CN105354348A - 一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料结构和飞机风洞气动弹性试验模型的设计制造技术领域，涉及一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法。本发明提供一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，是一种新型的机翼颤振模型制造方法，可以有效提高结构效率，降低模型结构重量，保证模型外形的几何精度、模型刚度和质量特性的精确，更有效地模拟复合材料机翼的颤振特性。本发明的关键点和欲保护点：翼盒蒙皮、翼肋和前后腹板均采用复合材料，蒙皮主要承力的颤振模型结构形式；复合材料颤振模型翼盒的制造流程；颤振模型配重块的选材和制造工艺。

Description

一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法

技术领域

本发明属于复合材料结构和飞机风洞气动弹性试验模型的设计制造技术领域，涉及一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法。

背景技术

颤振风洞试验背景介绍

颤振是在气流中运动的飞机在空气动力、惯性力和弹性力的相互作用下而形成的一种自激振动，飞行速度超过颤振速度，飞机将发生结构破坏。飞机颤振模型主要用在确定飞行器(整体或部件)的颤振临界速度的风洞试验中，研究结构参数对颤振特性的影响，校核已设计飞行器的颤振特性以及验证理论计算方法。颤振模型需要具有与模拟对象相似的动力学特性，这些特性包括：气动外形、刚度分布、质量分布等等。

现有的颤振风洞模型设计与制造方法

目前国内针对大展弦比复合材料机翼的颤振模型设计应用较少，未形成成熟的设计方法；针对低速颤振风洞模型，对利用复合材料设计制造颤振模型的研究较少，大多采用金属梁架式方案设计制造。

针对金属机翼，提取其刚度分布和质量分布；根据具体吹风风洞尺寸和机翼参数确定相应的缩比比例，得到缩比后的颤振模型几何外形、刚度分布和质量分布，设计金属梁架尺寸，来满足刚度分布要求。此类模型主要由金属梁架和蒙皮构成，其中金属梁架为单梁或多梁形式，是缩比模型的主要承力构件，提供绝大部分刚度和强度，蒙皮和翼肋组合用于气动维形和气动力传递，对模型刚度贡献很小，因此结构效率较低；同时，此类缩比模型的金属梁架与翼肋、蒙皮连接需要重新定位和装卡，制造误差较难消除，不利于气动外形的精确模拟，影响试验精确性；配重块一般采用铅块，微毒，且质量大的配重块体积较大，不便于安装和试验。

发明内容

本发明解决的技术问题

现有金属梁架式颤振风洞模型制造方法在金属机翼上已经非常成熟，但对于复合材料机翼，应用较少，特别地，由于复合材料各向异性的材料特性，准确将复合材料机翼结构的刚度特性提取出来较为困难。金属梁架式颤振风洞模型主要由金属梁架和蒙皮构成，其中金属梁架为单梁或多梁形式，是缩比模型的主要承力构件，提供绝大部分刚度和强度，蒙皮和翼肋组合用于气动维形和气动力传递，蒙皮主要材料为油纸，对模型刚度贡献很小，因此结构效率较低；同时，此类缩比模型的金属梁架与翼肋、蒙皮连接需要重新定位和装卡，制造误差较难消除，不利于气动外形的精确模拟，影响试验精确性；配重块一般采用铅块，铅属于微毒金属，质量大的配重块体积较大，不便于安装和试验。本发明的关键点和欲保护点：翼盒蒙皮、翼肋和前后腹板均采用复合材料，蒙皮主要承力的颤振模型结构形式；复合材料颤振模型翼盒的制造流程；颤振模型配重块的选材和制造工艺。

本发明的技术方案

本发明提供一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，是一种新型的机翼颤振模型制造方法，可以有效提高结构效率，降低模型结构重量，保证模型外形的几何精度、模型刚度和质量特性的精确，更有效地模拟复合材料机翼的颤振特性。

该方法具体包括以下步骤：

步骤1)采用能量法或单闭室剖面法提取原始机翼的刚度分布和质量分布；

步骤2)根据目标风洞参数选取合适的长度缩比比例和速度缩比比例，并根据相似准则计算刚度缩比比例和质量缩比比例；

步骤3)根据原始机翼的刚度分布和质量分布以及刚度缩比比例和质量缩比比例获得颤振模型的目标刚度分布和目标质量分布；

步骤4)根据目标刚度分布确定复合材料颤振模型的参数，所述的参数包括蒙皮材料、翼肋材料、翼肋尺寸、模型截面尺寸、蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度；再根据上述的参数计算模型结构质量分布，包括复合材料蒙皮质量和翼肋质量；

步骤5)根据所述的目标质量分布和所述的模型结构质量分布，计算各翼肋上的配重块质量和位置；

步骤6)：根据上述翼肋材料和翼肋尺寸制造翼肋(1)；

步骤7)：根据上述模型截面尺寸制造上半模具2a和下半模具2b；

步骤8)：在上半模具2a和下半模具2b上分别按蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度铺设蒙皮材料，通过真空加温固化制造上蒙皮3a和下蒙皮3b；

步骤9)：将翼肋(1)与上蒙皮3a和下蒙皮3b进行胶接；

步骤10)：在翼肋上固定配重块(4)；

步骤11)：在翼肋的前缘和后缘处粘贴油纸蒙皮(5)。

本发明的有益效果

1.模型的几何外形模拟更精确，保证颤振试验的精确性；

2.模型的结构效率更高，以较小的重量获得较大的刚度和强度；

3.配重采用密度更大的钨块，减小配重块体积，可以更准确模拟质量分布。

附图说明

图1机翼模型示意；

图2机翼模型模具示意；

其中：1-翼肋、2a-上半模具、2b-下半模具、3a-上蒙皮、3b-下蒙皮、4-配重块、5-油纸蒙皮。

具体实施方式

本申请提案中，一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，包括以下步骤：

一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)采用能量法或单闭室剖面法提取原始机翼的刚度分布和质量分布；

步骤2)根据目标风洞参数选取合适的长度缩比比例和速度缩比比例，并根据相似准则计算刚度缩比比例和质量缩比比例；

步骤3)根据原始机翼的刚度分布和质量分布以及刚度缩比比例和质量缩比比例获得颤振模型的目标刚度分布和目标质量分布；

步骤4)根据目标刚度分布确定复合材料颤振模型的参数，所述的参数包括蒙皮材料、翼肋材料、翼肋尺寸、模型截面尺寸、蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度；再根据上述的参数计算模型结构质量分布，包括复合材料蒙皮质量和翼肋质量；

步骤5)根据所述的目标质量分布和所述的模型结构质量分布，计算各翼肋上的配重块质量和位置；

步骤6)：根据上述翼肋材料和翼肋尺寸制造翼肋1；

步骤7)：根据上述模型截面尺寸制造上半模具2a和下半模具2b；

步骤8)：在上半模具2a和下半模具2b上分别按蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度铺设蒙皮材料，通过真空加温固化制造上蒙皮3a和下蒙皮3b；

步骤9)：将翼肋1与上蒙皮3a和下蒙皮3b进行胶接；

步骤10)：在翼肋上固定配重块4；

步骤11)：在翼肋的前缘和后缘处粘贴油纸蒙皮5。

具体的是：步骤6)中，在机翼模型的沿展向分布的翼肋为多个不同尺寸，且翼肋材料为碳纤维板，并采用碳纤维板激光切割的方式进行加工。

具体的是：步骤7)中，上半模具2a和下半模具2b的制造中，模具材料选用金属合金或中密度澳松板材料，加工方法为数控加工，且模具内表面满足树脂传递模塑工艺的要求。

更具体的是：步骤8)中，选用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料的单向带或纤维布，在上半模具或下半模具内表面刷一层蜡，然后按照铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度逐层铺到模具内，保证每铺一层刷一遍环氧树脂；全部铺完并刷完树脂后，再上铺一层带孔的塑料布，然后在所述塑料布上再铺一层吸收树脂的棉纸，再将整个铺好的部件连同上半模具或下半模具一起放入真空袋，抽真空后放入加温固化室，保持70°环境温度4小时以上。

更具体的是：步骤9)中，在支架辅助下，将碳纤维翼肋1与上蒙皮3a和下蒙皮3b胶接，其中支架选用木质层合板，加工方法为激光切割；其中，在上蒙皮3a和下蒙皮3b的前后缘相应位置，裁剪出供碳纤维翼肋1伸出的槽；将上蒙皮3a和下蒙皮3b分别固定在支架上，逐个把碳纤维翼肋1与上、下蒙皮胶接，胶采用环氧树脂，之后放入加温固化室，保持70°环境温度4小时以上。

更具体的是：步骤10)中，所述的配重块采用金属钨材料，并以线切割方式加工。

Claims (6)

1.一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)采用能量法或单闭室剖面法提取原始机翼的刚度分布和质量分布；

步骤2)根据目标风洞参数选取合适的长度缩比比例和速度缩比比例，并根据相似准则计算刚度缩比比例和质量缩比比例；

步骤3)根据原始机翼的刚度分布和质量分布以及所述刚度缩比比例和所述质量缩比比例获得颤振模型的目标刚度分布和目标质量分布；

步骤4)根据目标刚度分布确定颤振模型的参数，所述的参数包括蒙皮材料、翼肋材料、翼肋尺寸、模型截面尺寸、蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度；再根据上述的参数计算模型结构质量分布，包括蒙皮质量和翼肋质量；

步骤5)根据所述的目标质量分布和所述的模型结构质量分布，计算各翼肋上的配重块质量和位置；

步骤6)：根据上述翼肋材料和翼肋尺寸制造翼肋(1)；

步骤7)：根据上述模型的截面尺寸制造上半模具(2a)和下半模具(2b)；

步骤8)：在上半模具(2a)和下半模具(2b)上分别按蒙皮铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度铺设蒙皮材料，通过真空加温固化制造上蒙皮(3a)和下蒙皮(3b)；

步骤9)：将翼肋(1)与上蒙皮(3a)和下蒙皮(3b)进行胶接；

步骤10)：在翼肋上固定配重块(4)；

步骤11)：在翼肋的前缘和后缘处粘贴油纸蒙皮(5)。

2.根据权利要求1或2所述的一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：步骤6)中，在机翼模型的沿展向分布的翼肋为多个不同尺寸，且翼肋材料为碳纤维板，并采用碳纤维板激光切割的方式进行加工。

3.根据权利要求1或2所述的一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：步骤7)中，上半模具(2a)和下半模具(2b)的制造中，模具材料选用金属合金或中密度澳松板材料，加工方法为数控加工，且模具内表面满足树脂传递模塑工艺的要求。

4.根据权利要求1或2所述的一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：步骤8)中，选用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料的单向带或纤维布，在上半模具或下半模具内表面刷一层蜡，然后按照铺层厚度、蒙皮铺层顺序以及蒙皮铺层角度逐层铺到模具内，保证每铺一层刷一遍环氧树脂；全部铺完并刷完树脂后，再上铺一层带孔的塑料布，然后在所述塑料布上再铺一层吸收树脂的棉纸，再将整个铺好的部件连同上半模具或下半模具一起放入真空袋，抽真空后放入加温固化室，保持70°环境温度4小时以上。

5.根据权利要求1或2所述的一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：步骤9)中，在支架辅助下，将碳纤维翼肋1与上蒙皮(3a)和(下蒙皮3b)胶接，其中支架选用木质层合板，加工方法为激光切割；其中，在上蒙皮(3a)和(下蒙皮3b)的前后缘相应位置，裁剪出供碳纤维翼肋(1)伸出的槽；将上蒙皮(3a)和(下蒙皮3b)分别固定在支架上，逐个把碳纤维翼肋(1)与上、下蒙皮胶接，胶采用环氧树脂，之后放入加温固化室，保持70°环境温度4小时以上。

6.根据权利要求1或2所述的一种机翼低速颤振风洞模型的制造方法，其特征在于：步骤10)中，所述的配重块采用金属钨材料，并以线切割方式加工。