CN110231139A - 一种飞机风洞模型外壳的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空空气动力学试验设备，尤其是一种飞机风洞模型外壳的制造方法。该方法采用大部件整体成型方法，既将飞机分为前机身、中机身、机翼、后机身、垂平尾五个部分，每个部分利用高分子复合材料整体成形；部件之间连接方式采用树脂胶粘接；在UG、CATIA设计平台上完成数模设计。本方法最终可实现：提高了飞机风洞模型的整体质量，实现了模型的轻量化；且可快速制造，大大降低了制造成本。

Description

一种飞机风洞模型外壳的制造方法
技术领域
本发明涉及一种航空空气动力学试验设备，尤其是一种飞机风洞模型外壳的制造方法。
背景技术
风洞试验是依据空气动力学原理，将飞机模型或其部件，例如机身、机翼等固定在风洞中，通过施加人工气流流过飞机模型或其部件，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。风洞是进行空气动力学研究与飞机研制最基本的试验设备，每一种新型飞机的研制都需要在风洞中进行大量的试验。风洞试验的主要目的是要获取飞机模型的各种空气动力参数的变化规律。评价每一种飞机的飞行性能，除了如速度、高度、飞机重量及发动机推力等要素外，最重要的标准之一是飞机的空气动力性能。飞机全机风洞试验需要将整个飞机模型支撑在风洞中，在人工气流环境下通过压力测试设备测量整个飞机模型各部件在特定飞行条件下的压力分布数据，以此获得飞机的动力特征。
飞机风洞模型外壳的精度是新型飞机获得空气动力学数据的关键。现有的飞机风洞模型外壳多采用金属材料制造，外形一般为铝合金材料，内部支撑框架一般为钢材。在外形制造过程中只能用块状铝板材加工，不能用铸铝材料，因为铸铝表面可能存在气孔，影响飞机测试数据；支撑框架一般选择工具钢加工，连接方式多为螺栓加定位销以及铆接，也有一少部分制品整体采用钢板材或者铝板材积木式堆积后加工的，但这种方式耗材太多，整体重量太大。
综上，现有技术具有如下缺点：1)整体制造精度低，表面存在很多连接缝，对高流速空气造成紊流，影响测试结果；2)由于采用金属材料制造，整体质量过重3)制造周期过长，一般制造周期为三个月到六个月；4)制造成本高。
发明内容
针对上述技术问题，为了提高风洞模型的整体质量，实现产品的轻量化，实现快速制造，降低模型制造成本，本发明提供了一种飞机风洞模型外壳的制造方法；
具体技术方案如下：
一种飞机风洞模型外壳的制造方法，采用大部件整体成型方法，既将飞机分为前机身、中机身、机翼、后机身、垂平尾五个部分，每个部分利用高分子复合材料整体成形；部件之间连接方式采用树脂胶粘接；在UG、CATIA设计平台上完成数模设计。
材料的选择：
a、基础外形材料：选用B1级阻燃聚苯乙烯泡沫；
b、壳体基础材料：选用高强度复合材料树脂泥；
c、壳体表面材料:选用高强度可数控机床加工的树脂胶衣；
d、粘接材料:选用高强度树脂胶。
具体包括步骤：
第一步：部件基础模型的数字化设计及制作
根据飞机设计单位提供的数字模型进行部件模型的建立，选用的工作平台为UG或CATIA；
第二步：树脂泥贴敷
在加工好的泡沫模型表面均匀地涂敷树脂泥，涂层厚度为13mm，贴敷之前应保证树脂泥混合均匀，而后用压面机压成13mm厚度的条状，由于形状原因，可以断续贴敷，即一部分固化后再贴敷另一部分；贴敷好之后，室温下静置24小时，即可固化；
第三步：粗加工
将固化好的部件装卡到数控加工中心上进行加工，外形参照飞机部件设计外形，加工量为法向偏置-1mm，加工好之后放入固化炉，升温至100℃，4小时后出炉，将泡沫取出；
第四步：涂敷表面胶衣
在加工好的树脂泥部件表面涂敷2mm厚的树脂胶衣，室温固化24小时以上；
第五步：精加工
胶衣固化后，上数控加工中心精加工，要求表面加工粗糙度达到用户要求。第六步：装配
精加工好的部件，在辅助定位装置的约束下进行粘接，粘接好固化时间应不低于48小时；
第七步：表面处理
表面连接缝打磨处理，而后整体精抛光，达到镜面效果；
第八步：三坐标测量，出厂。
所述第一步具体为：用聚苯乙烯泡沫先加工出相应部件的模型，壳体厚度选用10mm，泡沫模型应比飞机理论外形小10mm以上，为11mm；同时确定部件间的连接位置及连接方式，而后利用数控加工中心将泡沫模型加工出来。
本发明的有益效果
应用本发明所提供的方法，具有如下效果：
1)模型整体精度大幅度提高，表面光滑；
2)模型表面具备耐腐蚀功能，无锈蚀现象，可长期保存；
3)模型实现了轻量化，整体重量为铝材的一半左右；
4)模型制造周期大幅度缩短，小型模型制造周期为一周；大型模型可在一个月内完成；
5)制造成本可以节约20％以上。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明飞机风洞模型外壳的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。
1、本制备方法：
1)采用大部件整体成型技术
将飞机分为前机身、中机身、机翼、后机身、垂平尾五个部分，每个部分利用高分子复合材料整体成形。
2)部件之间连接方式：采用树脂胶粘接
3)数模设计：在UG、CATIA设计平台上完成
4)材料的选择
a、基础外形材料
选用B1级阻燃聚苯乙烯泡沫，该材料为通用产品，生产厂家众多，可随时采购，价格低廉。
b、壳体基础材料
选用高强度复合材料树脂泥，型号为CAW1900-J，该产品密度为1.9T/m3,固化后硬度为85D、抗压强度为110MPa，生产厂家为沈阳万龙伟业机械制造有限公司。
c、壳体表面材料
选用高强度可数控机床加工的树脂胶衣，型号为SFJX2000-J,固体含量55(％)、粘度1000(mPas)、产品等级为特级，生产厂家为：沈阳沈飞机械设备有限公司。
d、粘接材料
选用高强度树脂胶，型号为CAW1600-J，该产品密度为1.6T/m3,固化后硬度为90D、抗压强度为120MPa，生产厂家为沈阳万龙伟业机械制造有限公司。2、制造工艺
第一步：部件基础模型的数字化设计及制作
根据飞机设计单位提供的数字模型进行部件模型的建立。选用的工作平台为UG或CATIA。此步的目的在于用聚苯乙烯泡沫先加工出相应部件的模型，设计时应考虑壳体厚度，壳体厚度可以按照10mm设计，泡沫模型应比飞机理论外形小10mm以上，一般为11mm，同时应考虑部件间的连接位置及连接方式，而后利用数控加工中心将泡沫模型加工出来。
第二步：树脂泥贴敷
在加工好的泡沫模型表面均匀地涂敷树脂泥，涂层厚度为13mm。贴敷之前应保证树脂泥混合均匀(用普通和面机即可)，而后用压面机压成13mm厚度的条状，贴敷较为方便；由于形状原因，可以断续贴敷，即一部分固化后再贴敷另一部分，贴敷好之后，室温(23—25℃)下静置24小时，即可固化。
第三步：粗加工
将固化好的部件装卡到数控加工中心上进行加工，外形参照飞机部件设计外形，加工量为法向偏置-1mm；加工好之后放入固化炉，升温至100℃，4小时后出炉，将泡沫取出。
第四步：涂敷表面胶衣
在加工好的树脂泥部件表面涂敷2mm厚的树脂胶衣，室温固化24小时以上。
第五步：精加工
胶衣固化后，上数控加工中心精加工。要求表面加工粗糙度达到用户要求。
第六步：装配
精加工好的部件，在辅助定位装置的约束下进行粘接，粘接好固化时间应不低于48小时。
第七步：表面处理
表面连接缝需专业钳工打磨处理，而后整体精抛光(达到镜面效果)。
第八步：三坐标测量，出厂。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种飞机风洞模型外壳的制造方法，其特征在于，采用大部件整体成型方法，既将飞机分为前机身、中机身、机翼、后机身、垂平尾五个部分，每个部分利用高分子复合材料整体成形；部件之间连接方式采用树脂胶粘接；在UG、CATIA设计平台上完成数模设计。
2.根据权利要求1所述的一种飞机风洞模型外壳的制造方法，其特征在于，材料的选择：
a、基础外形材料：选用B1级阻燃聚苯乙烯泡沫；
b、壳体基础材料：选用高强度复合材料树脂泥；
c、壳体表面材料:选用高强度可数控机床加工的树脂胶衣；
d、粘接材料:选用高强度树脂胶。
3.根据权利要求1所述的一种飞机风洞模型外壳的制造方法，其特征在于，具体包括步骤：
第一步：部件基础模型的数字化设计及制作
根据飞机设计单位提供的数字模型进行部件模型的建立，选用的工作平台为UG或CATIA；
第二步：树脂泥贴敷
在加工好的泡沫模型表面均匀地涂敷树脂泥，涂层厚度为13mm，贴敷之前应保证树脂泥混合均匀，而后用压面机压成13mm厚度的条状，由于形状原因，可以断续贴敷，即一部分固化后再贴敷另一部分；贴敷好之后，室温下静置24小时，即可固化；
第三步：粗加工
将固化好的部件装卡到数控加工中心上进行加工，外形参照飞机部件设计外形，加工量为法向偏置-1mm，加工好之后放入固化炉，升温至100℃，4小时后出炉，将泡沫取出；
第四步：涂敷表面胶衣
在加工好的树脂泥部件表面涂敷2mm厚的树脂胶衣，室温固化24小时以上；
第五步：精加工
胶衣固化后，上数控加工中心精加工，要求表面加工粗糙度达到用户要求。
第六步：装配
精加工好的部件，在辅助定位装置的约束下进行粘接，粘接好固化时间应不低于48小时；
第七步：表面处理
表面连接缝打磨处理，而后整体精抛光，达到镜面效果；
第八步：三坐标测量，出厂。
4.根据权利要求3所述的一种飞机风洞模型外壳的制造方法，其特征在于，所述第一步具体为：用聚苯乙烯泡沫先加工出相应部件的模型，壳体厚度选用10mm，泡沫模型应比飞机理论外形小10mm以上，为11mm；同时确定部件间的连接位置及连接方式，而后利用数控加工中心将泡沫模型加工出来。
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