阅读说明：本技术 具有盲孔的复合材料结构 (Composite material structure with blind holes ) 是由 程一和 胡进 赵文平 C.斯莱恩 于 2019-12-13 设计创作，主要内容包括：一种在制造期间在多节式水箱的壁中形成盲孔的方法包括：将薄而柔性的复合材料间隔环插入可溶性工具的配合部分之间的复合材料中的孔中。所述复合材料间隔环在固化期间会固化到所述复合材料上,并且在完成后,保持所述水箱的各节段之间的所述孔。(A method of forming a blind hole in a wall of a multi-section tank during manufacture comprising: a thin, flexible composite spacer ring is inserted into the hole in the composite between the mating portions of the dissolvable tool. The composite spacer ring cures onto the composite during curing and, upon completion, maintains the apertures between the sections of the tank.)

具有盲孔的复合材料结构

技术领域

本公开涉及复合材料流体容器。更具体地，本公开涉及供在飞机饮用水系统中使用的复合材料高压流体容器。

背景技术

飞机饮用水系统提供用于整个飞机上的各种用途的可饮用水。飞机饮用水系统通常包括许多部分，包括但不限于：流体容器、液压泵、流体加热器、控制阀和液压流体线路管道系统。用于飞机饮用水容器的流体容器通常会被加压，并且在内部压力下必须保持其形状。

用于飞机饮用水系统的许多流体容器包含多个节段。通常，通过使用具有两个可去除的配合部分的工具来形成所述节段，复合材料(或其它合适的节段材料)固化在所述工具周围。

在许多流体容器中，相邻节段之间需要有盲孔，以使流体在整个容器内流动。为此，在制造流体容器期间，应在相邻节段共用的壁中制作孔。通常，使用凸台在各节段共用的壁中形成孔。凸台必须密封在工具的两个配合部分上，以在固化过程中使孔保持通开。然后将凸台移除。然而，如果工具是可溶的或可分解的，则难以形成密封良好并且固化后能干净利索地取出的凸台。可选地，在制造后加工孔的成本过高。

发明内容

在一个实施方案中，一种制造多节式水箱的方法包括：将可溶性工具的两个配合节段对准；在两个配合节段之间施加复合材料，复合材料具有孔；在中心孔中放置间隔物；使复合材料和间隔物固化在可溶性工具周围，使得间隔物粘附到复合材料上；并且冲洗掉可溶性工具以在水箱的配合节段之间形成盲孔。

在另一个实施方案中，一种设备包括：可溶性工具，其具有带凹口的第一配合部分和带凹口的第二配合部分，第二配合部分与第一配合部分对准；复合材料层，其介于第一配合部分与第二配合部分之间，所述复合材料层包括中心开口；以及间隔物，其位于中心开口中并与中心开口一致。

附图说明

图1是用于制造多节式水箱的建造过程的方法的示意性流程图。

图2是用于在水箱节段中形成盲孔的工具的分解图。

图3A至图3C是用于在水箱节段中形成盲孔的不同实施方案中的间隔物的示意图。

图4是具有增强体的工具的示意图。

图5是完整的多节式水箱的三维剖视图。

具体实施方式

当将流体容器(例如，水箱)制造成具有多个节段时，可以在制造水箱本身期间通过形成穿过各节段之间共用的壁、肋状物或隔板的孔来制造各节段之间的盲孔。将薄而柔性的复合材料间隔物插入复合材料层并固化到组件中，从而允许在无需凸台或后续加工的情况下形成盲孔。

图1是用于制造多节式水箱的建造过程的方法的示意性流程图。图1中的方法10示出了步骤12至18，以及可溶性工具20、复合材料22、节段24、26和共用壁28。

首先，在步骤12中，将可溶性工具20对准。可溶性工具20具有配合部分20a和20b，配合部分20a和20b分别具有与多节式水箱的成品节段相对应的所需尺寸和形状。使配合部分20a、20b彼此对准，并定向为这样。可溶性工具20由盐、AquaCore®冲洗型心轴材料或可以稍后在过程中轻松去除的任何类似材料制成。

接下来，在步骤14中，将复合材料22添加到可溶性工具的配合部分20a、20b周围。可溶性工具20被复合材料22包封。可以使用对水箱进行加压冲洗和振动来帮助破碎和去除可溶性工具20。在可溶性工具的配合部分20a与配合部分20b之间插入一层复合材料22。例如，复合材料可以是具有树脂和纤维的预浸渍基质。例如，树脂可以是例如热塑性塑料或热固性塑料的聚合物，或本领域中合适的其它材料。纤维可以是玻璃纤维、碳的同素异形体或本领域中合适的其它材料。

在步骤16中，使复合材料22固化在可溶性工具20周围。复合材料22固化成可溶性工具20的配合部分20a、20b的形状，并且特别地，固化形成限定节段24、26的外壁和共用壁28两者。例如，可以在高压釜中在200华氏度至400华氏度下利用介于真空袋(外部为大气压，并且内部为高达29英寸汞柱)与100psi高压釜压力之间的压力来固化复合材料22。通常，固化过程可能需要2至6小时。

最后，在步骤18中，将可溶性工具20冲洗掉。这可以通过用水或能够去除可溶性工具20而又不与复合材料22发生化学反应的其它溶剂进行冲洗来完成。这样便能得到具有共用壁28的多节式复合材料水箱。为了在节段24与26之间形成盲孔，工具20应被构造成形成孔，如下文参考图2至图3所述。

图2是用于形成具有盲孔的水箱节段的可溶性工具30的分解图。工具30包括配合部分32a和32b、具有开口36的复合材料层34、间隔物38和轴承40。

可溶性工具30具有配合部分32a和32b。可溶性工具32呈水箱的各节段的形状，其中每个配合部分32a和32b呈一水箱节段的大小和形状。将复合材料层34对准在配合部分32a与32b之间，以在水箱节段之间形成壁，或可选地，根据水箱设计而形成隔板或肋状物。

配合部分32a和32b由盐、具有水溶性聚合物粘结剂的陶瓷(例如Aquacore®冲洗型心轴材料)或在将由复合材料制成的水箱节段固化在一起后溶解掉的类似材料制成。可溶性工具32具有凹口33以将间隔物38与轴承40对准。

复合材料层34是位于水箱的两个节段之间的将被制成水箱的复合材料的一部分。例如，复合材料层34可以是具有树脂和纤维的预浸渍基质。例如，树脂可以是例如热塑性塑料或热固性塑料的聚合物，或本领域中合适的其它材料。纤维可以是玻璃纤维、碳的同素异形体或本领域中合适的其它材料。

复合材料层34包含开口36，所述开口将用作完成的水箱的各节段之间的孔。间隔物38是配装在开口36中并固化到复合材料层34上的环(或下文参考图3A至图3C所述的其它形状)。间隔物38确保了在固化时复合材料层34不会围封住开口36。然而，间隔物38必须能够塌缩到能密封配合工具的程度。间隔物38还必须具有面内刚度以在建造多节式水箱期间保持其形状。例如，间隔物38可以是将与复合材料层34一起固化但又保持其形状以保留开口36的复合材料。

间隔物38通常不会比复合材料层34厚，以防止可溶性工具30对不准，或者间隔物38是顺从性的，使得当施加压力时，间隔物38变薄至复合材料34的高度。优选地，间隔物38由热膨胀系数(CTE)接近复合材料层34的CTE的材料制成。

可选地，间隔物38可以是在低温下与所述复合材料以不同(即，比其更快)的速率固化的厚糊剂，而不是已成形的环。在这种情况下，间隔物38将先固化，并且在间隔物38周围的复合材料34固化时，保持其形状。

在一些实施方案中，轴承40位于间隔物38内。例如，轴承40可以是在间隔物38内移动的滚珠轴承。在图2中，将滚珠轴承40与可溶性工具32中的凹口33对准，使得可溶性工具32a与可溶性工具32b对准。可选地，轴承40可以是圆柱体、销、扁平盘或允许可溶性工具32a相对于可溶性工具32b对准的其它形状。轴承40可以是在制造组件30期间不会碎裂的任何硬质材料，例如乙缩醛、尼龙、丙烯酸、铝或不锈钢。轴承40的直径必须大于间隔物38或壁34的厚度，以达到其对准目的。轴承40也可以由例如盐或Aquacore®等可溶性材料制成，前提是所述可溶性材料足够坚硬而不会在制造组件40期间发生破裂。

当对准图2中的工具30并固化复合材料层34 (如图1的步骤16中所示)时，间隔物38和轴承40确保了在水箱的各节段之间的壁中形成有孔。因此，间隔物38和轴承40允许在制造多节式水箱期间形成盲孔。一旦将可溶性工具32冲洗掉(如图1的步骤18中所示)，就可以同样地去除轴承40。轴承40被设计得足够小，可以滚动出被困区域。间隔物38被固化到内壁上并留在水箱中。

图3A至图3C是用于在水箱节段中形成盲孔的不同实施方案中的间隔物(例如，图2中的间隔物38)的示意图。图3A示出了V形截面的环状间隔物的横截面。V形截面的环状间隔物的CTE应接近复合材料的CTE。当被压缩在可溶性工具32a与32b之间时，V形截面的环状间隔物的形状允许刚性材料稍微弯曲。

图3B示出了弹性体O形环状间隔物的横截面，而图3C示出了弹性体方形环状间隔物的横截面。由于它们的弹性体性质，因此不需要特别特殊的形状也允许将间隔物压扁。弹性体间隔物必须与复合材料极好地结合才能避免在水箱的温度循环期间因CTE不匹配而发生脱离。

图4是具有增强体的工具的示意图。图4示出了可溶性工具42、局部增强体44、具有孔48的复合材料46、间隔环50和轴承52。此处，局部增强体44位于可溶性工具42中的凹口中，从而加强了在复合材料46固化时将形成的盲孔的形状。这允许加深可溶性工具42中的凹口，轴承52可以位于所述凹口中并将可溶性工具42与复合材料46中的孔48对准。复合材料局部增强体44可以由与复合材料46相同或相似的材料制成，并且可以在组件固化时固化到间隔环50和复合材料46上。

图5是完整的多节式水箱54的三维剖视图。水箱54沿线56被切开以示出内部隔室58a、58b、58c、58d。每个隔室58a、58b、58c、58d分别具有盲孔60a、60b、60c、60d。盲孔60a、60b、60c、60d允许隔室58a、58b、58c、58d之间的连通。如参考图1和图2所述那样制造水箱54。

用于在多节式水箱中形成盲孔的工具允许盲孔上存在密封件，而无需使用可能妨碍复合材料固化过程的湿式密封剂。通常，不与复合材料结合的任何材料都将难以回收。因此，将间隔物密封到复合材料上防止了固化后的回收困难。最后，这种方法避免了使用多部分硬质工具，所述多部分硬质工具不适合用于封闭区域(例如多节式水箱)，除非在制造水箱期间使用二次结合。

对可能实施方案的讨论

以下是对本发明的可能实施方案的非排他性描述。

一种制造多节式水箱的方法包括：将可溶性工具的两个配合节段对准；在两个配合节段之间施加复合材料，复合材料具有孔；在中心孔中放置间隔物；使复合材料和间隔物固化在可溶性工具周围，使得间隔物粘附到复合材料上；并且冲洗掉可溶性工具以在水箱的配合节段之间形成盲孔。

另外地和/或可选地，前述段落中的方法可以任选地包括以下特征、构造和/或额外部件中的任何一者或多者：

另外地和/或可选地，前述段落中的方法可以任选地包括以下特征、构造和/或额外部件中的任何一者或多者：

将可溶性工具的两个配合节段对准包括在间隔物内应用轴承，并将轴承与可溶性工具的两个配合节段中的一个或多个凹口对准。

轴承是滚珠轴承、销、扁平盘或圆柱体。

所述方法包括在冲洗掉可溶性工具之后去除轴承。

所述方法包括在固化复合材料之前在可溶性工具的外部周围施加第二部分复合材料。

固化复合材料是在高压釜或烘箱中进行。

固化复合材料是在200华氏度与400华氏度之间进行。

固化复合材料是在真空与100psi之间的压力下进行。

在中心孔中放置间隔物包括用厚糊剂画出环。

一种设备包括：可溶性工具，其具有带凹口的第一配合部分和带凹口的第二配合部分，第二配合部分与第一配合部分对准；复合材料层，其介于第一配合部分与第二配合部分之间，所述复合材料层包括中心开口；以及间隔物，其位于中心开口中并与中心开口一致。

另外地和/或可选地，前述段落中的设备可以任选地包括以下特征、构造和/或额外部件中的任何一者或多者：

所述设备包括位于间隔物中并与凹口对准的轴承。

所述轴承选自由滚珠、销、圆柱体和扁平盘组成的组。

可溶性工具包括盐或具有水溶性聚合物粘结剂的陶瓷。

复合材料层包括包含纤维基质和树脂的预浸渍织物。

纤维基质是碳纤维、碳纳米管纤维或玻璃纤维。

树脂是热塑性塑料或热固性塑料。

间隔物是柔性环。

间隔物是V形截面的环。

间隔物是弹性体环。

间隔物是糊剂。

虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等效物来取代示例性实施方案的要素。另外，在不背离本发明的基本范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教示。因此，本发明并不意图局限于所公开的一个或多个特定实施方案，相反，本发明将包括属于所附权利要求的范围内的所有实施方案。