CN110126300A - 一种采用三维编织的复合材料起落架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用三维编织的复合材料起落架及其制备方法，该起落架包括支柱中心轴（1）、液压阻尼器（2）和机轮摇臂（3），其中支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）皆采用三维立体编织的构件，液压阻尼器（2）的两端分别与支柱中心轴（1）的上端、机轮摇臂（3）的后端相连接，机轮摇臂（3）的中部与支柱中心轴（1）的下端铰接。该制备方法首先选取相应的液压阻尼器（2），采用三维立体编织技术编织出支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）的预制体，之后热固性树脂胶液浸渍固化预制体获得成型的支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3），将三个部件连接即可获得起落架。本发明的起落架轻量化设计，并具有较好的抗压、抗弯和抗扭综合效能。

Description

一种采用三维编织的复合材料起落架及其制备方法
技术领域
本发明涉及飞机起落架技术领域，具体地说是一种轻量化、抗压弯扭综合效能良好的采用三维编织的复合材料起落架及其制备方法。
背景技术
起落架作为起飞、着陆的重要装置，是飞机重要承力并兼有操纵特性的部件, 在飞机安全的起降过程中，用于消耗和吸收飞机着陆撞击和在不平跑道上滑行时的能量。为适应各种不同的机场条件、起飞重量、下沉速度等，提高起落架缓冲系统的效率，各国都在不断改进起落架设计。由于传统固定翼轮式起降前起落架多采用缓冲器与受力支柱一体化布局形式，虽可实现前轮便捷转弯，但此类半摇臂支柱式起落架高度较高，总体结构布局集成较为复杂，难以实现轻量化设计。为了减轻飞机重量，实现起落系统安全可靠，飞机起落架不仅需要适应轻量化，同时能承受着陆时的巨大冲击，因此研发一种低密度、高强度、高延韧性的飞机起落架主体构件是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种轻量化、抗压弯扭综合效能良好的采用三维编织的复合材料起落架及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：该起落架包括支柱中心轴、液压阻尼器和机轮摇臂，其中支柱中心轴和机轮摇臂皆采用三维立体编织的构件，起缓冲减震作用的液压阻尼器的一端安装在支柱中心轴的上端、另一端安装在机轮摇臂的后端，机轮摇臂的中部与支柱中心轴的下端铰接且机轮摇臂的前端用以安装飞机轮胎。
所述机轮摇臂的中部设有摇臂铰链，摇臂铰链与支柱中心轴的下端铰接。
所述的机轮摇臂包括摇臂主体和摇臂铰链，且摇臂主体和摇臂铰链采用的三维立体编织方式不同。
所述的摇臂铰链上钻有连接孔。
所述支柱中心轴的下端钻有连接孔。
一种采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：在选取相应的液压阻尼器的基础上，选择碳纤维为原料并采用三维立体编织技术编织出支柱中心轴和机轮摇臂的预制体，之后将预制体采用热固性树脂胶液浸渍固化获得成型的支柱中心轴和机轮摇臂，将支柱中心轴、液压阻尼器和机轮摇臂三者通过相应的构件连接即可获得起落架；
其中支柱中心轴和机轮摇臂的制备方法的具体步骤如下：
a、根据起落架整体受力分析及构件装配要求，进行支柱中心轴和机轮摇臂的三维立体编织结构设计；
b、选择碳纤维并运用三维预制体变截面编织技术对支柱中心轴进行变截面一体化编织，获得支柱中心轴预制体；
c、根据机轮摇臂的三维立体编织结构要求并通过控制碳纤维携纱器编织路径对机轮摇臂进行一体化编织，获得机轮摇臂预制体；
d、步骤（b）中的支柱中心轴预制体和步骤（c）中的机轮摇臂预制体分别以热固性树脂胶液为基体，采用真空辅助成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制备得到碳纤维复合材料的支柱中心轴和机轮摇臂。
所述的支柱中心轴和机轮摇臂选用的碳纤维为T300、T700碳纤维束状加捻纱线中的一种或多种。
所述的支柱中心轴和机轮摇臂中的碳纤维体积含量为45-65%。
所述步骤（b）中的支柱中心轴预制体和步骤（c）中的机轮摇臂预制体的三维立体编织结构采用三维四向、三维五向、三维六向中的一种编织技术或多种组合编织技术。
所述步骤（d）中所用的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂，根据热固性树脂的热学性能，在大型烘箱内采用阶梯式升温固化工艺，热固化温度为80-120℃、固化时间为5-12小时。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的复合材料起落架采用三点式结构布局形式，支柱中心轴和机轮摇臂皆采用三维立体编织的构件，能够实现起落架轻量化设计，并具有较好的抗压、抗弯和抗扭综合效能，起落架结构简单紧凑、传力直接，提高了在不平跑道上的适应性。
附图说明
附图1为本发明的采用三维编织的复合材料起落架的结构示意图；
附图2为本发明的起落架的支柱中心轴的结构示意图；
附图3为本发明的起落架的机轮摇臂的结构示意图。
其中：1—支柱中心轴；2—液压阻尼器；3—机轮摇臂；4—飞机轮胎；5—中心轴主体；6—摇臂主体；7—摇臂铰链。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、3所示：一种采用三维编织的复合材料起落架，该起落架包括支柱中心轴1、液压阻尼器2和机轮摇臂3，其中支柱中心轴1和机轮摇臂3皆采用三维立体编织的构件，起缓冲减震作用的液压阻尼器2的一端安装在支柱中心轴1的上端、另一端安装在机轮摇臂3的后端，机轮摇臂3的中部与支柱中心轴1的下端铰接且机轮摇臂3的前端用以安装飞机轮胎4。在机轮摇臂3的中部设有摇臂铰链7，摇臂铰链7上钻有连接孔且支柱中心轴1的下端钻有连接孔，使得摇臂铰链7与支柱中心轴1的下端铰接；该机轮摇臂3包括摇臂主体6和摇臂铰链7，且摇臂主体6和摇臂铰链7采用的三维立体编织方式不同。
一种采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，在选取相应的液压阻尼器2的基础上，选择碳纤维为原料并采用三维立体编织技术编织出支柱中心轴1和机轮摇臂3的预制体，之后将预制体采用热固性树脂胶液浸渍固化获得成型的支柱中心轴1和机轮摇臂3，将支柱中心轴1、液压阻尼器2和机轮摇臂3三者通过相应的构件连接即可获得起落架；其中支柱中心轴1和机轮摇臂3的制备方法的具体步骤如下：a、根据起落架整体受力分析及构件装配要求，进行支柱中心轴1和机轮摇臂3的三维立体编织结构设计；b、选择碳纤维并运用三维预制体变截面编织技术对支柱中心轴1进行变截面一体化编织，获得支柱中心轴1预制体；c、根据机轮摇臂3的三维立体编织结构要求并通过控制碳纤维携纱器编织路径对机轮摇臂3进行一体化编织，获得机轮摇臂3预制体；d、步骤（b）中的支柱中心轴1预制体和步骤（c）中的机轮摇臂3预制体分别以热固性树脂胶液为基体，采用真空辅助成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制备得到碳纤维复合材料的支柱中心轴1和机轮摇臂3；支柱中心轴1和机轮摇臂3中的碳纤维体积含量为45-65%，其余为浸渍固化在三维立体编织的预制体上的树脂层。
上述制备方法中的支柱中心轴1和机轮摇臂3选用的碳纤维为T300、T700碳纤维束状加捻纱线中的一种或多种；上述步骤（b）中的支柱中心轴1预制体和步骤（c）中的机轮摇臂3预制体的三维立体编织结构采用三维四向、三维五向、三维六向中的一种编织技术或多种组合编织技术；步骤（d）中所用的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂，根据热固性树脂的热学性能，在大型烘箱内采用阶梯式升温固化工艺，热固化温度为80-120℃、固化时间为5-12小时。
该制备方法根据飞起起落时的起落架力学特性要求，进行不同部位的碳纤维预制体三维结构设计，通过碳纤维纱线类型组合和纱线排布方向组合，针对性地提高变截面处的刚度和强度；利用变截面、变密度编织技术一次性完成组件预制体的制备，可针对起落架不同部位载荷情况编织成型三维立体编织结构，生产效率高；针对三维立体编织预制体，采用热固性树脂为基体，采用真空辅助工艺实现树脂胶液对纤维立体结构的快速浸渍，热固化过程在大型烘箱中进行，整个浸渍复合过程真空度在0.9MPa以上，复合材料制品成型效率较高。
下面通过具体实施例说明基于图1中的摇臂支柱式起落架的支柱中心轴1和机轮摇臂3进行三维立体编织的过程，图2和图3所示的支柱中心轴和机轮摇臂分别包括内部三维立体编织结构及浸渍固化在编织结构上的树脂层。
实施例一
其中支柱中心轴1和机轮摇臂3的编织方案为：支柱中心轴1的中心轴主体5的部分采用三维六向编织处理，并在特定部位通过增减纱线数量改变截面直径，支柱中心轴1的整体长度为50cm，三个变截面直径大小分别为15cm、13cm、11cm，纱线选用T700碳纤维。机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂主体6的部分采用三维五向编织处理，机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂铰链7的部分采用三维四向编织处理，机轮摇臂3的整体长度为40cm、直径为15cm，机轮摇臂3的纱线选用T300、T700碳纤维的一种或两种组合。支柱中心轴1和机轮摇臂3的三维编织预制体纤维体积含量在60%。分别在支柱中心轴1的底端及摇臂铰链7的中心一侧钻孔且将两者通过铰连。三维编织后的支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体分别采用环氧树脂为基体原料，采用真空辅助工艺时胶液充分浸渍支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体，整个浸渍过程真空度保持在0.09MPa，浸渍树脂后的支柱中心轴1和机轮摇臂3在80℃烘箱内固化3小时后成型。
实施例二
其中支柱中心轴1和机轮摇臂3的编织方案为：支柱中心轴1的中心轴主体5的部分采用三维六向编织处理，并在特定部位通过增减纱线数量改变截面直径，支柱中心轴1的整体长度为60cm，三个变截面直径大小分别为16cm、15cm、13cm，纱线选用T700碳纤维。机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂主体6的部分采用三维五向编织处理，机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂铰链7的部分采用三维四向编织处理，机轮摇臂3的整体长度为40cm、直径为15cm，机轮摇臂3的纱线选用T300、T700碳纤维的一种或两种组合。支柱中心轴1和机轮摇臂3的三维编织预制体纤维体积含量在65%。分别在支柱中心轴1的底端及摇臂铰链7的中心一侧钻孔且将两者通过铰连。三维编织后的支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体分别采用环氧树脂为基体原料，采用真空辅助工艺时胶液充分浸渍支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体，整个浸渍过程真空度保持在0.09MPa，浸渍树脂后的支柱中心轴1和机轮摇臂3在90℃烘箱内固化3小时后成型。
实施例三
其中支柱中心轴1和机轮摇臂3的编织方案为：支柱中心轴1的中心轴主体5的部分采用三维六向编织处理，并在特定部位通过增减纱线数量改变截面直径，支柱中心轴1的整体长度为45cm，三个变截面直径大小分别为14cm、12cm、10cm，纱线选用T300、T700碳纤维的一种或两种组合。机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂主体6的部分采用三维五向编织处理，机轮摇臂3的三维立体编织结构的摇臂铰链7的部分采用三维四向编织处理，机轮摇臂3的整体长度为40cm、直径为15cm，机轮摇臂3的纱线选用T300、T700碳纤维的一种或两种组合。支柱中心轴1和机轮摇臂3的三维编织预制体纤维体积含量在60%。分别在支柱中心轴1的底端及摇臂铰链7的中心一侧钻孔且将两者通过铰连。三维编织后的支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体分别采用环氧树脂为基体原料，采用真空辅助工艺时胶液充分浸渍支柱中心轴1的预制体和机轮摇臂3的预制体，整个浸渍过程真空度保持在0.09MPa，浸渍树脂后的支柱中心轴1和机轮摇臂3在80℃烘箱内固化2.5小时后成型。
本发明的复合材料起落架采用三点式结构布局形式，支柱中心轴1和机轮摇臂2皆采用三维立体编织的构件，能够实现起落架轻量化设计，并具有较好的抗压、抗弯和抗扭综合效能，起落架结构简单紧凑、传力直接，提高了在不平跑道上的适应性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：该起落架包括支柱中心轴（1）、液压阻尼器（2）和机轮摇臂（3），其中支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）皆采用三维立体编织的构件，起缓冲减震作用的液压阻尼器（2）的一端安装在支柱中心轴（1）的上端、另一端安装在机轮摇臂（3）的后端，机轮摇臂（3）的中部与支柱中心轴（1）的下端铰接且机轮摇臂（3）的前端用以安装飞机轮胎（4）。
2.根据权利要求1所述的采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：所述机轮摇臂（3）的中部设有摇臂铰链（7），摇臂铰链（7）与支柱中心轴（1）的下端铰接。
3.根据权利要求1或2所述的采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：所述的机轮摇臂（3）包括摇臂主体（6）和摇臂铰链（7），且摇臂主体（6）和摇臂铰链（7）采用的三维立体编织方式不同。
4.根据权利要求2所述的采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：所述的摇臂铰链（7）上钻有连接孔。
5.根据权利要求1或4所述的采用三维编织的复合材料起落架，其特征在于：所述支柱中心轴（1）的下端钻有连接孔。
6.一种如权利要求1-5任一所述的采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：在选取相应的液压阻尼器（2）的基础上，选择碳纤维为原料并采用三维立体编织技术编织出支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）的预制体，之后将预制体采用热固性树脂胶液浸渍固化获得成型的支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3），将支柱中心轴（1）、液压阻尼器（2）和机轮摇臂（3）三者通过相应的构件连接即可获得起落架；
其中支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）的制备方法的具体步骤如下：
a、根据起落架整体受力分析及构件装配要求，进行支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）的三维立体编织结构设计；
b、选择碳纤维并运用三维预制体变截面编织技术对支柱中心轴（1）进行变截面一体化编织，获得支柱中心轴（1）预制体；
c、根据机轮摇臂（3）的三维立体编织结构要求并通过控制碳纤维携纱器编织路径对机轮摇臂（3）进行一体化编织，获得机轮摇臂（3）预制体；
d、步骤（b）中的支柱中心轴（1）预制体和步骤（c）中的机轮摇臂（3）预制体分别以热固性树脂胶液为基体，采用真空辅助成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制备得到碳纤维复合材料的支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）。
7.根据权利要求6所述的采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：所述的支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）选用的碳纤维为T300、T700碳纤维束状加捻纱线中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：所述的支柱中心轴（1）和机轮摇臂（3）中的碳纤维体积含量为45-65%。
9.根据权利要求6所述的采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中的支柱中心轴（1）预制体和步骤（c）中的机轮摇臂（3）预制体的三维立体编织结构采用三维四向、三维五向、三维六向中的一种编织技术或多种组合编织技术。
10.根据权利要求6所述的采用三维编织的复合材料起落架的制备方法，其特征在于：所述步骤（d）中所用的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂，根据热固性树脂的热学性能，在大型烘箱内采用阶梯式升温固化工艺，热固化温度为80-120℃、固化时间为5-12小时。
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