CN109533272A - 一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法 - Google Patents

一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法 Download PDF

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尚云东
石双
仇亚萍
马兴虎
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    • B64C1/14—Windows; Doors; Hatch covers or access panels; Surrounding frame structures; Canopies; Windscreens accessories therefor, e.g. pressure sensors, water deflectors, hinges, seals, handles, latches, windscreen wipers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

一种碳纤维铺缝飞机窗框，包括翻边（1）、腹板（2）和唇边（3），所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。本发明相较于铝合金飞机窗框来说减重将近40%；充分发挥了复合材料各向异性的特点，较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点。

Description

一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维铺缝飞机窗框，具体涉及的是一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法。
背景技术
飞机窗框是机身上的承力构件，是大开口补强结构，主要作用是对机身上的局部开口进行补强。传统的飞机窗框材料采用铝合金，每个重量大概为2.1KG，由于航空航天轻量化的发展，传统的金属材料不能满足要求。
碳纤维复合材料，与传统的金属材料相比，具有可设计性强、高比强度、高比模量、重量轻、耐腐蚀、抗疲劳、减震降噪等优点，已经被广泛应用在汽车、轨道交通、航空航天等众多领域。传统飞机窗框结构采用铝合金材料，采用铸造工艺，本发明所述飞机窗框采用碳纤维复合材料结构，采用一体化设计，整体成型，通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料飞机窗框，满足制件尺寸公差、外观质量、内部质量等要求。
本发明的技术解决方案是：一种碳纤维铺缝飞机窗框，包括翻边、腹板和唇边，所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。
本发明的进一步改进在于：窗框为层合结构，采用一体化设计，整体成型，通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
本发明的进一步改进在于：提供一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤1：通过铺缝工艺，制造出四个子预制体；
步骤2：将四个子预制体，按照一定的顺序铺放到模具内腔中，然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体；
步骤3：合模，然后进行注胶固化。
本发明的进一步改进在于：所述窗框的铺层分别为0°，+60°和-60°。
本发明提供的一种碳纤维复合材料飞机窗框，利用复合材料的可设计性，并根据工艺的可实施性，对碳纤维复合材料飞机窗框进行设计。在制造过程中，采用铺缝工艺，铺缝预制体后进行RTM成型。
本发明的有益效果是：首先减重，原铝合金制件重量为2.1KG，采用碳纤维复合材料后重量为1.3KG左右。其次采用铺缝工艺，使得碳纤维可以沿着开孔区域进行沿线铺缝，较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点，充分发挥了复合材料各向异性的特点。
附图说明
图1是飞机窗框的透视图；
图2是飞机窗框的横截面图；
图3是飞机窗框的四个子铺缝预制体；
图4是飞机窗框内部应力矢量图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种碳纤维铺缝飞机窗框，包括翻边1、腹板2和唇边3，所述腹板2通过紧固件和机身蒙皮连接。窗框为层合结构，采用一体化设计，整体成型，通过铺缝子预制体后进行RTM成型，透明件夹持在变厚度区域。
该种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤1：通过铺缝工艺，制造出四个子预制体；如图3所示。
步骤2：将四个子预制体，按照一定的顺序铺放到模具内腔中，然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体。
步骤3：合模，然后进行注胶固化。
根据如图4所示的飞机窗框内部应力矢量图，窗框结构内部应力的方向主要是环向和近似±60°。因此窗框的环向作为材料主方向，窗框的铺层分别由0°，+60°和-60°组成。
在制造过程中，会出现纤维体积含量过低，未达到技术要求中的纤维体积含量。通过严格控制制件厚度和控制纤维面密度来体积纤维体积含量。
在制造过程中会发生制件腹板区域厚度偏厚的问题，主要原因是模具变形和预制体上存在铺缝基布。通过撕掉基布后再铺贴和对模具制造加紧工装，有效地解决了这一问题。
本实施例提供的一种碳纤维复合材料飞机窗框，利用复合材料的可设计性，并根据工艺的可实施性，对碳纤维复合材料飞机窗框进行设计。在制造过程中，采用铺缝工艺，铺缝预制体后进行RTM成型。
本实施例的有益效果是：首先减重，原铝合金制件重量为2.1KG，采用碳纤维复合材料后重量为1.3KG左右，相较于铝合金飞机窗框来说减重将近40%，充分发挥了复合材料各向异性的特点，较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点。其次采用铺缝工艺，使得碳纤维可以沿着开孔区域进行沿线铺缝，较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点，充分发挥了复合材料各向异性的特点。
行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种碳纤维铺缝飞机窗框，其特征在于：包括翻边（1）、腹板（2）和唇边（3），所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框，其特征在于：窗框为层合结构，采用一体化设计，整体成型，通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：通过铺缝工艺，制造出四个子预制体；
步骤2：将四个子预制体，按照一定的顺序铺放到模具内腔中，然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体；
步骤3：合模，然后进行注胶固化。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法，其特征在于：所述窗框的铺层分别为0°，+60°和-60°。
5.根据权利要求3所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法，其特征在于：所述步骤3中，四个子预制体放进烘箱中的次数不少于一次，并非一次性完成。
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