专利名称：制造直升飞机主旋翼桨叶的设备和方法
技术领域：
本发明属于制造设备和方法，更具体地说，属于制造直升飞机主旋翼桨叶用的设备和方法。
背景技术：
在航空航天工业中有一种扩大复合材料在各种结构和动力学用途中的应用的发展趋势。复合材料应用的一种特定用途是制造直升飞机的主旋翼桨叶。
随着扩大使用复合材料来制造主旋翼桨叶，直升飞机工业正在继续寻找途径改善制造主旋翼桨叶用的工具设备和/或方法，以便减小与主旋翼桨叶有关的单位制造成本。通常，由于在主旋翼桨叶制造过程中出现的部件不合格或返工，每个桨叶的制造成本高于期望成本。在制造过程中复合材料显著受损以致使返工在成本上不合算或成品制成部件超出部件的规定容限时，通常就出现部件不合格。在制造过程中复合材料受损而可以以相对成本效益方式修补损伤时，就出现返工。
Sikorsky飞机部研究成功一项制造直升飞机主旋翼桨叶用的平行制造技术报告，其中作为单独的部件同时制造一个桨叶分组件和一个前缘包皮，然后将预制的桨叶分组件和预制的前缘包皮结合成整体而形成装配好的主旋翼桨叶。随后固化装配好的主旋翼桨叶以形成成品主旋翼桨叶。该技术报告的采用需要大量措施，因为经验表明，在直升飞机操作期间主旋翼桨叶的前缘经受不同程度的磨损。由于此种磨损效果，直升飞机主旋翼桨叶的前缘在某些点上在航空动力学方面不适合继续使用。人们认为，不是替换整个主旋翼桨叶而替换可以替换的前缘包皮，可以有效而经济地修理磨损变坏的主旋翼桨叶。
制造桨叶分组件的先有技术工艺涉及使用“蛤壳”式加工装置和复合材料的“湿”法树脂浸渍增强材料工艺。按照当前的竞争性市场，人们认为，使用蛤壳式加工装置和湿法树脂浸渍增强材料工艺制造的桨叶分组件的不合格率是不可接受的。蛤壳式加工装置的可靠性和精确度取决于安置加工装置外形的稳定性、所有紧固件和定位件的合适固定和销接以及外加的桨叶外模制线压力的可变性。蛤壳式加工装置和湿法树脂浸渍增强材料工艺产生收缩而使容限变坏，这导致部件不合格。蛤壳式构型在树脂浸渍增强材料制成的桨叶分组件的跨度上产生非对称的压力分布。
该平行制造技术报告中有关的另一方面是包皮扩展装置，用于使前缘包皮与桨叶分组件整体结合。该前缘包皮具有预制的构型，该构型不允许包皮直接插在桨叶分组件上。相反，前缘包皮的后边缘必须被扩展开，使前缘包皮能够被插在桨叶分组件上。先有技术的包皮扩展装置包括分段的带角度的不锈钢板金属夹具，它们沿翼展方向安装在前缘包皮的后边缘上，与前缘包皮的内模制线(IML)表面(这些表面用复合材料制成)相接触。先有技术夹具有每一段利用一个侧凸轮杆单独驱动。在扩展开包皮后边缘的过程中先有技术的夹具对前缘包皮的内模制线表面施加剪切作用力。由先有技术夹具产生的剪切作用力在受到其剪切作用力的复合材料中造成裂纹和分层作用，导致部件不合格或返工。在先有技术前缘包皮扩展装置的上述缺点之外，各段夹具是顺序单独驱动的，因此扩展开整个前缘包皮包括多次重复操作。这样一种工序不仅费力费时因而费钱，而且它还在前缘包皮的后边缘中产生不需要的应力。
需要提供一种设备，它能扩展前缘包皮以将其插在桨叶分组件上而不在前缘包皮的复合材料中产生裂纹和/或分层使用。最好是，该设备应当在单独一次操作中扩展开前缘包皮，以减少扩展开前缘包皮所需的时间。也需要提供一种装配和压实桨叶分组件用的装置，它能在压实桨叶分组件期间提供均匀的压力分布，这有利于使用预浸处理的复合材料，并保证装置中安置的桨叶分组件部件合适地沿翼弦方向和翼展方向对准。同时需要提供一种包皮扩展装置和压实装置，它们组合起来简化将扩展开的前缘包皮插在桨叶分组件上的过程。
发明概述本发明的一个目的是提供一种包皮扩展/插入装置，该装置能扩展开一个前缘包皮而不在其复合材料中产生裂纹和/或分层作用。
本发明的另一个目的是提供一种包皮扩展/插入装置，该装置能在单独一次操作中扩展开一个前缘包皮。
本发明的第三个目的是提供一种压实装置，用于装配和压实桨叶分组件部件，该装置能在压实桨叶分组件期间形成均匀的压力分布。
本发明的第四个目的是提供一种压实装置，该装置能保证在该压实装置中装配的桨叶分组件的部件沿翼弦方向和沿翼展方向对准。
本发明的第五个目的是提供一种包皮扩展/插入装置和一种压实装置，它们结合在一起极大地简化了将扩展开的前缘包皮装置插在桨叶分组件上的过程。
本发明的上述和其它目的是通过根据本发明的一种包皮扩展/插入装置来达到的，该装置用于扩展一个前缘包皮并将扩展开的前缘包皮插入而使其与桨叶分组件结合在一起。该包皮扩展/插入装置包括可以移动的支柱、可动地结合安装在该可以移动的支柱上的细长的上托架部件和可动地结合安装在该可以移动的支柱上的细长的下托架部件。多个抽吸杯结合安装在上下细长托架部件的每一个上。设有一个在脱开位置、接合位置和操作位置之间将同步运动传递给上下托架部件的装置，在该脱开位置中可以将前缘包皮插在多个安装结合在该上下托架上的抽吸杯之间而不与它们接触，在该接合位置中该多个抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应外模制线(OML)表面，而在该操作位置中前缘包皮被扩展开来以插在桨叶分组件上。设置一个机构用于在处于接合位置的多个抽吸杯中产生抽吸力，使抽吸杯吸持前缘包皮的相应外模制线表面，使得随后上下细长托架部件同步运动到操作位置而造成前缘包皮被扩展开来。设置一个移动可移动的支柱用的机构，用于将扩展开的前缘包皮插在桨叶分组件上。
该包皮扩展/插入装置还包括一个指示扩展开的前缘包皮已经完全插在桨叶分组件上用的机构。该同步运动传递机构包括多个安装结合在细长的上托架部件和可移动支柱上的气缸、多个安装结合在细长的下托架部件和可移动支柱上的气缸以及通气连接在多个气缸上的压力源。开动压力源将增压空气提供给多个气缸，从而使上下细长的托架部件在脱开位置、接合位置和操作位置之间产生同步运动，在该脱开位置中可以将前缘包皮部件插在多个安装结合在上下细长的托架部件的插吸杯之间而不与它们接触，在该接合位置中多个抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应的外模制线表面，而在该操作位置中前缘包皮被扩展开来以插在桨叶分组件上。对于所述实施例，90个抽吸杯安装结合在上细长托架部件上而90个抽吸杯安装结合在下细长托架部件上。
为了扩展和插上前缘包皮使其与桨叶分组件结合，将前缘包皮安装在上下排抽吸杯之间，使上下排抽吸杯同步移动到接合位置，在该接合位置中该多个抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应外模制线表面，在上下排抽吸杯中产生抽吸力，使抽吸杯吸持前缘包皮的相应外模制线表面，使上下排抽吸杯同步运动到操作位置而使前缘包皮扩展开来，并将扩展开的前缘包皮插在桨叶分组件上。
本发明提供了一种装配和压实桨叶分组件用的压实装置，该桨叶分组件包括上下复合材料蒙皮、蜂窝心子和翼梁组件(一个翼梁有至少一个粘合于其上的平衡重物)。该压实装置包括一个下组件，该下组件包括一个支承结构和一个安装结合在该支承结构上的仿形上翼型窝。该仿形上翼型窝有一个限定上复合材料蒙皮的翼型表面的外模制线表面、多个用于定位处于该仿型上翼型窝中的上复合材料蒙皮与蜂窝心子组合部件的加工销以及多个用于使翼梁组件在该仿制上翼型窝内沿翼弦方向对准定位的止推销。一个分别在该仿形上翼型窝的内侧端和外侧端处安装结合的翼梁支柱，用于使翼梁组件在该仿形上翼型窝中沿翼展方向对准定位。该压实装置还包括一个上组件，该上组件包括一个结构支承架、一个固定在该结构支承架上的仿形背板以及一个与该仿形背板密封结合固定的压力袋，该压力袋具有对应于桨叶分组件的沿翼展方向和沿翼弦方向的尺寸。提供一个锁定结合上下组件用的装置，使得可以对下组件中装配好的桨叶分组件进行压实。提供一个对压力袋增压用的装置，以压实安置在锁定的上下组件中的桨叶分组件。该压实装置还可以包括一个均衡压力用覆盖板，该覆盖板安置在上下组件之间，用于在压实桨叶分组件期间在安置的桨叶分组件上形成均匀的压力分布。
为了装配和压实桨叶分组件，提供了一种前面段落中描述的复合材料压实装置。上复合材料蒙皮和蜂窝心子结合安置在仿形上翼型窝中。翼梁组件沿翼弦方向和翼展方向对准地安置在仿形上翼型窝中，而下复合材料蒙皮被安置成与翼梁组件和蜂窝心子相结合。将上下组件锁定结合并将压力袋增压以压实装配好的桨叶分组件。
附图简述结合附图参读下列详细描述可以更完全地理解本发明及其伴随的特点和优点，附图中
图1A是H-60型直升飞机的示范性主旋翼桨叶的顶视平面图；图1B是图1A的主旋翼桨叶沿其1B-1B线截取的截面图；图1C是图1B中例示的前缘包皮的部分放大透视图；图1D是图1A中示范性主旋翼桨叶的平衡重物的部分放大透视图；图2是根据本发明的压实装置和包皮扩展/插入装置的透视图；图3是图2装置的部分平面图；图3A是图3的包皮扩展/插入装置的部分透视图；图4A是例示根据本发明的装配和压实过程的流程图；图4B是例示根据本发明的包皮扩展和包皮插入的流程图。
实施本发明的最佳方式下面更详细地描述的设备和方法包括由联合工艺公司(UnitedTechnologies Corporation)的Sikorsky飞机部制造的H-60型直升飞机的主旋翼桨叶的制造技术报告的一部分。尤其是，此处描述的设备和方法特别用于制造由Sikorskv飞机部研制的H-60型改进的主旋翼桨叶。但是，可以理解，此处描述的设备和方法可以用于制造一般的主旋翼桨叶。
图1A-1D中示范性地例示一个H-60型改进的主旋翼桨叶，它包括前缘102和后缘104与内侧端106和外侧(翼尖)端108(主旋翼桨叶100的上反翼尖部，它是图1A中虚线109的桨叶外侧部分，它作为主旋翼桨叶100的可替换部件而独立制造)，前缘102和后缘104联合限定旋翼桨叶100的翼弦，而内侧端106和外侧端108联合限定旋翼桨叶100的翼展。主旋翼桨叶100包括上下复合材料蒙皮110、112(它们分别形成桨叶100的上下空气动力学表面)、蜂窝心子114、翼梁116、一个或多个平衡重物118、以及一个前缘包皮120。可调的调整片130(对于图示的实施例有两个)从后缘104向后伸出。上下复合材料蒙皮110、112、蜂窝心子114、翼梁116及平衡重物118联合形成一个梁叶分组件132。
复合材料蒙皮110、112是预制部分，用该技术熟练人员公知的几层预浸处理的复合材料制成，例如对所述实施例采用埋置在适当树脂基体中的织造玻璃纤维材料。上复合材料蒙皮110有多个穿过其中的定位孔134(见图1A)，便于在压实装置中定位翼梁组件116/118，这在下面要进一步详述。在主旋翼桨叶100装配好以后，用复合材料补平定位孔134，使上复合材料蒙皮110具有航空动力学上光滑的表面。蜂窝心子114用航空航天用途中通常使用的材料制造，例如对所述实施例采用NOMEX(NOMEX是美国特拉华州威尔明顿市的E.I.du Pont de Nemours公司对芳族聚酰纤维或纤维品的注册商标)，其作用是在上下复合材料蒙皮110、112之间作为一种重量小的结构增强的部件。
翼梁116是预制部件，其作用是作为主旋翼桨叶100的主要结构件，在直升飞机操作期间抵抗在旋翼桨叶100中产生的扭转、弯曲、剪切和离心的动态载荷。所述实施例的翼梁116是一种在共同所有的审而未决的美国专利顺序号07/995,219中公开申请专利权的那种类型的复合材料翼梁，该专利是在1992年12月22日提交申请的，名称是“旋转机翼飞机的纤维增强复合材料翼梁”。复合材料翼梁116包括分别对应于主旋翼桨叶100的上下翼型表面的上下侧壁和分别对应于前缘和后缘的前后锥形盖板。上下侧壁包括多个预叠合层，每个预叠合层包括预浸处理的复合材料即树脂基本中埋置的纤维材料的单件层和交叉层。具有纵向(轴向)纤维的单件层宽度相等并交错排列，为斜切边缘提供上下侧壁。具有±40°取向纤维的交叉层具有不同宽度，它们形成围绕前后锥形盖板周边的交错对接接合。虽然主旋翼桨叶100的所述实施例包括复合材料翼梁116，但该技术的熟练人员将会理解，本发明的设备和方法也可用于制造翼梁为金属结构件(如钛翼梁)的主旋翼桨叶。
一个或多个平衡重物118(在图1D中更详细地示出其中之一)被用于静止地或动态地平衡主旋翼桨叶100。对于所述实施例，从内侧端106到外侧端108沿翼展方向分别用从密度较小到密度较大的材料(如泡沫塑料、钨和铅)制造平衡重物118，以提供静止地和动态地平衡主旋翼桨叶100用的所需重量分布。平衡重物118被制成包括承力接点136，后者提供平衡重物118和前缘包皮120的内模制线(IML)表面之间的物理接合。平衡重物118被粘合在翼梁116上而形成翼梁组件116/118，其中被粘合的平衡重物118位于前缘包皮120和翼梁116的前缘之间的中间位置上。
在图1C中更详细地例示的前缘包皮120是用复合材料和耐磨材料制成的预制的混合部件。包皮120具有限定主旋翼桨叶100的前缘102的基本上V形的形状。包皮120包括限定前缘外皮120的内模制线(IML)的一个或多个层122、一个第一耐磨带124和一个第二耐磨带126，层122用预浸处理的复合材料制成，例如对于所述实施例采用在合适的树脂基体中埋置的织造玻璃纤维材料。对于前缘包皮120的所述实施例，第一耐磨带124用钛制成而第二耐磨带126用镍制成。如图1C中所示，前缘包皮120的翼尖端(即外侧端)108具有结合在钛带124上的镍带126。叠合了镍带126的钛带124粘合在预浸处理的复合材料层122上而形成前缘包皮120。预浸处理的复合材料层122的暴露区段128有助于前缘包皮120与桨叶分组件132的结合粘合。暴露区段128包括精加工边缘128A(在题为“一种EOP划线装置(S-4887)”的共同所有的审而未决的美国专利申请中描述了形成前缘包皮120的精加工边缘128A的方法和设备)，该精加工边缘128A被做成形成桨叶分组件132与前缘包皮120的适当整体组合。前缘包皮120可以拆卸，以便于替换它。前缘包皮120(特别是叠合的钛带124和镍带126)为主旋翼桨叶100的前缘102提供耐磨保护。前缘包皮120同时提供主旋翼桨叶100的翼型容限的控制。
参照图2-3、3A，根据本发明的设备包括一个压实装置10和包皮扩展/插入装置50。压实装置10包括下组件12和上组件30，它们牢固地组合而形成压实装置10，该装置可以操作而压实已装配的桨叶分组件132。下组件12包括一个安装在支承结构16上的仿形上翼型窝14。该仿形上翼型窝14有一个外模制线(OML)表面18，后者形成旋翼桨叶100的上翼型表面即上复合材料蒙皮110的外模制线(outermold line)。
多个加工销20(对所述实施例为5个)固定结合在仿形上翼型窝14的外模制线表面18上。加工销20用作定位标记，用于将上复合材料蒙皮110定位而对准组合在仿形上翼型窝14上。多个止推销22(对所述实施例为3个)也固定结合在仿形上翼型窝14的外模制线表面18上。止推销22用于使翼梁组件116/118与安置在仿形上翼型窝14中的上复合材料蒙皮110、蜂窝心子114组合部件相结合而沿翼弦对准。止推销22的大小能够使销22通过上复合材料蒙皮110中形成的定位孔134插入。
翼梁支柱24在仿形上翼型窝14的内侧端和外侧端处固定结合在支承结构12上。翼梁支柱24用于使翼梁组件116/118与安置在仿形上翼型窝14中的上复合材料蒙皮110、蜂窝心子114组合部件相结合而沿翼展方向对准。在支承结构16的两端上同时各固定结合一对锁定件26。一个或多个硬止动件28同时形成支承结构16的一部分(见图3)。
上组件30包括一个压力囊或袋32、一个仿形背板34和一个结构支承架36、压力袋32的尺寸等于桨叶分组件132沿翼展和沿翼弦的尺寸。对于改进的主旋翼桨叶100的所述实施例，压力袋32的尺寸沿翼弦方向为约3英尺而沿翼展方向为约24英尺。压力袋32密封地固定在仿形背板32上，并在压实过程期间受到增压，以增大压实桨叶分组件132所需的压力。仿形背板34限定下翼型表两即下复合蒙皮112的外模制线，并用作在压实过程期间反抗压力袋32中增大的背压力的反作用力。
由于压力袋32的总体积，在其压实过程中增压期间增加到了大的压力(在总共约52,000磅到约103,000磅的范围内)。结构支承架36用于平衡此种大压力，以便防止在压实操作期间损坏上组件30。支承架36的每端包括一对互补的锁定件38。当上组件30下降(例如利用吊车)而与下组件12结合时，该互补的锁定件38与锁定件26相互作用，使上下组件30、12能够暂时地结合锁定(例如通过销连接)，以实现压实过程。压力源40气动地连接到压力袋32上，用于在压实过程期间提供增压气体以使压力袋32增压。
如考察图2-3时明显可见的，包皮扩展/插入装置50精确安置在压实装置10的下组件12附近。因为压实装置10和包皮扩展/插入装置50在主旋翼桨叶100制造期间存在相互作用的功能关系。在通过压实装置10进行的压实过程期间，包皮扩展/插入装置50是操作的，从而将预制的前缘包皮120插入结合在安置于压实装置10中的桨叶分组件132上。包皮扩展/插入装置50包括一个细长支柱52，其长度对应于由滚动件54可动地支承的前缘包皮120的跨度。滚动件54与固定结合在细长支承台58上的轨道56相互作用，使支柱52可以相对于压实装置10移动。支承台58相对于下组件12是精确安置的，以便于在压实操作期间使前缘包皮120插入结合在桨叶分组件132中。
包皮扩展/插入装置50还包括上下细长托架部件60U、60L，它们可以活动地安装结合在细长支柱52上。多个气缸62U、62L可以操作地将相应的托架部件60U、60L连接在支柱52上。压力源64气动地连接在气缸62U、62L上并可以操作，以便向气缸提供增压空气，用于使托架部件60U、60L相对于支柱52在脱开位置、接合位置和操作位置之间同步运动。虽然此处描述的压实装置10和包皮扩展/插入装置50的实施例使用分开的压力源40、64，但可以理解，根据本发明的压实装置10和包皮扩展/插入装置50可以使用一个共同的压力源来代替此处描述的分开的压力源40、64。
多个抽吸杯66U、66L托架部件的跨度长度方向与相应的托架部件60U、60L对准地结合即排成一行。对于所述实施例，在相应的托架部件60U、60L上安装结合了180个抽吸杯66U、66L(每个托架部件上90个抽吸杯)。每个单独的抽吸杯66U、66L具有波纹管构型(便于抽吸杯与前缘包皮120的相应外模制线表面接合)，其外径为约2.5英寸。每个抽吸杯66U、66L能够加约100至约175磅的抽吸力。在本发明的实施中可以使用瑞典Akersberga的PIAB AB公司制造的那种类型的抽吸杯。单个抽吸杯66U、66L流体连通地连接在为其提供抽吸压力的真空源68上。在开动的真空源68的作用下，抽吸杯66U、66L的操作接合和吸持前缘包皮120的相应外模制线表面。随后相应的托架部件60U、60L彼此分开到操作位置的同步运动造成包皮120的扩展，有助于将包皮插入而与桨叶分组件132结合。
尖端定位器70结合固定在细长支柱52的一端上，而多个前缘止动件72沿支柱52的长度固定结合在支柱52上(特别参见图3A)。尖端定位器70用于提供前缘包皮120在上下抽吸杯66U、66L之间的沿翼展方向对准，以保证包皮合适地描述而与桨叶组件132结合。前缘止动件70用于保证前缘包皮120合适地插套在上下抽吸杯66U、66L之间，使得抽吸杯66U、66L能够接合和吸持前缘包皮120的外模制线表面。
装置74用于沿轨道56移动细长支柱52，以便将前缘包皮120插在桨叶分组件132上，并用于一旦前缘包皮120被插在桨叶分组件132上后使支柱52移动离开压实装置10。对于所述实施例，装置74包括一个或多个螺旋千斤顶。一个或多个互补的定位杆76安装在支柱52上，它们在支柱52向压实装置10移动期间与支承结构16的相应硬止动件28相互作用。对于所述实施例，定位杆76和硬止动件28之间的相互作用使定位杆76产生位移。支柱52向着压实装置10的继续移动造成定位杆76的相应位移，直到可以看到其上的一条红带，向包皮扩展/插入装置50的操作者指示前缘包皮120已经插在桨叶分组件132上。该技术的熟练人员将会理解，可以采用其它装置来指示由于前缘包皮120已经合适地插在桨叶分组件132上而应当停止支柱52的移动。例如，定位杆76和相应的硬止动件28可以在功能上这样制作和定位，使得它们之间的接触自动停止移动装置74的操作，因而使支柱52停止移动。
根据本发明的装配和压实过程200的步骤示意地例示于图4A。根据本发明的装配和压实过程的目的是将上述主旋翼桨叶100的部件装配成固化构型。主旋翼桨叶100的固化构型被插入一个加压凝固室(未示出)，以便最终固化而形成图1A中示范性例示的成品主旋翼桨叶组件100。装配和压实技术过程的所述实施例的最初步骤202是提供上复合材料蒙皮110和蜂窝心子114作为预制组合部件110/114。这一步是通过在蜂窝心子114上敷涂适当的粘合剂膜而后将其安装在上复合材料蒙皮而做到的，然后固化组合部件110/114。在步骤202中，预制的组合部件110/114被安置在仿形上翼型窝14中，方法是使上复合材料蒙皮110的后缘104与加工销20对准并将上复合材料蒙皮110的定位孔134插在止推销22上。虽然提供上复合材料蒙皮110和蜂窝心子114作为预制组合部件110/114能简化根据本发明的装配和压实过程，但该技术的熟练人员将会理解，可以采取另一种方法，就是在分开的顺序步骤中，使上复合材料蒙皮110和蜂窝心子114单独地与仿形上翼型窝14结合安置。
然后在安置翼梁组件116/118之前在步骤204中涂敷适当的粘合剂膜。粘合剂膜可以直接敷涂在翼梁组件116/118上，另一种办法是直接敷涂在安置的上复合材料蒙皮110上。然后在步骤206中安置翼梁组件116/118与安置的上复合材料蒙皮、蜂窝心子组合件110/114组合。通过使翼梁组件116/118对接紧靠通过上复合材料蒙皮102凸出的止推销22，获得翼梁组件116/118的合适的沿翼弦对准。通过保证翼梁组件116/118的端部对接翼梁支柱24，获得翼梁组件116/118的合适的沿翼展方向对准。在步骤208中将合适的粘合剂涂敷在蜂窝心子114和翼梁组件116/118的暴露表面上，然后在步骤210中将下复合材料蒙皮112安置在粘合剂涂层的蜂窝心子114和翼梁组件116/118上。上复合材料蒙皮110和蜂窝心子114组合部件、翼梁组件116/118以及下复合材料蒙皮112的装配好的组合部件形成在压实装置10的下组件12中装配的桨叶分组件132部件。
在下降上组件30并将它与下组件12锁定结合之前，最好在步骤212中在翼梁分组件132和上组件30之间插入一个均衡压力用覆盖板42。该均衡压力用覆盖板42用多个复合材料层制成，例如对所述实施例为5到9个预浸处理的玻璃纤维层。该均衡压力用覆盖板42的形状做成符合桨叶分组件132的下复合材料蒙皮112的形状，用于在压实桨叶分组件132部件期间在这些部件上面形成均衡的压力分布。在任选的步骤212中插入均衡压力用覆盖板42之后，使上组件30下降，并在步骤214中利用相应锁定件26、38之间的销连接件将上组件30与下组件12锁定结合。在锁定结合上下组件12、30之前，最好在桨叶分组件32的内侧端106和外侧端108处插入止动块(未示出)。这些止动块用于在压实桨叶分组件132期间防止桨叶尖部和根部转出。
随着上组件30与下组件12的锁定结合，装配好的桨叶分组件132的前缘区段(见图3中标号138)从压实装置10向外凸出，也即并不受压实装置10的封闭。在步骤216中开动压力源40以便给压力袋32增压，它通过均衡压力用覆盖板42(如未使用覆盖板42就直接)施加压力以压实装配好的桨叶分组件132。对于所述实施例，压力袋32增压到使得对装配好的桨叶分组件132施加约5psi到10psi范围的压力。在步骤218中装配好的桨叶分组件132在预定的压实时间内接受压实压力。对于主旋翼桨叶100的所述实施例，所述装配和压实过程的压实时间在约10分钟到约15分钟之间。
在压实时间内，利用图4B中所示的根据本发明的包皮扩展和插入过程300来扩展前缘包皮120并将其插在装配好的桨叶分组件132的暴露的前缘区段138上。在插入前缘包皮120之前，在步骤P1中将合适的粘合剂涂敷在暴露的前缘区段138上(或者是可以将粘合剂涂敷在前缘包皮120的预浸处理的复合材料层122的内模制线表面上)。
由于上下托架部件60U、60L处于脱开位置，在步骤302中将前缘包皮120插在上下抽吸杯66U、66L之间。托架部件60U、60L的脱开位置便于使此种插入不会在前缘包皮120和抽吸杯66U、66L之间产生任何物体接触。包皮120对着尖端部定位器70和前缘止动件72的对接接合保证前缘包皮120的合适插入。在步骤304中开动压力源64，使托架部件60U、60L能够同步运动到接合位置，在该位置中抽吸杯66U、66L对接地接合前缘包皮120。
然后在步骤306中开动真空源68，使抽吸杯66U、66L对着前缘包皮120的相应外模制线表面施加抽吸力。由抽吸杯66U、66L施加的抽吸力强度足够大，使得前缘包皮120保持在受抽吸杯66U、66L接合的结合状态中。开动压力源64，使托架部件60U、60L能够同步运动而向着开放位置回到操作位置。因为抽吸杯66U、66L施加抽吸力以保持前缘包皮120，所以托架部件60U、60L同步运动到操作位置使包皮120的暴露区段128扩展开来。对于所述实施例，包皮120的暴露区段128的两个精加工边缘128A(见图1C)在正常的隔开状态中通常隔开约1.5英寸。由于包皮扩展/插入装置50的作用，当托架部件60U、60L移动到操作位置时，包皮120的暴露区段128的两个精加工边缘128A被扩展到在对置的两个区段128之间的间隔距离为约2.5到3英寸的扩展开的状态。前缘包皮120的扩展开的形状便于将其插入到桨叶分组件132的暴露区段138上。
为了插入扩展开的前缘包皮120，在步骤310中开动支柱移动装置74以向着压实装置10移动支柱52。前缘包皮120的合适插入由定位杆76的可见红带指示。随着前缘包皮120完全插在桨叶分组件132的暴露区段138上，平衡重物118的承力接点136对接地接合前缘包皮120的内模制线，预浸处理的复合材料层122的暴露区段128安置在上下复合材料蒙皮110、112的下面，而上下复合材料蒙皮110、112的边缘对接地接合钛带124的相应边缘。
一旦前缘包皮120完全插在桨叶分组件132的暴露区段138上，就在步骤312中开动压力源64使上下托架部件60U、60L同步移动到接合位置。此种同步运动使扩展开的前缘包皮120返回其正常的扩展状态，对于所述实施例也就是从约2.5至3英寸的扩展开状态返回到约1.5英寸。在正常的扩展状态中，前缘包皮120对桨叶分组件132施加压实力，以有助于前缘包皮120与桨叶分组件132的粘合。在步骤314中关闭真空源68，从而终止上上下抽吸杯66U、66L对前缘包皮120施加的抽吸力。在步骤316中开动压力源使托架部件60U、60L的同步运动返回到脱开位置。最后，在步骤318中支柱52返回到起始位置，在该位置中如果需要可以重复扩展和插入过程。
一旦压实时间过去，在步骤222中就脱开锁定件26、38，并使用吊车从下组件12上移去上组件30。然后从仿形上翼型窝14上拆卸装配好的主旋翼桨叶100。随后在加压固化室中固化装配好的主旋翼桨叶100，从而制成成品主旋翼桨叶组件100。
根据上述说明可以对制造主旋翼桨叶的上述设备和方法作出许多修改和变化。因此可以理解，在附属的权利要求书范围内，可以不用上面具体描述的方式而用其它方式实施本发明。
权利要求
1.一种包皮扩展/插入装置，用于扩展前缘包皮和插入扩展开的前缘包皮以与桨叶分组件结合，包括可以移动的支柱；细长的上托架部件，可动地结合安装在所述可以移动的支柱上；多个抽吸杯，结合安装在所述细长的上托架部件上；细长的下托架部件，可动地结合安装在所述可以移动的支柱上；多个抽吸杯，结合安装在所述细长的下托架部件上；在脱开位置、接合位置和操作位置之间将同步运动传递给所述上下细长的托架部件用的装置，在该脱开位置中可以将前缘包皮部件插在多个安装结合在所述上下细长的托架部件中的抽吸杯之间而不与它们接触，在该接合位置中所述多个抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应的外模制线表面，而在该操作位置中前缘包皮被扩展开来以插在桨叶分组件上；在处于接合位置的所述多个抽吸杯中产生抽吸力用的机构，该抽吸力使所述抽吸杯吸持前缘包皮的相应外模制线表面，使得随后所述上下细长的托架部件同步运动到操作位置而造成前缘包皮被扩展开来；以及移动所述可移动的支柱用的机构，用于将扩展开的前缘包皮插在桨叶分组件上。
2.如权利要求1所述的包皮扩展/插入装置，还包括指示扩展开的前缘包皮已经完全插在桨叶分组件上用的机构。
3.如权利要求1所述的包皮扩展/插入装置，其中所述同步运动传递装置包括多个气缸，安装结合在所述细长的上托架部件和所述可移动的支柱上；多个气缸，安装结合在所述细长的下托架部件和所述可移动的支柱上；以及压力源，流体连通地连接在所述多个气缸上；开动所述压力源将增压空气提供给所述多个气缸，从而使所述上下细长的托架部件在所述脱开位置、所述接合位置和所述操作位置之间产生同步运动，在该脱开位置中可以将前缘包皮部件插在多个安装结合在所述上下细长的托架部件的抽吸杯之间而不与它们接触，在该接合位置中所述多个抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应的外模制线表面，而在该操作位置中前缘包皮被扩展开来以插在桨叶分组件上。
4.如权利要求1所述的包皮扩展/插入装置，其中所述多个安装结合在所述细长的上托架构件上的抽吸杯包括90个抽吸杯，而其中所述多个安装结合在所述细长的下托架构件上的抽吸杯包括90个抽吸杯。
5.一种扩展前缘包皮并将其插在桨叶分组件上用的方法，包括下列步骤将前缘包皮安装在上下排抽吸杯之间；将同步运动传递给上下排抽吸杯使其到接合位置，在该位置中抽吸杯对接地接合前缘包皮的相应的外模制线表面；在上下排抽吸杯中产生抽吸力，使抽吸杯吸持前缘包皮的相应外模制线表面；将同步运动传递给上下排抽吸杯使其到操作位置而使前缘包皮扩展开来；以及将扩展开的前缘包皮插在桨叶分组件上。
6.一种装配和压实桨叶分组件用的压实装置，该桨叶分组件包括上复合材料蒙皮、下复合材料蒙皮、蜂窝心子和翼梁组件，该压实装置包括下组件，该下组件包括支承结构，安装结合在所述支承结构上的仿形上翼型窝，所述仿形上翼型窝有一个限定上复合材料蒙皮的翼型表面的外模制线表面、多个用于定位上复合材料蒙皮使其与所述仿形上翼型窝对准结合的加工销，以及多个用于使翼梁组件在所述仿形上翼型窝内沿翼弦方向对准定位的止推销，及分别在所述仿形上翼型窝的内侧端和外侧端处安装结合在所述支承结构上的翼梁支柱，用于使翼梁组件在所述仿形上翼型窝中沿翼展方向对准定位；上组件，该上组件包括结构支承架，固定在所述结构支承架上的仿形背板，及与所述仿形背板密封结合固定的压力袋，所述压力袋具有对应于桨叶分组件的沿翼展方向和沿翼弦方向的尺寸；用于使所述上组件与所述下组件锁定结合的装置，其中可以对所述下组件中装配好的桨叶分组件进行压实；以及在所述上下组件锁定结合的情况下对所述压力袋增压用的装置，以压实在所述下组件中装配好的桨叶分组件。
7.如权利要求6所述的压实装置，还包括一个均衡压力用覆盖板，该覆盖板锁定结合地安置在所述上下组件之间，用于在压实桨叶分组件期间在其上面形成均匀的压力分布。
8.一种装配和压实桨叶分组件用的方法，该桨叶分组件包括上复合材料蒙皮、下复合材料蒙皮、蜂窝心子和翼梁组件，该方法包括下列步骤提供一个包括下组件和上组件的复合材料装置，该下组件有一个安装在支承结构上的仿形上翼型窝，该上组件有一个结构支承架，一个仿形背板固定在该结构支承架上，而一个压力袋与该仿形背板密封结合固定；安置上复合材料蒙皮和蜂窝心子与仿形上翼型窝相结合；在仿形上翼型窝中沿翼弦方向和沿翼展方向对准地安置翼梁组件；安置所述下复合蒙皮使其与翼梁组件和蜂窝心子相结合；将上组件和下组件锁定结合；以及将压力袋增压以压实桨叶分组件。
9.权利要求8所述的方法，还包括在所述锁定步骤之前在上组件和下组件之间插入一个均衡压力用覆盖板的步骤。
全文摘要
制造直升飞机主旋翼桨叶(100)用的设备和方法，包括装配和压实桨叶分组件部件用的压实装置(10)和在压实过程中将前缘包皮(120)扩展并插在桨叶分组件上用的包皮扩展/插入装置(50)。在压实装置包括具有安装在支承结构上的仿形上翼型窝(14)的下组件(12)和具有固定密封在仿形背板上的压力袋(32)的上组件(30)，该仿形背板固定在结构支承架(36)上。在上下组件锁定结合时，使压力袋增压以压实装配的桨叶分组件部件。包皮扩展/插入装置(50)包括一可动支柱(52)、安装成与支柱同步地可动结合的上(60U)下(60L)细长托架部件及安装在每个托架部件上的成排抽吸杯(66)。在真空杯(66)上气动连接真空源以产生抽吸力使前缘包皮扩展开。移动可动支柱使扩展开的前缘包皮在其压实期间插在桨叶分组件上。
文档编号B29C70/86GK1152896SQ95194144
公开日1997年6月25日 申请日期1995年6月21日 优先权日1994年7月15日
发明者K·P·莱希, C·D·琼斯 申请人:联合工艺公司