CN109676957A - 复杂空腔结构尾翼的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人机领域,特别涉及复杂空腔结构尾翼的制备方法。1、复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:根据复杂空腔结构尾翼的外形进行模压模具,然后对复杂空腔结构尾翼进行划分,分为中间的面部,位于面部边缘的肋部以及尾翼与其他部件连接的连接部,本发明对复杂空腔结构尾翼进行了分区划分,然后进行各个芯模的制造,划分后的区域的形状相对规则,有利于芯模的加工制造,降低了芯模加工制造的难度,成本也得到相应的控制。

Description

复杂空腔结构尾翼的制备方法
技术领域
本发明属于无人机领域,特别涉及复杂空腔结构尾翼的制备方法。
背景技术
随着全球多用途军用以及民用无人机的广泛推广,人们对于无人机轻量化、低成本以及快速制造提出了很高的要求。
当代,无人机的用途越来越广泛,涉及警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业;由于无人机成本较低、效费比好,无人员伤亡风险,生存能力强,机动性能好,使用方便等特点,无人机在军用领域也得到了广泛的使用。因此,目前对于无人机的轻量化、低成本制造以及快速制造的要求日益显著。
中国专利:201610313430.8,发明名称:一种制备复杂内腔在制件的方法,其通过热熔性的芯模材质来制作芯模,芯模在高于固化温度30-100℃以上成为可流动的液体,上述方法存在以下缺陷:首先,型芯采用整体制作的方式,由于碳纤维复杂空腔结构的表面形状复杂,型芯加工困难,且加工的精度也会受到影响,对后续的整个构件的成型后的精度得不到保证,其次,本发明中采用高温融化的方式来进行芯模材料的去除,且所述的温度高于预浸料的固化温度,超温以后对固化后的环氧树脂以及碳纤维都会产生影响,用于浸渍的数值会烧焦,树脂的力学性能变差,同时,已经固化的树脂材料会发生软化的现象,存在变形的可能,对产品的精度有较大的影响。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明对复杂空腔结构尾翼的制备方法进行了改进,本发明对复杂空腔结构尾翼进行了分区划分,然后进行各个芯模的制造,划分后的区域的形状相对规则,有利于芯模的加工制造,降低了芯模加工制造的难度,成本也得到相应的控制,进一步的,各个芯模表面均包覆有在固化后,会在复杂空腔内部形成若干加强筋,对复杂空腔结构尾翼的整体强度有所提升,简化了复杂空腔结构的无人机垂尾加工工艺,降低了成本,提高了生产效率,同时也有效地解决了复杂空腔结构件一体化成型工艺的难点。
本发明的技术方案如下:
复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:首先根据复杂空腔结构尾翼的外形进行模压模具,然后对复杂空腔结构尾翼进行划分,分为中间的面部,位于面部边缘的肋部以及尾翼与其他部件连接的连接部;
步骤2:根据步骤1的划分,对面部、肋部和连接部进行芯模的制备,分别得到面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模;
步骤3:在步骤2所述的的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模上铺设碳纤维预浸料;
步骤4:在模压模具内铺设蒙皮,并将步骤3中铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别嵌入模压模具内,并使蒙皮完全包覆在面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模上;
步骤5:模压模具合模,放入烘箱内进行加热固化,冷却至室温脱模,得到复杂空腔结构尾翼。
进一步的说,所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用PMI泡沫加工成型。
进一步的说,所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用水溶性材料制备而成。
进一步的说,所述的连接部芯模和/或肋部芯模采用水溶性材料制备而成,面部芯模采用PMI泡沫加工而成。
进一步的说,步骤3中得到的铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别进行真空袋预压。
进一步的说,所述的步骤5的固化温度是120-200℃,固化时间是2-3小时。
进一步的说,所述的面部由多个面部单元组合而成。
综上所述,本发明具有以下与有益效果:
1、本发明对复杂空腔结构尾翼进行了分区划分,然后进行各个芯模的制造,划分后的区域的形状相对规则,有利于芯模的加工制造,降低了芯模加工制造的难度,成本也得到相应的控制,进一步的,各个芯模表面均包覆有在固化后,会在复杂空腔内部形成若干加强筋,加强筋对复杂空腔结构尾翼的整体强度有所提升。
2、本发明对芯模的材料以及制备方法进行了改进,本发明可以选用PMI泡沫和/或水溶性材料来制作芯模,PMI泡沫具有轻质、高强度的优点,其固化后直接留在复杂空腔结构尾翼的内部,并不会对尾翼的重量产生明显的影响,采用水溶性材料制作芯模,在复杂空腔结构尾翼固化成型后,利用水溶性材料的特性,将水溶性的芯模脱去,脱模的过程中不会对已经固化成型的构件产生损伤,保证了产品的质量,克服了现有技术中的采用热熔型的材料制备芯模存在的缺陷。
3、本发明不但简化了复杂空腔结构的无人机垂尾加工工艺,降低了成本,提高了生产效率,同时也有效地解决了复杂空腔结构件一体化成型工艺的难点。
附图说明
图1为本发明对复杂空腔结构尾翼进行划分的示意图;
图2为复杂空腔结构尾翼与模压模具的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明所述的复杂空腔结构尾翼包括无人机或者其他航空设备上的平尾、垂尾或者其他翼部构件,此类部件一般由多个曲面构成,直接成型存在较大的难度。
如图1和图2所示,复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:首先根据复杂空腔结构尾翼的外形进行模压模具,然后对复杂空腔结构尾翼进行划分,分为中间的面部1,位于面部1边缘的肋部2以及尾翼与其他部件连接的连接部3,如图1所示,图1中采用了常见的垂尾进行划分演示,包括位于中部的面部,以及位于面部两侧的肋部,还包括位于面部和肋部一端的连接部。
步骤2:根据步骤1的划分,对面部1、肋部2和连接部3进行芯模的制备,分别得到面部芯模11、肋部芯模21以及连接部芯模31;对复杂空腔结构尾翼进行划分,使得划分后的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模的形状相对规则,能够有效降低芯模的加工难度,降低生产成本。
步骤3:在步骤2所述的的面部芯模11、肋部芯模21以及连接部芯模31上铺设碳纤维预浸料4;铺设的碳纤维预浸料分为平纹碳纤维预浸料和斜纹碳纤维预浸料,根据方便的变化进行铺设,能够得到较好的强度,铺设过程中,相邻层的碳纤维预浸料的铺设角度不同。
步骤4:在模压模具5内铺设蒙皮50,并将步骤3中铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别嵌入模压模具内,并使蒙皮50完全包覆在面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模上;
步骤5:模压模具5合模,放入烘箱内进行加热固化,冷却至室温脱模,得到复杂空腔结构尾翼。
进一步的说,所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用PMI泡沫加工成型。
进一步的说,所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用水溶性材料制备而成。
进一步的说,所述的连接部芯模和/或肋部芯模采用水溶性材料制备而成,面部芯模采用PMI泡沫加工而成。
上述对面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模所采用的材料进行了限定,当选用PMI泡沫加工成型时,PMI泡沫是目前综合性能最优的新型高分子结构泡沫材料,具有轻质、高强、耐高/低温等特点,其预留空腔结构内部,由于PMI泡沫具有轻质的特性,对得到的复合材料的复杂空腔结构尾翼的质量影响不大,仍然满足航空组件的轻质需求,进一步的,由于PMI泡沫具有高强、耐高低温的特性,也可以使构件的整体结构强度得到进一步的提高;当采用水溶性材料制备时,所述的水溶性材料是金属盐或者固态水溶性粘结剂,其在整个构件成型的过程中具有较好的结构稳定性,有助于保证成型后的尾翼的尺寸精度,当成型完成后,可以通过注水的方式,使水溶性材料制成的芯摸溶解,溶解后的芯摸材料排除复杂空腔结构尾翼,有效减轻复杂空腔结构尾翼的质量,当采用PMI泡沫和水溶性材料组合时,可以根据使用的需要以及复杂空腔结构内配重的需要进行选择。
进一步的说,步骤3中得到的铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别进行真空袋预压,保证了铺设在芯模上的碳纤维预浸料的紧实,继而有利于各个芯模在模压模具中的定位,保证了产品的精度。
进一步的说,所述的步骤5的固化温度是120-200℃,固化时间是2-3小时,根据预浸料采用的树脂不同,对固化温度进行调整,常用的树脂有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或者聚酰亚胺树脂。
进一步的说,所述的面部1由多个面部单元10组合而成,利用面部单元对面部进行分解,分解后的结构更加简单,便于面部芯模的加工制造,降低生产难度。
综上所述,本发明具有以下与有益效果:
1、本发明对复杂空腔结构尾翼进行了分区划分,然后进行各个芯模的制造,划分后的区域的形状相对规则,有利于芯模的加工制造,降低了芯模加工制造的难度,成本也得到相应的控制,进一步的,各个芯模表面均包覆有在固化后,会在复杂空腔内部形成若干加强筋,对复杂空腔结构尾翼的整体强度有所提升。
2、本发明对芯模的材料以及制备方法进行了改进,本发明可以选用PMI泡沫和/或水溶性材料来制作芯模,PMI泡沫具有轻质、高强度的有点,其固化后直接留在复杂空腔结构尾翼的内部,并不会对尾翼的重量产生明显的影响,采用水溶性材料制作芯模,在复杂空腔结构尾翼固化成型后,利用水溶性材料的特性,将水溶性的芯模脱去,脱模的过程中不会对已经固化成型的构件产生损伤,保证了产品的质量,克服了现有技术中的采用热熔型的材料制备芯模存在的缺陷。
3、本发明不但简化了复杂空腔结构的无人机垂尾加工工艺,降低了成本,提高了生产效率,同时也有效地解决了复杂空腔结构件一体化成型工艺的难点。

Claims (7)

1.复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:首先根据复杂空腔结构尾翼的外形进行模压模具,然后对复杂空腔结构尾翼进行划分,分为中间的面部,位于面部边缘的肋部以及尾翼与其他部件连接的连接部;
步骤2:根据步骤1的划分,对面部、肋部和连接部进行芯模的制备,分别得到面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模;
步骤3:在步骤2所述的的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模上铺设碳纤维预浸料;
步骤4:在模压模具内铺设蒙皮,并将步骤3中铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别嵌入模压模具内,并使蒙皮完全包覆在面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模上;
步骤5:模压模具合模,放入烘箱内进行加热固化,冷却至室温脱模,得到复杂空腔结构尾翼。
2.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用PMI泡沫加工成型。
3.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:所述的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模采用水溶性材料制备而成。
4.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:所述的连接部芯模和/或肋部芯模采用水溶性材料制备而成,面部芯模采用PMI泡沫加工而成。
5.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:步骤3中得到的铺设有碳纤维预浸料的面部芯模、肋部芯模以及连接部芯模分别进行真空袋预压。
6.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法,其特征在于:所述的步骤5的固化温度是120-200℃,固化时间是2-3小时。
7.根据权利要求1所述的复杂空腔结构尾翼的制备方法, 其特征在于:所述的面部由多个面部单元组合而成。
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