CN111016224B - 一种封闭式翼面结构分区加压成型方法 - Google Patents

Abstract

一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，适用于飞行器翼面类带有较大展长尺度、具有双曲率外形且上、下、左、右封闭式剖面的复合材料结构成型方法和模具方案，翼面类结构方案包括上、下蒙皮蜂窝夹心壁板结构以及中间布置纵向的多根梁结构组成，成型方法包括采用上、下外形控制模具和内部梁之间夹层区壁板真空袋及采用螺纹管式力矩可调辅助撑杆加挡板等方式组合，实现复合材料所有面的加压控制。本发明可针对蜂窝夹心与层压板等不同部位加压所需固化压力不同的条件下，采用分区不等加压的方式，通过共固化，实现结构的整体化高精度成型。

Description

一种封闭式翼面结构分区加压成型方法

技术领域

本发明涉及一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，其主要用于具有较大尺度展长的飞行器翼面结构，包含蜂窝夹层的上、下蒙皮和中加的梁结构整体胶接固化成型。

背景技术

随着飞行器的快速发展，面向轻质高效、低成本与快速制造技术的复合材料成为飞行器结构设计的主要解决方案之一，对于飞行器结构减重效果和制造难度最大的翼面类结构是复合材料应用的主要方向，然而受限于机翼结构截面高度低，导致的操作空间不可达性，特别是绝大多数的树脂需要加压甚至加温的固化制度才能实现结构的可靠胶接，因此当前的制造技术难以实现机翼结构的整体成型。机翼通常采用半硬壳式结构方案，其结构方案一般采用上、下蒙皮与纵向长桁共固化，再将横向的肋与机翼壁板结构采用上、下两侧分别机械连接或一侧胶接一侧机械连接的结构方案，导致机翼仍不可避免的采用大量的紧固件连接特别是单面连接紧固件成本很高，由于复合材料静强度对开孔的敏感性很强，且对制孔工艺要求高，不仅降低了结构效率还造成成本和制造周期居高不下，因此对于一种能够实现具有典型封闭式空间的翼面结构整体全胶接固化成型的工艺需求及其迫切。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，解决飞行器翼面类带有较大展长尺度、具有双曲率外形且上、下、左、右封闭式剖面的复合材料结构成型难题，采用分区不等加压的方式，通过共固化，实现结构的整体化高精度成型。

本发明的技术方案是：

一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，翼面结构包括：上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、梁、肋，包括步骤如下：

1)将翼面结构中的梁与肋分别单独进行预成型处理：梁和肋根据截面形状不同，设置相对应的阴、阳模具，进行预固化，使预成型处理后获得的梁和肋的硬度状态满足设计指标；

2)将步骤所述预成型处理后获得的梁与肋组装成骨架结构：梁和肋纵横交置成设计构型后通过四周与内部组合的定位挡块定位，然后，利用预浸料将梁与肋腹板进行连接，利用真空袋局部将腹板连接用的预浸料铺层包覆后进行加压预固化，实现梁与肋的连接；

3)进行下蒙皮壁板的预成型及与骨架共固化：在下蒙皮铺贴模具上进行铺层铺放，抽真空后压实；拆除真空袋等包覆物，将梁、肋组成的骨架结构放置到下蒙皮壁板上，重新用真空袋完全包覆骨架结构和下蒙皮壁板，利用四周挡板和内部定位挡块保证骨架结构和下蒙皮壁板之间的位置定位准确，开始完全固化，获得下蒙皮壁板与骨架结构共固化后的组合结构；

4)进行上蒙皮壁板固化成型，获得上蒙皮壁板；

5)进行组合结构和上蒙皮壁板的胶接：将组合结构放置于下蒙皮铺贴模具上，将上蒙皮壁板放置于骨架结构上，盖上带有硅橡胶凹槽的上盖板模具，实现连接区与非连接区的非等加压并加温固化，实现翼面结构的产品成型；其中，所述上盖板模具的硅橡胶凹槽位置与上蒙皮壁板上梁的安装点位置对应；所述硅橡胶凹槽内放置有硅橡胶。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明对具有多框格封闭式翼面类结构成型流程和方法进行了改进设计，实现了半硬壳式多骨架布局的长翼展翼面类的全复合材料应用突破，提高了结构效率，实现了结构的轻质化。

2)本发明使得全复合材料结构共固化或共胶接成型，取消了紧固件机械连接的方式，避免了机械连接需求的制孔对结构的损伤，同时减少了复合材料零件制孔精度控制问题，降低开孔的风险，提高了结构的合格率。

3)本发明实现了分区不等加压的方式，使得在封闭空格区与配合区的加压控制，保证了单侧双曲面胶接区的固化压力需求，同时能够消除非配合区压力，避免了非配合区薄壁蒙皮壁板的压塌风险。

4)本发明使得产品多次拆装定位与变形匹配控制，保证了产品的安装精度。

附图说明

图1为本发明封闭式分区不等加压方案示意图；

图2为本发明带硅橡胶凹槽的上盖板模具结构示意图；

图3为本发明封闭式分区不等加压细节示意图；

图4为本发明加压成型方法流程图。

其中，1为上盖板模具、2为梁、3为硅橡胶、4为上蒙皮壁板、5为下蒙皮壁板、6为下蒙皮铺贴模具、7为肋。

具体实施方式

本发明一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，成型结构如图1所示，由图可以看出，下蒙皮壁板5与骨架结构和上蒙皮壁板4的胶接方案。翼面结构包括：上蒙皮壁板4、下蒙皮壁板5、梁2、肋7。如图4所示本发明成型方法包括步骤如下：

1)将翼面结构中的梁2与肋7分别单独进行预成型处理：梁2和肋7 根据截面形状不同，设置相对应的阴、阳模具，进行预固化，使预成型处理后获得的梁2和肋7的硬度状态满足设计指标；

2)将步骤1)所述预成型处理后获得的梁2与肋7组装成骨架结构：梁2和肋7纵横交置成设计构型后通过四周与内部组合的定位挡块定位，然后，利用预浸料将梁2与肋7腹板进行连接，利用真空袋局部将腹板连接用的预浸料铺层包覆后进行加压预固化，实现梁2与肋7的连接；

3)进行下蒙皮壁板5的预成型及与骨架共固化：在下蒙皮铺贴模具6 上进行铺层铺放，抽真空后压实；拆除真空袋等包覆物，将梁2、肋7组成的骨架结构放置到下蒙皮壁板5上，重新用真空袋完全包覆骨架结构和下蒙皮壁板5，利用四周挡板和内部定位挡块保证骨架结构和下蒙皮壁板5 之间的位置定位准确，开始完全固化，获得下蒙皮壁板5与骨架结构共固化后的组合结构；

4)进行上蒙皮壁板4固化成型，获得上蒙皮壁板4；

5)进行组合结构和上蒙皮壁板4的胶接：将组合结构放置于下蒙皮铺贴模具6上，将上蒙皮壁板4放置于骨架结构上，盖上带有硅橡胶凹槽的上盖板模具1，实现连接区与非连接区的非等加压方案并加温固化，实现封闭式翼面结构的产品成型；其中，所述上盖板模具1的硅橡胶凹槽位置与上蒙皮壁板4上梁2的安装点位置对应；所述硅橡胶凹槽内放置有硅橡胶3，如图2所示。

本发明方法装配后拆除上盖板模具1、下蒙皮铺贴模具6；留下梁2、肋7、上蒙皮壁板4、下蒙皮壁板5。现有技术采用螺钉连接梁2和上蒙皮壁板4，本发明采用粘接。

所述硅橡胶凹槽的宽度与梁2、肋7的缘条宽度相同，硅橡胶凹槽的深度与最大加压压力和最大升温成正比，根据硅橡胶3的热膨胀系数计算获得。所述硅橡胶3的填充深度小于等于凹槽的深度。

所述下蒙皮铺贴模具6和上盖板模具1上设四个定位销孔上盖板模具1 能够与下蒙皮铺贴模具6能够相互定位和调整。

所述梁2和肋7的定位挡块能够实现沿梁2和肋7的腹板法向定位，沿所有梁2或肋7相同一侧设置定位挡块。

所述上盖板模具1形面采用非等壁厚形式的刚性模，在骨架与蒙皮胶接连接区具有U型硅橡胶凹槽，实现在骨架配合胶接区域的均匀加压，避免非配合区的过加压造成框格中间的蒙皮压塌。

梁2与肋7相交布置，不限于正交和斜交，梁2、肋7组成的框格结构矩阵不小于2X2。上蒙皮壁板4和下蒙皮壁板5的外形为双曲面，内形面为沿蒙皮外形法向向内偏移不同厚度尺寸与梁2、肋7的骨架结构外形面相同，均为双曲面。复合材料结构按照树脂玻璃化转变温度的三分之二左右进行预固化。

如图2所示为本发明带硅橡胶凹槽的上盖板模具1方案示意图，可以看出所有骨架结构与上蒙皮壁板4胶接区域的填充方案，骨架交叉的位置硅橡胶3填充分布。

如图3所示为本发明封闭式分区不等加压细节方案示意图，可以看出在上蒙皮壁板4与骨架结构胶接时，硅橡胶3填充的宽度与骨架结构缘条宽度(即连接区宽度)相同，硅橡胶3的填充深度小于凹槽的深度。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，翼面结构包括：上蒙皮壁板(4)、下蒙皮壁板(5)、梁(2)、肋(7)，其特征在于，包括步骤如下：

1)将翼面结构中的梁(2)与肋(7)分别单独进行预成型处理：梁(2)和肋(7)根据截面形状不同，设置相对应的阴、阳模具，进行预固化，使预成型处理后获得的梁(2)和肋(7)的硬度状态满足设计指标；

2)将步骤(1)所述预成型处理后获得的梁(2)与肋(7)组装成骨架结构：梁(2)和肋(7)纵横交置成设计构型后通过四周与内部组合的定位挡块定位，然后，利用预浸料将梁(2)与肋(7)腹板进行连接，利用真空袋局部将腹板连接用的预浸料铺层包覆后进行加压预固化，实现梁(2)与肋(7)的连接；

3)进行下蒙皮壁板(5)的预成型及与骨架共固化：在下蒙皮铺贴模具(6)上进行铺层铺放，抽真空后压实；拆除真空袋包覆物，将梁(2)、肋(7)组成的骨架结构放置到下蒙皮壁板(5)上，重新用真空袋完全包覆骨架结构和下蒙皮壁板(5)，利用四周挡板和内部定位挡块保证骨架结构和下蒙皮壁板(5)之间的位置定位准确，开始完全固化，获得下蒙皮壁板(5)与骨架结构共固化后的组合结构；

4)进行上蒙皮壁板(4)固化成型，获得上蒙皮壁板(4)；

5)进行组合结构和上蒙皮壁板(4)的胶接：将组合结构放置于下蒙皮铺贴模具(6)上，将上蒙皮壁板(4)放置于骨架结构上，盖上带有硅橡胶凹槽的上盖板模具(1)，实现连接区与非连接区的非等加压并加温固化，实现翼面结构的产品成型；其中，所述上盖板模具(1)的硅橡胶凹槽位置与上蒙皮壁板(4)上梁(2)的安装点位置对应；所述硅橡胶凹槽内放置有硅橡胶(3)；

硅橡胶凹槽的宽度与梁(2)、肋(7)的缘条宽度相同，硅橡胶凹槽的深度与最大加压压力和最大升温成正比，根据硅橡胶(3)的热膨胀系数计算获得；

所述硅橡胶(3)的填充深度小于等于凹槽的深度；

所述下蒙皮铺贴模具(6)和上盖板模具(1)上设四个定位销孔，上盖板模具(1)能够与下蒙皮铺贴模具(6)能够相互定位和调整。

2.根据权利要求1所述的一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，其特征在于，所述梁(2)和肋(7)的定位挡块能够实现沿梁(2)和肋(7)的腹板法向定位，沿所有梁(2)或肋(7)相同一侧设置定位挡块。

3.根据权利要求1所述的一种封闭式翼面结构分区加压成型方法，其特征在于，所述上盖板模具(1)形面采用非等壁厚形式的刚性模，在骨架与蒙皮胶接连接区具有U型硅橡胶凹槽，实现在骨架配合胶接区域的均匀加压，避免非配合区的过加压造成框格中间的蒙皮压塌。

Images