再引导桁条。对于将ARV移入到所配属的LKV中必需最小距离，所述最小距离使得ARV在ARV至LKV的移送过程的牵拉中的进给运动即有针对性的再引导是必需的。在大多数情况下，至今使用于T形桁条的长的成形件由于每个桁条的表层的有针对性的局部加厚而具有其他的几何形状，从而可提供大量的这种成形件，以便构建不同的桁条变形方案。

通常，应用用于具有所谓坚硬的桁条的机身壳体的制造方法。在此，使用由金属或者已经时效硬化的复合材料制成的桁条，并且由此不再能够在未时效硬化的情况下进行处理。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于制造由纤维复合材料制成的并且设有坚硬的桁条的机身壳体的装置，所述机身壳体的组件能够简单地并且精确地制造，并且实现桁条加固的机身壳体的高度精确的、可再现的批量生产。

该目的基于一种根据本发明的用于制造用于飞行器的、由纤维复合材料制成的机身壳体的装置来实现，所述机身壳体设有多个彼此隔开设置的桁条以用于加固，所述装置包括主构架，所述主构架用于形成有支承能力的底座，所述底座具有向外拱起的装配面以用于正装配，所述装配面设有用于形状接合地容纳成形件的纵向延伸的装配沟槽，所述成形件用于相对于所述装配面能脱模地定位所述桁条，在每个装配沟槽中设置多个彼此隔开设置的短的成形件，所述短的成形件能够通过调节机构相对于所配属的所述装配沟槽在横向方向上进行调整，并且能够在深度方向上通过用于朝着能够引至所述装配面之上的层压粘合单元的方向再引导所述桁条的升降机构升举，其中通过所述短的成形件实现定位嵌件。下文中描述本发明的有利的改进形式。

本发明包括下述技术教导：将多个彼此隔开设置的用于桁条的短的成形件设置到装配面的每个装配沟槽中，所述成形件能够通过调节机构相对于所配属的装配沟槽在横向方向Y上进行调节，并且能够在深度方向Z上通过用于在朝着可引至装配面之上的LKV的方向再引导桁条的升降机构移出。

由于根据本发明的解决方案，桁条不再必须通过长的成形件插入到装配沟槽中，而是插入到通过短的成形件实现的定位嵌件中，所述定位嵌件仅在装配沟槽的长度的小部分之上延伸。短的成形件通过引导机构固定到装置处并且配备有用于定位桁条的支承面。所述支承面优选在装配沟槽中伸出，使得装配沟槽的横截面几何形状大于短的成形件的横截面几何形状。由此得出在横向方向上调节所述成形件而成形件不接触装配沟槽的壁的可能性。

由此，根据本发明的解决方案的主要优点在于，能够单独地再调节桁条的位置，以便例如对热学或者化学的收缩效应或者装置公差作出反应。此外，能够放宽装置的制造公差，这实现了更加简单的制造。通过根据本发明的解决方案，在至LKV的移送过程中进行对桁条的有针对性的进而沿着外蒙皮的方向的引导。大的实心成形件不再是必需的，而是仅还需要相对小的定位嵌件，所述定位嵌件理想地还可设计为通用件。同时，在此与在运行中相对于之前已知的解决方案继续降低的清洁耗费相联系。

根据本发明的装置尤其适合于制造机身壳体，其中坚硬的桁条应该粘接到粘湿的外蒙皮上。T形桁条的完整成型的外罩不再是必需的。然而，如之前一样，存在此外还解决侧凹问题的定位的需求。因此还需要注意的是，与桁条共同作用的、短的成形件设有充分的脱模倾斜部。那么，通过脱模倾斜部以与具有其他横截面的桁条尤其是Ω形桁条相同的方式将T形桁条保持在成形件中。Ω形桁条直接地、即以不带有短的成形件的方式插入到装配沟槽中以用于定位。

形成本发明的核心的、短的成形件优选主要由金属制成并且切削地制造，以便在与装配沟槽以及桁条的共同作用下通过相应的造型来满足根据本发明的功能。更优选的是，短的成形件至少部分地由如钢的磁性材料制成，以便在装配沟槽之内实现磁性固定。关于此点提出，在装配沟槽侧放置磁性元件，所述磁性元件通过对短的成形件的磁性力作用而产生所期望的、力接合的固定。优选地，永磁体适合作为磁性元件。然而还可行的是，磁性元件构成为具有可接通或者断开的磁场的电磁体，以便就此使得短的成形件从装配沟槽中的分离更加容易。

为了短的成形件与T形桁条适当地形状接合地共同作用，提出，将纵向槽引入到短的成形件中，所述纵向槽优选应该具有平行的槽侧面。在此，纵向槽的槽深度匹配于T形桁条的主部段(腹板)的长度。T形桁条由通常具有相比与主部段连接的横向部段(桁条根部)更大的壁厚度的主部段(腹板)制成，所述横向部段与待制造的机身壳体的外蒙皮粘接地连接。

通过将主部段插入到纵向槽中来以简单的方式正确定位T形桁条。根据改善在T形桁条和成形件的纵向槽之间的共同作用的措施而提出，在其之间设有附加的夹紧机构，所述夹紧机构用于将T形桁条力接合地固定在纵向槽中。所述夹紧机构优选构成为弹性的插入垫，所述插入垫能够由多有小孔的弹性体泡沫材料或类似物制成，并且除了所期望的夹紧作用之外，还根据附加的优点用于在T形桁条的几何形状以及装置的几何形状之间的公差补偿。

用于在横向方向上相对于装配沟槽调整成形件的调节机构能够以简单的方式构成为设置在沟槽侧部的两侧的调节板。通过选择适当厚度的调节板并且将所述调节板安装在装配沟槽和成形件之间，能够以简单的方式实现成形件在横向方向上在装配沟槽之内的所有可考虑的位置。然而替选于此还能够考虑的是，调节机构构成为设置在沟槽侧部的两侧的套筒单元/引导单元或类似物。

为了将ARV移入到所配属的LKV中，在强烈弯曲的机身壳体中必需将ARV设计得稍微更小，因此不在外部的侧部上形成摩擦。那么，桁条必须经过这种路径，以便到达所述桁条在外蒙皮上的最终位置。如果在此不引导桁条，那么这就任意地进行。所包裹的真空薄膜简单地非引导地带动桁条。在实际中很难评估这能够以何种程度影响桁条定位，但是随着在ARV和LKV之间增大的距离能够假设不精确度变大。为了避免不精确度变大，应该有针对性地再引导桁条。为此，在短的成形件之下存有在从ARV至LKV的移送过程期间进行再引导的升降机构。

用于朝着LKV方向再引导桁条的升降机构能够以不同的方式构成。为此，压力弹簧足以用于相对于装配沟槽被动地升举成形件。在此，压力弹簧能够单独地通过过程真空保持在压入位置中。在从ARV至LKV的稍后的移送过程中，进行在两个装置之间的压力补偿，由此成形件通过压力弹簧朝着LKV的方向从ARV中压出。因此，用于压入压力弹簧进而压入成形件的附加的执行器不是必要的。然而，如果要期望附加的执行器作为用于朝着LKV的方向再引导桁条的升降机构，那么建议，所述执行器以用于升举成形件的压力机构缸的形式构成。因此，借助所述执行器还能够在需要时再次压入定位嵌件，例如在侧凹的情况下。

根据进一步改进本发明的措施提出，成形件能够至少部分地径向向内移动以避免妨碍脱模的侧凹。因为如果机身壳体超过一定的张开角，那么就可能形成这种有妨碍的、由此不再能从ARV中脱模而移送到LKV处的侧凹。所述临界张开角的大小取决于桁条的几何形状，即Ω形桁条本身或者包括定位件的T形桁条。侧凹出现在外部的桁条处。为了尽管如此仍然使得脱模可行，定位嵌件能够向内拉回到装置中。如果妨碍脱模的侧凹影响了多个桁条，那么还可以将相应的短的成形件联合在共同的带件中，然后所述带件将成形件共同地引回。然而在此需要注意的是，装配沟槽的横截面的部分在脱模方向上必须切断。

附图说明

下面，与本发明的优选实施例的描述一起根据附图详细描述改进本发明的措施。其示出：

图1示出用于制造由纤维复合材料制成的机身壳体的装置的装配面的立体视图；

图2示出在根据图1的装置的示例的装配沟槽的区域中的横截面；

图3示出用于根据图2的装配沟槽的短的成形件的立体图；

图4示出插入到短的成形件中的T形桁条的立体图。

所有附图是示意的。

具体实施方式

根据图1，用于制造用于飞行器的在此没有进一步示出的机身壳体的装置基本上具有主构架1，所述主构架设置在装配面2之下，用于形成有支承能力的底座。向外拱起的装配面2用于正装配，并且包括多个彼此平行延伸的装配沟槽3，以用于容纳在此没有示出的用于使桁条插入的成形件。在将成形件插入到装配沟3中的位置处存在定位嵌件4，所述定位嵌件能够通过升降机构来升举，以便朝着可通过装配面2引入的层压粘合单元(LKV)的方向升举稍后插入定位嵌件的桁条。

根据图2，将短的成形件5(示例地)插入到通过定位嵌件4形成的装配沟槽3中。沿着装置的每个装配沟槽3的纵向延伸部彼此隔开地置放多个这种短的成形件5，以便通过可从装配面2接近的纵向槽6通过T形桁条的主部段8容纳T形桁条7。

每个成形件5能够通过调节机构相对于所配属的装配沟槽3在横向方向Y上进行调整，所述调节机构在该实施例中构成为设置在沟槽侧部的两侧的调节板9a、9b。通过选择调节板9a和9b的厚度来进行在装置和桁条7的理论位置之间的公差补偿。

设置升降机构以用于在深度方向Z上如之前所提及地再引导桁条7，所述升降机构在该实施例中构成为压力弹簧10a和10b。压力弹簧10a和10b放置在装配沟槽3的两侧，并且在此处没有进一步示出的主构架和定位嵌件4之间起作用。压力弹簧10a和10b通过过程真空保持在移入位置中。

由磁性材料制成的、短的成形件5力接合地固定在装配沟槽3之内。这通过设置在装配沟槽3侧的磁性元件11来进行，所述磁性元件构成为永磁体。

在图3中示出的短的成形件5由作为磁性材料的钢制成，并且通过主要切削的加工引入到所示出的模具中。在此，纵向槽6通过铣削来产生。在与在此没有示出的装配沟槽共同作用的区域的区域中，在短的成形件5’的这种实施例中设有仅简示出的套管单元12作为在横向方向上的调节机构。

在图4中，示出桁条7相对于所配属的短的成形件5的在装置的其余组件之外的相对定位。在成形件5的纵向槽6和桁条7的主部段8之间设有夹紧机构，用于将在此构成为T形桁条的桁条7固定在纵向槽6中。

夹紧机构在此构成为弹性的插入垫13，所述插入垫13由多有小孔的弹性体材料制成，并且除夹紧作用之外还有助于公差补偿。

在所述位置中，桁条7与对此仅示意地示出的、由多个层形成的机身壳体14通过借助环氧树脂的粘结来形状接合地连接，其中所述机身壳体由纤维复合材料制成。

此外需指出的是，“包括”不排除其他的元件或步骤，并且“一个”不排除多个。此外需要指出的是，借助参考上述实施例之一所描述的特征或者步骤还能够与上面所描述的其他的实施例的其他的特征或步骤组合使用。在权利要求中的附图标记不可视为限制。

附图标记列表

1  主构架

2  装配面

3  装配沟槽

4  定位嵌件

5  成形件

6  纵向槽

7  桁条

8  主部段

9  调节板

10 压力弹簧

11 磁性元件

12 套管单元

13 插入垫

14 机身壳体

Y  横向方向

Z  深度方向

Claims (12)

1.用于制造用于飞行器的、由纤维复合材料制成的机身壳体(14)的装置，所述机身壳体设有多个彼此隔开设置的桁条(7)以用于加固，所述装置包括主构架(1)，所述主构架用于形成有支承能力的底座，所述底座具有向外拱起的装配面(2)以用于正装配，所述装配面设有用于形状接合地容纳成形件(5)的纵向延伸的装配沟槽(3)，所述成形件用于相对于所述装配面(2)能脱模地定位所述桁条(7)，

其特征在于，在每个装配沟槽(3)中设置多个彼此隔开设置的短的成形件(5)，所述短的成形件能够通过调节机构相对于所配属的所述装配沟槽(3)在横向方向(Y)上进行调整，并且能够在深度方向(Z)上通过用于朝着能够引至所述装配面(2)之上的层压粘合单元的方向再引导所述桁条(7)的升降机构升举，其中通过所述短的成形件(5)实现定位嵌件(4)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短的成形件(5)至少主要由金属制成且切削地制造。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述短的成形件(5)至少部分地由磁性材料制成，以便在与所配属的并且设置在所述装配沟槽(3)侧的磁性元件(11)的共同作用下确保所述成形件(5)在所述装配沟槽(3)之内力接合地固定。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短的成形件(5)具有带有平行的沟槽侧部的纵向槽(6)以用于容纳T形桁条(7)，所述纵向槽的槽深度匹配于所述T形桁条(7)的主部段(8)的长度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述成形件(5)的所述纵向槽(6)和所述T形桁条(7)的所述主部段(8)之间设置有用于将所述T形桁条(7)固定在所述纵向槽(6)中的夹紧机构。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述夹紧机构构成为弹性的插入垫(13)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于在横向方向(Y)上相对于所述装配沟槽(3)调整所述成形件(5)的所述调节机构构成为设置在所述沟槽侧部的两侧的调节板(9a、9b)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于在横向方向上相对于所述装配沟槽(3)调整所述成形件(5)的所述调节机构构成为设置在所述沟槽侧部的两侧的套筒单元(12)。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于朝着层压粘合单元的方向再引导所述桁条(7)的所述升降机构包括用于从所述装配沟槽(3)升举所述定位嵌件(4)的压力弹簧(10a、10b)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述压力弹簧(10a、10b)能够通过过程真空保持在压入位置中。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于朝着层压粘合单元的方向再引导所述桁条(7)的所述升降机构包括用于从所述装配沟槽(3)升举所述定位嵌件(4)的压力机构缸。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位嵌件(4)能够至少部分地由拱起的所述装配面(2)向径向内部移动，以便避免阻碍脱模的侧凹。