[發明專利]一種全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法

有效

• 申請號: 202111006834.X
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113733595B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 馬東立;楊小鵬;李新軍;張良;余亞鋆;姚遠;楊穆清
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29L31/30
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開了一種全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，內部采用PMI泡沫作為夾芯材料，外表面采用碳纖維編制布全包裹形成復合材料殼體，翼肋上表面有凹槽用于布置太陽能電池板。本發明采用陰模加真空袋抽真空固化成型，翼肋模具包含下模具、上模具以及鑲嵌塊，固化前對PMI泡沫的每一個裸露面敷上碳纖維編制布，并在碳纖維編織布搭接處內埋一束碳絲以保證碳纖維鋪層的連續性和搭接強度，從而得到全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋。通過本發明加工方法所得到的翼肋重量輕，弦長為275mm的單個翼肋重量為14.9g，平均密度為114.2kg/m³；強度高，在10倍氣動力載荷下未出現分層、斷裂現象；剛度大，在10倍氣動力載荷下翼肋最大變形為0.3cm。

技術領域

本發明屬于飛行器設計領域，涉及一種全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，具體來說是一種加工得到強度剛度高、質量輕、且各表面均覆蓋有連續碳纖維的新型復合材料泡沫夾芯翼肋的方法。

背景技術

絕大多數飛機都會使用翼肋來支撐蒙皮以及傳遞氣動力，對于臨近空間太陽能無人機而言，為了盡可能減輕結構重量，通常采用復合材料作為翼肋材料。現有層合板式翼肋加工方法得到的純碳纖維翼肋，厚度大、重量大，會導致太陽能無人機嚴重超重；現有夾芯層板式翼肋加工方法得到的復合材料泡沫夾芯翼肋，僅在翼肋的兩個側面包裹有碳纖維，局部泡沫外露，強度低、剛度差，受到較大氣動力時容易出現脫膠、分層，會導致太陽能無人機在大過載下結構失效。因此，對于太陽能無人機而言，需要尋求一種新的翼肋加工方法，以得到更加輕質高效的翼肋結構。

發明內容

為解決現有復合材料翼肋加工方法的不足，本發明提出一種用于太陽能無人機的新型全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，相比于現有加工方法，應用用本發明所得到的翼肋在同等重量下可以承受更大的載荷。

本發明提出一種全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋的加工方法，采用陰模加真空袋抽真空固化成型，翼肋模具包含下模具、上模具以及鑲嵌塊，固化前對PMI泡沫的每一個裸露面敷上碳纖維編制布，并在碳纖維編織布搭接處內埋一束碳絲以保證碳纖維鋪層的連續性，從而得到全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋。

所述全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋包括內部PMI泡沫夾芯材料和外部碳纖維編制布全包裹殼體，翼肋的每一根肋條四周都由連續的碳纖維編制布包裹而成，可以大幅度提升翼肋整體強度與剛度。

所述全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋側面開有三角形減輕孔，形成桁架式支柱，用來傳遞氣動力；開有前后兩個圓形孔，用來配合機翼前后圓梁；上表面有凹槽用于布置太陽能電池板。

加工過程中，用碳纖維編制布包裹PMI泡沫每一根肋條的四周，并在碳纖維編織布交界處搭接，在搭接處內埋一束碳纖維絲以保證碳纖維鋪層連續性以及搭接強度。包裹后的翼肋整體放入翼肋模具，覆蓋真空袋抽真空固化。

所述翼肋模具包括下模具，上模具以及鑲嵌塊。

所述上模具分為兩塊，翼肋脫模時將兩塊上模具沿水平相反的方向平移，便于脫模。上模具和鑲嵌塊通過銷釘固定在下模具上。

本發明的創新點和優點在于：

1、本發明全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，用碳纖維編織布全包裹內部PMI泡沫，形成殼體結構，無泡沫外露，使得翼肋相比于現有的夾芯層板式復合材料泡沫夾芯翼肋有更大的強度和剛度，在受到復雜氣動力時不易出現分層與脫膠。

2、本發明全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，在保證碳纖維編織布全包裹內部PMI泡沫的同時，在碳纖維編織布交界處內埋一束寬度為2mm的碳絲，并在這束碳絲上搭接。這種搭接方式使翼肋碳纖維層連續，搭接處外表面光滑，加工出來的全包裹復合材料泡沫夾芯翼肋強度高、重量輕。

3、本發明全包裹式復合材料泡沫夾芯翼肋加工方法，可廣泛應用于太陽能無人機的翼肋結構加工，對于太陽能無人機降低結構重量、增大結構強度剛度具有重要意義。

附圖說明