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技術 複合構造を自動的にレイアップするための装置及び方法

出願人 ザ・ボーイング・カンパニー
発明者 デジャルダン,マシューアール.ラファティ,ブレイクカラス,マイケルバンカー,マークエス.ルンド,エリクハンソン,ギャレットシー.ホリー,スティーヴンジー.リー,ベンジャミンビー.オコンネル,ジョンディー.モーリス,ジョンディー.フロリド,デレクジェー.ハワード,ブルースエス.ボバーグ,マークシー.ウォーカー,エリックジェー.スタッドリー,サイラスエル.ウィリス,デレク
出願日 2016年3月1日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2016-038823
公開日 2016年12月28日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2016-221949
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の成形材料の処理、取扱一般 型の被覆による成形、強化プラスチック成形
主要キーワード モジュール機構 既定範囲内 真空結合 垂直ウェブ フレームリンク アクチュエータブラケット 各垂直位置 空気式シリンダ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月28日)のものです。
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図面 (20)

課題

複合プライ形成ツール上にレイアップする方法において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高いシステム及び方法を提供する。

解決手段

形成ツール220上に物質層458を形成するための装置200で、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236の上へ側方スイープするように構成された少なくとも1つのノーズピースを含む。さらに、装置200は、物質層458を有するプライ担持体450の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームを含む。プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に形成している間、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータを含む。一又は複数のアクチュエータは、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に形成している間、プライ担持体450の側方張力を感知し制御するように構成される。

概要

背景

複合構造は、様々な用途に広く使用されている。航空機建造において、胴体尾翼部、及び他の構成部品を形成するために使用される複合物の量は増大している。例えば、航空機の翼を、翼長方向翼外板に沿って延在しているストリンガ等の複合補強要素を有する複合翼外板で構成することができる。ストリンガを翼外板に付着させて、翼外板の曲げ強度剛性を上げることができる。

幅広い種類の断面形状のストリンガを提供することができる。例えば、ストリンガを、基部と、基部から延在している一対のウェブとを含むハット型の断面を有するハット型ストリンガとして提供することができる。基部は、例えば翼外板等の外板部材に結合させる(例:付着させる)ための一対のフランジを含みうる。ストリンガを、T字状断面を有し、一対のL字状のストリンガの半片を組み立てることによって形成されうるブレードストリンガとして提供することもできる。各L字状のストリンガの半片は、フランジ及びウェブを有しうる。一対のL字状のストリンガの半片のウェブを背中合わせに互いに付着させて、ブレードストリンガを形成することができる。ブレードストリンガのフランジを、例えば翼外板等の外板部材に付着させることができる。

複合ストリンガは、複数の複合プライをストリンガの最終形状を有するマンドレル又は形成ツールの上にレイアップすることによって、形成することができる。レイアップが終了した後に、熱及び/又は圧力を印加して複合プライを硬化させることができる。個々の複合プライを形成ツールの上にレイアップする現在の方法は、手で又は機械によって実施される。手でのレイアップは、複数の複合プライレイアップするために大量の接触作業を実施する大勢の作業員を必要とする時間のかかるプロセスである。接触作業の量は、大規模な構造及び高い生産率に対して重要でありうる。自動テープ敷設(ATL)機等の機械により、複合構造をレイアップするための接触作業の量を削減することができる。しかしながら、ATL機は通常大きく複雑で、大規模な生産プログラムサポートするのに必要とされるATL機の総量により、極めて高価なものになりうる。加えて、ATL機では大量の機械経路プログラミングが必要となり得るため、生産コストスケジュールに影響を与えうる。

以上のように、当技術分野において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高い方法で、複合プライを形成ツール上にレイアップするためのシステム及び方法が必要である。

概要

複合プライを形成ツール上にレイアップする方法において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高いシステム及び方法を提供する。形成ツール220上に物質層458を形成するための装置200で、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236の上へ側方スイープするように構成された少なくとも1つのノーズピースを含む。さらに、装置200は、物質層458を有するプライ担持体450の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームを含む。プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に形成している間、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータを含む。一又は複数のアクチュエータは、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に形成している間、プライ担持体450の側方張力を感知し制御するように構成される。

目的

例えば、ストリンガを、基部と、基部から延在している一対のウェブとを含むハット型の断面を有するハット型ストリンガとして提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

形成ツール(220)上に物質層(458)を形成するための装置(200)であって、プライ担持体(450)を形成ツールの輪郭(236)の上へ側方スイープするように構成された少なくとも1つのノーズピース(552)と、その下面(452)に装置された物質層(458)を有するプライ担持体(450)の対向している側部(454)を支持するように構成された一対の張力アーム(414)と、前記プライ担持体(450)を前記形成ツールの輪郭(236)に形成中に、前記張力アーム(414)を位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータ(406、410)と、前記プライ担持体(450)を前記形成ツールの輪郭(236)に形成中に、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知し制御するように構成されている一又は複数のアクチュエータ(406、410)とを備える装置(200)。

請求項2

前記張力アーム(414)の前記アクチュエータ(406、410)は、前記張力アーム(414)の内の少なくとも1つを移動させ、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知するように動作可能な張力アーム(414)垂直位置アクチュエータ(406)と、前記張力アーム(414)垂直位置アクチュエータ(406)が、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知し、既定範囲内に維持することができるように、移動中に前記張力アーム(414)の質量の釣り合いを取るように動作可能な垂直カウンタバランスシリンダー(408)とを含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項3

前記張力アーム(414)の前記アクチュエータ(406、410)が、前記張力アーム(414)の角度位置を調節して、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知するように動作可能な回転位置アクチュエータ(410)と、前記回転位置アクチュエータ(410)が、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知し、既定範囲内に維持することができるように、旋回中に前記張力アーム(414)の質量の釣り合いを取るように動作可能な回転カウンターバランスシリンダー(412)とを含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項4

対向している端部を有し、前記張力アーム(414)を支持している翼弦フレーム(280)と、前記形成ツール(220)に対して前記翼弦フレーム(280)のピッチ角を調節するように動作可能な、前記翼弦フレーム(280)の各端部の一又は複数のZアクチュエータ(288)とを更に含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項5

前記プライ担持体(450)を前記形成ツール(220)に締付けするように動作可能な少なくとも1つのストンピング脚部アクチュエータ(312)と、翼弦フレーム(280)に結合され、前記ストンピング脚部アクチュエータ(312)を支持しているストンピングビーム(302)と、前記ストンピングビーム(302)を前記翼弦フレーム(280)に対して垂直に位置決めするように構成された少なくとも1つのストンピングビームアクチュエータ(304)とを更に含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項6

前記形成ツール(220)に沿ってスイープして、前記プライ担持体(450)と物質層(458)とを前記形成ツールの輪郭(236)に合わせるように構成された少なくとも1つのノーズピース(552)と、前記ノーズピース(552)によって前記プライ担持体(450)上に印加された圧密圧力を感知し制御するように構成された一又は複数の形成モジュールアクチュエータ(530)とを更に含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項7

翼弦フレーム(280)に結合され、各々ノーズピース(552)を有する形成モジュール(520)のアレイを支持している一対の形成ビーム(502)と、前記形成ビーム(502)それぞれの各対向している端部にあり、前記形成ビーム(502)を前記翼弦フレーム(280)に対して移動させるように構成された一対の形成Z´アクチュエータ(504)と一対の形成Yアクチュエータ(514)とを更に含む、請求項1に記載の装置(200)。

請求項8

物質層(458)をレイアップする方法であって、プライ担持体(450)の下面(452)に装置された物質層(458)を有する前記プライ担持体(450)を形成ツール(220)の上に位置決めするステップと、前記プライ担持体(450)を形成ツールの輪郭(236)に合わせるステップと、前記プライ担持体(450)を前記形成ツールの輪郭(236)に合わせている間、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を既定範囲内に維持するステップとを含む方法。

請求項9

前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を維持するステップが、一又は複数のアクチュエータ(406、410)によって駆動される一対の張力アーム(414)を使用して、前記プライ担持体(450)を対向している側部(454)で支持することと、前記張力アーム(414)の質量の釣り合いを取ることと、前記質量の釣り合いを取った後に、前記張力アーム(414)に残っている力に基づいて、前記一又は複数のアクチュエータ(406、410)を使用して、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知することと、前記一又は複数のアクチュエータ(406、410)を使用して、前記側方張力(462)が既定範囲内に維持されるように、前記張力アーム(414)の位置を調節することとを含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記プライ担持体(450)を剥離している間、前記プライ担持体(450)の側方張力(462)を感知して、既定範囲内に維持することによって、前記プライ担持体(450)を前記形成ツール(220)から剥離させるステップを更に含む、請求項8に記載の方法。

請求項11

前記プライ担持体(450)を合わせるステップが、前記形成ツール(220)を横切ってノーズピース(552)を側方にスイープして、前記プライ担持体(450)と物質層(458)を前記形成ツール(220)に対して圧縮することを含む、請求項10に記載の方法。

請求項12

前記プライ担持体(450)を前記形成ツールの輪郭(236)に合わせる前に、前記プライ担持体(450)を前記形成ツール(220)上にストンピングすることを更に含む、請求項10に記載の方法。

請求項13

前記プライ担持体(450)を位置決めするステップが、前記プライ担持体(450)を前記形成ツールの輪郭(236)に合わせる前に、前記形成ツール(220)の局所的な翼弦角を補完するように前記プライ担持体(450)のピッチ角を調節することを含む、請求項10に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は概して複合物の製造に関し、より具体的には、複合構造レイアップステム及び方法に関する。

背景技術

0002

複合構造は、様々な用途に広く使用されている。航空機建造において、胴体尾翼部、及び他の構成部品を形成するために使用される複合物の量は増大している。例えば、航空機の翼を、翼長方向翼外板に沿って延在しているストリンガ等の複合補強要素を有する複合翼外板で構成することができる。ストリンガを翼外板に付着させて、翼外板の曲げ強度剛性を上げることができる。

0003

幅広い種類の断面形状のストリンガを提供することができる。例えば、ストリンガを、基部と、基部から延在している一対のウェブとを含むハット型の断面を有するハット型ストリンガとして提供することができる。基部は、例えば翼外板等の外板部材に結合させる(例:付着させる)ための一対のフランジを含みうる。ストリンガを、T字状断面を有し、一対のL字状のストリンガの半片を組み立てることによって形成されうるブレードストリンガとして提供することもできる。各L字状のストリンガの半片は、フランジ及びウェブを有しうる。一対のL字状のストリンガの半片のウェブを背中合わせに互いに付着させて、ブレードストリンガを形成することができる。ブレードストリンガのフランジを、例えば翼外板等の外板部材に付着させることができる。

0004

複合ストリンガは、複数の複合プライをストリンガの最終形状を有するマンドレル又は形成ツールの上にレイアップすることによって、形成することができる。レイアップが終了した後に、熱及び/又は圧力を印加して複合プライを硬化させることができる。個々の複合プライを形成ツールの上にレイアップする現在の方法は、手で又は機械によって実施される。手でのレイアップは、複数の複合プライレイアップするために大量の接触作業を実施する大勢の作業員を必要とする時間のかかるプロセスである。接触作業の量は、大規模な構造及び高い生産率に対して重要でありうる。自動テープ敷設(ATL)機等の機械により、複合構造をレイアップするための接触作業の量を削減することができる。しかしながら、ATL機は通常大きく複雑で、大規模な生産プログラムサポートするのに必要とされるATL機の総量により、極めて高価なものになりうる。加えて、ATL機では大量の機械経路プログラミングが必要となり得るため、生産コストスケジュールに影響を与えうる。

0005

以上のように、当技術分野において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高い方法で、複合プライを形成ツール上にレイアップするためのシステム及び方法が必要である。

0006

複合ストリンガの形成に係る上述した必要は、一実施形態において、形成ツール上に物質層を自動的に形成するための装置を提供する本発明によって特に対処され、緩和される。この装置は、プライ担持体を形成ツールの輪郭の上へ側方スイープ(sweep)するように構成された少なくとも1つのノーズピースを含みうる。装置は更に、その下面に装置された物質層を有するプライ担持体の対向している横側面を支持するように構成された一対の張力アームを含みうる。装置はまた、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成している間、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータも含みうる。一又は複数のアクチュエータは、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成している間、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成されうる。

0007

更なる実施形態では、複合材料コース(course)を形成ツール上にレイアップするためのストリンガ形成装置が開示されている。装置は、それに装置されたコースを有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された、一対の張力アームを有する張力管理システムを含みうる。張力管理システムは、形成ツールの輪郭に形成している間、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成された一又は複数のアクチュエータを含みうる。装置は更に、プライ担持体を形成ツール上に締付けするように構成されたストンピング(stomping脚部アクチュエータアレイを有するストンピングシステムを含みうる。装置はまた、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成し、ノーズピースによってプライ担持体上に印加された圧密圧力を感知し制御するように構成されたノーズピースを各々含む形成モジュールのアレイを有する形成システムも含みうる。

0008

さらに、物質層をレイアップする方法が開示される。本方法は、プライ担持体を形成ツールの上に位置決めすることを含みうる。物質層を、プライ担持体の下面に装置することができる。本方法は更に、プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせることを含みうる。加えて、本方法は、プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせている間、プライ担持体の側方張力を既定範囲内に維持することを含みうる。

0009

本明細書に記載された特徴、機能及び利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。

0010

本開示のこれらの特徴及びその他の特徴は、図面を参照することでより明確になり、図面では、その全体を通じて類似の番号は類似の部品を表している。

図面の簡単な説明

0011

航空機の斜視図である。
航空機の翼のストリンガの側面図である。
図2の線3に沿って切り取ったブレードストリンガの断面図であり、一対のストリンガの半片を互いに背中合わせに配置して組み立てることによって形成され、基部チャージで組み立てられたブレードストリンガのT字状断面を示す。
図2の線4で切り取ったブレードストリンガの断面図であり、ウェブに対して非直角のフランジ角に配向されたストリンガフランジを示す。
図2の線5で切り取ったブレードストリンガの断面図であり、図4のフランジ角よりも大きいフランジ角に配向されたストリンガフランジを示す。
ブレードストリンガ又はハット型ストリンガ等の複合構造を自動的にレイアップするためのストリンガ形成装置の一例のブロック図である。
複合プライを形成ツール上に連続的にレイアップするためにストリンガ形成レーンに沿って移動可能でありうる、ブレードストリンガを形成するためのストリンガ形成装置を含む、ストリンガ形成システムの斜視図である。
一対のカーレールに沿って移動可能に構成されたストリンガ形成装置の一例の斜視図である。
翼弦フレームを示す、図8のストリンガ形成装置の側面図である。
形成ツールの局部角とおおむね一致するピッチ角に配向された翼弦フレームの側面図である。
ブレードストリンガを形成するためのブレード形成ツールの上に装着された、図8のストリンガ形成装置の端面図である。
ブレード形成ツールの反対側のウェブの輪郭に対して直角に配向されたブレード形成ツールのフランジの輪郭を示す、図7の線12に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
ブレード形成ツールの垂直に配向されたウェブの輪郭に対して非直角のフランジ角に配向されたブレード形成ツールのフランジの輪郭を示す、図7の線13に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
図13に示すフランジ角よりも大きいフランジ角で配向されたフランジの輪郭を示す、図7の線14に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
翼弦フレームに組み立てられたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの一例の斜視図である。
翼弦フレームに組み立てられた、図15のストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの上面図である。
翼弦フレームに装着されたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの側面図である。
翼弦フレームに装着されたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの端面図である。
張力アーム、垂直位置アクチュエータ回転位置アクチュエータ、対応する垂直カウンタバランスシリンダー及び回転カウンターバランスシリンダーを含む張力管理システムの一例の斜視図である。
図19の張力管理システムの端面図である。
形成ツール上にプライ担持体と物質層を締付けするように構成されたストンピングシステムの一例の斜視図である。
図21のストンピングシステムの側面図である。
ストンピングビームによって支持されるストンピング脚部アクチュエータのアレイの斜視図である。
プライ担持体と物質層を形成ツールの輪郭に形成し、形成モジュールのアレイをそれぞれ支持するための一対の形成ビームを含みうる形成システムの一例の斜視図である。
図24の形成システムの上面図である。
図24の形成システムの側面図である。
各形成ビームに装着された形成モジュールを示す、図24の形成システムの端面図である。
ノーズピースを駆動させるための垂直力シリンダーと側方力シリンダーを含む形成モジュールの斜視図である。
ノーズピースを支持している側方に滑動可能なブラケットに側方力シリンダーを相互接続させる連結具を示すために側面プレートを除去した、形成モジュールの側面図である。
垂直力シリンダーが引込位置にある形成モジュールの側面図である。
垂直力シリンダーが延長位置にある形成モジュールの側面図である。
ストリンガをレイアップする方法に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。
プライ担持体をブレード形成ツール上に形成するプロセスを開始する前にそれぞれの初期位置にある張力管理システム、ストンピングシステム、及び形成システムを示す、ブレードストリンガを形成するためのストリンガ形成装置の一例の端面図である。
プライ担持体と接触するように延びているストンピング脚部アクチュエータを示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
プライ担持体をブレード形成ツールに対して捕捉しているストンピング脚部を示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
ブレード形成ツールの反対側のフランジの輪郭に対してプライ担持体を合わせる中央データムの右及び左側のノーズピースを示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
中央データムの左及び右側のノーズピースが、ブレード形成ツールの反対側の各半径遷移点に到達した後の、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
下向きに回転した張力アームを示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
ノーズピースが、プライ担持体をブレード形成ツールの反対側のウェブの輪郭に合わせる時の、張力アームのさらなる回転を示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
上向きに移動した張力アームと、ブレード形成ツールのウェブの輪郭から剥離されたプライ担持体とを示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
プライ担持体がブレード形成ツールのフランジの輪郭から剥離される時に、張力アームが更に上向きに移動したところを示す、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
プライ担持体がブレード形成ツールから剥離された後の、図33のストリンガ形成装置の端面図である。
第1と第2のストリンガの半片の一対をそれぞれ形成するための対称的なブレード形成ツールの断面図である。
第1と第2のストリンガの半片の一対をそれぞれ形成するための対称的なブレード形成ツールの断面図である。
第1のストリンガの半片と第2のストリンガの半片からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガの断面図である。
第1のストリンガの半片と第2のストリンガの半片からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガの断面図である。
ハット型ストリンガをレイアップするためのハット型形成ツールの断面図である。
本明細書に記載されるストリンガ形成装置を使用して形成することができるハット型ストリンガの断面図である。
ストリンガ形成装置のさらなる例の斜視図である。
図48に示すハット型ストリンガを形成するためのハット型形成ツールの上に装着されたストリンガ形成装置を示す、図49の線50に沿って切り取った端面図である。
各張力アームの各端部に回転位置アクチュエータと回転カウンターバランスシリンダーとをそれぞれ有する一対の張力アームを含む、図49のストリンガ形成装置の張力管理システムの一例の斜視図である。
各張力アームの各端部にそれぞれ回転位置アクチュエータと回転カウンターバランスシリンダーとを有する一対の張力アームを示す、図51の線52に沿って切り取った断面図である。
プライ担持体をハット型形成ツール上に形成するプロセスを開始する前に、それぞれの初期位置にある張力管理システム、ストンピングシステム、及びノーズピースを示す、ストリンガ形成装置の一例の端面図である。
ハット型形成ツールに対してプライ担持体を捕捉しているストンピング脚部アクチュエータと、プライ担持体と接触するように延びているノーズピースとを示す、図53のストリンガ形成装置の端面図である。
ノーズピースがハット型形成ツールの両側の内径に到達しているところを示す、プライ担持体がハット型形成ツールの反対側のウェブの輪郭に形成された後の、図53のストリンガ形成装置の端面図である。
ノーズピースにより、プライ担持体がハット型形成ツールの反対側のフランジの輪郭に形成された後の、図53のストリンガ形成装置の端面図である。
張力アームが回転し上向きに移動することでハット型ツールからプライ担持体が剥離されるところを示す、図53のストリンガ形成装置の端面図である。
ハット型形成ツールからプライ担持体が剥離されたところを示す、図53のストリンガ形成装置の端面図である。

実施例

0012

ここで図面を参照する。これらの図面は本開示の様々な好適な実施形態を例示するためのものであり、図1に胴体102と尾翼部を有する航空機100を示す。航空機100は、胴体102から外に向かって延在している一対の翼104を含み得る。胴体102、翼104、及び/又は尾翼部は複合材料でできていてよく、胴体102、翼104、及び尾翼部をカバーしている外板部材の曲げ剛性及び/又は強度を上げるために、複合ストリンガ106等の補強要素を含みうる。例えば、翼104は、翼外板の曲げ剛性と強度を上げるために、各翼104のインボード側基底部からアウトボード側の先端部まで延在している複数の翼長ストリンガ106を含みうる。

0013

図2は、ストリンガ形成装置200(図6)と本明細書に開示されている方法を使用して形成されたT字状のブレードストリンガ122の一例の側面図である。ブレードストリンガ122は、翼外板の翼長曲率と一致しうる翼長曲率を有しうる。図3〜5に、インボード側の基底部からアウトボード側の先端部までストリンガ106の長さに沿った異なる部位におけるブレードストリンガ122の様々な断面形状を示す。図3に、フランジ116をカバーしている基部チャージで互いに背中合わせに配置された一対のストリンガの半片108を組み立てることによって形成されうるT字状の断面を示す、基底部におけるブレードストリンガ122の断面を示す。図3において、各ストリンガの半片108のフランジ116は、各ストリンガの半片108のウェブ120に対して垂直に配向されている。図4に、ウェブ120に対して非垂直のフランジ角118に配向されたブレードストリンガ122のフランジ116を示す。図5に、図4よりも大きいフランジ角118に配向されたブレードストリンガ122のフランジ116を示す。

0014

図2〜5は、ストリンガ形成装置200(図6)と本明細書に開示されている方法を使用してレイアップされた複合構造に含まれうる翼長曲率と、様々な断面形状の非限定的な例を示すものである。ストリンガ形成装置200と方法を、航空機100(図1)の翼104(図1)等のブレードストリンガ122のレイアップを背景に説明しているが、ストリンガ形成装置200及び方法を、非限定的に、任意のサイズ、形状、及び構成の複合構造を形成するために実装することができる。加えて、ストリンガ形成装置200及び方法は、本明細書に開示されているストリンガ106の例等、長さが延長した、あるいは長さ対幅の高い縦横比を有する複合構造を形成することに限定されない。この点において、ストリンガ形成装置200及び方法を、比較的小さい複合構造をレイアップするために、及び/又は比較的小さい長さ対幅の縦横比を有しうる複合構造をレイアップするために実装することができる。

0015

図6は、ストリンガ形成装置200の一例のブロック図である。ストリンガ形成装置200は、ストリンガ形成装置200の一又は複数の構成要素を支持するように構成されたフレームアセンブリ262を含みうる。例えば、フレームアセンブリ262は、ストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500を支持するように構成されうる翼弦フレーム280を含むことができ、ストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500は全て、マンドレル又は形成ツール220の上に材料(例:複合プライ)の一又は複数のコース460をレイアップするために協働して動作することが可能である。形成ツール220を、ツールテーブル246等の表面上に支持することができる。翼弦フレーム280を、一又は複数のZアクチュエータ288によってフレームアセンブリ262に装着することができる。一実施形態では、一対のZアクチュエータ288は、翼弦フレーム280の対向している端部の各端部に位置づけすることができる。Zアクチュエータ288を、形成ツール220に対する翼弦フレーム280の各端部の垂直位置を調節するように構成することができる。Zアクチュエータ288も、形成ツール220の所定の翼長部位の局部角と一致させて、形成ツール220上に複合材料のコース460をレイアップしやすくするために、翼弦フレーム280のピッチ角を変更するようにも動作可能である。

0016

図6においては、ストリンガ形成装置200は、形成プロセスの開始前に、プライ担持体450を形成ツール220に締付けするためのストンピングシステム300を含みうる。プライ担持体450は、プライ担持体450の下面に装置された又は取り付けられた物質層458(例えば複合材料のコース)を含みうる。物質層458を、非限定的に任意の材料で形成することができる。例えば、物質層458は、エポキシ炭素繊維プリプレグ等の繊維強化ポリママトリクス材料(例:プリプレグ)の予め含浸された複合プライ等の複合材料のコース460であってよい。コース460は、非限定的に、単向性テープ、単向性布、織物短繊維マット、及びその他様々な繊維形態の内の任意のものを含む、任意の種類の複合材料で形成することができる。

0017

本明細書に開示されているストリンガ形成装置200の実施形態すべてにおいて、プライ担持体450を、側方に沿ったプライ担持体450の面内伸縮性又は弾性係数に対して、プライ担持体450の長さ方向に沿って高い弾性係数(例:面内伸縮性)を有する材料で形成することができる。例えば、プライ担持体450を、長さ方向に沿って伸縮性の又は弾性であり、側方に沿って非伸縮性又は非弾性であるように構成されたラテックス及び織物材料で形成することができる。上述したように、ノーズピース552は、プライ担持体450と物質層458を形成ツール220に合わせる時に、おおむね側方に沿って移動する。ノーズピース552のスイープ方向に平行する側方に沿ってプライ担持体450の弾性係数が高い、又は面内剛性が高いために、けん引きしているノーズピース552の圧密圧力によるプライ担持体450と物質層458の変形が防止されうる。長さ方向に沿ったプライ担持体450の伸縮性が大きくなることで、ストリンガ形成装置200が、物質層458に変形、皺又はひだが生じさせることなく、プライ担持体450と物質層458を形成ツールの輪郭236(図12)の翼長曲率に合わせることができるようになりうる。

0018

図6において、ストンピングシステム300は、一又は複数のストンピングビームアクチュエータ304によって駆動されうるストンピングビーム302を含みうる。ストンピングビームアクチュエータ304は、形成プロセス中に、翼弦フレーム280に対してストンピングビーム302を垂直に位置決めするように動作することができる。一例において、ストンピングビーム302の対向している各端部を、ストンピングビームアクチュエータ304を用いて翼弦フレーム280の対応する端部に結合させることができる。ストンピングシステム300は、ストンピングビーム302に装着されたストンピング脚部310アクチュエータのアレイを含みうる。各ストンピング脚部アクチュエータ312はストンピング脚部310を含みうる。ストンピング脚部アクチュエータ312は協働して、プライ担持体450を形成ツール220に締付けして、形成プロセス中に動かないようにプライ担持体450の位置をロックするように動作しうる。

0019

ストリンガ形成装置200(図6)は、翼弦フレーム280に装着することができ、形成プロセス中に、プライ担持体450(図6)の側方張力462(図33)を位置決めし管理するように構成することができる張力管理システム400を含みうる。張力管理システム400は、プライ担持体450の対向している側面454(図20)の内の1つをそれぞれ支持している一又は複数の張力アーム414を含みうる。張力管理システム400は、翼弦フレーム280(図6)に対して張力アーム414の垂直位置及び/又は角度位置を調節するための一又は複数のアクチュエータを含みうる。例えば、各張力アーム414の各端部は、張力アーム414の端部を翼弦フレーム280に結合させる張力アーム垂直位置アクチュエータ406を含みうる。張力アーム垂直位置アクチュエータ406(図6)を、翼弦フレーム280に対して張力アーム414の垂直位置を調節するように構成することができる。張力管理システム400を更に、翼弦フレーム280に対して張力アーム414(図6)の角度位置を調節するように構成された一又は複数の回転位置アクチュエータ410を含みうる。

0020

図6において、張力管理システム400はまた、プライ担持体450を形成ツール220に形成するプロセスの最中にプライ担持体450の側方張力462(図33)を正確に感知することができるように張力アーム414の質量の釣り合いを取るための一又は複数の装置も含みうる。この件に関しては、張力管理システム400はプライ担持体450の側方張力462を感知して、側方張力462を既定張力範囲内に維持することができ、これにより物質層を、皺又はひだを形成することなく形成ツール220に適用することができる。下に更に詳細に説明するように、張力管理システム400は、物質層458が十分に引っ張られ、ノーズピース552がプライ担持体450と物質層458を形成ツール220に合わせている部位以外のところで、プライ担持体450と物質層458の形成ツール220との接触が防止されるように、プライ担持体450の側方張力462を維持することができる。

0021

張力管理システム400(図6)はまた、プライ担持体450(図6)の側方張力462(図33)を十分に緩く維持して、ノーズピース552のアレイ(図6)が形成ツール220(図6)に対して物質層458に所望の量の圧密圧力を印加し、物質層458を形成ツールの輪郭236に合わせることを可能にしうる。加えて、張力管理システム400は側方張力462を既定の範囲内に維持することができ、これにより、ノーズピース552がプライ担持体450に適切なレベルの圧密圧力を印加することが可能になり、コース460(図6)又は物質層458の粘着性(例:粘性)により、物質層458(図6)を基板(例:形成ツール220、又は事前に適用された物質層458)に付着させることができ、これにより、プライ担持体450を形成ツール220から剥離するプロセスの間、コース460又は物質層458が基板に付着したまま保たれる。

0022

この件に関しては、張力管理システム400(図6)は、一又は複数のカウンターバランスシリンダーを含みうる。例えば、張力アーム414が垂直に移動している間に張力アーム414(図6)の質量の釣り合いを取るために、垂直カウンターバランスシリンダー408(図6)を各垂直位置アクチュエータ406(図6)に含むことができる。張力アーム414が旋回している又は角度をつけて位置決めされている間に張力アーム414の質量の釣り合いを取るために、回転カウンターバランスシリンダー412(図6)を各回転位置アクチュエータ410(図6)に含むことができる。カウンターバランス装置は、垂直及び回転位置アクチュエータ406、410と共に含まれうる力感知機構から張力アーム414の質量を有利に除去することができ、これにより、上記垂直及び回転位置アクチュエータ406、410がプライ担持体450の側方張力462(図33)を正確に感知し所望の範囲内に維持することが可能になる。更にこの件については、張力管理システム400はまた、形成プロセス中に物質層458の変形、ひだ、又は皺の発生が回避されるような方法で、また、プライ担持体450を形成ツール220(図6)から剥離している間に物質層458(図6)が早く分離しすぎることを防止するような方法で、プライ担持体450(図6)の張力を感知し管理することもできる。

0023

形成システム500(図6)は、プライ担持体450(図6)と物質層458(図6)を形成ツール220上に合わせて圧縮するプロセス中に、またプライ担持体450を形成ツール220(図6)から剥離する間に、ストンピングシステム300(図6)と張力管理と協働して動作することができる。幾つかの例において、形成システム500は一対の形成ビーム502(図6)を含みうる。形成ビーム502を、一又は複数の形成アクチュエータによって、翼弦フレーム280(図6)に動作可能に結合させることができる。例えば、形成ビーム502を各Z´軸とY軸に沿って位置決めするように構成することができる形成Z´アクチュエータ504と形成Yアクチュエータ514(図6)によって、各形成ビーム502の各端部を翼弦フレーム280に結合させることができる。形成システム500はまた、各形成ビーム502に装着された形成モジュール520(図6)のアレイを含むこともできる。各形成モジュール520は、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に合わせるプロセスの間、ノーズピース552(図6)を操作するための垂直力シリンダー532(図6)と側方力シリンダー540(図6)とを含みうる。各形成モジュール520の垂直力シリンダー532と側方力シリンダー540を、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236(図12)に合わせるプロセスの間、ノーズピース552によってプライ担持体450に対して印加された圧密圧力を感知して、各ノーズピース552の圧密圧力を既定範囲内に維持するように構成することができる。

0024

図7に、ストリンガ形成装置200をそれに沿って移動させることができる少なくとも1つのストリンガ形成レーン202を有するストリンガ形成装置200の一例を示す。各ストリンガ形成レーン202は、形成ツール220を装着することができるツールテーブル246を含みうる。ツールテーブル246は、複合プライを連続的なレイアップしてストリンガを形成するところにおいて、ストリンガ形成装置200の移動を案内するためのカーレール204を含みうる。例えば、工程のあるモードにおいて、ストリンガ形成装置200を、形成ツール220(図6)の端部等、形成レーン202に沿った第1の翼長部位に位置決めすることができる。予め装備された材料(例:織又は単向性プリプレグ複合プライ)のコース(図示せず)を、プライ担持体450(図6)の下面452(図20)に取り付けることができる。プライ担持体450の側部454(図20)を、張力管理システム400の張力アーム414に取り付けることができる。ストンピングシステム300(図6)、張力管理システム400、及び形成システム500(図6)を協働する形で動作させて、プライ担持体450を第1の翼長部位において形成ツール220(図6)に合わせることができ、その後、コース460(図6)を形成ツール220に残してプライ担持体450を剥離することができる。空のプライ担持体450を張力管理システム400の張力アーム414(図6)から取り外すことができ、コース460を含む新たなプライ担持体450を張力アーム414に取り付けることができる。

0025

ストリンガ形成装置200(図7)を、ストリンガ形成レーン202に沿って次の翼長部位に移動させることができ、材料の第2のコースと材料の第1のコースの端部と端部を接続して形成ツール220に適用することができる。このプロセスを繰り返して、形成ツール220(図6)の所望の長さに沿って一連のコース460(図6)の端部と端部を接続してレイアップすることができる。上述したような方法で、ストリンガの所望のプライ積層順序が完了するまで事前にレイアップされたプライの上に追加するプライを適用することができる。レイアップが完了した後に、完成したレイアップを形成ツール220から取り外して、硬化及び/又は組立てて、完成したストリンガを形成することができる。図7に、単一のストリンガ形成レーン202を示したが、任意の数のストリンガ形成レーン202を提供することができる。例えば、複数のブレードストリンガ122(図2)形成レーン202と、複数のハット型ストリンガ124(図48)形成レーン202を同じ場所で動作させることができる。

0026

図8に、形成ツール220に沿って異なる翼長部位における一連の個別のコース460(図6)の連続的な適用を行いやすくするために、一対のカーレール204に沿って移動可能に適合された形成カー260として構成されたストリンガ形成装置200の一例を示す。形成ツール220を任意の長さで提供することができる。例えば、航空機の翼において、ストリンガ用の形成ツール220は、最大130フィート又はそれ以上の長さを有しうる。図8では、カーレール204は、形成ツール220を支持するツールテーブル246に装着されている。しかしながら、カーレール204を工場の床又は別の面に装着することができる。上述したように、形成ツール220を、T字状の断面を有するブレードストリンガ122を形成するためのブレード形成ツール222として構成することができる。別の例としては、形成ツール220を、ハット型の断面を有するハット型ストリンガ124を形成するためのハット型ツール224として構成することができる。しかしながら、形成ツール220を非限定的に、様々な代替的断面形状のうちの任意の一つで提供することができる。

0027

本開示において、ストリンガ形成装置200の様々な構成要素の構造及び動作を、直交座標系を参照しながら説明することができる。例えば、図8〜9において、X方向をツールテーブル246の長さ方向として示すことができる。上述したように、ストリンガ形成装置200はX方向に沿って移動可能である。Y方向を、ツールテーブル246の幅を横切る側方230として示すことができる。個別の形成ビーム502(図6)は、Y軸に沿って移動可能である。Z方向は、X−Y平面に対して垂直であるとして示すことができる。翼弦フレーム280の各端部を、Z方向に沿って個別に移動させることができる。

0028

図8において、ストリンガ形成装置200は、翼弦フレーム280を支持するためのフレームアセンブリ262を含みうる。フレームアセンブリ262を、平行カーレール204等のトラックシステムに装着することができる。しかしながら、図示していない実施形態においては、ストリンガ形成装置200は固定されている、又は移動不能であってよく、工場の床又は別の移動不能なフィーチャに結合させることができる。本開示においては、フレームアセンブリ262は、対向している対の端部フレーム264を有しうる。端部フレーム264の各端部フレームは、カーレール204上に支持されうるフレーム脚部268で終端しうるフレーム脚部266を有しうる。翼弦フレーム280の各端部を、端部フレーム264に結合させることができる。ストリンガ形成装置200には、電気装置、スイッチ、配線、相互接続及びその他の構成要素を収容するための、一又は複数の電気容器270が含まれ得る。ストリンガ形成装置200には、端部フレーム264と翼弦フレーム280の構成要素との間に延在している電気配線を支持するための、一又は複数のケーブル担持体296が含まれ得る。空気圧シリンダーとアクチュエータのための空気タンク272等の追加の装置も、翼弦フレーム280に装着させることができる。

0029

図9は、翼弦フレーム280をフレームアセンブリ262の端部フレーム264に結合させうる例を示す、ストリンガ形成装置200の側面図である。翼弦フレーム280には、翼弦フレーム280の長さ方向に沿って延在している一対の側面ビーム282が含まれ得る。ストリンガ形成装置200の本例では、図19で最もよくわかるように、側面ビーム282は、側面ビーム282間に延在している端部ビーム284によって相互接続されうる。端部ビーム284は、翼弦フレーム280の対向している端部に位置づけされうる。側面ビーム282を、一又は複数のクロスビーム286(図15)によって相互接続させることもできる。クロスビーム286は、端部ビーム284と平行するように配向されていてよく、側面ビーム282間に延在していてよい。図示した例において、クロスビーム286を側面ビーム282の上部に装着させることができる。

0030

図9〜10を参照する。図9〜10において、翼弦フレーム280の各端部を一対の翼弦フレーム案内レール294によって端部フレーム264に結合させることができ、一対の翼弦フレーム案内レール294により、Z軸に沿った翼弦フレーム280の端部の滑動的な動きが可能になりうる。一対のZアクチュエータ288(例:サーボモータ)を、各端部フレーム264に結合させることができる。各Zアクチュエータ288は、端部フレーム264に装着されたZアクチュエータ案内レール290に沿って移動可能でありうる。各Zアクチュエータ288を、フレームリンク292によって翼弦フレーム280に結合させることができる。翼弦フレーム280の各端部のZアクチュエータ288を同期した形で、別々に動作させて、Z方向に沿った翼弦フレーム280の各端部の垂直位置を調節することができる。Zアクチュエータ288を差動させることにより、ツールテーブル246の上面に対する翼弦フレーム280のピッチ角Bを調整することが可能になりうる。例えば、Zアクチュエータ288を調節して、翼弦フレーム280のピッチ角Bを、端部フレーム264間の所定の部位(例:中央点)の形成ツール220の翼長曲率228の局部接線(図示せず)に対しておおむね平行するように配向することができる。

0031

図11は、カーレール204に装着された端部フレーム264を示すストリンガ形成装置200の端面図である。図示したフレーム脚部266は、ツールテーブル246に支持された形成ツール220をまたいでいる。また、翼弦フレーム280の端部の垂直位置を調節している時に、Zアクチュエータ288の垂直の動きを案内するためのZアクチュエータ案内レール290も示す。形成ツール220の上で張力アーム414によって支持されているプライ担持体450を示す。プライ担持体450の上に位置決めされているのは、中央に位置づけされたストンピング脚部310のアレイの反対側のノーズピース552の左側及び右側のアレイである。

0032

図12〜14は、ブレードストリンガ122(図2)の形成において実装可能な形成ツール220の一例の断面図である。形成ツール220はツールテーブル246(図11)に装着され、カーレール204との間に位置づけされる。形成ツール220は、形成プロセスの間、プライ担持体450(図11)を形成ツール220に締付けするための中央データム234を有する。形成ツール220はまた、左側のストリンガの半片108と右側のストリンガの半片108をレイアップするためのツールの輪郭236も有する。レイアップが完了した後で、左側と右側のストリンガの半片108を形成ツール220から取り外して組み立てて、図2〜5に示し、上述したように、完成したブレードストリンガ122を形成することができる。

0033

図12では、形成ツール220の上部の中央データム234の反対側のフランジの輪郭238は、形成ツール220の側面のウェブの輪郭240に対して垂直に配向されている。フランジの輪郭238は、形成ツール220の長さに沿って延在しうる、平坦で水平に配向された中央データム234によって分離されている。中央データム234が、形成ツール220上に平坦な領域を提供し、この領域においてストンピング脚部310のアレイ(図11)がプライ担持体450(図11)を形成ツール220に締付けしうるため、有利である。これに関しては、中央データム234は、形成ツール220の指標付けフィーチャとして機能する。

0034

図13に、形成ツール220に沿って別の翼長部位にある形成ツールの輪郭236を示す。フランジの輪郭238は、形成ツール220の反対側の垂直ウェブの輪郭240に対して非垂直のフランジ角118に配向されている。図14に、図13に示すフランジ角118よりも大きいフランジ角118を有する、形成ツール220に沿って別の翼長部位にある形成ツールの輪郭236を示す上述したように、形成ツール220は、異なる形成ツールの輪郭236の内の様々な任意の輪郭のものを提供することができ、図12〜14に示すブレード形成ツール222に限定されない。例えば、形成ツール220を、下に更に詳しく説明するように、ハット型の構成を有するハット型ストリンガ124(図48)を形成するためのハット型形成ツール224(図47)として構成することができる。

0035

図15は、翼弦フレーム280に組み立てられたストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500の斜視図である。翼弦フレーム280に装着されたシステムの向き及び動きは、X´軸(Xダッシュ記号)、Y´軸(Yダッシュ記号)、及びZ´軸(Zダッシュ記号)の観点で説明することができる。X´軸を、形成ビーム502の長さに沿って延在するものとして示すことができる。Y´軸は、X´軸に対して垂直に配向されており、翼弦フレーム280の端部ビーム284及び/又はクロスビーム286の向きとして示すことができる。Z´軸は、X´−Y´平面に垂直に配向されている。張力管理システム400の張力アーム414、形成システム500の形成ビーム502は、Z´軸に沿って移動するものとして示すことができる。

0036

図16は、翼弦フレーム280に組み立てられたストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500の上面図である。図面において、ストンピングシステム300は、翼弦フレーム280の端部ビーム284の間に延在しうる中央に位置づけされたストンピングビーム302を含みうる。張力管理システム400は、翼弦フレーム280の側部に平行するように配向された平行する一対の張力アーム414を含みうる。形成システム500は、翼弦フレーム280の中央ストンピングビーム302と側面ビーム282との間にそれぞれ位置づけされる平行する一対の形成ビーム502を含みうる。中央ストンピングビーム302の反対側の各形成ビーム502に装着された形成モジュール520のアレイを示す。

0037

図17は、翼弦フレーム280に装着されたストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500の側面図である。ストンピングビームアクチュエータ304は、ストンピングビーム302の対向している端部に位置づけすることができる。同様に、形成システム500の形成Z´アクチュエータ504と形成Yアクチュエータ514を、形成ビーム502の対向している端部に位置づけすることができる。形成モジュール520のアレイを、各形成ビーム502の長さに沿って均一に配分することができる。張力管理システム400のアクチュエータ406、410(図18)とカウンターバランスシリンダー408、412(図18)は、翼弦フレーム280の対向している端部に位置づけすることができる。

0038

図18は、一対の張力アーム414の動きを制御するためのアクチュエータ406、410とカウンターバランスシリンダー408、412のセットを示す、張力管理システム400の端面図である。張力アーム414は、翼弦フレーム280の対向している側面に沿って延在し、垂直に移動可能、あるいは旋回点420を中心として角度をつけて回転可能(例:旋回可能)でありうる。上述したように、各張力アーム414は、他の張力アーム414とは関係なく移動可能である。しかしながら、張力アーム414を同期した状態で動作させて、形成ツール220(図11)に対してプライ担持体450(図11)を支持し位置決めすることができる。加えて、プライ担持体450の側方張力462(図33)を既定範囲内に維持するように、張力アーム414を構成することができる。上述したように、プライ担持体450を、複合材料のコース460等の物質層458(図6)を支持するように構成することができる。幾つかの例において、物質層458を、プライ担持体450の下面452に開放可能に付着させることができる。

0039

図19は、対の内の他方の張力アーム414と同様に構成及び動作可能な、張力管理システム400の張力アーム414の内の一方の一例の斜視図である。上述したように、各張力アーム414は、アクチュエータとカウンターバランスシリンダーのセットを含みうる。各張力アーム414は、プライ担持体450の側部454に沿って延在しているストレッチャーレール456(図33〜42)を支持するように構成された張力ビーム416を含みうる。張力アーム414は、張力ビーム416の各対向している端部から側方に延在している一対の旋回アーム418として組み立てることができる。

0040

図20は、張力管理システム400の端面図である。張力アーム414の各端部は、翼弦280に張力アーム414を結合させることができ、翼弦フレーム280に対する張力アーム414の垂直位置を制御することができる張力アーム垂直位置アクチュエータ406を含むことができる。一例において、各張力アーム垂直位置アクチュエータ406を、張力アーム装着ブラケット404によって翼弦フレーム280の端部ビーム284に装着することができる。張力アーム支持ブラケット402を、張力アーム垂直位置アクチュエータ406に結合させることができる。電子機械アクチュエータ(例:サーボモータ)として示したが、張力アーム垂直位置アクチュエータ406を、翼弦フレーム280に対する張力アーム414の垂直移動を促進するいかなる構成でも提供することが可能である。一例では、張力アーム垂直位置アクチュエータ406は、翼弦フレーム280に対して張力アーム414を垂直に位置決めするボールネジアクチュエータでありうる。

0041

図20では、回転位置アクチュエータ410を各旋回アーム418に結合させることができる。各張力アーム414の対の回転位置アクチュエータ410を協働する形で動作させて、旋回アーム418を旋回点420を中心として回転させて、翼弦フレーム280に対する旋回アーム418の角度位置を調節することができる。垂直カウンターバランスシリンダー408を、各張力アーム支持ブラケット402に装着することができる。垂直に移動している間、各張力アーム414の垂直カウンターバランスシリンダー408を協働する形で動作させて、張力アーム414の質量の釣り合いを取り、プライ担持体450の側方張力462(図33)を感知し既定範囲内に維持することができる。

0042

加えて、一又は複数の回転カウンターバランスシリンダー412を、各張力アーム支持ブラケット402(図20)に装着することができる。張力アームが旋回している間、各張力アーム414の回転カウンターバランスシリンダー412(図20)を、張力アーム414(図20)の質量の釣り合いを取るように動作させることができる。このように、カウンターバランスシリンダー408、412(図20)により、垂直及び回転位置アクチュエータ406、410(図20)が、プライ担持体450と物質層458(図20)を形成ツール220(図11)上に形成し圧縮するプロセスの間、及びプライ担持体450(図20)を剥離するプロセスの間、プライ担持体450内の側方張力462(図33)を感知し既定範囲内に維持することが可能になる。垂直位置アクチュエータ406と垂直カウンターバランスシリンダー408が動作している時は、回転位置アクチュエータ410と回転カウンターバランスシリンダー412は動作していない(又は、回転位置アクチュエータ410と回転カウンターバランスシリンダー412が動作している時は、垂直位置アクチュエータ406と垂直カウンターバランスシリンダー408は動作していない)ため、垂直位置アクチュエータ406は、回転位置アクチュエータ410から影響を受けずに、プライ担持体450の側方の力を正確に感知することができる。

0043

ブレード形成ツール222(図8)にレイアップされた炭素繊維の単向性プライ材料のコースの側方張力462(図33)の大きさの一例においては、張力管理システム400を、側方張力462を感知してプライ担持体450(図20)の側部454(図11)に沿って約0.2〜0.8ポンドリニアインチ(pli)、より好ましくは約0.5pliの範囲内に維持するように構成することができる。60インチの長さを有するプライ担持体450においては、各張力アーム414(図20)の側方張力462の総計の大きさは約30ポンド(例:0.5psi×60インチ)であってよい。当然ながら、側方張力462の大きさは、コース460(図20)を形成する材料システム、プライ担持体450を形成する材料、形成ツール220(図11)の形状、プライ担持体450の側方幅、及びその他の因子によって変わりうる。

0044

図21は、プライ担持体450(図11)と物質層458(図11)を形成ツール220(図11)上に締付けするように構成されたストンピングシステム300の一例の斜視図である。図22は、ストンピングシステム300の側面図である。ストンピングビーム302は、翼弦フレーム280の対向している端部ビーム284の間に延在しうる。ストンピングビーム端部ブラケット306を、ストンピングビーム302の各端部に装着することができる。各ストンピングビーム端部ブラケット306を、ストンピングビームアクチュエータ304に結合させることができる。ストンピングビームアクチュエータブラケット308を、ストンピングビームアクチュエータ304に動作可能に結合させることができる。図示した例では、ストンピングビームアクチュエータ304を、電気サーボモータとして構成することができる。しかしながら、ストンピングビームアクチュエータ304を、空気式アクチュエータ電気機械アクチュエータ、又はその他何らかのアクチュエータの構成又はこれらの組み合わせとして提供することができる。ストンピングビームアクチュエータ304は協働する形で、ストンピングビーム302をZ´軸に沿って移動させて、ストンピングビーム302を翼弦フレーム280に対して位置決めするように動作することができる。

0045

図23は、ストンピングビーム302によって支持されているストンピング脚部アクチュエータ312のアレイの斜視図である。図示した例においては、ストンピングビームアクチュエータ304(図22)を、ストンピングビーム302の下側に装着することができる。各ストンピング脚部アクチュエータ312を、位置のフィードバックで案内される空気式シリンダー314として構成することができる。各ストンピング脚部310は、空気式シリンダー314の延長及び引込方向によって規定されるZ´´軸(Zのダブルダッシュ記号)に沿って移動することができる。各ストンピング脚部アクチュエータ312の動作可能な端部は、ストンピング脚部310を受けるチャネルを有するストンピングセグメント316を含みうる。一又は複数のストンピング脚部310はオプションとして、プライ担持体450(図11)を形成ツール220(図11)に締付けしている間、プライ担持体450を真空補助により保持するための真空プレナムを含みうる。図示した例において、柔軟なストンピングストリップ318は、複数のストンピングセグメント316にわたって延在しうる。ストンピングストリップ318は、形成ツール220の翼長曲率228(図10)に合うように構成された連続的なストリップでありうる。ストンピングストリップ318は、各ストンピング脚部310によって形成ツール220に対してプライ担持体450に加わる点荷重を配分しうる。

0046

下にさらに詳細に示すように、ストンピングビームアクチュエータ304(図22)は、プライ担持体450(図11)と物質層458(図11)を、形成ツール220(図11)の中央データム234(図12)上に締め付けするように動作可能でありうる。ストンピングビームアクチュエータ304は、プライ担持体450の側方位置をロックすることにより、形成プロセスの間、形成ツール220に対するプライ担持体450の側方の移動を防止することができる。下に更に詳しく記載するように、一又は複数のストンピング脚部アクチュエータ312(図22)は、形成ツール220に最初に締め付けしている間、ストンピング脚部310の形成ツール220との接触を感知する位置センサを含みうる。

0047

図24〜27に、形成モジュール520の平行アレイ520を使用して、プライ担持体450(図11)と物質層458(図11)を形成し、形成ツール220(図11)に対して圧縮させる形成システム500の一例を示す。各形成モジュール520は、ノーズピースを駆動させることができる。この件に関し、形成システム500は、同期した形で、形成ツール220の輪郭に沿って側方230にスイープして、プライ担持体450と物質層458とを形成ツールの輪郭236に合わせるように別々に動作しうるノーズピース552の平行アレイを提供する。加えて、形成モジュール520は、物質層458を基板上に圧縮させるためにノーズピース552(図29)によって加えられる圧密圧力の大きさを感知し制御しうる。本発明において、基板は形成ツール220、又は事前にレイアップされた物質層458のいずれかとして記載することができる。

0048

図25〜26は、翼弦フレーム280(図33)に支持されうる形成システム500のそれぞれ上面図及び側面図である。上述したように、形成システム500は、形成モジュール520のアレイ(図6)を形成ツール220に近接して位置決めするために、翼弦フレーム280に対して同期した形で移動可能でありうる一対の形成ビーム502を含みうる。各形成ビーム502を、翼弦フレーム280に移動可能に結合させることができる。

0049

図示した例では、各形成ビーム502(図25)の対向している端部とおおよその中央点を、各部位においてZ´案内ブラケット508によって翼弦フレーム280(図33)の各クロスビーム286(図25)に結合させることができる。Z´スライダブラケット512(図25)を、各Z´案内ブラケットと共に含まれ得るZ´案内レール510(図25)に垂直に滑動可能に嵌合させることで、Z´軸に沿って形成ビーム502が動くことが可能になりうる。各Z´スライダブラケット512はまた、クロスビームレール518(図26)に滑動可能に嵌合させることもでき、クロスビームレール518(図26)をクロスビーム286の下側に装着して、形成ビーム502のY´軸に沿った動きを可能にすることができる。

0050

形成ビーム502(図26)の端部はそれぞれ、形成Z´アクチュエータ504(図26)を含みうる。形成Z´アクチュエータブラケット506(図26)は、Z´スライダブラケット512(図26)を形成Z´アクチュエータ504に結合させて、翼弦フレーム280(図18)に対しZ´方向に沿って形成ビーム502を駆動させることができる。各形成ビーム502の各端部はまた、形成Yアクチュエータブラケット516(図26)を介して、Z´スライダブラケット512に動作可能に結合させることができる形成Yアクチュエータ514(図26)も含みうる。形成Yアクチュエータ514は、翼弦フレーム280に対しY方向に沿って形成ビーム502を移動させることができる。形成Z´アクチュエータ504と形成Yアクチュエータ514を協働する形で、形成ビーム502を形成ツール220(図14)に対して位置決めするように動作させることができる。

0051

図27は、形成システム500の形成ビーム502に装着された形成モジュール520の一例を示す、形成システム500の端面図である。形成モジュール520は、プライ担持体450と物質層458を形成ツール220に合わせるプロセスの間、ノーズピース552を形成ツール220(図11)に対して位置決めするために、Z´´(Zのダブルダッシュ記号)方向に沿って移動可能でありうる。形成モジュール520はまた、合わせるプロセスの間に、Y´(Yダッシュ記号)方向に沿ってノーズピース552を移動させるようにも動作可能である。

0052

図28に、形成モジュール520の一例を示す。上述したように、形成モジュール520のアレイを、各形成ビーム502(図27)に装着させることができる。各形成モジュール520は、プライ担持体450(図11)と物質層458(例:複合材料のコース460)(図11)をツールの輪郭236(図12)又は事前に適用された物質層458(図11)に合わせ圧縮するように駆動可能であるノーズピース552(図29)を含みうる。図示した例では、形成モジュール520は、モジュール装着ブラケット524によって形成ビーム502に結合された形成モジュールフレーム522を含みうる。モジュール装着ブラケット524を、形成ビーム502、例えば形成ビーム502の下側等に留めることができる。モジュール装着ブラケット524は、垂直力シリンダー532によって駆動された時に、形成ビーム502に対して形成モジュール520の(例:Z´´軸に沿った)垂直の動きを案内するために、形成モジュールフレーム522の形成モジュール案内レール526に滑動可能に嵌合させることができるモジュール装着スライダブラケット528を含みうる。図27〜31に示すZ´´軸は垂直に配向されているが、形成モジュール520を、Z´´軸がわずかに垂直からずれる、あるいは非垂直になるように形成ビーム502に装着することが可能である。

0053

この件に関しては、各形成モジュール520(図28)は、形成プロセスの間に、形成ツール220(図11)に対するノーズピース552(図29)の垂直位置及び/又は側方位置を制御するための、一又は複数の形成モジュール機構又はアクチュエータ530(図27)を含みうる。加えて、ノーズピース552の垂直位置及び/又は側方位置を制御するための一又は複数の機構には、ノーズピース552によって、形成ツール220に対してプライ担持体450(図11)上に印加された圧密圧力を感知し、動的に変更する機能が含まれ得る。

0054

ブレードストリンガを形成するための、図8〜31、及び33〜42に示す形成装置200の例において、ノーズピース552(図29)の垂直位置及び/又は側方位置を制御するための形成モジュール機構又はアクチュエータ530(図27)には、各形成モジュール520(図28)用の垂直力シリンダー532(図28)と側方力シリンダー540(図28)とが含まれ得る。幾つかの例では、垂直力シリンダー532及び/又は側方力シリンダー540は、空気タンク272(図8)によって供給されうる空気圧を介して動作する空気圧シリンダーでありうる。垂直力シリンダー532を形成モジュールフレーム522(図28)に装着させることができ、電気サーボ位置制御装置を介した位置のフィードバックを含みうる。垂直力シリンダー532は、上述したように、Z´´(Zのダブルダッシュ記号)方向に沿った形成モジュール520と取り付けられたノーズピース552の位置及び動きを制御することができる。Z´´ダッシュ記号方向は、垂直力シリンダー532から延長可能で引込可能な垂直シリンダロッド534(図28)の駆動方向に平行しうる。図30〜31にそれぞれ、引込位置(図30)と延長位置(図31)にある垂直力シリンダー532を有する形成モジュール520を示す。

0055

垂直力シリンダー532(図28)には、垂直シリンダーロッドの位置をロックするための機構が含まれ得る。例えば、垂直力シリンダー532には、命令で形成モジュール520(図28)とノーズピース552(図29)の垂直位置をロックするための、垂直シリンダーロッドロック536(図28)が含まれ得る。加えて、垂直力シリンダー532には、形成プロセスの間にノーズピース552によってプライ担持体450(図11)に印加された圧密圧力を感知するための位置フィードバックが含まれ得る。位置フィードバックにより、垂直力シリンダー532がノーズピース552の圧密圧力を既定範囲内に維持することが可能になりうる。

0056

側方力シリンダー540(図28)は、形成モジュール520(図28)の側方力機構538(図28)の一部でありうる。側方力シリンダー540は、形成ツール220(図11)に対するノーズピース552(図29)の側方の動きを制御することができる。側方力シリンダー540を形成モジュールフレーム522(図28)に装着することができ、位置フィードバック(例:電気サーボの位置制御装置)を含みうる。側方力機構538は、側方力シリンダー540からの側方力ロッドの延長及び引込を制御することによって、Y´方向に沿ってノーズピース552の位置及び動きを制御することができる。Y´方向は、形成モジュールと共に含まれうる一又は複数のノーズピースレール548(図28)の長さ方向の配向に対して平行しうる。

0057

図28〜31に、形成モジュール520、例えば形成モジュールフレーム522の下側等に装着された一対のノーズピースレール548を示す。ノーズピーススライダブラケット546は、ノーズピースレール548に滑動可能に嵌合し、装着されうる。ノーズピーススライダブラケット546は、側方力シリンダー540から延在している側方シリンダーロッド542を延長する、また引き込むことによって、ノーズピースレール548に沿って側方に移動可能でありうる。連結具544により、側方シリンダーロッド542をノーズピーススライダブラケット546に結合させることができ、側方シリンダーロッド542の線形(例:垂直)の動きを、ノーズピーススライダブラケット546の側方の動きに変換することができる。図29は、側方力シリンダー540を側方に滑動可能なノーズピースに内部接続させている連結具544を示すために、側面プレートが除去された形成モジュール520の側面図である。ノーズピーススライダブラケット546は、ノーズピースチャネルセグメント550を含みうる。ノーズピースチャネルセグメント550は、ノーズピースを支持するように構成されうる。

0058

図示した例において、ノーズピースチャネルセグメント550は、ノーズピースチャネルセグメント550(図30)とノーズピース552(図30)がたわんで、形成ツール220(図11)の局部輪郭、並びに翼長の凹凸曲率に合うようにするスロットを含みうる。一例において、ノーズピース552は、最小約3000インチ以下の凹部半径128(図2)から最大約5800インチ以上の凸部半径までの範囲の翼長曲率228に合うように構成されうる。しかしながら、ノーズピース552を、50インチ未満の曲率の凸部半径に合うように構成することができる。幾つかの例では、ノーズピース552を、形成ツール220の10インチの長さ以内で少なくとも0.030インチ以上の形成ツールの輪郭の局所的な変化に合うように構成することができる。ノーズピース552がプライ担持体450と物質層458とを、単一のコース460の長さに沿って形成ツール220の凹部の翼長曲率と凸部の翼長曲率の両方に合わせることができるように、ストリンガ形成装置200を構成することができる。

0059

形成モジュール520のアレイ(図30)により、隣接するノーズピース552間の間隙が比較的小さい、端と端が接しているノーズピース552のアレイ(図30)が得られるように、ノーズピース552をサイズ調整し、構成することができる。ノーズピース552は非限定的に、多種多様な異なるサイズ、形状及び構成のうちのいずれかのサイズ、形状及び構成で提供されうる。図示した例では、ノーズピース552は空洞でありうる。しかしながら、ノーズピース552を固形化された要素として形成することができる。ノーズピース552は、プライ担持体450(図33)上に既定範囲内の圧密圧力を正確に加えることができる材料で形成することができる。ノーズピース552の外面は、ノーズピース552が、形成プロセス中に低い摩擦抵抗でプライ担持体450に沿って滑動することができるように、例えばポリマー材料(例:NylonTM)等の低摩擦材料で形成することができる。

0060

図32は、ストリンガをレイアップする方法600に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。本明細書に開示されているように、ストリンガ形成装置200(図11)を使用して一又は複数の工程を実施することができる。方法600には、プライ担持体450に物質層458(例:複合材料のコース460)を装置することが含まれうる。例えば、物質層458を、プライ担持体450の下面452に開放可能に付着させることによって、物質層458(図33)をプライ担持体450(図33)の下面452(図33)に適用することができる。プライ担持体450は、プライ担持体450の側部454(図33)を、張力管理システム400の張力アーム414に取り付けることによって、ストリンガ形成装置200に入れることができる。プライ担持体450の対向している端部は自由で支持されていなくてよい。

0061

方法600のステップ602には、プライ担持体450に物質層458を結合させて、形成ツール220の上にプライ担持体450を位置決めすることが含まれうる。図33は、プライ担持体450交換位置におけるストリンガ形成装置200(図11)の一例の端面図である。図33に、プライ担持体450を形成ツール220上に形成するプロセスを開始する前、それぞれの初期位置にある張力管理システム400、ストンピングシステム300、及び形成システム500を示す。張力管理システム400の張力アーム414は、プライ担持体450の側部454を形成ツール220の上で支持する。翼弦フレーム280(図33)を最も高い部位に位置決めすることができ、ツールテーブル246の上面に平行するように配向させることができる。張力アーム414も最も高い部位にあってよく、プライ担持体450が全体的に平面になり、ツールテーブル246の上面に対して平行に配向されるように配向させることができる。

0062

ストンピング脚部310のアレイの各ストンピング脚部アクチュエータ312(図33)を完全に延長させることができ、ストンピングビーム302(図33)を最も高い部位まで引き込むことができる。上記の配置では、各ストンピング脚部310(図33)を完全に上に、全体的に平面のプライ担持体450(図33)とは接触しないように位置決めすることができる。ストンピング脚部真空システムがある場合には、最初は駆動させないままでよい。各形成ビーム502(例:左側の形成ビームと右側の形成ビーム)(図31)を、翼弦フレーム280(図33)に対して最も高い部位に位置決めすることができ、またY軸に沿ってインボード側の限界に(例:ストンピングビーム302の最も近いところに)位置決めすることもできる。左側と右側の形成ビーム502上のアレイの内の各形成モジュール520(図29)の垂直シリンダーロッド534(図30)は、垂直力シリンダー532(例:空気圧)(図30)の中に完全に引き込むことが可能である。加えて、各側方力シリンダー540の側方シリンダーロッド542(図29)は、各ノーズピース552(図29)がインボード側の限界に来るように完全に延長させることができる。

0063

方法600のステップ604には、コース又は物質層によってカバーされるべき形成ツール220(図11)の一部の局所的な翼弦角(図示せず)を補完するようにプライ担持体450(図11)のピッチ角B(図10)を調節することが含まれうる。ピッチ角Bを調節するステップには、翼弦フレーム280(図33)の一方又は両方の端部の少なくとも1つのZアクチュエータ288(図11)を駆動させて、Zアクチュエータ288の駆動に応じて、形成ツール220に対する翼弦フレーム280のピッチ角を調節することが含まれうる。ピッチ角Bを、翼弦フレーム280の各端部にオプションとして位置づけすることができる一又は複数の光センサ(図示せず)によって感知することができる。各端部の光センサによって放射される光ビーム割れるまで、翼弦フレーム280を下げることができる。幾つかの例においては、プライ担持体450が形成ツール220の中央データム234の約6インチ上になるまで、翼弦フレーム280を下げることができる。

0064

方法600のステップ606には、プライ担持体450の長さ方向の中央部分が、形成ツール220の長さ方向の曲率に合うように、形成ツール220上にプライ担持体450をストンピングすることが含まれうる。ストンピングするステップには、ストンピング脚部310のアレイが形成ツール220と接触し、プライ担持体450を形成ツール220に締付けすることにより、形成ツール220に対してプライ担持体450の側方位置をロックするまで、少なくとも1つのストンピングビームアクチュエータ304を使用して、翼弦フレーム280に対してストンピングビーム302を垂直に移動させることが含まれうる。より具体的には、図34を参照すると、ステップ606には、各ストンピング脚部アクチュエータ312(例:空気圧シリンダー)を延長させ、ストンピングビームアクチュエータ304を駆動して、ストンピング脚部310がプライ担持体450の上部と接触するまでストンピングビーム302を下げることによって、プライ担持体450を予め成形することが含まれうる。

0065

真空が供給される場合、プライ担持体450(図34)がストンピング脚部310のアレイ(図34)と真空結合されるように、プライ担持体450の中央線指標づけを確立する手段としてストンピング真空をかけることができる。ストンピングビームアクチュエータ304(図22)は、各ストンピング脚部アクチュエータ312の位置フィードバックが、ストンピング脚部310が形成ツール220(図34)の中央データム234(図34)と接触したことを示すまでストンピングビーム302を下げ続けることにより、形成ツール220に対してプライ担持体450を捕捉することができる。ストンピング脚部アクチュエータ312(図34)に連続的に加圧することができ、最初に完全に延長させておくことができる。各ストンピング脚部アクチュエータ312の位置センサは、ストンピング脚部310が形成ツール220と接触したことを感知することができる。プライ担持体450が形成ツール220上に完全に締付けされたことが示されたら、ストンピング脚部310の真空を停止することができる。

0066

プライ担持体450(図34)の中央線がストンピング脚部310(図34)によって形成ツール220(図34)の中央指標づけと接触するように操作された時に、張力管理システム400(図34)の張力アームを回転させて、ストンピング脚部310が下向きに移動することによって引き起こされた張力を緩めることができる。この件に関し、上述した張力管理システム400の垂直及び回転位置アクチュエータ406、410(図20)と、垂直及び回転カウンターバランスシリンダー408、412(図20)が協働して、アクチュエータ406、410がプライ担持体450の両側の側方張力462(図34)を感知し既定範囲内に維持することにより、プライ担持体450と物質層458(図20)がたるんで形成ツール220と接触するのを防止し、しかもストンピング脚部310がプライ担持体450を形成ツール220上に締付けすることができるほど十分なたるみも得ることができるようになる。

0067

アレイの内の最後のストンピング脚部アクチュエータ312が形成ツール220と接触(又は事前に適用された物質層458と接触)した時に、最後のストンピング脚部アクチュエータ312の位置センサが信号をストンピングビームアクチュエータ304(図22)へ送って、ストンピングビーム302の垂直の移動を停止させることができる。プライ担持体450が形成ツール220上でストンピングされると、プライ担持体450の両側が、中央指標づけに締付けされたところ以外の任意の部位において形成ツール220と接触することを防止するプライ担持体角Cに配向される。図34に示す配置では、プライ担持体450の両面を、水平に対して約20〜25度のプライ担持体角Cに配向させることができる。図35に、形成ツール220に対してプライ担持体450を捕捉しているストンピング脚部310を示す。

0068

方法600のステップ608は、プライ担持体450(図35)と取り付けられた物質層458(図35)とを形成ツールの輪郭236(図35)に合わせることを含み得る。合わせるステップには、ノーズピース552の左側と右側のアレイ(図34)を、形成ツール220(図35)を横切っておおむねインボードからアウトボード方向に側方にスイープすることと、ノーズピース552をスイープしている間、プライ担持体450と物質層458(例:コース460)を形成ツール220に対して圧縮することとが含まれ得る。プライ担持体450の圧縮は、形成モジュール520のアレイを使用して、ノーズピース552のアレイを移動させることによって行うことができる。幾つかの例においては、プライ担持体450を形成ツール220に形成するプロセスの間、形成モジュール520の左側と右側のアレイ(図30)を別々にではあるが、同時に動作させることができる。形成プロセスの間、翼弦フレーム280(図33)とストンピングビーム302(図35)は、前のステップと同じ位置に維持されうる。形成Z´アクチュエータ504(図11)を使用して、形成ビーム502(図30)の両方を翼弦フレーム280に対して(例えば約2インチ)下げることができる。形成Yアクチュエータ514(図27)を使用して、形成ビーム502を側方に移動させ、ノーズピース552のアレイをフランジの輪郭238のインボードエッジの上の、中央データム234の両側に位置決めすることができる。各ノーズピース552(例えば、ノーズピーススライダブラケット546)がインボード側の限界に来るように、各側方力シリンダー540の側方シリンダーロッド542(図29)を完全に延長したままにすることができる。ノーズピース552がプライ担持体450に接触して、物質層458(図35)を中央データム234の両側において形成ツール220に対して圧縮させるまで、垂直シリンダーロッド534を垂直力シリンダー532の外へ延長させることができる。

0069

図36に、フランジ形成プロセスの開始を示す。フランジ形成プロセスの開始において、中央データム234の左側及び右側のノーズピース552を反対方向に側方にスイープして、プライ担持体450をブレード形成ツール222(図11)の対向している側面においてフランジの輪郭238に対して合わせる。翼弦フレーム280(図33)及びストンピング脚部310は、前のステップと同じ位置に維持されうる。各形成ビーム502を、前のステップと同じZ´位置に維持することもできる。形成Yアクチュエータ514は、各形成ビーム502(図30)を側方にアウトボード側に移動し、ノーズピース552を中央データム234の両側においてプライ担持体450を横切って側方に引っぱることができる。形成モジュール520の垂直力シリンダー532(例:空気圧)は、各ノーズピース552が、形成ツール220の両側のフランジの輪郭238とウェブの輪郭240の接点の半径242(図38)遷移点に到達するまで、形成ツール220のフランジの輪郭238を受動的フォロー(follow)しうる。

0070

方法600のステップ610には、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236(図36)に合わせる間、プライ担持体450(図36)へのノーズピース552(図36)の圧密圧力を感知し既定範囲内に維持することが含まれ得る。上述したように、各形成モジュール520の垂直力シリンダー532(図30)と側方力シリンダー540(図28)の位置フィードバックにより、形成プロセスの間、ノーズピース552によってプライ担持体450上へ印加されている圧密圧力を感知することができる。位置フィードバックにより、垂直力シリンダー532と側方力シリンダー540がノーズピース552の圧密圧力を既定範囲内に維持することが可能になりうる。

0071

図37は、フランジ形成プロセスの終わりのストリンガ形成装置200(図18)の端面図である。フランジ形成プロセスの終わりでは、形成ツール220の左側及び右側のノーズピース552が形成ツール220の対向している側面のそれぞれの半径242に到達している。この件に関しては、各形成モジュール520(図30)のZ´´位置とY位置をフランジ形成プロセスの間、監視することができる。Z´´位置(例:デルタZ´´´)の変化、及びY位置(例:デルタY)の変化が互いに等しい時に、半径242を感知することができる。形成ツール220の所定の側のアレイの最後のノーズピース552が半径242遷移点に到達すると、そのアレイのYの動きが停止しうる。垂直力シリンダー532のシリンダーロッドロック536(図28)を駆動させることによって、Z´´の動きも止めることができる。プライ担持体450を形成ツール220に形成するプロセスの間、形成ツール220の両側のプライ担持体450の側方幅は、物質層458が形成ツール220に付着する、又は前に適用された物質層458に付着するにつれ、縮小する。図37に示すように、プライ担持体450の両側を、水平に対して上向きのプライ担持体角Cに配向させることができる。この件に関し、プライ担持体450の両側の側方張力462の方向は、側方又はわずかに上向きであってよい。プライ担持体450を、形成ツール220の両側のフランジの輪郭238に対して形成するプロセスの間、張力アーム414が旋回点420を中心として下向きに回転して、プライ担持体450の張力を緩めることができる。

0072

図38は、プライ担持体450の下向きの移動の開始、及びウェブ形成プロセスの開始における、ストリンガ形成装置200(図11)の端面図である。図38において、翼弦フレーム280(図33)、ストンピング脚部310のアレイ、形成モジュール520(図28)、及び形成ビーム502(図30)は、前のステップと同じ位置を維持している。全てのノーズピース552が半径242遷移点に到達した後で、張力アーム414が下向きに、水平に対して既定のプライ担持体角Cまで回転しうる。図示した例では、形成ツール220の両側のプライ担持体450は、水平に対して下向きのプライ担持体角Cに配向されうる。プライ担持体450の両側の側方張力462が既定の最小値に到達するまで、張力アーム414は張力アーム414の個別のZ´軸上を下向きに、垂直に移動されうる。プライ担持体角Cが下向きに配向されると、側方張力462のベクトルもおおむね下向きに配向されうる。

0073

方法600のステップ612には、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236(図38)に合わせるプロセスの間、プライ担持体450(図38)の側方張力462(図38)を感知して既定範囲内に維持することが含まれ得る。上述したように、張力管理システム400(図38)は、プライ担持体450をフランジの輪郭238(図38)とウェブの輪郭240に合わせる時に、プライ担持体450の側方張力462を制御することにより、プライ担持体450と物質層458が、ノーズピース552が物質層458を形成ツール220と合わせている部位以外のところで物質層458(図38)の形成ツール220(図38)との接触が防止されるほど物質層458(図38)が十分に張るようになり、また、ノーズピース552が物質層458に所望の量の圧密圧力を印加して形成ツール220、あるいは前に適用された物質層458に物質層458を付着させることが可能であるほど十分に緩くなるように構成される。本明細書に開示されるストリンガ形成装置200では、プライ担持体450の側方張力462を感知し維持するステップには、対の張力アーム414(図38)を使用してプライ担持体450の側部454(図38)を支持することが含まれ得る。本方法は更に、一又は複数のアクチュエータ、例えば成上述した垂直位置アクチュエータ406(図18)及び回転位置アクチュエータ410を使用して、形成ツールに対して各張力アーム414の垂直位置及び/又は角度位置を調節することを含みうる。

0074

本方法は追加的に、一又は複数のカウンターバランスシリンダー408、412(図18)を使用して、張力アーム414が垂直及び/又は角度方向に動いている間、各張力アーム414(図38)の質量の釣り合いをとることが含まれ得る。例えば、垂直カウンターバランスシリンダー408は、垂直位置アクチュエータ406(図18)に対して張力アーム414の質量のバランスを取ることができる。回転カウンターバランスシリンダー412は、回転位置アクチュエータ410(図18)に対して張力アーム414の質量のバランスを取ることができる。本方法は追加的に、アクチュエータを使用して、張力アーム414の質量(例:慣性)が原因で力のない張力アーム414への力を感知することと、アクチュエータを使用して、プライ担持体450(図38)の側方張力462(図38)が既定範囲内に維持されるように、張力アーム414の垂直及び/又は角度位置を調節することとを含みうる。上述したプライ担持体450の側方張力462を感知し維持するプロセスは、連続的に、又はプライ担持体450を形成ツールの輪郭236(図38)に合わせるプロセスの間の一又は複数の時点で行うことができる。プライ担持体450の側方張力462を感知し維持するプロセスはまた、プライ担持体450を形成ツール220(図38)から剥離している時に行うことも可能である。プライ担持体450の張力を形成中に管理して、物質層458(図38)にひだや皺が形成されないようにすることができる。張力アーム414の位置を制御して、プライ担持体450の両側のプライ担持体角Cを制御することができる。この件に関しては、物質層458の一又は複数の部分のプライ担持体450からの中途半端な分離が防止されるように、張力アーム414の位置と、結果的なプライ担持体角Cを制御することができる。

0075

図39は、形成ツール220の対向している端部においてプライ担持体450(図38)と物質層458とをウェブの輪郭240に対して形成するプロセスを示す、ストリンガ形成装置200(図11)の端面図である。翼弦フレーム280(図33)、ストンピング脚部310のアレイ、及び形成モジュール520(図28)は、前のステップと同じ位置を維持することができる。張力アーム414は、形成ツール220の両側で一定の張力アーム414角を維持するように位置決めすることができる。ノーズピース552が形成ツール220のウェブの輪郭240に沿ってスイープされた時に、各形成モジュール520のYの運動機能及びZ´´の運動機能を、Z´及びY´軸が形成ビーム502と形成モジュール520の運動に関して作動するように停止させることができる。張力管理システム400もまた、ノーズピース552がウェブの輪郭240に沿ってスイープされた時に、Z´軸に沿って作動しうる。

0076

形成ビーム502(図30)を(例えば、形成Z´アクチュエータ504を介して)駆動して、形成モジュール520のそれぞれのアレイを、形成ツール220の各側面上のウェブの輪郭240の長さに少なくとも沿ったZ´方向に沿って移動させることができる。形成ツール220の両側のノーズピース552のアレイがウェブの輪郭240に対して圧縮されると、各形成ビーム502の形成Yアクチュエータ514(図27)がロックされ得、各形成モジュール520側方力シリンダー540(例:空気圧シリンダー)は側方のウェブの輪郭240のいかなる変化もフォローすることができる。ノーズピース552(図29)がウェブの輪郭240に沿って下向きに移動するにつれプライ担持体450の両側側方幅が縮小すると、プライ担持体450の両側の側方張力462は各張力アーム414を下向きに旋回させることにより緩めることができる。上述したように、形成ツール220の両側においてプライ担持体450をフランジの輪郭238及びウェブの輪郭240に対して形成するプロセスの間、形成モジュール520が、ノーズピース552の圧密圧力を継続的に感知する一方で、張力管理システム400は、プライ担持体450の両側の側方圧力を継続的に感知することができる。圧密圧力の範囲は、材料システム、形成ツール220に適用されるコース460(図6)の繊維配向(例:0度、45度、90度繊維角)、及びその他の因子によって変化しうる。

0077

本方法600のステップ614には、物質層458(図39)が形成ツール220に残るように、形成ツール220(図39)からプライ担持体450(図38)を剥離することが含まれ得る。ノーズピース552(図39)がウェブの輪郭240(図39)の底部に到達したら、形成Z´アクチュエータ504の最大ストロークが達成されうると言える。プライ担持体450を形成ツール220から剥離するプロセスの準備において、各形成モジュール520の側方力シリンダー540を引き込むことができ、これによりノーズピース552のアレイがプライ担持体450との接触から引き離される。あるいは、ノーズピース552は、低下した又はわずかな圧密圧力でプライ担持体450と接触したままであってよく、形成Z´アクチュエータ504(図26)が方向を逆転させ、形成モジュール520を上向きに移動させて、形成ツール220の両側においてウェブの輪郭240とフランジの輪郭238からプライ担持体450を強制的に剥離することができる。

0078

剥離プロセスの間、翼弦フレーム280(図33)は、前のステップと同じ位置を維持することができる。形成ビーム502(図26)をZ´方向に完全に引き込むことができる。各垂直力シリンダー532(図28)のシリンダーロッドロック536(図28)を停止させることができ、各垂直シリンダーロッド534(図28)を垂直力シリンダー532の中に完全に引き込むことができる。形成ビーム502を、最大限のインボード側のY位置まで戻すことができる。加えて、ストンピング脚部310(図39)のアレイを、ストンピング脚部アクチュエータ312(図39)の軸と共に完全に引き込むことができる。

0079

図40は、ウェブの輪郭240から剥離させた後に、形成ツール220の両側のフランジの輪郭238からの剥離を開始したところのプライ担持体450を示すストリンガ形成装置200の端面図である。図41に、プライ担持体450が形成ツール220のフランジの輪郭238から剥離される時の張力アーム414の上向きの更なる移動を示す。幾つかの例では、剥離ステップの間中、水平に対して一定のプライ担持体角Cを維持するように張力アーム414を位置決めすることができる。その他の例では、プライ担持体450が形成ツール220から剥離される時にプライ担持体角Cが変化しうる。張力アーム垂直位置アクチュエータ406(図6)を駆動して、完全に引き込まれたZ´位置まで上向きに張力アーム414を垂直に移動させることで、プライ担持体450がウェブの輪郭240の残りの部分から剥離されうる。

0080

図42に、プライ担持体450(図41)が形成ツール220から剥離された後に、張力管理システム400、ストンピングシステム300、及び形成システム500(図30)がそれぞれの初期位置にある、ストリンガ形成装置200(図11)を示す。張力アーム414がそれらのZ´の方向に引き込まれた後で、翼弦フレーム280(図33)が回転して水平に対して0度のピッチ角Bまで戻りうる。翼弦フレーム280が回転して水平の向きに戻ると、形成ツール220のフランジの輪郭238(図41)上の低い点からプライ担持体450の剥離が始まりうる。翼弦フレーム280はZ方向に沿ってその最大の高さまで上がることができ、こうして、プライ担持体450を形成ツール220(図34)から剥離するプロセスが完了しうる。各張力アーム414は、0度の回転角度まで戻ることができ、これにより、ストンピングビーム302、張力管理システム400、及び形成システム500が図33に示し、上述したように、担持体の交換位置に来ることができる。ストリンガ形成装置200は、形成ツール220に沿って次の翼長位置206(図7)までカーレール204に沿って移動しうる。空のプライ担持体450を張力アームから取り外して、新たな物質層458(図41)を支持しているプライ担持体450と交換することができる。プライ担持体450をストンピングする、合わせる、及び剥離する上述したサイクルを反復して、新たな物質層458を形成ツール220の新たな翼長位置206に適用することができる。

0081

図43〜44は、ストリンガ形成装置200(図11)をと共に使用するために実装可能な、形成ツール220(図34)の代替実施形態の断面図である。完全なストリンガ106(図3〜5)の内の第1のストリンガの半片110(例:左側の半分)と第2のストリンガの半片112(例:右側の半分)を両方レイアップするのに使用される、図33〜42のブレード形成ツール222とは異なり、図43〜33の各ブレード形成ツール222は対称的であり、一対の第1のストリンガの半片110と、一対の第2のストリンガの半片112とをレイアップするために使用可能である。例えば、図43のブレード形成ツール222を使用して、一対の第1のストリンガの半片110をレイアップすることができる。図44のブレード形成ツール222を使用して、一対の第2のストリンガの半片112をレイアップすることができる。

0082

図45〜46は、第1のストリンガの半片110と第2のストリンガの半片112からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガ122チャージ(charge)の断面図である。図45に、図43の形成ツール220にレイアップされた第1のストリンガの半片110と、図44の形成ツール220にレイアップされた第2のストリンガの半片112から組み立てられたブレードストリンガ122を示す。図46に、図43の形成ツール220にレイアップされた第1のストリンガの半片110と、図44の形成ツール220にレイアップされた第2のストリンガの半片112から組み立てられたブレードストリンガ122を示す。図43〜33の各形成ツール220には、航空機100(図1)の左右の翼104(図1)の翼外板の曲率に対応する翼長曲率228(図10)が含まれうる。この件に関しては、図45及び46のブレードストリンガ106が左右の翼104にそれぞれ対応しうる、又はその逆もしかりである。

0083

図47は、ハット型形成ツール224の断面図である。図48は、本明細書に開示されているハット型形成ツール224とストリンガ形成装置200(図8)とを使用してレイアップすることができるハット型ストリンガ124の断面図である。上述したように、ハット型ストリンガ124は、キャップ126と、対応する対のフランジ116まで延在している一対のウェブ120を含むハット型の断面を有しうる。ハット型ストリンガ124をレイアップするプロセスは、ブレードストリンガ122(図45)を置くために上述したプロセスと同様のやり方で行うことができる。

0084

図49は、ハット型形成ツール224の翼長セグメントにハット型ストリンガ124を形成する背景において説明したストリンガ形成装置200の更なる一例の斜視図である。図49のストリンガ形成装置200は、上述した図8のストリンガ形成装置200と同様のやり方で動作することができる。図49のストリンガ形成装置200を、複合プライを連続的にレイアップしてハット型ストリンガ124を形成するようにストリンガ形成装置200を案内するために、ハット型形成ツール224のカーレール204に沿って移動しうる形成カー260(図7)として構成することができる。しかしながら、ストリンガ形成装置200も固定することが可能である。

0085

図49のストリンガ形成装置200には、張力管理システム400、ストンピングシステム300、及び形成システム500を支持するための翼弦フレーム280が含まれうる。図49の翼弦フレーム280は、図49の翼弦フレーム280が対向している対の端部ビーム284によって相互接続されうる平行する対の側面ビーム282を含みうることにおいて、図15の翼弦フレームと同様でありうる。翼弦フレーム280には、ストンピングビーム302を支持するための一又は複数のクロスビーム286が含まれうる。図示した例において、翼弦フレーム280は、Aフレームクロスビーム286の先端にストンピングビーム302を支持するためのAフレーム構成を形成する角度をなした部分からなる一対のクロスビーム286を含む。しかしながら、クロスビーム286は、図15に示すようなまっすぐな構成を含む任意の構成で提供することができる。図49には示していないが、翼弦フレーム280は、ストリンガ形成装置200の対向している端部の一対の端部フレーム264によって支持されうる。上述したように、翼弦フレーム280の垂直位置及びピッチ角Bを調節して、ハット型形成ツール224の翼長曲率の局部接線に合わせるために翼弦フレーム280を別々に移動させるため、端部フレーム264にZアクチュエータ288を装着することができる。

0086

図50は、ハット型形成ツール224の上に吊り下げられたストリンガ形成装置200を示す、図49の線50に沿って切り取ったストリンガ形成装置200の端面図である。上述したように、端部フレーム264のフレーム脚部266(例:図11参照)はハット型形成ツール224をまたいでいてよく、カーレール204に移動可能に結合されうる。下に更に詳細に説明するように、ストリンガ形成装置200には、物質層458をハット型形成ツール224に適用している間、プライ担持体450を支持するための張力管理システム400が含まれうる。例えば複合プライ等の物質層(図示せず)を、プライ担持体450の下面452に装置することができる。翼弦フレーム280の側面ビーム282によって支持されたAフレームクロスビーム286によって支持されているストンピングビーム302を示す。

0087

ストンピングビーム302は、ストンピングシステム300の一部であり、図21〜23に関して上述したものである。ストンピングシステム300には、ストンピングビーム302に動作可能に結合され、協働する形で駆動されて、物質層458をハット型形成ツール224に合わせるプロセスの間、プライ担持体450と物質層458をハット型形成ツール224に締付けしうるストンピング脚部アクチュエータ312のアレイが含まれうる。ストンピングビーム302は、翼弦フレーム280の対向している端部ビーム284の間に延在しうる。ストンピングビーム302が翼弦フレーム280に対して垂直に移動可能である、図21のストンピングシステム300とは対照的に、図49〜50に示すストンピングビーム302は、Aフレームクロスビーム286を用いて翼弦フレーム280に堅く又は動かないように結合されうる。ストンピングビーム302の垂直方向の位置決めは、Zアクチュエータ288を使用して翼弦フレーム280を全体的に移動させて、ストンピングビーム302をハット型形成ツール224に対して位置決めすることによって達成されうる。

0088

図50では、ストリンガ形成装置200には、中央に位置づけされたストンピング脚部310のアレイの対向している側面のノーズピース552の左側及び右側のアレイが含まれうる。ノーズピース552は、形成モジュール520のアレイの一部である。形成モジュール520を、ストンピングビーム302のそれぞれ対向している側面上の一対の形成ビーム502に装着することができる。形成モジュール520の各アレイを、各形成ビーム502の長さに沿って均等に配分することができ、プライ担持体450と物質層458を形成ツールの輪郭236に合わせるプロセスの間、ハット型形成ツールの輪郭236に対してプライ担持体450に圧密圧力を印加するように構成されうる。ストンピングビーム302の両側において、各形成ビーム502は、Aフレームクロスビーム286の角度がついた部分に沿って個別に移動可能でありうる。Aフレームクロスビーム286のそれぞれの角度の付いた部分には、形成ビーム502がアクチュエータブラケットを介して滑動可能に結合されうるクロスビームレール518が含まれうる。各形成ビーム502のクロスビームアクチュエータ519は、同期した形で動作して、ストンピングビーム302の両側のAフレームクロスビーム286の角度のついた部分に沿った形成ビーム502の動きを制御することができる。

0089

各形成モジュール520には、形成モジュールアクチュエータ530が含まれうる。ストンピングビーム302の両側の形成モジュールアクチュエータ530のアレイは、Aフレームクロスビーム286の角度がついた部分の向きに対して垂直(例:90度)の方向に沿ってノーズピース552の位置を制御するように動作しうる。しかしながら、形成モジュールアクチュエータ530は、Aフレームクロスビーム286の角度がついた部分の向きに対して90度以外の方向に沿って、ノーズピース552の位置を制御するように構成されうる。下に更に詳しく説明するように、クロスビームアクチュエータ519と形成モジュールアクチュエータ530とは協働する形で、プライ担持体450と物質層458とを形成ツールの輪郭236に合わせるプロセスの間、ハット型形成ツール224の輪郭に沿ってノーズピース552を側方にスイープさせるように動作することができる。幾つかの実施形態では、形成モジュール520は、プライ担持体450を形成ツールの輪郭236に合わせるプロセスの間、動的フィードバックを介してノーズピース552によってプライ担持体450上に印加される圧密圧力の大きさを感知し制御する機能を有するアクチュエータを含みうる。しかしながら、その他の実施形態では、クロスビームアクチュエータ519と形成モジュールアクチュエータ530とは圧密圧力を感知する機能がなくてよく、形成ツール224に対するばね荷重又はノーズピース552の付勢によりノーズピース552が形成ツール224に対してプライ担持体450上に圧密圧力を印加しながら形成ツールの輪郭236を受動的にフォローするように、ノーズピース552の動きを予めプログラミングしておくことができる。更に別の実施形態では、クロスビームアクチュエータ519と形成モジュールアクチュエータ530とを、ノーズピース552が側方にスイープしている間にノーズピース552の速度を変化させて、形成ツール220の形状にプライ担持体450と物質層458とを合わせることが最適化されるように構成することができる。ノーズピース552が能動的モードで動作している(例えば、アクチュエータ519及び/又は530が圧密圧力を感知している)時、及び/又はノーズピース552が受動的モードで動作している(例えばアクチュエータ519及び/又はアクチュエータ530が圧密圧力を感知する機能がない)時、ノーズピース552の速度を変化させることができる。

0090

図51は、図49のストリンガ形成装置200の張力管理システム400の一例の斜視図である。張力管理システム400は、プライ担持体450の側部を支持するように構成された一対の張力アーム414が含みうる。各張力アーム414は、張力ビーム416と、張力ビーム416の対向している端部から側方に延在している一対の旋回アーム418とを備えうる。各旋回アーム418は、翼弦フレーム280の各端部において張力アーム支持ブラケット402上の旋回点420おいて回転可能に支持されうる。各張力アーム414の対向している各端部の垂直位置アクチュエータ410によって張力アーム414が翼弦フレーム280に対して垂直に移動可能である、図18〜20の張力管理システム400とは対照的に、張力アーム支持ブラケット402を翼弦フレーム280に堅く、又は動かないように結合させることができる。

0091

図52は、各張力アーム414の各端部に回転位置アクチュエータ410と、回転カウンターバランスシリンダー412とをそれぞれ有する対の張力アーム414を示す、図51の線52に沿って切り取った断面図である。各張力アーム414は、プライ担持体450の側部に沿って延在しているストレッチャーレール456を支持するように構成された張力ビーム416を含みうる。例えば複合材料のプライ等の物質層458を、プライ担持体450の下面452に開放可能に付着させることができる。本明細書に開示されているストリンガ形成装置200の任意の実施形態において、プライ担持体450の側部454の内の1つを支持しているストレッチャーレール456を張力ビーム416に固定して取り付ける(例えば、指標づけされたハードストップ(hard−stop))ことができ、プライ担持体450の反対側の側部454を支持している残りの張力ビーム416にばね荷重をかけて、プライ担持体450の製造幅の変動、及び/又は時間経過によるプライ担持体450の摩耗(例えばわずかな側方の伸び)、及び/又はストリンガ形成装置200の摩耗が原因で発生しうるプライ担持体450のたるみをストレッチャーレール456により引き締めることが可能になる。プライ担持体450のたるみを引き締めるためにストレッチャーレール456にバネが位置づけされた機能を提供することにより、形成ツール220上のレイアップに移送される物質層458の正確な相対的部位が可能になりうる。張力アーム414の動きに関しては、各張力アーム414は、一又は複数の回転位置アクチュエータ410を使用して旋回点420を中心として回転可能であってよい。旋回点420は、張力アーム支持ブラケット402に含まれうる。幾つかの例では、各張力アーム支持ブラケット402はストンピングビーム302からある角度をなして下向きに延在しうる。

0092

各張力アーム414の対向している端部の回転位置アクチュエータ410は、プライ担持体450をハット型形成ツール224に形成するプロセスの間、ハット型形成ツール224に対する張力アーム414の位置決めを制御しうる。ハット型形成ツール224に対する張力アーム414の位置ぎめは、Zアクチュエータ288(図8)を使用して翼弦フレーム280を全体的に垂直に移動させることによっても支援可能である。図33〜42に関して上述したように、各張力アーム414の回転カウンターバランスシリンダー412は、張力アーム414の質量の釣り合いを取ることができ、これにより、プライ担持体450と物質層458とを形成ツール224上に形成するプロセスの間、及びプライ担持体450を形成ツール224から剥離するプロセスの間、回転位置アクチュエータ410がプライ担持体450の側方張力462を正確に感知して、既定範囲内に維持することが可能になる。

0093

図53〜58に、プライ担持体450と物質層458とをハット型形成ツール224に合わせて、合わせるプロセスが完了した後に、プライ担持体450をハット型形成ツール224から剥離するプロセスの一連の工程を示す。一連の工程には、ストンピングシステム300、張力管理システム400、及び形成システム500の構成要素の協働的な動作が伴いうる。図53〜58の工程の順序を、物質層をハット型形成ツールに形成することを背景に説明したが、工程の順序は、非限定的に、物質層を任意の構成の形成ツールに形成するために実行することができる。

0094

図53に、プライ担持体450をハット型形成ツール224上に形成するプロセスの開始前に、それぞれの初期位置にある翼弦フレーム280、張力管理システム400、ストンピングシステム300、及びノーズピース552を示す、ハット型ストリンガ124を形成するための上述したストリンガ形成装置200の端面図を示す。回転位置アクチュエータ410を駆動して、プライ担持体450がおおむね平面であり、ハット型形成ツール224のツールテーブル246におおむね平行して配向されるように、形成ビーム502を配向することができる。上述したように、翼弦フレーム280の各端部のZアクチュエータ288(図8)を駆動して、プライ担持体450が形成ツール224の局部接線(図示せず)におおむね平行するように、翼弦フレーム280のピッチ角Bを調節することができる。翼弦フレーム280を、プライ担持体450がハット型形成ツール224のキャップの輪郭244の何インチか上になるまで下げることができる。ストンピング脚部アクチュエータ312を引き込むことができ、ストンピング脚部310を、プライ担持体450の上に、おおむね平面のプライ担持体450と接触しないように位置決めすることができる。ストンピングビーム302の反対側の形成ビーム502を、ストンピングビーム302のインボード側の限界に位置決めすることができる。加えて、ノーズピース552がプライ担持体450のすぐ上に位置決めされ、プライ担持体450と接触しないように、各形成モジュール520の形成アクチュエータを引き込むことができる。

0095

図54は、ストンピング脚部310がハット型形成ツール224のキャップの輪郭244上でプライ担持体450をストンピングするように、ストンピング脚部アクチュエータ312が延長され、翼弦フレーム280が下がったところを示す、図53のストリンガ形成装置200の端面図である。上述したように、ストンピングシステム300は、最後のストンピング脚部アクチュエータ312がいつ形成ツール224と接触したかの表示を提供するための、ストンピング脚部アクチュエータ312の一又は複数の位置センサを含みうる。この件に関し、最後のストンピング脚部アクチュエータ312は、Zアクチュエータ288へ信号を送って、翼弦フレーム280が垂直に下がるのを止めることができる。プライ担持体450を形成ツール224上に締付けすることにより、プライ担持体450の側方位置をロックすることができ、ハット型形成ツール224のキャップの輪郭244に対して物質層458を圧縮することもできる。ストンピング脚部アクチュエータ312によって、形成ツール224にプライ担持体450が締付けされると、形成モジュールアクチュエータ530が延長されて、ストンピング脚部310の反対側の形成ツール224に対してプライ担持体450とノーズピース552が接触しうる。

0096

ストンピングするステップの間、張力管理システム400の回転カウンターバランスシリンダー412が張力アーム414の質量の釣り合いを取ることができ、これにより、回転位置アクチュエータ410が、プライ担持体450の両側の側方張力462を感知し、既定範囲内に維持することが可能になる。加えて、回転位置アクチュエータ410は、プライ担持体450の形成ツール224への接触を防止するためにプライ担持体450の両側のプライ担持体角Cを制御するように動作可能である。図示した例において、プライ担持体450の両側を、水平に対して比較的浅いプライ担持体角C(例:15度未満)に配向させることができる。

0097

図55は、ノーズピース552によりキャップの輪郭244の両側の半径242の周囲にプライ担持体450を形成した後の、図53のストリンガ形成装置200の端面図である。上述したように、形成モジュールアクチュエータ530とクロスビームアクチュエータ519が協働して、ノーズピース552のアレイが形成ツールの輪郭236に対してプライ担持体450を側方にスイープするように、ストンピングビーム302の両側の形成モジュールアクチュエータ530のアレイを移動させることができる。上述したように、形成ツール224の輪郭をフォローして、これにより、ノーズピース552が形成ツールの輪郭236に対してプライ担持体450上に圧密圧力を受動的に印加するように、形成モジュールアクチュエータ530を予めプログラミングしておくことができる。別の実施形態では、一又は複数の形成モジュールアクチュエータ530は、プライ担持体450上へのノーズピース552の圧密圧力を感知する機能を含みうる。例えば、一又は複数の形成モジュールアクチュエータ530は、形成モジュールアクチュエータ530がノーズピース552への力を感知し、ノーズピース552の圧密圧力を既定範囲内に維持するために形成モジュールアクチュエータを調節することを可能にする位置フィードバックを含みうる。一例において、形成モジュールアクチュエータ530は、上述した垂直力シリンダー532と同様に構成されうる。

0098

図55に、ノーズピース552がハット型形成ツール224の両側の内径にプライ担持体450を合わせているところを示す。張力アーム414の旋回点420は、図54と同じ垂直位置に維持することができ、回転位置アクチュエータ410は、張力アーム414を下向きに回転させて、側方張力462を既定範囲内に維持することができる。加えて、回転位置アクチュエータ410は、張力アーム414の位置を制御して、プライ担持体450の両側の形成ツールの輪郭236への接触が防止されるように、プライ担持体450の角度Cを制御することができる。

0099

図56は、ノーズピース552がハット型形成ツール224の反対側のフランジの輪郭238にプライ担持体450を形成した後の、図53のストリンガ形成装置200の端面図である。張力アーム414の旋回点420は、図55と同じ垂直位置に維持することができ、回転位置アクチュエータ410は、物質層458が形成ツール224に、又は前に適用された物質層458に付着して、形成ツール224の両側のプライ担持体450の側方幅が減少するように、張力アーム414を下向きに回転させることができる。加えて、張力アーム414を、プライ担持体450の両側が水平に対して上向きのプライ担持体角Cに配向され、これにより、プライ担持体450の両側の側方張力462がわずかに上向きになるように、旋回点420を中心として旋回させることができる。

0100

回転カウンターバランスシリンダー412は、回転位置アクチュエータ410が側方張力462を既定の最小値を上回るように維持して、プライ担持体450に十分な側方張力462が維持されない場合に起こりうる物質層458のひだ又は皺の形成が回避されるように、回転位置アクチュエータ410の張力アーム414の質量の釣り合いを取ることができるため、有用である。加えて、回転位置アクチュエータ410は、側方張力462を既定の最大値を下回るように維持して、過剰な側方張力462がプライ担持体450にかかった場合に起こりうる、物質層458のプライ担持体450からの早すぎる分離を防止することができる。上述したように、プライ担持体への側方圧力の範囲は、物質システム、形成ツールに適用されている複合層の繊維配向、及び他の因子によって変化しうる。

0101

図57は、物質層458が形成ツール224上に残るように、形成ツール224からプライ担持体450を剥離しているところを示す、図53のストリンガ形成装置200の端面図である。図から分かるように、ノーズピース552のアレイは、例えば形成モジュールアクチュエータ530を引き込むこと等によって、形成ツール224から引き込まれうる。加えて、翼弦フレーム280を、Zアクチュエータ288(図8)を駆動させること等によって垂直に上向きに移動させることにより、ストンピング脚部310が形成ツール224のキャップの輪郭244から締付けを解除し、垂直に上向きに移動させることができる。翼弦フレーム280が上向きに移動するのと同時に、形成ツール224の両側の張力アーム414を下向きに回転させることにより、プライ担持体450をハット型形成ツール224から剥離させて、物質層458を形成ツール224に残すことができる。上述したように、回転位置アクチュエータ410は、張力アーム414を位置決めして、プライ担持体を剥離するプロセスの間、プライ担持体450の両側の側方張力462を既定範囲内に維持して、物質層458を形成ツール224から引っ張りうる過剰な側方張力462を回避することができる。加えて、プライ担持体450が剥離されているその部位に対してプライ担持体450が垂直に配向されている場合に起こりうるように、形成ツール224から物質層458が引っ張られないようにするために、剥離プロセスの最中にプライ担持体450の両側が既定のプライ担持体角Cに維持されるように張力アーム414の位置を制御することができる。

0102

図58は、ハット型ツール224から剥離された後のプライ担持体450を示す、図53のストリンガ形成装置200の端面図である。張力アーム414を回転させて、図53に示す位置まで戻すことができる。翼弦フレーム280を持ち上げて、形成ツール224との空間距離を得ることができる。加えて、翼弦フレーム280を回転させて、水平に対して0度のピッチ角Bまで戻して、プライ担持体450を担持体交換位置に配置することができる。ストリンガ形成装置200を形成ツール224に沿って次の翼長位置まで移動させることができ、空のプライ担持体450を張力アーム414から取り外して、新たな物質層458を支持している新たなプライ担持体450と交換することができる。上述したプロセスを繰り返して、新たな物質層458を形成ツール224の新たな翼長位置に適用することができる。

0103

ストリンガ形成装置200(図8及び49)及び方法の上述した例は、高いコスト効率で、また人の介入を最小限に抑えながら、比較的長さが長い形成ツール220(図34及び53)の上に一又は複数の物質層又は複合プライを自動的にレイアップする手段を有利に提供する。加えて、ストリンガ形成装置200及び方法により、高い生産率で、また高い精度及び整合性で、ストリンガ(図45)及びハット型ストリンガ(図48)を含む任意の構成のストリンガを形成することが可能になりうる。ストリンガ形成装置200は、幅広い種類の形成ツール形状に適合可能であり、ブレード形成ツール(図34)及びハット型形成ツール(図53)に限定されない。更に、ストリンガ形成装置200は、翼長方向226に沿った、及び/又は形成ツール220の側方230に沿った輪郭の変化に対応しうる。

0104

更に、本発明は下記の条項による実施形態を含む。

0105

条項1.形成ツール上に物質層を形成するための装置であって、
プライ担持体を形成ツールの輪郭の上へ側方にスイープするように構成された少なくとも1つのノーズピースと、
その下面に装置された物質層を有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成中に、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成中に、前記プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成されている一又は複数のアクチュエータと
を備える。

0106

条項2.張力アームのアクチュエータは、張力アームの内の少なくとも1つを移動させて、プライ担持体の側方張力を感知するように動作しうる張力アーム垂直位置アクチュエータ
を含む、条項1に記載の装置。

0107

条項3.張力アーム垂直位置アクチュエータが、プライ担持体の側方張力を感知し、既定範囲内に維持することができるように、移動中に張力アームの質量の釣り合いを取るように動作可能な垂直カウンターバランスシリンダー
を更に含む、条項2に記載の装置。

0108

条項4.張力アームのアクチュエータが、張力アームの角度位置を調節して、プライ担持体の側方張力を感知するように動作可能な回転位置アクチュエータ
を含む、条項1に記載の装置。

0109

条項5.回転位置アクチュエータが、プライ担持体の側方張力を感知し、既定範囲内に維持することができるように、旋回中に、張力アームの質量の釣り合いを取るように動作可能な回転カウンターバランスシリンダー
の内の少なくとも1つを更に含む、条項4に記載の装置。

0110

条項6.対向している端部を有し、張力アームを支持している翼弦フレームと、
形成ツールに対して翼弦フレームのピッチ角を調節するように動作可能な、翼弦フレームの各端部の一又は複数のZアクチュエータと
を更に含む、条項1に記載の装置。

0111

条項7.プライ担持体を形成ツールに締め付けするように動作可能な、少なくとも1つのストンピング脚部アクチュエータ
を更に含む、条項1に記載の装置。

0112

条項8.翼弦フレームに結合され、ストンピング脚部アクチュエータを支持しているストンピングビームと、ストンピングビームを翼弦フレームに対して垂直に位置決めするように構成された少なくとも1つのストンピングビームアクチュエータと
を更に含む、条項5に記載の装置。

0113

条項9.形成ツールに沿ってスイープして、プライ担持体と物質層とを形成ツールの輪郭に合わせるように構成された少なくとも1つのノーズピース
を更に含む、条項1に記載の装置。

0114

条項10.ノーズピースによってプライ担持体上に対して印加された圧密圧力を感知し制御するように構成された一又は複数の形成モジュールアクチュエータ
を更に含む、条項6に記載の装置。

0115

条項11.翼弦フレームに結合され、各々ノーズピースを有する形成モジュールのアレイを支持している一対の形成ビームと、
各形成ビームの各対向している端部にあり、形成ビームを翼弦フレームに対して移動させるように構成された一対の形成Z´アクチュエータと一対の形成Yアクチュエータと
を更に含む、条項9に記載の装置。

0116

条項12.プライ担持体が、形成ツールの側方に沿ってよりも、長さ方向に沿って高い弾性を有する、条項1に記載の装置。

0117

条項13.形成ツールに複合材料のコースをレイアップするためのストリンガ形成装置であって、
その上に装置されたコースを有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームと、
形成ツールの輪郭に形成中に、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成された一又は複数のアクチュエータと
を含む、張力管理システムと、
プライ担持体を形成ツール上に締め付けするように構成されたストンピング脚部アクチュエータのアレイ
を含むストンピングシステムと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成し、ノーズピースによってプライ担持体上に対して印加された圧密圧力を感知し制御するように構成されたノーズピースを各々含む形成モジュールのアレイ
を含む形成システムと
を備える装置。

0118

条項14.物質層をレイアップする方法であって、
プライ担持体の下面に装置された物質層を有するプライ担持体を形成ツールの上に位置決めするステップと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせるステップと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせている間、プライ担持体の側方張力を既定範囲内に維持するステップと
を含む方法。

0119

条項15.プライ担持体の側方張力を維持するステップが、
一又は複数のアクチュエータによって駆動された一対の張力アームを使用して、プライ担持体を対向している側部上で支持することと、
張力アームの質量の釣り合いを取ることと、
質量の釣り合いを取った後に、張力アームに残っている力に基づいて、一又は複数のアクチュエータを使用して、プライ担持体の側方張力を感知することと、
一又は複数のアクチュエータを使用して、側方張力が既定範囲内に維持されるように、張力アームの位置を調節することと
を含む、条項8に記載の方法。

0120

条項16.プライ担持体を形成ツールから剥離する
ステップを更に含む、条項8に記載の方法。

0121

条項17.プライ担持体を剥離するステップが、
プライ担持体を剥離している間、プライ担持体の側方張力を感知して、既定範囲内に維持することを含む、条項10に記載の方法。

0122

条項18.プライ担持体を合わせるステップが、形成ツールを横切ってノーズピースを側方にスイープすることを含む、条項8に記載の方法。

0123

条項19.ノーズピースを側方にスイープするステップが、ノーズピースをスイープしている間、プライ担持体と物質層を形成ツールに対して圧縮することを含む、条項11に記載の方法。

0124

条項20.プライ担持体と物質層を圧縮するステップが、
形成モジュールアクチュエータとシリンダーの内の少なくとも1つを使用して、プライ担持体へのノーズピースの圧密圧力を感知し既定範囲内に維持すること
を含む、条項19に記載の方法。

0125

条項21.プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせる前に、プライ担持体を形成ツール上にストンピングすること
を更に含む、条項8に記載の方法。

0126

条項22.プライ担持体を位置決めするステップが、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせる前に、形成ツールの局所的な翼弦角が補完されるようにプライ担持体のピッチ角を調節すること
を含む、条項14に記載の方法。

0127

本開示の追加的な改変及び改善が、当業者には明白でありうる。ゆえに、本書で説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある特定の実施形態のみを表すことを意図しており、本開示の本質及び範囲に含まれる代替的な実施形態又は装置を限定する役割を果たすことは意図していない。

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