CN104192292A - 一种复合材料整体共固化机身及加工方法 - Google Patents

一种复合材料整体共固化机身及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料整体共固化机身及加工方法，该机身包括有上半机身和下半机身，所述上半机身和下半机身的内侧表面依次铺设有多层复合材料层；所述上半机身和下半机身对接、固定，其侧多层复合材料层一一对应搭接连接，并进行整体固化。这样，机身通过以全复合材料主承力结构部件，从而达到结构减重30％的目的，并为国内全复合材料主承力构件民机适航道路奠定基础，而且全复合材料共固化成型的机身无紧固件连接、无二次胶接，比照原有非整体化机身结构，减少工装数量100件以上，结构非常简单。

Description

一种复合材料整体共固化机身及加工方法
技术领域
本发明属于通用飞机生产技术领域，特别涉及一种复合材料整体共固化机身及加工方法。
背景技术
复合材料具有高比强、高比模、耐疲劳、多功能、各向异性和可设计性、材料与结构的同一性等优异性能，很快获得广泛应用，目前已成为航空航天四大材料之一。
其中，在航空业内飞机机身的主承力构件都是采用金属结构，而复合材料还停留在机身的次承力结构的范畴，比如主要应用于飞机的非承力整流蒙皮、口盖等等。
发明内容
目前，现有飞机机身所采用结构导致了机身极重，而复合材料在整个结构减重作用极小(仅减重10％左右)，根本未完全发挥出复合材料可设计性和大减重比的优势。如何在确保机身性能的前提下将复合材料应用到机身主承力构件上，以减轻机身重量和减化机身结构，成为了本领域技术人员值得研究一大课题。
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种以全复合材料主承力结构部件、重量轻、结构简单的复合材料整体共固化机身，以及该复合材料整体共固化机身的加工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种复合材料整体共固化机身，包括有上半机身和下半机身，所述上半机身和下半机身的内侧表面依次铺设有多层复合材料层；所述上半机身和下半机身对接、固定，其侧多层复合材料层一一对应搭接连接，并共固化成整体机身。
进一步地，所述上半机身和下半机身的内侧工装表面铺设有的多层复合材料层为“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构，包括从工装表面到外依次铺设有第一碳纤维预浸料层、第二碳纤维预浸料层、第三碳纤维预浸料层、蜂窝芯层、第四碳纤维预浸料层、第五碳纤维预浸料层和第六碳纤维预浸料层。
一种复合材料整体共固化机身的加工方法，包括有以下步骤：
将整个机身分成上半机身和下半机身两部分；
按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料；
将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化。
进一步地，所述“按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料”，具体包括以下步骤：
将上半机身、下半机身保持工装状态；
按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层；
打真空袋保持兆帕,负压1小时以上。
进一步地，所述“将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化”，具体包括以下步骤：
将下半机身保持工装不动，并吊起上半机身对准与下半机身之间的定位柱进行对接、定位；
将上半机身内侧工装表面外边缘的已经粘结好的复合材料中的碳纤维预浸料层脱粘，并将上半机身铺放的复合材料层与下半机身铺放的复合材料层之间搭接处相互错开，留出拼接余量；
用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域；用碳纤维预浸料填补上半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层和下半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层之间留有的拼接余量区域；
在整个机身内侧制作真空袋密封并保持兆帕,负压2小时以上，并将成型工装的整个机身送入固化炉进行固化。
进一步地，在进行“用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域”时还用50mm～60mm的新蜂窝芯填补对接间隙。
进一步地，所述上半机身与下半机身对接、定位时采用了在上半机身与下半机身的对接处设置6～8个周向分布的对接定位柱进行定位。
进一步地，所述“按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层”时，铺放的碳纤维预浸料层和蜂窝芯层同时留有对接余量。
进一步地，所述碳纤维预浸料层和蜂窝芯层留有的对接余量为30mm～50mm。
进一步地，所述上半机身和下半机身的内侧工装表面铺放有“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构的复合材料，具体为：首先在上半机身/下半机身的工装表面铺放第一碳纤维预浸料层，并抽真控30mins，然后依次铺放第二碳纤维预浸料层、第三碳纤维预浸料层、蜂窝芯层、第四碳纤维预浸料层、第五碳纤维预浸料层和第六碳纤维预浸料层。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，即可加工出以全复合材料主承力结构部件的机身，重量轻，并为国内全复合材料主承力构件民机适航道路奠定基础，而且全复合材料共固化成型的机身无紧固件连接、无二次胶接，比照原有非整体化机身结构，减少工装数量100件以上，结构非常简单。
附图说明
图1是本发明所述一种复合材料整体共固化机身实施例的结构示意图；
图2是本发明所述一种复合材料整体共固化机身实施例下半机身的局部剖视结构示意图；
图3是本发明所述一种复合材料整体共固化机身的加工方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2中所示：
一种复合材料整体共固化机身，包括有上半机身1和下半机身2，所述上半机身和下半机身的内侧表面依次铺设有多层复合材料层；所述上半机身和下半机身对接、固定，其侧多层复合材料层一一对应搭接连接，并共固化成整体机身。其中，所述上半机身1和下半机身2的内侧工装表面3铺设有的多层复合材料层为“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构，包括从工装表面到外依次铺设有第一碳纤维预浸料层4、第二碳纤维预浸料层5、第三碳纤维预浸料层6、蜂窝芯层7、第四碳纤维预浸料层8、第五碳纤维预浸料层9和第六碳纤维预浸料层10。
这样，本发明机身通过以全复合材料主承力结构部件(复合材料在飞机上的结构用量超过90％)，从而达到结构减重30％的目的，并为国内全复合材料主承力构件民机适航道路奠定基础，而且全复合材料共固化成型的机身无紧固件连接、无二次胶接，比照原有非整体化机身结构，减少工装数量100件以上，结构非常简单。
如图3中所示：
本发明实施例所述的一种复合材料整体共固化机身的加工方法，包括有以下步骤：
步骤A.将整个机身分成上半机身和下半机身两部分；
步骤B.按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料；
步骤C.将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化。
其中，所述“按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料”，具体可以包括以下步骤：
步骤B1.将上半机身、下半机身保持工装状态；
步骤B2.按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层；比如：所述上半机身和下半机身的内侧工装表面铺放有“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构的复合材料，具体为：首先在上半机身/下半机身的工装表面铺放第一碳纤维预浸料层，并抽真控30mins，然后依次铺放第二碳纤维预浸料层、第三碳纤维预浸料层、蜂窝芯层、第四碳纤维预浸料层、第五碳纤维预浸料层和第六碳纤维预浸料层。
步骤B3.打真空袋保持兆帕,负压1小时以上。
而且，所述“按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层”时，铺放的碳纤维预浸料层和蜂窝芯层同时留有对接余量；所述碳纤维预浸料层和蜂窝芯层留有的对接余量为30mm～50mm。
所述“将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化”，具体包括以下步骤：
步骤C1.将下半机身保持工装不动，并吊起上半机身对准与下半机身之间的定位柱进行对接、定位；
步骤C2.将上半机身内侧工装表面外边缘的已经粘结好的复合材料中的碳纤维预浸料层脱粘，并将上半机身铺放的复合材料层与下半机身铺放的复合材料层之间搭接处相互错开，留出拼接余量；
步骤C3.用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域；用碳纤维预浸料填补上半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层和下半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层之间留有的拼接余量区域；
步骤C4.在整个机身内侧制作真空袋密封并保持兆帕,负压2小时以上，并将成型工装的整个机身送入固化炉进行固化。
而且，所述上半机身与下半机身对接、定位时采用了在上半机身与下半机身的对接处设置6～8个周向分布的对接定位柱进行定位。在进行“用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域”时还用50mm～60mm的新蜂窝芯填补对接间隙。
通过本发明所述的加工方法即可生产出以全复合材料主承力结构部件、重量轻、结构简单的复合材料机身。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合材料整体共固化机身，其特征在于：包括有上半机身和下半机身，所述上半机身和下半机身的内侧表面依次铺设有多层复合材料层；所述上半机身和下半机身对接、固定，其侧多层复合材料层一一对应搭接连接，并共固化成整体机身。
2.根据权利要求1所述的复合材料整体共固化机身，其特征在于：所述上半机身和下半机身的内侧工装表面铺设有的多层复合材料层为“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构，包括从工装表面到外依次铺设有第一碳纤维预浸料层、第二碳纤维预浸料层、第三碳纤维预浸料层、蜂窝芯层、第四碳纤维预浸料层、第五碳纤维预浸料层和第六碳纤维预浸料层。
3.一种复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：包括有以下步骤：
将整个机身分成上半机身和下半机身两部分；
按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料；
将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化。
4.根据权利要求3所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述“按照设定的铺层结构在上半机身和下半机身内侧表面依次铺放复合材料”，具体包括以下步骤：
将上半机身、下半机身保持工装状态；
按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层；
打真空袋保持兆帕,负压1小时以上。
5.根据权利要求4所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述“将上半机身和下半机身对接、完成对接处的搭接，并进行整体固化”，具体包括以下步骤：
将下半机身保持工装不动，并吊起上半机身对准与下半机身之间的定位柱进行对接、定位；
将上半机身内侧工装表面外边缘的已经粘结好的复合材料中的碳纤维预浸料层脱粘，并将上半机身铺放的复合材料层与下半机身铺放的复合材料层之间搭接处相互错开，留出拼接余量；
用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域；用碳纤维预浸料填补上半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层和下半机身铺放的复合材料中的碳纤维预浸料层之间留有的拼接余量区域；
在整个机身内侧制作真空袋密封并保持兆帕，负压2小时以上，并将成型工装的整个机身送入固化炉进行固化。
6.根据权利要求5所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：在进行“用胶膜填补上半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层和下半机身铺放的复合材料中的蜂窝芯层之间留有的拼接余量区域”时还用50mm～60mm的新蜂窝芯填补对接间隙。
7.根据权利要求6所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述上半机身与下半机身对接、定位时采用了在上半机身与下半机身的对接处设置6～8个周向分布的对接定位柱进行定位。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述“按照铺层结构从下往上依次在上半机身和下半机身内侧工装表面铺放碳纤维预浸料层和蜂窝芯层”时，铺放的碳纤维预浸料层和蜂窝芯层同时留有对接余量。
9.根据权利要求8所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述碳纤维预浸料层和蜂窝芯层留有的对接余量为30mm～50mm。
10.根据权利要求8所述的复合材料整体共固化机身的加工方法，其特征在于：所述上半机身和下半机身的内侧工装表面铺放有“3碳纤维预浸料层-1蜂窝芯层-3碳纤维预浸料层”铺层结构的复合材料，具体为：首先在上半机身/下半机身的工装表面铺放第一碳纤维预浸料层，并抽真控30mins，然后依次铺放第二碳纤维预浸料层、第三碳纤维预浸料层、蜂窝芯层、第四碳纤维预浸料层、第五碳纤维预浸料层和第六碳纤维预浸料层。
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