CN104197790A - 一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼，它由金属加筋、泡沫和纤维增强树脂基复合材料蒙皮构成；金属加筋呈放射状构成弹翼外形，纤维增强树脂基复合材料蒙皮复盖在金属加筋上，泡沫填充在金属加筋和纤维增强树脂基复合材料蒙皮之间的空隙；该金属加筋由耐高温铝合金或钛合金制成，作为弹翼的主承力结构；该泡沫是耐高温材质，提高弹翼的刚度和抗失稳能力；该纤维增强树脂基复合材料蒙皮由耐高温的聚酰亚胺树脂为基体和连续纤维为增强体的复合材料制成，保证弹翼的气动外形；一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，它有五大步骤。本发明结构简单、综合性能优异，制备工艺操作简单，因此，具有非常好的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明提供一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼及其制备方法，属于复合材料结构设计与制造技术领域。
背景技术
弹翼作为导弹的主承力结构，在整个服役过程中需要承受比较复杂的载荷；此外，导弹在高速飞行过程中，气动加热问题也比较明显，因此，弹翼还必须要耐受一定的高温。传统的弹翼多由金属材料(如：钢、铝合金、钛合金等)制成，可以很好的满足承力和耐高温要求，但是，此种金属弹翼结构重量较大，会影响导弹的有效射程等技术指标。相比而言，复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强等优点，因而，近年来被广泛地应用到航空航天结构，目前，复合材料在弹翼中得到一定应用，但是，对于具有复杂内部加筋增强的弹翼结构，其复合材料结构的加工制造技术难度很大，生产成本大幅提高甚至无法实现加工，因此，发展一种耐高温复合材料弹翼结构刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼及其制备方法，以实现减重和耐高温的目的。
本发明所采用的技术方案如下：
1)本发明的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼，由金属加筋、泡沫和纤维增强树脂基复合材料蒙皮构成。它们之间的位置结构关系是：金属加筋呈放射状构成弹翼外形，纤维增强树脂基复合材料蒙皮复盖在金属加筋上，泡沫填充在金属加筋和纤维增强树脂基复合材料蒙皮之间的空隙。该金属加筋由耐高温铝合金或钛合金制成，用机械加工的方法来制备，作为弹翼的主承力结构；该泡沫可以是任意耐高温材质，用来填充金属加筋和纤维增强树脂基复合材料蒙皮之间的空隙，可提高弹翼的刚度和抗失稳能力；该纤维增强树脂基复合材料蒙皮由耐高温的聚酰亚胺树脂为基体和连续纤维为增强体的复合材料制成，保证弹翼的气动外形，在实现减重的同时，具有耐高温的能力。
2)本发明一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其步骤如下：
步骤一、按照设计的弹翼结构方案加工金属加筋和泡沫，并将金属加筋和泡沫装配定位。
步骤二、剪裁预浸料，按照设计的铺层方案，在装配好的金属加筋和泡沫外面铺覆包裹预浸料。
步骤三、预浸料铺覆包裹完毕后，放入模具合模，将模具用真空袋密封。
步骤四、在热压机上按照所选用预浸料的固化工艺规程进行升温固化。
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼。
其中，在步骤一中所述的“金属”可以是耐高温铝合金和钛合金中的一种；
其中，在步骤一中所述的“泡沫”可以是任意耐高温材质，可根据具体需求选取；
其中，在步骤二中所述的“预浸料”是指使用耐高温树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，该纤维布是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”中的耐高温树脂是聚酰亚胺；
其中，在步骤二中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程
本发明一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，有益效果是实现弹翼的减重和耐高温，而且制备出具有可复杂内部加筋增强的弹翼。
附图说明
图1是金属加筋结构示意图。
图2是泡沫结构示意图。
图3是纤维增强树脂基复合材蒙皮结构图。
图4是金属加筋和泡沫装配在一起的示意图。
图5是金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的示意图。
图6是金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼制备方法的流程框图。
图1至图5中：1.金属加筋，2.泡沫，3.纤维增强树脂基复合材蒙皮。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。
本发明的一种金属加筋1-纤维增强树脂基复合材料蒙皮2弹翼(如图5所示)，由金属加筋1(如图1所示)、泡沫2(如图2所示)和纤维增强树脂基复合材料蒙皮3(如图3所示)构成。金属加筋1由耐高温的铝合金或钛合金制成，可很容易机械加工来制备，作为弹翼的主承力结构；泡沫2可以是任意耐高温材质，用来填充金属加筋1和纤维增强树脂基复合材料蒙皮3之间的空隙，可提高弹翼的刚度和抗失稳能力；纤维增强树脂基复合材料蒙皮3由耐高温的聚酰亚胺树脂为基体和连续纤维为增强体的复合材料制成，保证弹翼的气动外形，在实现减重的同时，具有耐高温的能力。
本发明的一种金属加筋1-纤维增强树脂基复合材料蒙皮2弹翼的制备方法的流程如图6所示，首先按照设计的弹翼结构方案加工金属加筋1和泡沫2，并将金属加筋1和泡沫2装配定位(如图4所示)，然后剪裁预浸料，按照设计的铺层方案，在装配好的金属加筋1和泡沫2外面铺覆包裹预浸料，形成纤维增强树脂基复合材蒙皮3，预浸料铺覆包裹完毕后，放入模具合模，将模具用真空袋密封，再在热压机上按照所选用预浸料的固化工艺规程进行升温固化，固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼(如图5所示)。
见图6，本发明的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的具体制备步骤如下：
步骤一、按照设计的弹翼结构方案加工金属加筋1和泡沫2，并将金属加筋1和泡沫2装配定位。
其中，在步骤一中所述的“金属”可以是耐高温铝合金和钛合金的一种；在步骤一中所述的“泡沫”可以是任意耐高温材质，可根据具体需求选取。
步骤二、剪裁预浸料，按照设计的铺层方案，在装配好的金属加筋1和泡沫2外面铺覆包裹预浸料，形成纤维增强树脂基复合材蒙皮3。
其中，在步骤二中所述的“预浸料”是指使用耐高温树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树脂与纤维布的组合体，是制造复合材料的中间材料；在步骤二中所述的“预浸料”中的纤维布可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”中的树脂是耐高温的聚酰亚胺；在步骤二中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计。
步骤三、预浸料铺覆包裹完毕后，放入模具合模，将模具用真空袋密封。
步骤四、在热压机上按照所选用预浸料的固化工艺规程进行升温固化。
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼。
Claims (7)
1.一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼，其特征在于：它由金属加筋、泡沫和纤维增强树脂基复合材料蒙皮构成；金属加筋呈放射状构成弹翼外形，纤维增强树脂基复合材料蒙皮复盖在金属加筋上，泡沫填充在金属加筋和纤维增强树脂基复合材料蒙皮之间的空隙；该金属加筋由耐高温铝合金或钛合金制成，用机械加工的方法来制备，作为弹翼的主承力结构；该泡沫是耐高温材质，用来填充金属加筋和纤维增强树脂基复合材料蒙皮之间的空隙，提高弹翼的刚度和抗失稳能力；该纤维增强树脂基复合材料蒙皮由耐高温的聚酰亚胺树脂为基体和连续纤维为增强体的复合材料制成，保证弹翼的气动外形，在实现减重的同时，具有耐高温的能力。
2.一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、按照设计的弹翼结构方案加工金属加筋和泡沫，并将金属加筋和泡沫装配定位；
步骤二、剪裁预浸料，按照设计的铺层方案，在装配好的金属加筋和泡沫外面铺覆包裹预浸料；
步骤三、预浸料铺覆包裹完毕后，放入模具合模，将模具用真空袋密封；
步骤四、在热压机上按照所选用预浸料的固化工艺规程进行升温固化；
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼。
3.根据权利要求2所述的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：在步骤一中所述的“金属”是耐高温铝合金和钛合金中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：在步骤一中所述的“泡沫”是耐高温材质，根据具体需求选取。
5.根据权利要求2所述的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：在步骤二中所述的“预浸料”是指使用耐高温树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，该纤维布是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”中的耐高温树脂是聚酰亚胺。
6.根据权利要求2所述的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：在步骤二中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计。
7.根据权利要求2所述的一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼的制备方法，其特征在于：在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程。
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