CN108568976A - 轻质化异形舱体结构及舱体制作方法 - Google Patents

轻质化异形舱体结构及舱体制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质化异形舱体结构及舱体制作方法，本发明通过非金属型材(碳纤维)与金属承力部件整体复合在一起，在舱体抗冲击能力不减弱的前提下，实现轻质化要求。与现在舱体相比，本发明具有轻质化的优点，具有较好的应用价值和推广前景。并且，本发明采用碳纤维的壁板与轻质化异形舱体结构进行整体复合，相比常规的金属焊接骨架和铆接蒙皮制作成型，本发明在制作效率、成型后的可靠性、成型后的强度等方面都有很大的提升。

Description

轻质化异形舱体结构及舱体制作方法
技术领域
本发明涉及大型舱体结构技术领域，具体地指轻质化异形舱体结构及舱体制作方法。
背景技术
现有异形舱体是由金属焊接骨架和铆接蒙皮制作而成，但在如今轻质化要求更高的前提下，全金属焊接与铆接成型已经失去了竞争力。为了提高武器系统的作战能力，轻质化要求已是一项很重要的指标之一，因此采用非金属材料并结合金属承力部件组合成型势在必行。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种轻质化异形舱体结构及舱体制作方法，本发明能在减轻异形舱体重量的前提下，保证异形舱体的抗冲击能力。
为实现此目的，本发明所设计的一种轻质化异形舱体结构，它包括舱体底部金属承力框架，它还包括前端倾斜碳纤维竖管、第一气动弹簧碳纤维安装框、第二气动弹簧碳纤维安装框、后端碳纤维支撑框架、前部垂直斜碳纤维竖管、顶部水平碳纤维支撑管、水平碳纤维连接管和水平碳纤维撑杆，其中，前端倾斜碳纤维竖管的底端与舱体底部金属承力框架前端的左边角固定连接，前端倾斜碳纤维竖管的顶端与顶部水平碳纤维支撑管的前端固定连接，第一气动弹簧碳纤维安装框的底部固定在舱体底部金属承力框架的第一气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框的底部固定在舱体底部金属承力框架的第二气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框顶部的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管固定连接，后端碳纤维支撑框架的底端固定在舱体底部金属承力框架的后端，后端碳纤维支撑框架顶端的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管的底端与舱体底部金属承力框架右侧固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管的顶端固定连接有水平碳纤维连接管的一端，水平碳纤维连接管的另一端与顶部水平碳纤维支撑管垂直固定连接，所述前部垂直斜碳纤维竖管位于舱体底部金属承力框架的前端与第一气动弹簧安装位之间，前端倾斜碳纤维竖管的顶部垂直固定连接水平碳纤维撑杆的一端。
一种按上述结构进行轻质化异形舱体制作的方法，首先在所述轻质化异形舱体结构的各个金属叉件、平面三通、金属斜角转接头、角三通和角两通所在的搭接表面进行粗化处理，均匀地涂上树脂胶，搭接好后通过工装夹具将所述轻质化异形舱体结构固定并达到设计尺寸要求，然后放入高温箱中进行130～140℃，4～5小时的高温固化处理，待固化后取出轻质化异形舱体结构，卸掉工装夹具即可，最后将成型的轻质化异形舱体结构放入专用模具中，用碳纤维编制布进行壁板与轻质化异形舱体结构的整体复合，最终成型本发明的异形舱体。
本发明的有益效果：
本发明通过非金属型材(碳纤维)与金属承力部件整体复合在一起，在舱体抗冲击能力不减弱的前提下，实现轻质化要求。与现在舱体相比，本发明具有轻质化的优点，具有较好的应用价值和推广前景。并且，本发明采用碳纤维的壁板与轻质化异形舱体结构进行整体复合，相比常规的金属焊接骨架和铆接蒙皮制作成型，本发明在制作效率、成型后的可靠性、成型后的强度等方面都有很大的提升。
附图说明
图1为本发明中轻质化异形舱体的结构示意图；
图2为本发明中轻质化异形舱体结构的结构示意图；
图3为本发明中金属叉件连接处的结构示意图；
图4为本发明中平面三通连接处的结构示意图；
图5为本发明中角三通连接处的结构示意图；
图6为本发明中角两通连接处的结构示意图；
图7为本发明中金属斜角转接头连接处的结构示意图；
图8为本发明中壁板与轻质化异形舱体结构复合的局部视图。
其中，1—舱体底部金属承力框架、2—前端倾斜碳纤维竖管、3—第一气动弹簧碳纤维安装框、4—第二气动弹簧碳纤维安装框、5—后端碳纤维支撑框架、6—前部垂直斜碳纤维竖管、7—顶部水平碳纤维支撑管、8—顶部横向碳纤维支撑管、9—水平碳纤维连接管、10—水平碳纤维撑杆、11—金属叉件、12—平面三通、13—金属斜角转接头、14—角三通、15—角两通、16—壁板、17—泡沫夹芯结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明所设计的一种轻质化异形舱体结构，如图1～8所示，它包括舱体底部金属承力框架1、前端倾斜碳纤维竖管2、第一气动弹簧碳纤维安装框3、第二气动弹簧碳纤维安装框4、后端碳纤维支撑框架5、前部垂直斜碳纤维竖管6、顶部水平碳纤维支撑管7、水平碳纤维连接管9和水平碳纤维撑杆10，其中，前端倾斜碳纤维竖管2的底端与舱体底部金属承力框架1前端的左边角固定连接，前端倾斜碳纤维竖管2的顶端与顶部水平碳纤维支撑管7的前端固定连接，第一气动弹簧碳纤维安装框3的底部固定在舱体底部金属承力框架1的第一气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框4的底部固定在舱体底部金属承力框架1的第二气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框4顶部的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管7固定连接，后端碳纤维支撑框架5的底端固定在舱体底部金属承力框架1的后端，后端碳纤维支撑框架5顶端的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管7固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管6的底端与舱体底部金属承力框架1右侧固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管6的顶端固定连接有水平碳纤维连接管9的一端，水平碳纤维连接管9的另一端与顶部水平碳纤维支撑管7垂直固定连接，所述前部垂直斜碳纤维竖管6位于舱体底部金属承力框架1的前端与第一气动弹簧安装位之间，前端倾斜碳纤维竖管2的顶部垂直固定连接水平碳纤维撑杆10的一端。
上述技术方案中，它还包括多个相互平行的顶部横向碳纤维支撑管8，所述多个顶部横向碳纤维支撑管8的一端均固定连接顶部水平碳纤维支撑管7。
上述技术方案中，所述舱体底部金属承力框架1前端的左边角焊接一个与前端倾斜碳纤维竖管2匹配的金属叉件11，前端倾斜碳纤维竖管2的底端插入对应的金属叉件11中并紧固；
舱体底部金属承力框架1右侧焊接一个与前部垂直斜碳纤维竖管6匹配的金属叉件11，前部垂直斜碳纤维竖管6的底端插入对应的金属叉件11中并紧固；
舱体底部金属承力框架1的第一气动弹簧安装位的左右侧分别焊接一个与第一气动弹簧碳纤维安装框3中左右两竖杆匹配的金属叉件11，第一气动弹簧碳纤维安装框3中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件11中并紧固；
舱体底部金属承力框架1的第二气动弹簧安装位的左右侧分别焊接一个与第二气动弹簧碳纤维安装框4中左右两竖杆匹配的金属叉件11，第二气动弹簧碳纤维安装框4中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件11中并紧固；
舱体底部金属承力框架1的后端的左右两个角分别焊接一个与后端碳纤维支撑框架5中左右两竖杆匹配的金属叉件11，后端碳纤维支撑框架5中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件11中并紧固。
上述技术方案中，舱体底部金属承力框架1上设有多个装备固定块。用于固定舱体内部的各种装备。
上述技术方案中，多个顶部横向碳纤维支撑管8的一端均通过对应的平面三通12固定连接顶部水平碳纤维支撑管7。
上述技术方案中，水平碳纤维连接管9和水平碳纤维撑杆10的一端通过对应的平面三通12固定连接顶部水平碳纤维支撑管7；
前端倾斜碳纤维竖管2的顶端通过对应的金属斜角转接头13与顶部水平碳纤维支撑管7的前端固定连接。
上述技术方案中，所述第二气动弹簧碳纤维安装框4顶部的左侧角通过对应的角三通14与顶部水平碳纤维支撑管7固定连接；
所述后端碳纤维支撑框架5顶端的左侧角通过对应的角三通14与顶部水平碳纤维支撑管7固定连接。
上述技术方案中，所述第二气动弹簧碳纤维安装框4的左侧竖杆通过对应的角两通15与第二气动弹簧碳纤维安装框4的水平杆左侧固定连接，第二气动弹簧碳纤维安装框4的右侧竖杆通过对应的角两通15与第二气动弹簧碳纤维安装框4的水平杆右侧固定连接；
前部垂直斜碳纤维竖管6的顶端通过对应的角两通15固定连接有水平碳纤维连接管9的一端。
上述结构设计强化了舱体底部金属承力框架1与上部碳纤维部件之间连接，并实现了轻量化。
一种按上述所述结构进行轻质化异形舱体制作的方法，首先在所述轻质化异形舱体结构的各个金属叉件11、平面三通12、金属斜角转接头13、角三通14和角两通15所在的搭接表面进行粗化处理，均匀地涂上树脂胶，搭接好后通过工装夹具将所述轻质化异形舱体结构固定并达到设计尺寸要求，然后放入高温箱中进行130～140℃，4～5小时的高温固化处理，待固化后取出轻质化异形舱体结构，卸掉工装夹具即可，最后将成型的轻质化异形舱体结构放入专用模具中，用碳纤维编制布进行壁板16与轻质化异形舱体结构的整体复合，最终成型本发明的异形舱体。
上述技术方案中，所述用碳纤维编制布进行壁板16与轻质化异形舱体结构的整体复合的复合流程为：在专用模具的外模内侧用多层碳纤维编制布铺设壁板16的外层，相邻两层碳纤维编制布之间用树脂粘接，将轻质化异形舱体结构的外侧用树脂粘接壁板16的外层，在轻质化异形舱体结构的内侧用多层碳纤维编制布铺设壁板16的内层，相邻两层碳纤维编制布之间用树脂粘接，最内层的碳纤维编制布通过树脂粘接在轻质化异形舱体结构的内侧，通过真空压紧设备将壁板16的内侧层、轻质化异形舱体结构和壁板16的外层进行压紧，然后放入高温箱中进行130～140℃，4～5小时的高温固化处理，最后脱模。真空压紧设备抽真空后，能排除制品中的气泡与物料内的挥发物，通过外部的大气压力将上述结构与壁板16很好的结合在一起。高温加热固化保证了树脂的固化效果，提高了本发明的连接可靠性。
上述技术方案中，所述碳纤维编制布中增加泡沫夹芯(蜂窝泡沫夹芯)结构17。蜂窝泡沫夹芯能增加强度壁板16的强度，因此轻质化异形舱体结构来说，省去了上后骨架与左后骨架，进一步减轻了异形舱体的重量。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种轻质化异形舱体结构，它包括舱体底部金属承力框架(1)，其特征在于：它还包括前端倾斜碳纤维竖管(2)、第一气动弹簧碳纤维安装框(3)、第二气动弹簧碳纤维安装框(4)、后端碳纤维支撑框架(5)、前部垂直斜碳纤维竖管(6)、顶部水平碳纤维支撑管(7)、水平碳纤维连接管(9)和水平碳纤维撑杆(10)，其中，前端倾斜碳纤维竖管(2)的底端与舱体底部金属承力框架(1)前端的左边角固定连接，前端倾斜碳纤维竖管(2)的顶端与顶部水平碳纤维支撑管(7)的前端固定连接，第一气动弹簧碳纤维安装框(3)的底部固定在舱体底部金属承力框架(1)的第一气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框(4)的底部固定在舱体底部金属承力框架(1)的第二气动弹簧安装位上，第二气动弹簧碳纤维安装框(4)顶部的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管(7)固定连接，后端碳纤维支撑框架(5)的底端固定在舱体底部金属承力框架(1)的后端，后端碳纤维支撑框架(5)顶端的左侧角与顶部水平碳纤维支撑管(7)固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管(6)的底端与舱体底部金属承力框架(1)右侧固定连接，前部垂直斜碳纤维竖管(6)的顶端固定连接有水平碳纤维连接管(9)的一端，水平碳纤维连接管(9)的另一端与顶部水平碳纤维支撑管(7)垂直固定连接，所述前部垂直斜碳纤维竖管(6)位于舱体底部金属承力框架(1)的前端与第一气动弹簧安装位之间，前端倾斜碳纤维竖管(2)的顶部垂直固定连接水平碳纤维撑杆(10)的一端。
2.根据权利要求1所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：它还包括多个相互平行的顶部横向碳纤维支撑管(8)，所述多个顶部横向碳纤维支撑管(8)的一端均固定连接顶部水平碳纤维支撑管(7)。
3.根据权利要求1所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：所述舱体底部金属承力框架(1)前端的左边角焊接一个与前端倾斜碳纤维竖管(2)匹配的金属叉件(11)，前端倾斜碳纤维竖管(2)的底端插入对应的金属叉件(11)中并紧固；
舱体底部金属承力框架(1)右侧焊接一个与前部垂直斜碳纤维竖管(6)匹配的金属叉件(11)，前部垂直斜碳纤维竖管(6)的底端插入对应的金属叉件(11)中并紧固；
舱体底部金属承力框架(1)的第一气动弹簧安装位的左右侧分别焊接一个与第一气动弹簧碳纤维安装框(3)中左右两竖杆匹配的金属叉件(11)，第一气动弹簧碳纤维安装框(3)中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件(11)中并紧固；
舱体底部金属承力框架(1)的第二气动弹簧安装位的左右侧分别焊接一个与第二气动弹簧碳纤维安装框(4)中左右两竖杆匹配的金属叉件(11)，第二气动弹簧碳纤维安装框(4)中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件(11)中并紧固；
舱体底部金属承力框架(1)的后端的左右两个角分别焊接一个与后端碳纤维支撑框架(5)中左右两竖杆匹配的金属叉件(11)，后端碳纤维支撑框架(5)中左右两竖杆的底部插入对应的金属叉件(11)中并紧固。
4.根据权利要求2所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：多个顶部横向碳纤维支撑管(8)的一端均通过对应的平面三通(12)固定连接顶部水平碳纤维支撑管(7)。
5.根据权利要求1所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：水平碳纤维连接管(9)和水平碳纤维撑杆(10)的一端通过对应的平面三通(12)固定连接顶部水平碳纤维支撑管(7)；
前端倾斜碳纤维竖管(2)的顶端通过对应的金属斜角转接头(13)与顶部水平碳纤维支撑管(7)的前端固定连接。
6.根据权利要求1所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：所述第二气动弹簧碳纤维安装框(4)顶部的左侧角通过对应的角三通(14)与顶部水平碳纤维支撑管(7)固定连接；
所述后端碳纤维支撑框架(5)顶端的左侧角通过对应的角三通(14)与顶部水平碳纤维支撑管(7)固定连接。
7.根据权利要求1所述的轻质化异形舱体结构，其特征在于：所述第二气动弹簧碳纤维安装框(4)的左侧竖杆通过对应的角两通(15)与第二气动弹簧碳纤维安装框(4)的水平杆左侧固定连接，第二气动弹簧碳纤维安装框(4)的右侧竖杆通过对应的角两通(15)与第二气动弹簧碳纤维安装框(4)的水平杆右侧固定连接；
前部垂直斜碳纤维竖管(6)的顶端通过对应的角两通(15)固定连接有水平碳纤维连接管(9)的一端。
8.一种按权利要求1所述结构进行轻质化异形舱体制作的方法，其特征在于，首先在所述轻质化异形舱体结构的各个金属叉件(11)、平面三通(12)、金属斜角转接头(13)、角三通(14)和角两通(15)所在的搭接表面进行粗化处理，均匀地涂上树脂胶，搭接好后通过工装夹具将所述轻质化异形舱体结构固定并达到设计尺寸要求，然后放入高温箱中进行130～140℃，4～5小时的高温固化处理，待固化后取出轻质化异形舱体结构，卸掉工装夹具即可，最后将成型的轻质化异形舱体结构放入专用模具中，用碳纤维编制布进行壁板(16)与轻质化异形舱体结构的整体复合，最终成型本发明的异形舱体。
9.根据权利要求8所述的轻质化异形舱体制作的方法，其特征在于：所述用碳纤维编制布进行壁板(16)与轻质化异形舱体结构的整体复合的复合流程为：在专用模具的外模内侧用多层碳纤维编制布铺设壁板(16)的外层，相邻两层碳纤维编制布之间用树脂粘接，将轻质化异形舱体结构的外侧用树脂粘接壁板(16)的外层，在轻质化异形舱体结构的内侧用多层碳纤维编制布铺设壁板(16)的内层，相邻两层碳纤维编制布之间用树脂粘接，最内层的碳纤维编制布通过树脂粘接在轻质化异形舱体结构的内侧，通过真空压紧设备将壁板(16)的内侧层、轻质化异形舱体结构和壁板(16)的外层进行压紧，然后放入高温箱中进行130～140℃，4～5小时的高温固化处理，最后脱模。
10.根据权利要求8所述的轻质化异形舱体制作的方法，其特征在于：所述碳纤维编制布中增加泡沫夹芯结构(17)。
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