一种接合复合结构构件的方法和设备及其制成的结构构件.pdf

本发明涉及一种复合结构构件，包括由搭接复合拼接构件拼接在一起的第一和第二复合段。

1.  一种复合结构构件，包括：
第一复合段；
第二复合段；以及，
将所述第一和第二复合段至少部分搭接并拼接在一起的复合拼接构件。

2.  权利要求1所述的复合结构，其中所述第一和第二复合段均具有选自下组的横截面：
C形，
Z形，
J形，
T形，
I形，以及
帽子形。

3.  权利要求2所述的复合结构，其中所述拼接构件包括横断所述拼接构件的横截面延伸的基本V形的纵截面。

4.  权利要求1所述的复合结构，其中：
所述第一和第二复合段沿不同方向成角度延伸，且
所述复合拼接构件包括分别与所述第一和第二复合段搭接并接合的第一和第二部分。

5.  权利要求1所述的复合结构，其中所述复合拼接构件在所述第一和第二复合段之间形成基本V形的接头。

6.  权利要求5所述的复合结构，其中所述基本V形接头包括：
位于所述复合拼接构件和所述第一复合段之间的第一斜接接头，以及
位于所述复合拼接构件和所述第二复合段之间的第二斜接接头。

7.  权利要求1所述的复合结构，其中：
所述第一和第二复合段形成飞机的连续翼梁、连续梁、连续桁条、或连续框架中的一者，且
所述拼接构件被粘结至所述第一和第二复合段。

8.  一种制造复合结构构件的方法，包括：
形成第一复合段；
形成第二复合段；
形成复合拼接构件；以及，
将所述复合拼接构件粘结至所述第一和第二复合段，以在所述第一和第二复合段之间形成拼接接头。

9.  权利要求8所述的方法，其中：
形成所述第一复合段包括形成复合材料的第一敷层并固化该第一敷层，
形成所述第二复合段包括形成复合材料的第二敷层并固化该第二敷层，
形成所述复合拼接构件包括形成复合材料的第三敷层，且
粘结所述拼接构件包括将所述第三敷层置于所述第一和第二复合段上，且接着固化所述第三敷层。

10.  权利要求8所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括使用压机对所述接头局部加热且加压。

11.  权利要求9所述的方法，其中：
形成所述第一敷层包括沿所述第一敷层的边缘形成第一坡道，
形成所述第二敷层包括沿所述第二敷层的边缘形成第二坡道，且
形成所述第三敷层包括形成当所述第三敷层已被置于所述第一和第二复合段上时分别搭接所述第一和第二坡道的第三和第四坡道。

12.  权利要求8所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：
提供心轴，
将所述接头置于所述心轴上方，
将真空袋置于所述接头上方，以及
使用所述真空袋对所述接头加压。

13.  权利要求8所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：
使用加压气囊对所述接头加压，以及
在使用所述气囊对所述接头加压的同时对所述接头加热。

14.  权利要求13所述的方法，其中使用所述气囊加压是在压机内执行的。

一种接合复合结构构件的方法和设备及其制成的结构构件
技术领域
本公开一般涉及复合结构，更具体地涉及使用粘结拼接件接合复合段的方法和设备以及其制成的复合结构构件。
背景技术
为制造相对较长的复合结构构件，有时使用拼接件将复合段接合在一起。例如，在飞机制造业中，可通过使用金属拼接构件和紧固件接合两个或两个以上较长复合段从而形成相对较长的机翼桁条、翼梁、框架和其它复杂复合几何形状。但是，由于多种组装原因，金属拼接构件并不理想。
可以使用复合拼接构件接合复合结构构件。但因商用高压釜大小可能不足以容纳机翼桁条、翼梁和框架等长度相对较长的零件，所以在较长复合段之间形成复合拼接接头可能是不切实际的。
因此，需要允许一种允许使用复合拼接构件来接合桁条、翼梁和框架段等结构构件的方法和设备。也需要由复合拼接构件接合的复合段形成的复合结构构件。
发明内容
本公开实施例提供了一种在局部区域内结构粘结相对较长复合结构构件且无需在高压釜中固化粘结的方法和设备。局部加热加压于粘结接头的能力允许使用复合拼接构件，并可免除对紧固件的需求。
根据一公开实施例，一种复合结构构件包括第一复合段和第二复合段。复合拼接构件至少部分搭接并将第一段和第二段拼接在一起。拼接构件在第一和第二复合段之间形成具有V形横截面的接头。复合段可为复杂几何形状，包括但不限于C形、Z形、J形、T形、I形和帽子形的横截面。
根据本公开方法实施例，制造复合结构构件包括形成第一和第二复合段。复合拼接构件被成形并用于在第一和第二复合段之间形成拼接接头。拼接构件被粘结于第一和第二复合段。粘结拼接构件可包括使用压机对接头局部加热加压。可使用膨胀压力气囊施加压力于压机内的接头且同时对接头加热从而实现粘结。
根据另一实施例，用于固化复合零件的设备包括可在打开的零件加载位置和关闭的零件固化位置之间相对运动的第一平台和第二平台；以及零件所压抵的工具。工具由第一平台支承。至少第一气囊适于由用于将零件压抵工具的第二平台增压并支承。提供了加热工具的装置。第一和第二平台可独立地便携。
根据另一公开实施例，提供了一种接合复合结构构件的复合段的设备。该设备包括将复合拼接构件粘结于两个细长复合段的相邻端部之间接头的粘结机、以及在粘结机的相对侧上用于以端对端关系支承复合段的夹具。
根据另一方法实施例，接合两个细长复合段包括：以对准的端对端关系支承复合段。复合段的邻接端部被置于压机内。通过将未固化的拼接构件置于复合段的邻接端部上方，在复合段之间形成接头。关闭压机，并且通过使用压机来对接头施加热与压力而使得拼接构件被粘结至复合段的端部。
根据另一实施例，用于形成零件的加热工具组件包括其间可形成零件的第一工具和第二工具。提供了加热第一工具的装置，其包括加热介质的加热器、吹动加热介质的风机、第一工具上方用于引导加热介质的多个喷嘴以及被联接在风机和喷嘴之间的调压室。1.一种复合结构构件，包括：第一复合段；第二复合段；以及，至少部分搭接并将所述第一和第二复合段拼接在一起的复合拼接构件。2.权利要求1所述的复合结构，其中所述第一和第二复合段均具有选自由如下形状组成的组的横截面：C形，Z形，J形，T形，I形，以及帽子形。3.权利要求2所述的复合结构，其中所述拼接构件包括横断所述拼接构件的横截面延伸的基本V形的纵截面。4.权利要求1所述的复合结构，其中：所述第一和第二复合段沿不同方向成角度延伸，且所述复合拼接构件包括分别与所述第一和第二复合段搭接并接合的第一和第二部分。5.权利要求1所述的复合结构，其中所述复合拼接构件在所述第一和第二复合段之间形成基本V形的接头。6.权利要求5所述的复合结构，其中所述基本V形接头包括：位于在所述复合拼接构件和所述第一复合段之间的第一斜接接头/第一楔面接头(first scarfjoint)，以及位于在所述复合拼接构件和所述第二复合段之间的第二斜接接头。7.权利要求1所述的复合结构，其中：所述第一和第二复合段形成飞机的连续翼梁、连续梁、连续桁条、或连续框架中的一者，且所述拼接构件被粘结于所述第一和第二复合段。8.一种机身包括权利要求1所述的复合结构构件的飞机。9.权利要求8所述机身的制造方法，该方法包括将所述复合结构构件组装到机翼组件内，所述机翼组件形成所述机身的部件。10.权利要求8所述飞机的制造方法，包括使用根据权利要求1所述的至少一个复合结构构件来组装所述飞机。11.权利要求1所述的复合结构，其中所述第一和第二复合段形成选自下组的连续零件：翼梁，梁，桁条，以及框架。12.权利要求11所述的复合结构，其中所述连续零件具有选自由如下形状组成的组的横截面：C形，Z形，J形，T形，I形，以及帽子形。13.一种复合结构构件的制造方法，包括形成第一复合段；形成第二复合段；形成复合拼接构件；以及，将所述复合拼接构件粘结至所述第一和第二复合段，以便在所述第一和第二复合段之间形成拼接接头。14.权利要求13所述的方法，其中：形成所述第一复合段包括形成复合材料的第一敷层并固化该第一敷层，形成所述第二复合段包括形成复合材料的第二敷层并固化该第二敷层，形成所述复合拼接构件包括形成复合材料的第三敷层，且粘结所述拼接构件包括将所述第三敷层置于所述第一和第二复合段上且之后固化所述第三敷层。15.权利要求13所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括使用压机对所述接头局部地加热且加压。16.权利要求14所述的方法，其中：形成所述第一敷层包括沿所述第一敷层的边缘形成第一坡道，形成所述第二敷层包括沿所述第二敷层的边缘形成第二坡道，且形成所述第三敷层包括当所述第三敷层已被置于所述第一和第二复合段上时形成分别搭接所述第一和第二坡道的第三和第四坡道。17.权利要求13所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：提供心轴，将所述接头置于所述心轴上方，将真空袋置于所述接头上方，以及使用所述袋对所述接头加压。18.权利要求13所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：使用加压气囊对所述接头加压，以及当所述气囊对所述接头加压时对所述接头加热。19.权利要求18所述的方法，其中使用所述气囊加压是在压机内实现的。20.一种用权利要求13所述方法制造的复合结构构件。21.一种用权利要求13所述方法制造的复合结构构件，其中所述第一和第二复合段中的每一个均具有选自由如下形状形成的组的横截面：C形，Z形，J形，T形，I形，以及帽子形。22.权利要求13所述的方法，其中所述复合结构构件是选自由如下组成的组中的一个：翼梁，梁，桁条，以及框架。23.一种固化复合零件的设备，包括：可在打开位置和关闭位置间相对运动的第一平台和第二平台；所述零件所压抵的工具，该工具由所述第一平台支承；至少第一气囊，其适于由用于将所述零件压抵所述工具的所述第二平台加压并支承；以及，加热所述工具的装置。24.权利要求23所述的设备，其中所述第一和第二平台中的每一个均是可便携的。25.权利要求23所述的设备，进一步包括：将所述工具安装于所述第一平台上以基本水平地朝向和远离所述零件线性运动的第一装置；以及，将所述第一气囊安装于所述第二平台上以朝向和远离所述零件线性运动的第二装置。26.权利要求23所述的设备，进一步包括：可移除安装于所述第二平台上的框架，且其中所述第一气囊被连至所述框架且可随所述框架一起从所述第二平台移除。27.权利要求23所述的设备，其中所述加热装置包括：安装于所述第一平台上以加热所述工具的第一加热系统，以及安装于所述第二平台上以加热所述零件的第二加热系统。28.权利要求27所述的设备，其中所述第一加热系统包括：热源，风机，连于所述风机和所述热源以输送加热介质的管道，以及连于所述管道以将所述加热介质引导到所述工具上的喷嘴。29.权利要求23所述的设备，其中加热所述工具的装置包括环绕所述气囊的绝缘层。30.权利要求28所述的设备，其中：所述管道包括输送所述加热介质远离所述工具的返回介质管，且所述第一加热系统进一步包括：冷介质源，以及连于所述返回介质管和所述冷介质源以将所述冷介质选择性地传输至所述工具以冷却所述零件的阀。31.权利要求28所述的设备，其中所述介质为下述之一：空气，以及油。32.一种拼接复合结构构件的细长复合段的设备，包括：用于将复合拼接构件拼接在两个复合段的相邻端部之间的接头上的粘结机；以及在所述粘结机的相对侧上的用于以端对端关系支承所述复合段的夹具。33.权利要求32所述的设备，其中所述粘结机包括心轴和连接所述心轴与所述复合段以保持所述复合段的端部在所述粘结机内处于所需对准状态的定位销。34.权利要求32所述的设备，其中所述夹具被排列成沿其长度方向支承所述复合段并在所述拼接构件被粘结到所述复合段之间的接头上时保持所述复合段处于所需对准状态。35.权利要求32所述的设备，其中所述粘结机包括：对所述接头加热以固化所述拼接构件的装置，以及在固化期间保持所述复合段以避免其运动的装置。36.权利要求35所述的设备，其中保持所述复合段的装置包括跨越所述接头并将所述复合段的相邻端部夹持在一起的一对板。37.一种接合两个细长复合段的方法，包括：以对准的端对端关系支承所述复合段；将所述复合段的邻接端部置于压机内；通过将未固化的拼接构件置于所述复合段的所述邻接端部上方，在所述复合段之间形成接头；关闭所述压机；以及，通过使用所述压机对所述接头局部加热且加压，将所述拼接构件粘结至所述复合段的端部。38.权利要求37所述的方法，其中支承所述复合段包括：将夹具定位于所述压机的相对侧上，以及当所述拼接构件被粘结至所述复合段的所述端部时，保持所述复合段于所述夹具内。39.权利要求38所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：将真空袋置于所述拼接构件上方，以及通过抽空所述真空袋对所述拼接构件加压。40.权利要求37所述的方法，其中粘结所述拼接构件包括：将压力气囊定位于在所述拼接构件和所述真空袋上方的所述压机内，以及通过对所述气囊增压而对所述拼接构件加压。41.权利要求37所述的方法，其中：形成接头包括将所述拼接构件和所述复合段的所述端部置于心轴上，且加热所述接头包括引导热介质至所述心轴上。42.权利要求41所述的方法，其中加热所述接头包括：使得被引导至所述心轴上方的所述介质再循环，以及在其再循环时加热所述介质。43.权利要求37所述的方法，其中所述复合段形成下述之一：地板梁，翼梁，框架，以及桁条。44.一种形成零件的加热工具组件，包括：其间可形成零件的第一工具和第二工具；以及，加热所述第一工具的装置，包括：加热介质的加热器，吹动所述加热介质的风机，用于将所述加热介质引导到所述第一工具上方的多个喷嘴，联接于所述风机和所述喷嘴之间的调压室。45.权利要求44所述的加热工具组件，其中所述调压室包括具有介质入口和空间地排列成引导介质至所述第一工具上的不同区域的多个介质出口的歧管。46.权利要求44所述的加热工具组件，其中所述喷嘴中的每个均包括加热介质穿过其流至所述第一工具上的多孔元件。47.权利要求44所述的加热工具组件，其中：所述第一工具是具有基本空心侧的心轴，且所述喷嘴伸入所述心轴的所述空心侧内。48.权利要求44所述的加热工具组件，其中所述第二工具包括：用于形成所述零件的工具表面，以及用于减少通过所述工具表面而损失热的隔热层。49.一种接合复合段以制造连续翼梁的方法，包括：形成第一固化复合翼梁段；形成第二固化复合翼梁段；以对准的端对端关系保持所述第一和第二翼梁段；将未固化的复合拼接构件置于对准翼梁段的端部之间的接头上方；将所述对准翼梁段的所述端部和所述拼接构件置于压机内；将真空袋应用于所述拼接构件上方；关闭所述压机；对所述真空袋施加真空；使用压力气囊迫使所述拼接构件抵住工具以对所述拼接构件加压；加热所述工具和所述拼接构件以固化所述拼接构件；在所述拼接构件已经固化后打开所述压机；以及从所述压机移除所述连续翼梁。50.一种接合复合段以制造连续复合桁条的方法，包括：形成第一固化复合桁条段；形成第二固化复合桁条段；以对准的端对端关系保持所述第一和第二桁条段；将未固化的复合拼接构件置于在对准桁条段的端部之间的接头上方；将所述对准桁条段的所述端部和所述拼接构件置于压机内；将真空袋应用于所述拼接构件上方；关闭所述压机；对所述真空袋施加真空；使用压力气囊迫使所述拼接构件抵住工具以对所述拼接构件加压；加热所述工具和所述拼接构件以固化所述拼接构件；在上述拼接构件已经固化后打开所述压机。以及，从所述压机移除所述连续复合桁条。51.一种拼接复合框架段以形成连续复合框架的设备，包括：工具塔；工具；将所述工具可移除地安装于所述工具塔的装置；用于加热和冷却所述工具的在上述工具塔上的模块化加热和冷却系统；压力塔；在所述压力塔上的压力气囊；用于增压所述压力气囊以对所述框架段的端部之间的拼接接头加压的装置；用于安装所述工具塔和所述压力塔以使其相互朝向和远离运动的装置；在拼接操作期间，用于将所述工具塔和所述压力塔锁定在一起的锁定系统；以及，用于以对准的端对端关系支承所述框架段并用于将所述拼接接头保持于所述工具和所述压力气囊之间的夹具。
本公开实施例满足了对在两个复合段之间形成结构粘结的方法和设备的需求，且其无需金属拼接板，且不要求粘结接头在高压釜内固化。
附图说明
图1是一种用于接合复合段以形成连续结构构件的设备的概括性框图。
图2是位于图1所示两个复合段之间的拼接接头的正视图。
图3是沿图2所示剖面线3-3所剖的剖视图。
图4是沿图2所示剖面线4-4所剖的剖视图。
图5-9是示出不同类型结构构件的形状的横剖视图。
图10是图3所示标为“B”区域的剖视图。
图11是示出复合段结构粘结方法的简化流程图。
图12是示出用于复合段结构粘结设备的控制系统的框图。
图13是复合段结构粘结设备的功能性框图。
图14是处于打开位置的粘结机的框图。
图15是图14所示粘结机的透视图。
图16是处于关闭位置的粘结机的另一框图。
图17是压力气囊的框图。
图18是示出真空袋和拼接构件在粘结机上的安装的框图。
图19是示出固化过程中用于保持复合段的一对压板的框图。
图20是示出用于加热心轴和气囊的加热系统的框图图示。
图21是示出形成部分粘结机的控制系统的部件的框图。
图22是另一形式工具塔的示意图，并示出了模块化加热/冷却系统。
图23是示出图22所示模块化加热和冷却系统其它部件的框图。
图24是示出心轴组件和模块化加热和冷却系统之间的连接的框图。
图25是形成部分模块化加热和冷却系统的换向阀的框图，其中阀被切换至加热模式。
图26的框图与图25相似，但示出了被切换至冷却模式的阀。
图27是示出了心轴组件的部件的框图。
图28是示出了心轴组件其它部件的另一框图。
图29是示出了可用于标引翼梁段的心轴细节的框图。
图30是心轴架的框图。
图31示出心轴组件的部件和心轴座之间关系的框图。
图32是气囊和护罩组件的框图。
图33是示出可移除气囊和框架的框图。
图34是双压力气囊的框图。
图35是示出用于向复合段加压的压力气囊的框图。
图36是示出固化期间用于保持复合段就位的另一形式框架的框图。
图37是示出相对于工具平台的便携压力护罩车的框图。
图38是处于收缩位置的工具平台的框图。
图39的视图与图38相似，但示出了工具平台已移至前向位置，且心轴组件已从加热/冷却系统分离，以准备移除心轴架。
图40是飞机制造和服务方法流程图。
图41是飞机的框图。
具体实施方式
图1示出了可用于接合如复合段104a、104b、104c的细长复合段以形成连续结构构件104(例如但不限于桁条、翼梁或框架)的一般生产单元208。使用形成拼接接头110的结构粘结来以端对端的关系接合至少第一复合段104(a)和第二复合段104(b)。复合段104-104c可由多个对准粘结组件夹具184支承。粘结组件夹具184支承对准的复合段104a-104c，同时允许后者沿其纵轴线265被拉进分别位于粘结站210、212的粘结机186内。粘结站210、212定位于沿结构构件104长度在将要粘结拼接接头110的部位。
参照图2-4，根据本公开实施例，可通过使用拼接接头110以端对端关系接合例如复合段104a、104b和104c的多个复合段从而形成结构构件104。图3示出了一具体结构构件104的俯视图，其中第一和第二复合段104a、104b分别于拼接接头110处接合，形成“弯折”或角，标为“A”。每个复合段104a-104c均可包括具有多种横截面几何形状的固化复合层，但如下所述，为说明实施例所选的复合段104a-104c的横截面为C形，如图4所示。
这里应注意，尽管附图中已示出了特定结构构件104，公开实施例可用于通过使用复合拼接接头110将复合段粘结在一起来形成多种细长结构构件中的任一种。例如但非限制，本公开实施例可用于拼接复合段，尤其是细长段，以形成复合地板梁、框架、翼梁(仅列出一些)。另外，结构构件可具有多种横截面形状中的任一种，包括但不限于图5所示Z形、图6所示T形、图7所示J形、图8所示帽子形或图9所示I形。
现参照图2和图3，可使用复合拼接构件112将第一和第二相邻复合段104a、104b粘结在一起，如图4最佳所示，复合拼接构件112具有与复合段104a、104b的横截面相对应的基本C形横截面。拼接构件112包括被腹板112c连接的上和下翼缘112a、112b。尽管所示示例中拼接构件示为整体式构造，不过一些应用中拼接构件112可包括两个或多个分段或部分。由于复合段104a、104b稍成角度“A”(图3)，所以拼接构件112包括如图2所示形成基本等于角度“A”的角度的两个相邻段114。如图9最佳所示，拼接构件112与邻近的复合段104a、104b形成搭接的斜接接头110。但是，应理解，尽管所示为斜接接头，不过也可使用其它类型的接头来形成拼接接头112，其包括但不限于搭接接头、阶叠接头、叠嵌拼接接头等。
参照图10，每个复合段104a、104b均可包括多个纤维增强聚合树脂(例如碳纤维环氧树脂)层压板层(未示出)，其中外边117包括形成锥形或坡道几何形状的板层斜削(未示出)。同样，拼接构件112可由可分别与复合段104a、104b的板层对准的多个纤维增强聚合树脂板层(未示出)形成。拼接构件112具有基本V形横截面，其限定了倾斜或坡道表面116，所述表面116搭接并粘结至复合段104a、104b的外邻接端部上的相应锥形边117，以形成拼接接头110。如前所述，尽管已图示说明拼接接头110，不过也可根据不同应用使用其它拼接构造。
现在参照图11，其粗略地示出了结构粘结复合段104a-104c方法的步骤。从步骤126处开始，复合段104a-104c被铺贴于适当工具(未示出)上，且接着在步骤128处一般在高压釜(未示出)内加热加压从而单独地被固化。接着，步骤130处，粘结机186(图1)打开，准备接收例如第一和第二复合段104a、104b的两个相邻复合段的端部。
步骤132处，第一和第二复合段104a、104b被载入粘结组件夹具184(BAJ)(见图1)并相互对准。接着，步骤134处，将复合段104a、104b的端部拉进粘结机186内。步骤124处，拼接构件112已经被铺贴于工具(未示出)上方并形成后，拼接构件112被对准并在拼接接头110处安装于复合段104a、104b，如步骤138所示。
步骤140处，安装真空袋于包括拼接构件112的拼接区上方，其后，步骤142处，关闭粘结机186。接着，通过步骤144所示一系列步骤将未熟(未固化)拼接构件112粘结于复合段104a、104b的端部。从步骤146处开始，真空袋抽真空，以便局部加固拼接构件112敷层的板层。接着，步骤148处，增压袋状压力气囊(下文所述)，从而加压于拼接构件112和复合段104a、104b，使其抵住心轴194(图13)，从而进一步加固拼接构件112敷层的板层。
此时，步骤150处开始加热循环，其中复合段104a、104b和拼接构件112局部受热，以便固化未熟拼接构件112，从而将其粘结至复合段104a、104b以形成拼接接头110。最后，步骤152处，冷却拼接构件112，接着步骤154处可以打开粘结机186。步骤156处，移除真空袋，其后如步骤158所示按要求修整拼接构件112。所得粘结拼接接头110可在步骤160处进行无损检验(NDI)，之后结构构件104可从粘结组件夹具184移除。根据不同应用，可在步骤164处涂装并密封完成的结构构件104。这里应注意，步骤158-164可以以任何所需顺序被执行。
在以上参照图11所述方法实施例中，在未固化的拼接构件112被应用至拼接接头110前固化复合段104(a)、104(b)。在其它实施例中，在未固化的拼接构件112应用于拼接接头110前可能仅固化部分复合段104(a)、104(b)。例如，如图2所示，拼接构件212应用于接头110时，复合段104(a)、104(b)跨越拼接构件112的部分115可处于未固化或部分固化(阶段)状态，同时保持复合段104(a)、104(b)的剩余区域处于固化状态。在此可选实施例中，复合段104(a)、104(b)的未固化部分115可与未固化的拼接构件112共同固化。
图12粗略地示出了粘结机186的控制系统的部件。可包括可编程逻辑控制器(PLC)或个人计算机(PC)的控制器166可使用多种软件程序178以预编程的方式自动执行控制功能。操作人员控制器和显示器180允许操作人员访问软件程序178并形成与控制器166的接口/交互，从而允许调整设置并显示处理信息。在一些情况下，控制器166可与粘结组件夹具184(图1)耦合，以感测或控制长复合段104a、104b相对于彼此的位置。
控制器166可控制粘结机186上的多种部件和系统，包括加热/冷却系统192和196、气囊增压174和袋真空176。粘结机186可包括向控制器166提供如温度和压力的信号的多种下述传感器182。
图13是粘结机186的功能性框图，其大致包括第一工具平台188和第二压力平台190。平台188、190可被安装成使其可通过公共底座202上的引导件204滑动或滚动运动，以彼此朝向和远离地做线性水平运动。如下所述，平台188、190可从图13所示的打开位置移至关闭位置(图16和21)，其中当正被粘结组件夹具184支承时向包括拼接构件112和组装的复合段104a、104b的端部的拼接区局部加压加热。局部施加的热和压力将拼接构件112结构性地粘结至复合段104a、104b，以产生粘结的拼接接头110。可使用下拉与锁定构件206将平台188、190拉入并锁定于其闭合位置。工具平台188可包括传感器182、加热/冷却系统192和心轴194。同样，压力平台190可包括传感器182、加热/冷却系统196、压力气囊198和用于真空袋抽真空并增压气囊198的泵200。
先参照图13-15，进一步详细示出了粘结机186。粘结机186大致包括工具塔235和压力塔245，组装的拼接构件112和复合段104a、104b可结构粘结在其间，以形成粘结的拼接接头110。工具塔235包括以任何适当装置安装以在底座202上线性水平运动的工具平台188。在所示示例中，平台188包括由轨道220引导的支脚204。可包括心轴194的工具被安装于心轴座215，心轴座215固定至台板214。台板214支承于工具平台188上。心轴座215可通过一系列锁杆225从台板214释放，以允许心轴194更轻松地移除和/或更换。
压力塔245包括压力平台190，该压力平台190也具有啮合轨道220的支脚204。膨胀压力气囊198被保持在框架199内，框架199固定至护罩224。护罩224又固定至被安装于压力平台190上的台板222。加热/冷却系统192、196分别安装于行进平台188、190上，以加热和冷却心轴194以及围绕压力气囊198的区域。外罩226、228可分别用于保护性地包围在工具和压力塔235、245上的部件。电动机或其它形式的发动机(未示出)可用于为平台188、190提供动力，使其可沿轨道220在图13和图14所示的打开零件加载/卸载位置与图16所示的关闭零件固化位置间行进。拉杆221(图14)可连接在塔235、245之间并用于将平台188、190拉动到最终关闭位置。锁臂218可用于将平台188、190一起锁闭于其关闭位置。
特别参照图17，压力气囊198可具有基本为C形的横截面，与心轴194的形状相似。气囊198可由可承受特定应用的温度和压力的任何适当材料制成，包括但不限于硅橡胶。流体配件232允许增压可进入并退出气囊198的气体或液体的流体。
先参照图17，示出了准备并关闭粘结机186以准备进行粘结操作的步骤。拼接构件112首先应用于由前述粘结组件夹具184保持于工程规定空间内的复合段104a、104b之间的接头110上方。接着，粘结机186仍然打开时，真空袋234可应用于拼接构件112上方。拼接构件112和真空袋234延伸复合段104a、104b的整个厚度，可包括接头10各侧上的层板堆积部分(未示出)。拼接构件112和真空袋234已安装后，通过使平台188、190朝向彼此运动来关闭粘结机186。如前所述，如果需要，则可使用拉杆221(图14)将平台188、190拉在一起直至锁臂218(图15)可旋转以锁定心轴194相对压力气囊护罩224的位置。
现参照图19，复合段104a、104b局部受热的固化过程中，复合段104a、104b可沿其纵轴线265移动。为实现最终组装要求，可通过使用跨越拼接接头110并将复合段104a、104b相邻端部夹持在一起的一对压板236来保持复合段104a、104b从而基本减少该运动。压板236可固定至复合段104a、104b顶部和底部上的研磨余边段(未示出)，覆盖拼接接头110并刚性连接复合段104a、104b。
先参照图20，进一步详细示出了加热/冷却系统192、194(图14)，其用于将拼接接头110的区域加热至足以固化拼接构件112的温度，接着在固化后冷却拼接构件112。工具塔235的侧部上，加热元件216加热通过供应管238送至歧管240的介质，歧管240输送加热介质至分配管242。分配管242供应加热介质至喷嘴244，喷嘴244引导加热介质至一侧空心的心轴194的内表面上。本文使用的“介质”和“加热介质(即，被加热的介质)”旨在包括多种可流动介质，包括但不限于空气和其它气体以及油等流体。也可使用其它形式的加热，包括但不限于感应加热。
压力塔245的侧部上，加热元件230加热通过供应管246送至歧管248的介质，歧管248输送热介质至分配管250。分配管250输送热介质至喷嘴252，喷嘴252引导介质至围绕压力气囊198及拼接构件112的外模线(OML)的区域。
图21示出了加热/冷却系统192、196的其它部件及真空袋控制器274和气囊压力控制器282等其它系统。环境介质经过加热元件216并由歧管240分配至喷嘴244以加热心轴194。加热控制器272部分基于从真空袋压力传感器295、心轴加热器介质温度传感器277、心轴延迟温度传感器262和心轴控制温度264接收的数据来控制加热元件216。真空袋234(图18)内的真空由真空袋控制器274控制。
压力塔245的侧部上，环境介质经过加热元件230被引至分配热介质至喷嘴244的热介质歧管248。施于压力气囊198的压力由包括压力传感器297的压力控制器282控制，其中所述压力传感器297提供压力数据至加热控制器276。控制器276基于压力控制温度传感器266和压力加热器温度传感器301所生成的数据来进一步控制流经加热器230的介质。
现参照图22，示出了工具塔235的另一可选实施例。在此示例中，自含式(self-contained)模块化加热/冷却系统284由行进平台288上的导轨(未示出)支承。平台288可在便携底座290上线性移动。心轴194固定于可移除支承于心轴架286上的心轴座342。心轴架286可移除安装于位于平台288顶部上的支架357上。因此，心轴架286可从平台288轻松移除，且心轴194与心轴座342可从心轴架286移除。加热/冷却系统284包括通过可释放连接器327可释放连于心轴194的下述介质供应和返回管(图22中未示出)。
图22-25示出了加热/冷却系统284的其它细节。风机驱动发动机325驱动风机294，该风机294使得介质移经加热元件216，接着经过管道296至一对热介质供应管314、316。热介质供应管314、316分别连至穿过心轴座342后部的入口连接器326、328(图25)。经过入口连接器326、328供应的热介质可输送至下文将详细说明的喷嘴调压室组件300(图24)。从喷嘴调压室组件300返回的介质通过返回介质入口连接器330，并经返还管318输送至换向阀322。
图24进一步详细示出了喷嘴调压室组件300。喷嘴调压室组件300固定于心轴194后部。盒形多孔喷嘴338附于调压室框架334。多孔喷嘴338伸入心轴194内由部分隔断墙194a限定的隔室或区域339内。各喷嘴338均通过紧固件(未示出)固定于调压室框架334。介质入口连接器326、328固定于板331，板331固定于调压室框架334。返回介质连接器330安装于可包括连接器326、328可穿过的开口(未示出)的板336上。进入入口连接器326、328的介质经过基本均匀输送介质于心轴94内表面上方的喷嘴338。返回介质经过连接器330和327返回换向阀322(图23)。
参照图25-26，换向阀322包括分别由臂374和376控制的一对铰链阀构件378、380。冷介质入口372可选择性打开，以允许冷介质流入阀322内。在图26所示情况下，阀380关闭，且阀378打开，以允许返回介质通过入口324接收并退出出口370，从而在加热循环中再流通。加热循环期间，阀构件380封闭冷介质入口372。
图26示出了冷却循环中冷介质输送至心轴194时换向阀322的情况。阀378移至第二关闭位置，该位置将经入口324接收的返回介质向外引导通过介质排放口375。阀构件380也已移至打开位置，允许冷介质经入口372进入，并通过出口370，以输送至心轴194。
现参照图26-30，较好示出了心轴194和安装心轴座342于心轴架286的细节。心轴架286上的销351(图30)被接收于固定至托架346的承窝348(图27和图28)内，托架346固定于心轴座342。心轴座342后部上的限位销363提供了心轴座342和心轴架286之间的第三接触点。限位销363啮合心轴架286上的挡块367(图30)。承窝348和销351之间形成的球窝接头连接允许心轴194和心轴座342沿图30所示Y和Z轴线展开，同时限位销363限制沿X轴线的运动。心轴座342设计为最小化偏转并且抵抗压力系统通过心轴194的力。如图29所示，心轴194可包括各自配有定位销350的端部托架352。定位销350被接收于复合段104a、104b内的开口(未示出)中，以保持粘结过程中复合段104a、104b对准对齐。
参照图31，使用紧固件(未示出)固定心轴194于心轴座342。绝缘板358和间隔开的热障364被夹在心轴194和心轴座342之间，以使心轴194与心轴座342绝缘。
图31示出了使用环绕气囊198的绝缘层366以有助于在固化过程中保持在拼接接头110区域(图10)内的热量。在此实施例中，可使用以上参照图23所述的加热系统284仅从工具侧部(图15所示工具塔235)提供固化拼接构件112(图10)所需的热。在一些应用中，在气囊198和环绕绝缘层366之间放置可选的加热器元件(未示出)是必须的或较为理想的。
现参照图33，可移除的气囊组件382包括膨胀气囊198。气囊198的边缘可固定至可由半柔性材料制成的半刚性框架199。气囊框架199通过以卡扣关系保持框架199的一系列定位器386可释放地保持在气囊护罩224内，以允许轻松移除和/或更换气囊组件382。
气囊198可为单个气囊，或可包括图33和图34所示类型的备用的双气囊。气囊框架定位器386固定至气囊护罩224，且可具有基本圆形横截面。气囊框架199可由增强硅等半刚性材料制成，且可包括沿其外周的圆形沟槽(未示出)，该沟槽以卡扣关系接收定位器386。第二膨胀内气囊398可作为备用而被定位于第一外气囊198内部，以防第一气囊198出现泄漏。图35示出了仅在粘结机186工具侧部供热时使用绝缘层366保持通过心轴194产生的热量。
现参照图36，示出了无需使用以上参照图19所述压板236的气囊框架199的另一可选实施例。压力气囊198连至气囊框架199，该气囊框架199与绝缘层366被支承于护罩224。气囊198靠着被夹在气囊198和心轴194之间的复合段104a。框架199具有刚性翼缘355，其包括重叠并靠着复合段104a的部分394。翼缘355可有助于装袋(bagging)，且可抵着复合段104a施加足够的力而下压复合段104a以抵抗运动，从而免除对压板236的需求。
现参照图37，示出了使用护罩车388相对心轴194定位护罩224。护罩车388被手动定位于工作区内。升高至工作高度后，朝向心轴194移动。车388包括安装于滚轮(未示出)上的便携底座390和由致动器活塞391提供动力的升降机构388。升降机构388可用于提升护罩224至所需高度，而便携底座390可用于移动护罩224至图37所示准备粘结操作的位置。升降机构388可具顺应性以允许轻微调整护罩位置，而不会施加负载于复合段104a、104b或心轴194。将装置392a、392b定位于护罩224和平台288上，以确保护罩已移入其关闭位置时，护罩224和心轴194相互对准。
图38和图39示出了心轴组件和加热系统284的模块化性质。如图38所示，平台288处于收缩位置，且心轴194联接于加热系统284。为移除和/或更换心轴194，平台288移至图39所示的在底座290上的前向位置。接着，加热系统284可使用可释放连接器327从心轴194分离。
本公开的实施方式可用于多种潜在应用中，特别是运输业，包括如航天、航海和汽车应用。因此，现参照图40和图41，本公开实施例可用于图40所示飞机制造和服役方法400和图41所示飞机402。预制造期间，示例性方法400可包括飞机402的规格和设计404及材料采购406。制造期间，进行飞机402的部件和分组件制造408和系统集成410。其后，飞机402可经过验证并交付412，以便服役414。客户使用期间，飞机212按预定计划进行日常维护保养416(也可包括修正、重新配置、翻新等)。
方法400的各过程可由系统集成商、第三方和/或操作人员(如客户)实施或执行。为说明目的，系统集成商可包括但不限于任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可包括但不限于任何数量的卖方、分包方和供应方；且操作人员可为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图41所示，示例性方法400制造的飞机402可包括具有多个系统420和内部422的机身418。高层次系统420的示例包括一个或多个推进系统424、电气系统426、液压系统428和环境系统430。可包括任何数量的其它系统。尽管所示为航天示例，但是本公开的原理可应用于航海和汽车业等其它产业。
本文所述系统和方法可在制造和服役方法400的任一或更多阶段中使用。例如，飞机402使用期间，相应制造过程408的部件和分组件可以以与制造的部件或分组件相似的方式加工或制造。同样，制造阶段408和410期间，可通过充分促进飞机402的组装或降低成本，使用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合。同样，飞机402使用期间，可使用一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合，例如但不限于维护保养416。
尽管已通过特定示例性实施例说明了本公开的实施方式，应理解因本领域技术人员可进行其它变化，具体实施方式仅用作示例而非限制。