(57)【要約】【課題】複合構造物の均一な硬化を保証するための方法とシステムを提供すること【解決手段】複合構造物硬化システムでは、硬化すべき複合構造物に離間して近接した少なくとも１つのアレイ内に設置された複数のヒータを使用する。複数の温度センサは前記構造上の選択された位置で温度を検知するように設置される。制御システムは、前記複数の温度センサの各々からの入力を受信し、各入力に応答して前記複数のヒータの各々を制御して硬化中の前記構造の所定の温度プロフィールを確立するように構成される。【選択図】図３Ａ
2017087713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造物硬化システムであって、
硬化すべき複合構造物に離間して近接した少なくとも１つのアレイ内に設置された複数のヒータと、
前記構造物の選択された位置で温度を検知するように設置された複数の温度センサと、
前記複数の温度センサの各々からの入力を受信する制御システムであって、前記制御システムは、各入力に応答して前記複数のヒータの各々を制御して硬化中の前記構造の所定の温度プロフィールを確立するように構成された、制御システムと、
を備える、複合構造物硬化システム。
【請求項２】
前記複合構造物を受け、少なくとも１つの制御可能圧力バルブを有する、圧力チャンバをさらに備え、
前記制御システムはさらに、前記少なくとも１つの制御可能圧力バルブを制御して、硬化中の前記構造に対する所定の圧力プロフィールを確立するように構成される、
請求項１に記載の複合構造物硬化システム。
【請求項３】
前記圧力チャンバ内の前記複合構造物を囲む被覆材と前記被覆材を有する複数のシールとをさらに備え、前記少なくとも１つの制御可能圧力バルブは前記複数のシールに関連付けられた複数の制御可能圧力バルブを含む、請求項２に記載の複合構造物硬化システム。
【請求項４】
前記複数の温度センサは前記複合構造物の表面温度を検知するように設置され、前記制御システムは各温度センサの表面温度をインナ・プライ温度に変換するようにさらに構成され、前記所定の温度プロフィールはインナ・プライ温度プロフィールとして確立される、請求項１に記載の複合構造物硬化システム。
【請求項５】
前記複合構造物は複数の配置されたファイバを取り込み、前記複数の温度センサのうち少なくとも１つは、各配置されたファイバの温度を検知するための前記複数の配置されたファイバの各々に関連付けられる、請求項１に記載の複合構造物硬化システム。
【請求項６】
前記複数のヒータの前記アレイは三次元で分散される、請求項１に記載の複合構造物硬化システム。
【請求項７】
複数のヒータから熱を加えるステップと、
加えれられた熱を、複数のファイバを有する複合構造物上の複数の位置で検知するステップと、
複数の温度センサに応答して前記複数のヒータの各々への電力を制御するステップと、
を含む、複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項８】
前記複合構造物に近い所定の間隔を有する少なくとも１つのアレイ内の複数のヒータを設置するステップと、
前記複合構造物内の前記複数のファイバに関連付けられた前記複数の温度センサを設置するステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項９】
前記複合構造物内に複数の配置されたファイバを配置されるステップをさらに含み、
複数の温度センサを設置するステップは、前記配置されたファイバの１つに関連付けられた前記複数の温度センサの各々を設置するステップを含む、
請求項７に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１０】
前記複数の配置されたファイバは形状記憶合金ファイバを含み、複数の温度センサを設置するステップはさらに、関連する形状記憶合金ファイバ内の導電素子を通じて前記温度センサの各々をコントローラに接続するステップを含む、請求項９に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１１】
電力を制御するステップは、
前記複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
温度閾値が前記複数の温度センサの各々に対して維持されているかどうかを判定するステップと、
前記温度閾値が維持されていない前記複数の温度センサの各々に関連付けられたヒータに対する電力を増大させるステップと、
を含む、請求項９に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１２】
電力を制御するステップはさらに、
硬化のために温度上昇を開始するステップと、
前記複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
前記複数の温度センサの各々に対する温度閾値に到達したかどうかを判定するステップと、
前記温度閾値に到達していない前記複数の温度センサの各々に関連付けられた前記ヒータに対する電力を維持するステップと、
を含む、請求項１１に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１３】
電力を制御するステップはさらに、
滞留時間に到達したかどうかを判定するステップと、
そうである場合、
温度降下を開始するステップと、
前記複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
前記複数の温度センサの各々に対する温度減少率に到達したかどうかを判定するステップと、
前記温度減少率に到達していない前記複数の温度センサの各々に関連付けられた前記ヒータに対する電力を減少させるステップと、
を含む、請求項１２に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１４】
前記複数の温度センサの各々に対して温度カットオフに到達したかどうかを判定するステップと、
そうである場合、前記温度カットオフに到達した前記複数の温度センサの各々に関連付けられた前記ヒータに対する電力をオフにするステップと、
をさらに含む、請求項１３に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【請求項１５】
前記複数の温度センサは表面温度を検知し、さらに、前記複数の温度センサの各々により検知された前記温度をインナ・プライ温度に変換するステップを含む、請求項１０に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の諸実施形態は一般に、複合構造物の硬化の分野に関し、特に、硬化中の構造の所望の温度プロフィールを確立するために、当該構造上の選択された位置に設置された温度センサに応答して制御されるヒータのアレイを使用した方法とシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
翼、機体、制御面スキン・パネルのような複合構造物を製造している間に部品の品質を維持し危険率要件をプログラムするのは、構造がより複雑になるにつれて、進行中の課題である。一般的に使用されるオートクレーブ養生は、不均一な複合構造物上で均一な温度プロフィールを提供できないかもしれず、特定のケースでは、工場または現場の修復に対する必要に応じて温度プロフィールを変更しないかもしれない。その結果、多様な複合断面プロフィールが、実質的に同一の加熱プロフィールを受けるときに様々な速度で熱を蓄えるかもしれない。したがって、製造プロセスはフロー時間において効率的でないかもしれず、焦げた部分、または、所望の部分硬化に達しないといった問題をもたらしうる。硬化プロセス効率も影響を受ける可能性があり、可変の温度プロフィールに起因して、パネルを硬化する様々な位置での過熱が、パネルの幾つかの部分が長時間高温に到達し、当該領域が所望の硬化に達しない可能性をもたらしうる。
【０００３】
航空機、宇宙船、海軍艦艇および自動車のような製品は、何百もの別個のパネルまたは他の構造要素を含む。これらの部分の形成は、プライおよび真空被覆材の設置と、真空の被覆された部分のオートクレーブへの挿入および硬化とを含む多数のステップを有する長いプロセスであり、温度は硬化温度（〜３００度Ｆ）に増大し３時間一定に留まり徐々に低下する。例示的なプロセスでは、全体の硬化サイクルがほぼ５時間でありうる。当該温度プロフィールは、熱が複合構造パネルの隅と端に当該パネルの中心より速く入るため、および、パネルの一方の端から他方の端への構造における変動に起因して、オートクレーブ内部のパネルの様々な位置で変化しうる。硬化されているパネル内の変動は、可変数のプライおよび／または厚み、中心構成および支持構造の構成に限定されなくてもよい。さらに、大部分のプロセスでは、約９５ｐｓｉの一定の圧力がオートクレーブ内部で維持される。さらに、当て板の取付と除去が、構造を安定化するのに必要な硬度が維持されるのを保証するためにパネルに使用される。当該パネルにはストリンガを有するスキン・パネルがあるがこれには限られない。他の構造では、他種の補強具が硬化中に当該構造を安定化するために使用される。これらのステップの各々は、所望の結果を下回ることに繋がるエラーを受けうる。
【０００４】
硬化されている部分の加熱は、オーブンの前（ドア）側から後ろ側への空気流によりオートクレーブ内に熱気を再循環させることによって実現される。複合部の加熱は、コール・シートおよび工具フェース・シートを通じた伝導により行われる。当て板および工具フェース・シートの加熱は主に対流を介するものである。したがって、気流プロフィールは当該部分への熱伝達に大きな影響を及ぼすと期待される。オートクレーブ処理の気流モデリングは、空気が主に中心を通り上方および下方にシフトして流れることを示す。気流の差異と部品周りのスキン・ゲージが与えられると、温度および加熱／冷却速度は、バレルの上から下へ、および、前から後ろで異なる傾向がある。さらに、幾つかの位置は進んでおり（気温の非常に近くを辿り）、他の位置は遅れている（気温から遅れている）。一般に、直接気流に曝された薄い部分と工具は進む傾向があり、気流から離れた厚い部分と工具は遅れる傾向がある。
【０００５】
大部分の先行技術のプロセスでは、これらのステップの多くは人間の専門家により実施される。この労働集約的なプロセスは高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、進んでいる領域と遅れている領域をその温度および加熱速度と冷却速度に沿って特定する能力を有する、複合構造物の均一な硬化を保証するための方法とシステムを提供するのが望ましい。また、オートメーションを通じてコストを削減することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示した実施形態では、硬化すべき複合構造物に離間して近接した少なくとも１つのアレイ内に設置された複数のヒータを使用した複合構造物硬化システムを提供する。複数の温度センサは当該構造上の選択された位置で温度を検知するように設置される。制御システムが、当該複数の温度センサの各々からの入力を受信し、各入力に応答して当該複数のヒータの各々を制御して硬化中の当該構造の所定の温度プロフィールを確立するように構成される。
【０００８】
当該実施形態は、複数のヒータから熱が加えられる複合構造物の硬化温度を制御するための方法を可能とする。当該加えれられた熱は不均一複合構造物上の複数の位置で検知され、当該複数のヒータの各々への電力は複数の温度センサに応答して制御される。
【０００９】
説明した特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態で独立に実現でき、または、さらに他の実施形態で組み合わせてもよい。それらのさらなる詳細は、以下の説明と図面を参照して理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】１実施形態で使用するための例示的なヒータアレイの上面図である。
【図１Ｂ】アレイの三次元特徴を示す例示的なヒータアレイの側面図である。
【図２】アレイの三次元特徴を示す圧力チャンバ内部の例示的なヒータアレイの側面図である。
【図３Ａ】ファイバを組み込んだ複合材パネルと、アレイ内の個々のヒータ素子を制御するための温度センサを監視する制御システムを有する、アレイ内のファイバとヒータ素子の間の関係との略表現を示す図である。
【図３Ｂ】ファイバ内の導体を温度センサからの信号の送信に利用できる、複合材パネル内での使用のための例示的な形状記憶合金（ＳＭＡ）ファイバの断面図である。
【図３Ｃ】構造ファイバを散在させたＳＭＡファイバを有する複合構造物の上面図である。
【図４Ａ】圧力制御バルブを有する圧力チャンバの第１の例示的な構成の図である。
【図４Ｂ】複数の制御バルブを有する圧力チャンバの第２の例示的な構成の図である。
【図４Ｃ】修復のための圧力チャンバの例示的な構成の図である。
【図５Ａ】ヒータアレイを制御するための実施形態の動作の方法の流れ図である。
【図５Ｂ】ヒータアレイを制御するための実施形態の動作の方法の流れ図である。
【図５Ｃ】ヒータアレイを制御するための実施形態の動作の方法の流れ図である。
【図５Ｄ】ヒータアレイを制御するための実施形態の動作の方法の流れ図である。
【図５Ｅ】ヒータアレイを制御するための実施形態の動作の方法の流れ図である。
【図６】当該開示した実施形態を使用できる航空機の製造およびサービスの方法を示す流れ図である。
【図７】当該開示した実施形態を使用できる航空機を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で開示した実施形態では、当該構造の異なる位置で変化しうる複合構造物の温度を制御するための、１つまたは複数アレイ内に配置された複数の熱源を組み込んだシステムを提供する。当該複合構造物が、例えば、ファイバ強化複合スキン・パネルまたは同様な構造であってもよい。温度制御に関する要件が、均一な構造における構造または環境の不均一構成の考慮に起因してもよい。制御システムは温度センサを監視し、当該温度センサは当該複合構造物上またはその中に分散される。
【００１２】
当該制御システムは、フィードバック・ループを使用して、硬化中の多様な温度を要求する、様々な位置での当該複合構造物の硬化温度を制御する熱源の各々により提供される熱を増大または減少させてもよい。当該システムは複数の応用例を有する。当該システムを特定の複合材パネルの製造に利用してもよいし、当該システムを、修復領域が異なる硬化温度を必要とし周辺構造が異なる温度にある構造の修復に対して実施してもよい。当該システムを、ＳＭＡまたは「スマート・ファイバ」を含むハイブリッド構造に対して使用してもよく、この場合、スマート・ファイバのモーフィングを、配列された熱源で制御することができる（複数の熱源の利点は、スマート・ファイバを、異なる温度をもつ異なる位置での構造的ニーズに従って硬化できることである）。
【００１３】
図面を参照すると、図１Ａおよび１Ｂは熱盤１０の１例を示し、図１Ａでは上または下から示されており、図１Ｂでは側面から示されていて、基板１４上のアレイ内に配置された複数の熱源１２を有する。基板１４が、硬化される自己支持型隣接構造であるように剛性であってもよく、または、ヒート・ブランケットと同様に、当該構造の表面に適用されるように可撓性であってもよい。熱源が例として抵抗ヒータ、赤外線ヒータまたは（サセプタを使用しうる）マイクロ波ヒータであってもよい。当該熱源が、熱出力に対する個別の制御または複数の制御のために直列または並列に接続されてもよい。示した例に対して、当該アレイは、硬化される特定の構造または部分に対する要件に基づいて生成されうる不均一な間隔を有する。均一な間隔を有するアレイを汎用的なケースとして使用してもよい。
【００１４】
図２は、圧力チャンバ４０内部に配列された熱盤１０の側面図を示す。（図１Ｂに関して前に示し説明した）基板１４のプロフィールが、平坦または三次元的であってもよく、互換形状を有する不均一複合構造物１６に近接して熱盤１０を配置するように適合されてもよい。構造１６から熱盤１０を一定の間隔に保つことによって、当該構造を硬化するための熱伝達の制御が強化される。圧力チャンバ４０の利用により、当該硬化サイクル中に硬化される構造に圧力を加えることができ、これを後にさらに詳細に説明する。
【００１５】
図３Ａは複数のファイバ１８を有する例示的な複合構造物１６を概略的に表す。実際の実施形態では、後にさらに詳細に説明するように、複合構造物１６が、カーボン・ファイバ強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の複数のプライを有してもよく、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂または他の複合材料を使用してもよく、構造ファイバに加えてプライ内に金属ファイバまたはＳＭＡファイバに組み込んでもよい。関連する熱源１２のアレイを有する２つの熱盤１０が複合構造物１６に隣接して配置される。複数の温度センサ２０が複合構造物１６に関連付けられる。当該センサを、当該構造上に配置するか、または、当該構造内に組み込んでもよい。温度センサ２０の各々は適切な信号入力２４により制御システム２２に接続される。制御システム２２は適切な制御出力２６を通じて熱盤１０上の熱源１２に接続される。温度センサ２０の各々は１つのファイバ１８または当該複合構造物の領域の温度を提供する。当該制御システムは、各個々のファイバ１８または矢印２８で表した領域に加えられる熱を制御するために、熱盤１０内の個々の熱源１２に出力を提供する。熱源１２およびファイバ１８の図３Ａにおける特定の表現ならびに温度センサ２０の位置と数およびそれらの場所は、当該システム内の要素の関連付けを説明するための記法にすぎず、実際の数と関係は、硬化されている複合構造物１６の要件に依存して変化する。例えば、複数の熱源を（例えばファイバの長さに沿って）単一のファイバ１８に関連付けてもよく、または、１つの熱源を複数のファイバに関連付けてもよい。或る温度センサ２０が、複数のファイバ１８に関連付けられてもよく、複数の熱源１２の制御のための入力を提供してもよい。
【００１６】
複合構造物１６に対する硬化サイクルが終了した後（または当該硬化サイクル中に定期的に）、制御システム２２はユーザ・インタフェース２３に出力を送信する。当該ユーザ・インタフェースが、制御システム２２と統合されてもよく、または、遠隔位置にあってもよい。典型的な実施形態では、ユーザ・インタフェース２３に提供された出力は、表面が要件を満たす（当該硬化サイクルが許容範囲に留まる）かどうかを示すためのバイナリ（はい／いいえ）出力を提供するデータ構造である。幾つかの実施形態では、所望の範囲を超えた温度逸脱のような要件を表面が満たせない１つまたは複数の方式の記録を出力として提供してもよい。当該出力がさらに、全ての温度センサ２０および熱源１２に対して時系列で情報を提供してもよい。当該出力の詳細は応用例とともに変化し、ユーザの嗜好に従って調節されてもよい。
【００１７】
複合構造物１６がＳＭＡファイバをファイバ１８の一部として含んでもよい。パネルのような複合構造物内のＳＭＡファイバを「スマート・ファイバ」として使用して、温度または他の活動に基づいて当該パネルの形状を変更してもよい。図３Ｂに示すように、ＳＭＡファイバ３０が、当該ファイバ内部に統合されたＳＭＡ材料の外層３２、同心絶縁層３４および１つまたは複数導体３６を使用してもよい。図３Ｃに示すように、複数のＳＭＡファイバ３０を複合構造物１６内のカーボン・ファイバ１９（または他の構造ファイバ）に点在させてもよい。上述の複合構造物１６の硬化において、制御システム２２による熱源１２のアレイの制御を、当該硬化中に当該ファイバの形状を歪ませるかまたは変更するようにＳＭＡファイバ３０の１つまたは複数に関して選択的加熱を生じさせるように実現してもよい。この形状の「モーフィング」は、硬化サイクル中にパネルの形状を調節することによる複合構造物の硬化の利益を得ることができる。さらに、（図３Ｂに示す）統合された導体３６を、複合構造物１６内または複合構造物１６上に設置された温度センサ２０の、（１つのＳＭＡファイバに対する例として示す）信号入力２４を介した制御システム２２への電気接続に対して使用してもよい。
【００１８】
複合構造物１６の硬化がまた、圧力チャンバを使用して硬化を促進または強化してもよい。図４Ａに示すように、圧力チャンバ４０は、当該チャンバ内に設置された熱盤１０を有する複合構造物１６を受ける。単一の制御可能な圧力バルブ４２を使用して、硬化プロセスによる必要に応じて、圧縮空気または不活性ガスを導入することによってチャンバ内の圧力を制御してもよい。制御可能な圧力バルブ４２が、結合されたインレットおよびアウトレットバルブまたは別個のバルブであってもよく、インレットおよびアウトレットに対して使用されてもよく、チャンバ４０内に挿入されたときに複合構造物１６上の特定の流路を促進するための対向位置または位置で圧力チャンバ４０上に配置されてもよい。制御可能な圧力バルブ４２を、硬化サイクルにおける熱盤１０の動作中にチャンバ４０内の所定の圧力プロフィールの協調制御のために（図３Ａおよび４Ａ内の接続４３により示すように）制御システム２２に接続してもよい。
【００１９】
あるいは、複数の制御可能圧力バルブ４４を、圧力チャンバ４０からの圧縮気体のインレットまたはアウトレットのために１つまたは複数アレイ内に配置して、図４Ｂに示すようにチャンバ内の複合構造物１６の部分を分離する内部圧力シール４８を有する被覆材４６で密閉された、複合構造物１６の様々な部分に所望の圧力を確立してもよい。特定の実施形態では、被覆材４６が圧力チャンバとして動作するのに十分であってもよく、二次的な剛性構造圧力チャンバが必要でなくてもよい。被覆材４６の外部のチャンバ４０内の圧力も圧力制御バルブ４４の１つにより制御してもよい。図４Ａに関して説明した単一の制御可能圧力バルブ４２について、制御システム２２を、（図３Ａおよび４Ｂ内の接続４３により示すように）制御可能圧力バルブ４４を制御するために接続してもよい。制御可能圧力バルブ４４を、被覆材４６に直接接続してもよく、または、ルーテッド管およびポート４７と接続してもよい。圧力センサを使用して、当該複数の圧力制御バルブを制御するために圧力データを制御システム２２に提供してもよい。
【００２０】
修復手続きについて、図４Ｃに示す付属の圧力カバー５０とともに、または、図４Ｃに示す付属の圧力カバー５０なしに、被覆材４６を使用して、周辺部周りのシール５２とともに原位置で複合構造物１６を密封してもよい。本明細書で図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに関して正の圧力として説明しているが、加えられた圧力が特定の実施形態では真空（正味の負の圧力）であってもよい。
【００２１】
開示した実施形態では、図５Ａ乃至５Ｄに示すように硬化サイクルの１つまたは複数の段階において複数のヒータから熱が加えられる、複合体の硬化温度を制御するための方法が可能となる。加えれられた熱は、複合構造物上の複数の位置で検知され、当該複数のヒータの各々への電力は複数の温度センサに応答して制御される。
【００２２】
図５Ａに示すように、ステップ５０２で、複数の配置されたファイバが複合構造物内に配置される。本明細書で開示した実施形態の利用を必要とする複合構造物は一般に不均一である。しかし、当該実施形態を、環境条件または他の要件が開示したシステムおよび方法により提供される制御可能な加熱の利用を示唆する、均一な構造とともに使用してもよい。当該複数の配置されたファイバが形状記憶合金ファイバを含んでもよく、温度センサを、関連する形状記憶合金ファイバ内の導電素子を通じてコントローラに接続してもよい。ステップ５０４で、複数の温度センサは複合構造物に設置され、各センサは配置されたファイバの１つに関連付けられる。前述のように、ＳＭＡファイバを使用する構造において、温度センサをＳＭＡファイバに関連付けてもよい。ステップ５０６で、複数のヒータは、不均一複合構造物に近い所定の間隔を有する少なくとも１つのアレイ内に設置される。例示的な実施形態では、ヒータが、抵抗ヒータ、赤外線ヒータまたは電力のためのクライストロンを使用する（サセプタを使用してもよい）マイクロ波ヒータであってもよい。ステップ５０８で、不均一複合構造物が圧力チャンバ内に配置され、ステップ５１０で、圧力が、不均一複合構造物１６上の硬化サイクルに対する所定の要件に応答してチャンバ４０内で制御される。圧力チャンバ４０が、少なくとも１つの制御可能圧力バルブ４２または複数の制御可能圧力バルブ４４を組み込んでもよく、ステップ５１０で圧力を制御することを、所定のプロフィールに応答して複数の制御可能圧力バルブ４４の各々を制御することによって実現してもよい。図４Ｂに関して前述したように、被覆材４６を、圧力チャンバ４０内の複合構造物１６を囲むように組み込んでもよく、または、被覆材４６が剛性構造圧力チャンバの必要性なしに当該圧力チャンバとして動作してもよい。
【００２３】
硬化サイクルは、一般に５１２で示され、ステップ５１４で、硬化のために温度上昇を開始することにより実現される。ステップ５１６で、温度読取値を複数の温度センサの各々から決定する。適用可能である場合、ステップ５１８で、表面温度読取値を当該制御システム内での計算によりインナ・プライ温度に変換して、インナ・プライ温度プロフィールを提供してもよい。ステップ５２０で、当該複数の温度センサごとに温度閾値に到達したかどうかの判定を行う。
【００２４】
そうでない場合、ステップ５２２で、温度閾値に到達していない複数の温度センサの各々に関連付けられた各ヒータに対して電力が維持され、当該ヒータへの電力が毎分１Ｆ未満の温度増加をもたらすかどうかを判定するための計算を行う。そうである場合、ステップ５２４で、電力が当該ヒータに対して増大される。そうでない場合、ステップ５２６で、ヒータへの電力が毎分５Ｆより大きい温度増加をもたらすかどうかを判定するための計算を行う。そうである場合、ステップ５２８で、電力がヒータに対して減らされる。閾値温度に到達したとき、ステップ５３０で滞留サイクルに入る。当該滞留サイクルの間、ステップ５３２で、複数の温度センサ２０の各々からの温度読取値が決定される。適用可能である場合、ステップ５３４で、表面温度読取値を制御システム内での計算によりインナ・プライ温度に変換してもよい。ステップ５３６で、温度閾値が複数の温度センサの各々に対して維持されているかどうかの判定を行い、ステップ５３８で、温度閾値が維持されていない当該複数の温度センサの各々に関連付けられたヒータに対して電力が増加される。ステップ５４０で当該滞留時間が終了すると、ステップ５４２で冷却段階に入る。
【００２５】
ステップ５４４で、温度降下を開始し、当該複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定する。適用可能である場合、ステップ５４６で、表面温度読取値を制御システム内での計算によりインナ・プライ温度に変換してもよい。ステップ５４８で、当該複数の温度センサの各々に対する温度減少率に到達したかどうかの判定を行い、ステップ５５０で、当該温度減少率に到達していない当該複数の温度センサの各々に関連付けられたヒータに対して電力が減少される。ステップ５５２で、当該複数の温度センサの各々に対して温度カットオフに到達したかどうかの判定を行い、そうである場合、ステップ５５４で、温度カットオフに到達した複数の温度センサの各々に関連付けられたヒータに対して電力がオフにされる。ステップ５６０で、複合構造物から被覆材を外し、検査してもよい。
【００２６】
図５Ｅに示すように、説明した方法により提供される動作のステップを特に修復手続きに対して適用してもよい。複合材パネルの修復については、例えばステップ５６２で翼表皮、損傷したパネル部分を修復ゾーンから除去し、ステップ５６４で、構造ファイバを有する取換え複合材料を当該修復ゾーン内に配置してもよい。代替的な実施形態では、配置を、当該ファイバを取り込んだ複合プライにより実現してもよい。ステップ５６６で、複数の温度センサが複合構造物に設置され、各センサは配置されたファイバの１つに関連付けられる。ステップ５６８で、複数のヒータが修復ゾーン内の複合構造物に近い所定の間隔を有する少なくとも１つのアレイ内に設置される。例示的な実施形態では、ヒータが、抵抗ヒータ、赤外線ヒータまたは電力のためのクライストロンを使用した（サセプタを使用してもよい）マイクロ波ヒータであってもよい。ステップ５７０で、修復ゾーン内の複合構造物は周辺シールで被覆され、特定の手続きでは、圧力カバーを当該修復ゾーン上に取り付けてもよい。ステップ５７２で、圧力が、修復された複合構造物１６上の硬化サイクルに対する所定の要件に応答して（図４Ｃに関して説明したように）被覆材４６および／または圧力カバー５０内で制御される。被覆材４６および／または圧力カバー５０が複数の制御可能圧力バルブ４４を組み込んでもよく、ステップ５７２内の圧力を制御することを、所定のプロフィールに応答して複数の制御可能圧力バルブ４４の各々を制御することによって実現してもよい。硬化サイクルは、一般に５１２で示され、ついで前述のように実現される。
【００２７】
本開示の諸実施形態を、図６に示す航空機製造サービス方法６００と図７に示す航空機７００の文脈で説明することができる。事前生産中に、例示的な方法６００が、航空機７００の仕様および設計６０４および材料調達６０６を備えてもよい。生産中に、航空機７００のコンポーネントおよび組立部品製造６０８およびシステム統合６１０が行われる。その後、航空機７００が、サービス６１４に置かれるために認証および配送６１２を受けてもよい。顧客によるサービスにおいて、航空機７００が定期保守およびサービス６１６に関してスケジュールされる（これらが修正、再構成、改良等を含んでもよい）。
【００２８】
方法６００のプロセスの各々を、システム・インテグレータ、サード・パーティ、オペレータ、または幾つかのそれらの組合せにより実施または実行してもよい。この説明の目的のため、システム・インテグレータが、限定ではなく、任意数の航空機製造業者および主要システム下請けを含んでもよく、サード・パーティが、例えば、限定ではなく、任意数のベンダ、下請け、および供給者を含んでもよく、オペレータが航空会社、リース会社、軍事機関、サービス組織等であってもよい。
【００２９】
図７に示すように、例示的な方法６００により生産された航空機７００は複数のシステム７２０および内部７２２を有する機体７１８を含んでもよい。高レベルなシステム７２０の例は、推進システム７２４、電気システム７２６、油圧システム７２８、環境システム７３０、および飛行制御システム７３２のうち１つまたは複数を含む。任意数の他のシステムを含めてもよい。航空の例を示したが、当該本開示の諸実施形態を他の産業に適用してもよい。
【００３０】
本明細書で具体化し前述した装置および方法を、生産およびサービス方法６００の段階の任意の１つまたは複数の間に使用してもよい。例えば、生産プロセス６０８に対応するコンポーネントまたはサブアセンブリを、航空機７００がサービス中に生産されたコンポーネントまたはサブアセンブリと同様に作製または製造してもよい。さらに、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せを、例えば、航空機７００の組立てを大幅に早めるか、または、航空機７００のコストを削減することによって、生産段階ｓ６０８および６１０の間に利用してもよい。同様に、装置の実施形態ｓ、方法の実施形態ｓ、またはそれらの組合せのうち１つまたは複数を、例えば限定ではなく保守およびサービス６１６のために航空機７００がサービス中に利用してもよい。
【００３１】
したがって、纏めると、本発明の第１の態様によれば、
Ａ１．硬化すべき複合構造物に離間して近接した少なくとも１つのアレイ内に設置された複数のヒータと、
当該構造上の選択された位置で温度を検知するように設置された複数の温度センサと、
当該複数の温度センサの各々からの入力を受信する制御システムであって、当該制御システムは、各入力に応答して当該複数のヒータの各々を制御して硬化中の当該構造の所定の温度プロフィールを確立するように構成される、制御システムと、
を備える、複合構造物硬化システムが提供される。
【００３２】
Ａ２．当該複合構造物を受け、少なくとも１つの制御可能圧力バルブを有する、圧力チャンバをさらに備え、
当該制御システムはさらに、当該少なくとも１つの制御可能圧力バルブを制御して、硬化中の当該構造に対する所定の圧力プロフィールを確立するように構成されるパラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３３】
Ａ３．当該複数のヒータが当該圧力チャンバ内に設置される、パラグラフＡ２に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３４】
Ａ４．当該圧力チャンバ内の当該複合構造物を囲む被覆材と当該被覆材を有する複数のシールとをさらに備え、当該少なくとも１つの制御可能圧力バルブは当該複数のシールに関連付けられた複数の制御可能圧力バルブを含む、パラグラフＡ２に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３５】
Ａ５．当該複数のヒータは、抵抗ヒータ、赤外線ヒータまたはマイクロ波クライストロンである、パラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３６】
Ａ６．当該複数の温度センサは当該複合構造物の表面温度を検知するように設置され、当該制御システムは各温度センサの表面温度をインナ・プライ温度に変換するようにさらに構成され、当該所定の温度プロフィールはインナ・プライ温度プロフィールとして確立される、パラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３７】
Ａ７．当該複合構造物は複数の配置されたファイバを取り込み、当該複数の温度センサのうち少なくとも１つは、各配置されたファイバの温度を検知するための当該複数の配置されたファイバの各々に関連付けられる、パラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３８】
Ａ８．当該複数の配置されたファイバは形状記憶合金ファイバまたは構造ファイバを含む、パラグラフＡ７に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００３９】
Ａ９．当該配置されたファイバの各々は導電性であり、当該複数の温度センサを当該制御システムに接続する、パラグラフＡ８に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００４０】
Ａ１０．当該複数のヒータの当該アレイは三次元で分散される、パラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００４１】
Ａ１１．当該複合構造物は不均一である、パラグラフＡ１に記載の複合構造物硬化システムも提供される。
【００４２】
本発明の別の態様によれば、
Ｂ１．複数のヒータから熱を加えるステップと、
加えれられた熱を、複数のファイバを有する複合構造物上の複数の位置で検知するステップと、
複数の温度センサに応答して当該複数のヒータの各々への電力を制御するステップと、
を含む、複合構造物の硬化温度を制御するための方法が提供される。
【００４３】
Ｂ２．当該複合構造物に近い所定の間隔を有する少なくとも１つのアレイ内の複数のヒータを設置するステップと、
当該複合構造物内の当該複数のファイバに関連付けられた当該複数の温度センサを設置するステップと、
をさらに含む、パラグラフＢ１に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４４】
Ｂ３．当該複合構造物を圧力チャンバ内に配置するステップと、
当該複合構造物に対する所定の要件に応答して当該チャンバ内の圧力を制御するステップと、
をさらに含む、パラグラフＢ１に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４５】
Ｂ４．当該圧力チャンバは複数の制御可能圧力バルブを取り込み、圧力を制御するステップは、所定のプロフィールに応答して当該複数の制御可能圧力バルブの各々を制御するステップを含む、パラグラフＢ３に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４６】
Ｂ５．当該複合構造物内に複数の配置されたファイバを配置されるステップをさらに含み、
複数の温度センサを設置するステップは、当該配置されたファイバの１つに関連付けられた当該複数の温度センサの各々を設置するステップを含む、パラグラフＢ１に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４７】
Ｂ６．当該複数の配置されたファイバは形状記憶合金ファイバを含み、複数の温度センサを設置するステップはさらに、関連する形状記憶合金ファイバ内の導電素子を通じて当該温度センサの各々をコントローラに接続するステップを含む、パラグラフＢ５に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４８】
Ｂ７．電力を制御するステップは、
当該複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
温度閾値が当該複数の温度センサの各々に対して維持されているかどうかを判定するステップと、
当該温度閾値が維持されていない当該複数の温度センサの各々に関連付けられたヒータに対する電力を増大させるステップと、
を含む、パラグラフＢ５に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００４９】
Ｂ８．電力を制御するステップは、
硬化のために温度上昇を開始するステップと、
当該複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
当該複数の温度センサの各々に対する温度閾値に到達したかどうかを判定するステップと、
当該温度閾値に到達していない当該複数の温度センサの各々に関連付けられた当該ヒータに対する電力を維持するステップと、
をさらに含む、パラグラフＢ７に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００５０】
Ｂ９．電力を制御するステップは、
滞留時間に到達したかどうかを判定するステップと、そうである場合、
温度降下を開始するステップと、
当該複数の温度センサの各々からの温度読取値を決定するステップと、
当該複数の温度センサの各々に対する温度減少率に到達したかどうかを判定するステップと、
当該温度減少率に到達していない当該複数の温度センサの各々に関連付けられた当該ヒータに対する電力を減少させるステップと、
をさらに含む、パラグラフＢ８に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００５１】
Ｂ１０．当該複数の温度センサの各々に対して温度カットオフに到達したかどうかを判定するステップと、そうである場合、
当該温度カットオフに到達した当該複数の温度センサの各々に関連付けられた当該ヒータに対する電力をオフにするステップと、
をさらに含む、パラグラフＢ９に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００５２】
Ｂ１１．当該複数の温度センサは表面温度を検知し、当該複数の温度センサの各々により検知された当該温度をインナ・プライ温度に変換するステップをさらに含む、パラグラフＢ６に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００５３】
Ｂ１２．当該複合構造物は不均一である、パラグラフＢ１に記載の複合構造物の硬化温度を制御するための方法も提供される。
【００５４】
特許法で必要とされる本開示の様々な諸実施形態を詳細に説明したので、当業者は本明細書で開示した特定の実施形態に対する修正と置換を認識するであろう。かかる修正は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲と趣旨の中にある。
【符号の説明】
【００５５】
２２  制御システム
２３  ユーザ・インタフェース
【図１Ａ】
2017087713.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2017087713000001.pdf