CN109204851A - 油箱结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空航天设备附件，特别涉及一种油箱结构及其制造方法。油箱结构，其特征在于：包括由碳纤维复合材料固化成型的油箱盖以及中空的油箱壳体，油箱盖和油箱壳体粘接在一起，所述的油箱盖和油箱壳体截面由内向外依次为内壁层、结构加强层以及外壁层。本发明设计了一种碳纤维复合材料的油箱结构，油箱结构的截面主要有内壁层、结构加强层成以及外壁层构成，内壁层和外壁层为碳纤维预浸料铺设而成，结构加强层用于增加油箱的结构强度，同时也减少了碳纤维的用量，降低了油箱的成本，同时，结构加强层采用轻质结构加强层，有效控制了油箱的重量，相比与现有的金属制油箱，有明显的质量上的减轻。
Description
技术领域
本发明属于航空航天设备部件，特别涉及一种油箱结构及其制造方法。
背景技术
我国从事无人机行业的单位有300多家，其中规模比较大企业有160家左右，形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系。目前在研和在用的无人机型多达上百种，小型无人机技术逐步成熟，战略无人机已试飞，攻击无人机也已多次成功试射空地导弹。随着无人机的发展，尤其是民用无人机的高速发展，人们将更加关注无人机的成本、研制周期和性能等，只有性价比高的产品才能赢得更多的客户，只有短的研制周期才能跟得上技术的进步。在无人机中，燃油是必要且重要的部件之一，它的重量、密封、成本和制造周期等都对无人机有着重要影响。
现有的无人机油箱中，无论是整体油箱还是分体油箱都无法兼顾重量与密封，成本与研制周期的问题。整体油箱虽然起到了减重作用，但是密封性能差，容易发生泄露，检测漏点位置困难，严重制约无人机的使用和维修；分体油箱重量大，尤其是其中的硬油箱使得无人机重量大幅增加，虽然传统的软油箱起到了一定的减重作用，但是其制造周期较长、安装固定复杂、减重效果一般。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计了一种利用碳纤维复合材料制成的油箱的结构以及制造方法。
本发明的技术方案如下：
油箱结构，其特征在于：包括由碳纤维复合材料固化成型的油箱盖以及中空的油箱壳体，油箱盖和油箱壳体粘接在一起，所述的油箱盖和油箱壳体截面由内向外依次为内壁层、结构加强层以及外壁层。
进一步的说，所述的内壁层和外壁层均由平纹碳纤维预浸料铺设固化而成。
进一步的说，所述的内壁层与结构加强层以及结构加强层与外壁层之间设有胶膜。
进一步的说，所述的外壁层包括与结构加强层贴合的第一铺层，第一铺层的表面铺设有聚氨酯隔油膜，在聚氨酯隔油膜上铺设有第二铺层。
进一步的说，所述的结构加强层为轻质结构层。
进一步的说，所述的轻质结构层为PMI泡沫层。
进一步的说，所述的轻质结构层为轻质蜂窝层。
一种用于上述油箱结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
油箱盖成型：
步骤1：在油箱盖模具上铺贴碳纤维预浸料，形成内壁层，并用真空袋预压；
步骤2：在内壁层的表面铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤3：在结构加强层上铺设外壁层，并完成加油口盖的预埋件的定位，再用真空袋封装，并利用烘箱加热固化成型；
油箱壳体成型：
步骤4：在油箱壳体组合模具上铺设碳纤维预浸料，形成内壁层，并将中空圆柱与油箱底部的内壁层的搭接，并用真空袋预压；
步骤5：在内壁层上铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤6：在结构加强层上铺设外壁层，并完成放油口和回油口预埋件与外壁层的搭接，最后利用烘箱加热固化成型得到中空的箱体；
胶接成型：
步骤7：利用胶接型架对油箱壳体和油箱盖进行定位，在油箱壳体和油箱盖的胶接面上涂覆胶水，并在胶接型架上对油箱壳体和油箱盖施加压力，胶接成型。
进一步的说，在步骤3和步骤6中，在已经完成铺设的外壁层上再铺设聚氨酯隔油膜，并在聚氨酯隔油膜上再铺设碳纤维预浸料进行覆盖。
本发明的有益效果：本发明设计了一种碳纤维复合材料的油箱结构，油箱结构的截面主要有内壁层、结构加强层成以及外壁层构成，内壁层和外壁层为碳纤维预浸料铺设而成，结构加强层用于增加油箱的结构强度，同时也减少了碳纤维的用量，降低了油箱的成本，同时，结构加强层采用轻质结构加强层，有效控制了油箱的重量，相比与现有的金属制油箱，有明显的质量上的减轻，这对航天航空设备是至关重要的。
进一步的，本发明所述的油箱的制造方法，采用分体加工的方式，分别完成油箱盖以及油箱壳体的成型，最后利用胶粘将两者组合成一个完整的油箱，且在成型过程中，通过真空袋进行多次预压，可以确保产品的无损检测和精度，满足设计需求，同时也避免采用热压罐成型带来的高成本的问题，实现了一种制造周期短、安装方便、减重明显的硬质碳纤维复合材料油箱。
附图说明
图1为本发明的油箱的示意图；
图2为本发明的油箱壳体的示意图；
图3为油箱盖和油箱壳体的截面示意图；
图1为油箱盖，2为油箱壳体，3为内壁层，4为结构加强层，5为外壁层，6为胶膜，50为第一铺层，51为聚氨酯隔油膜，52为第二铺层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，油箱结构，其特征在于：包括由碳纤维复合材料固化成型的油箱盖1以及中空的油箱壳体2，油箱盖1和油箱壳体2粘接在一起，所述的油箱盖1和油箱壳体2截面由内向外依次为内壁层3、结构加强层4以及外壁层5，所述的内壁层的厚度为1mm。
本发明所述的油箱由油箱盖以及中空的油箱壳体构成，两者均采用碳纤维预浸料铺设而成，两者的截面由内壁层、结构加强层以及外壁层构成，内壁层和外壁层采用碳纤维预浸料铺设固化而成，结构加强层采用轻质结构加强材料，结构加强层能够提高较好的结构强度，且采用轻质结构加强材料，保证了油箱的轻质特性，同时也减少了加工油箱过程中所需的碳纤维的用量，降低了油箱的生产成本。
进一步的说，所述的内壁层3和外壁层5均由平纹碳纤维预浸料铺设固化而成，采用平纹碳纤维预浸料铺设，铺设而成的内壁层和外壁层具有较好的结构强度，满足油箱使用的强度要求。
进一步的说，所述的内壁层3与结构加强层4以及结构加强层4与外壁层5之间设有胶膜6，设置的胶膜为LWF胶膜，胶膜并未在附图中体现，设置的胶膜用于提高内壁层与结构加强层以及外壁层与结构加强层之间的连接可靠性，也使得油箱的结构稳定性更加可靠。
进一步的说，所述的外壁层5包括与结构加强层贴合的第一铺层50，第一铺层50的表面铺设有聚氨酯隔油膜51，在聚氨酯隔油膜51上铺设有第二铺层52，实际的生产过程中，第一铺层为2层平纹碳纤维预浸料铺层，第二铺层为3层平纹碳纤维预浸料铺层，设置的聚氨酯油膜具有隔油的效果，进一步的，采用多层的结构设计达到了结构功能一体化的效果。
进一步的说，所述的结构加强层为轻质结构层，采用轻质结构加强层，首先，不会过多增加油箱的重量，满足轻量化的要求，其次，轻质结构层能够减少碳纤维的用量，有效控制了油箱的材料成本。
进一步的说，所述的轻质结构层为PMI泡沫层，本实施方式中，PMI泡沫层的厚度为2mm。
进一步的说，所述的轻质结构层为轻质蜂窝层。
上述为轻质结构层采用的两种材料，PMI泡沫具有较好的强度，且质量较轻，满足了轻量化和结构强度的需求，轻质蜂窝层为采用铝质材料制成的蜂窝层，蜂窝层由于其结构原因，其具有较好的抗冲击能力，且铝质蜂窝的重量较轻，也满足了轻量化的要求，且上述两种轻质结构层具有较好的可加工性，能够适应复杂型面的加工需求。
一种用于上述油箱结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
油箱盖成型：
步骤1：在油箱盖模具上铺贴碳纤维预浸料，形成内壁层，并用真空袋预压；
步骤2：在内壁层的表面铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤3：在结构加强层上铺设外壁层，并完成加油口盖的预埋件的定位，再用真空袋封装，并利用烘箱加热固化成型；
油箱壳体成型：
步骤4：在油箱壳体组合模具上铺设碳纤维预浸料，形成内壁层，并将中空圆柱7与油箱底部的内壁层的搭接，并用真空袋预压；设置的中空圆柱用于螺旋桨叶的安装；
步骤5：在内壁层上铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤6：在结构加强层上铺设外壁层，并完成放油口和回油口预埋件与外壁层的搭接，最后利用烘箱加热固化成型得到中空的箱体；
胶接成型：
步骤7：利用胶接型架对油箱壳体和油箱盖进行定位，在油箱壳体和油箱盖的胶接面上涂覆胶水，并在胶接型架上对油箱壳体和油箱盖施加压力，胶接成型。
本发明所述的油箱的制造方法采用分部加工然后胶接的生产工艺，使得加工复杂结构的油箱成为可能，克服了现有技术中整体成型存在的加工困难，成本高的问题，有效降低了油箱的生产成本，生产效率也得到了改善，使得大批量生产成为可能。
进一步的说，在步骤3和步骤6中，在已经完成铺设的外壁层上再铺设聚氨酯隔油膜，并在聚氨酯隔油膜上再铺设碳纤维预浸料进行覆盖。
本发明的有益效果：本发明设计了一种碳纤维复合材料的油箱结构，油箱结构的截面主要有内壁层、结构加强层成以及外壁层构成，内壁层和外壁层为碳纤维预浸料铺设而成，结构加强层用于增加油箱的结构强度，同时也减少了碳纤维的用量，降低了油箱的成本，同时，结构加强层采用轻质结构加强层，有效控制了油箱的重量，相比与现有的金属制油箱，有明显的质量上的减轻，这对航天航空设备是至关重要的。
进一步的，本发明所述的油箱的制造方法，采用分体加工的方式，分别完成油箱盖以及油箱壳体的成型，最后利用胶接将两者组合成一个完整的油箱，且在成型过程中，通过真空袋进行多次预压，可以确保产品的无损检测和精度，满足设计需求，同时也避免采用热压罐成型带来的高成本的问题，实现了一种制造周期短、安装方便、减重明显的硬质碳纤维复合材料油箱。
Claims (9)
1.油箱结构，其特征在于：包括由碳纤维复合材料固化成型的油箱盖以及中空的油箱壳体，油箱盖和油箱壳体胶接在一起，所述的油箱盖和油箱壳体截面由内向外依次为内壁层、结构加强层以及外壁层。
2.根据权利要求1所述的油箱结构，其特征在于：所述的内壁层和外壁层均由平纹碳纤维预浸料铺设固化而成。
3.根据权利要求1所述的油箱结构，其特征在于：所述的内壁层与结构加强层以及结构加强层与外壁层之间设有胶膜。
4.根据权利要求1所述的油箱结构，其特征在于：所述的外壁层包括与结构加强层贴合的第一铺层，第一铺层的表面铺设有聚氨酯隔油膜，在聚氨酯隔油膜上铺设有第二铺层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的油箱结构，其特征在于：所述的结构加强层为轻质结构层。
6.根据权利要求5所述的油箱结构，其特征在于：所述的轻质结构层为PMI泡沫层。
7.根据权利要求5所述的油箱结构，其特征在于：所述的轻质结构层为轻质蜂窝层。
8.一种用于上述油箱结构的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
油箱盖成型：
步骤1：在油箱盖模具上铺贴碳纤维预浸料，形成内壁层，并用真空袋预压；
步骤2：在内壁层的表面铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤3：在结构加强层上铺设外壁层，并完成加油口盖的预埋件的定位，再用真空袋封装，并利用烘箱加热固化成型；
油箱壳体成型：
步骤4：在油箱壳体组合模具上铺设碳纤维预浸料，形成内壁层，并将中空圆柱与油箱底部的内壁层的搭接，并用真空袋预压；
步骤5：在内壁层上铺设结构加强层，并用真空袋预压；
步骤6：在结构加强层上铺设外壁层，并完成放油口和回油口预埋件与外壁层的搭接，最后利用烘箱加热固化成型得到中空的箱体；
胶接成型：
步骤7：利用胶接型架对油箱壳体和油箱盖进行定位，在油箱壳体和油箱盖的胶接面上涂覆胶水，并在胶接型架上对油箱壳体和油箱盖施加压力，胶接成型。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：在步骤3和步骤6中，在已经完成铺设的外壁层上再铺设聚氨酯隔油膜，并在聚氨酯隔油膜上再铺设碳纤维预浸料进行覆盖。
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| CN112606425A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-06 | 北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司 | 用于航空飞行器油箱的复合材料及其制备方法、航空飞行器油箱 |
| CN112721245A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-30 | 上海复合材料科技有限公司 | 一种轻质复合材料弹体包装箱及其成型方法 |
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