CN112173062A - 一种复合材料一体化框梁及制造方法 - Google Patents

一种复合材料一体化框梁及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于飞行器结构设计技术领域,公开了一种复合材料一体化框梁及制造方法,一体化框梁整体为十字型结构,十字型结构的一个方向为X方向,另一个方向为Y方向;所述一体化框梁述包括:上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层;其中,中间十字型铺层包含X方向截面为工型的铺层和Y方向截面为工型的铺层;X方向截面为工型的铺层包含两个C型截面的连续复材织物,Y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物,且包含左半部分铺层和右半部分铺层;左半部分铺层、右半部分铺层均由两个C型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。该一体化框梁能够实现一体化成型,且能避免分层、保证强度。

Description

一种复合材料一体化框梁及制造方法
技术领域
本发明属于飞行器结构设计技术领域,具体涉及一种复合材料一体化框梁及制造方法。
背景技术
当前,飞行器的框和梁(垂直于航向的称为框,平行于航向的称为梁)都是分开制造,然后使用连接件拼接。这样做连接件重量代价大,且对于复材框梁来说,连接处安全隐患大。把框和梁做成一体,将会减轻重量、提高性能。
如果是金属框梁一体化成型,制造非常困难。而如果用现有的方法进行复材框梁一体化成型,不仅制造困难,而且还有分层风险,强度无法保证。但是,复合材料框梁一体化有着巨大吸引力,首先是复材框梁本身就能比金属框梁更轻;其次是省去了连接件的重量。
发明内容
本发明提供了一种复合材料一体化框梁及制造方法,能够实现一体化成型,且能避免分层、保证强度。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一:
一种复合材料一体化框梁,一体化框梁整体为十字型结构,十字型结构的一个方向为X方向,另一个方向为Y方向;
所述一体化框梁述包括:上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层;
其中,中间十字型铺层包含X方向截面为工型的铺层和Y方向截面为工型的铺层;X方向截面为工型的铺层包含两个C型截面的连续复材织物,Y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物,且包含左半部分铺层和右半部分铺层;左半部分铺层、右半部分铺层均由两个C型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。
(1)所述左半部分铺层和右半部分铺层的交汇处在Y方向和X方向分别进行缝合;且Y方向的缝合面积大于X方向的缝合面积。
(2)所述上十字铺层、所述中间十字型铺层、所述下十字铺层分别由多层复材织物堆叠而成。
(3)所述一体化框梁的截面为工字型结构,且工字型截面的中间一竖记为腹板,工字型截面的上下两横记为凸缘;
腹板上与凸缘接触的部分的厚度与凸缘厚度的厚度差不超过预设值。
(4)一体化框梁的十字型结构的交汇处设置有四个倒角。
技术方案二:
一种复合材料一体化框梁的制造方法,所述制造工艺用于制造技术方案一中所述的一体化框梁,所述制造方法包括:
S1,从一整块复材织物上切割出十字形铺层,多个十字形铺层堆叠成上十字铺层,多个十字形铺层堆叠成下十字铺层;
S2,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成X方向截面为工型的铺层;
S3,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的左半部分铺层,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的右半部分铺层;
S4,将所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层铺设在X方向截面为工型的铺层的两侧并对齐;在X方向截面为工型的铺层、所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层的交汇处的Y方向和X方向分别进行缝合,从而得到中间十字型铺层;
S5,将所述上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层依次堆叠在一起,使用RTM工艺固化,形成一体化框梁。
(1)所述Y方向截面为工型的左半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的左底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于左底面铺层上,记为左侧弯折后的折耳;所述Y方向截面为工型的右半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的右底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于右底面铺层上,记为右侧弯折后的折耳;
交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合。Y方向缝合用的复材纤维需要穿透左底面铺层、左侧弯折后的折耳、X方向截面为工型的铺层、右底面铺层、右侧弯折后的折耳。X方向缝合用的复材纤维也需要穿透Y方向截面为工型的铺层
(2)所述一体化框梁整体为十字型结构,X方向用于受力较大的方向,Y方向用于受力较小的方向。
本发明技术方案设计了一种复合材料一体化框梁,能够实现一体化成型,且能避免分层;且本发明技术方案的一体化框梁通过合理的铺层设计、区分主次方向以及菱形交汇区、RTM缝合工艺,使得复合材料框梁一体化成型,减轻重量,减少零件数量,降低装配难度。
附图说明
图1是成型完毕后的示意图;
图2是上(或下)十字铺层;
图3是中间十字铺层的X方向的一半;
图4是中间十字铺层的X方向;
图5是中间十字铺层的Y方向的左半部分折叠前的形状;
图6是中间十字铺层的Y方向的左半部分的折叠后的形状(一半);
图7是中间十字铺层的Y方向的左半部分;
图8是图4所示部分与图5所示部分的拼接状态;
图9是中间十字铺层的状态;
图10是在交汇区进行缝纫的示意图;
其中,1-交汇区,2-交汇区的倒角,3-凸缘,4-腹板。
具体实施方式
本发明实施例提供一种复合材料一体化框梁,如图1所示,所述一体化框梁整体为十字型结构,十字型结构的一个方向为X方向,另一个方向为Y方向;
所述一体化框梁述包括:上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层;
其中,中间十字型铺层包含X方向截面为工型的铺层和Y方向截面为工型的铺层;X方向截面为工型的铺层包含两个C型截面的连续复材织物,Y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物,且包含左半部分铺层和右半部分铺层;左半部分铺层、右半部分铺层均由两个C型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。
具体的,
(1)所述左半部分铺层和右半部分铺层的交汇处在Y方向和X方向分别进行缝合;且Y方向的缝合面积大于X方向的缝合面积。
(2)所述上十字铺层、所述中间十字型铺层、所述下十字铺层分别由多层复材织物堆叠而成。
(3)所述一体化框梁的截面为工字型结构,且工字型截面的中间一竖记为腹板,工字型截面的上下两横记为凸缘;
腹板上与凸缘接触的部分的厚度与凸缘厚度的厚度差不超过预设值。
(4)一体化框梁的十字型结构的交汇处设置有四个倒角。
本发明实施例还提供一种复合材料一体化框梁的制造方法,所述制造工艺用于制造技术方案一中所述的一体化框梁,所述制造方法包括:
S1,从一整块复材织物上切割出十字形铺层,多个十字形铺层堆叠成上十字铺层,多个十字形铺层堆叠成下十字铺层;
S2,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成X方向截面为工型的铺层;
S3,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的左半部分铺层,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的右半部分铺层;
S4,将所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层铺设在X方向截面为工型的铺层的两侧并对齐;在X方向截面为工型的铺层、所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层的交汇处的Y方向和X方向分别进行缝合,从而得到中间十字型铺层;
S5,将所述上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层依次堆叠在一起,使用RTM工艺固化,形成一体化框梁。
(1)所述Y方向截面为工型的左半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的左底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于左底面铺层上,记为左侧弯折后的折耳;所述Y方向截面为工型的右半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的右底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于右底面铺层上,记为右侧弯折后的折耳;
交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合。Y方向缝合用的复材纤维需要穿透左底面铺层、左侧弯折后的折耳、X方向截面为工型的铺层、右底面铺层、右侧弯折后的折耳。X方向缝合用的复材纤维也需要穿透Y方向截面为工型的铺层
(2)所述一体化框梁整体为十字型结构,X方向用于受力较大的方向,Y方向用于受力较小的方向。
具体的,所述一种复合材料一体化框梁的制造方法可在RTM工艺(树脂传模塑成型)下进行,但不局限于RTM工艺。
把完整的复材织物裁成图2所示的形状,多层堆叠形成上(或下)十字铺层。(如果复材织物面积不够,可以在远离交汇区的部位进行阶梯拼接。)
把完整的复材织物剪裁并折叠成图3所示的形状,多层堆叠然后背靠背放置形成图4的形状。(如果复材织物面积不够,可以在远离交汇区的部位进行阶梯拼接。)
把完整的复材织物剪裁成图5所示的形状,并折叠成图6所示的形状,多层堆叠然后背靠背放置形成图7的形状。
把图7与图4对接,形成图8所示的形状。另一侧以相同方式对接,形成图9所示形状。
交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合,缝合需穿透相应面的所有铺层。如图10示意。
把图2所示的上下十字铺层覆盖在缝合后的中间十字铺层上方和下方,然后使用RTM工艺注入树脂、固化成型。最终形成图1所示的连续整体。
在实际使用中,根据具体需求,把X方向用作受拉力更大的方向,把Y方向用作受拉力更小的方向。
本发明技术方案设计了一种复合材料一体化框梁,能够实现一体化成型,且能避免分层;且本发明技术方案的一体化框梁通过合理的铺层设计、区分主次方向以及菱形交汇区、RTM缝合工艺,使得复合材料框梁一体化成型,减轻重量,减少零件数量,降低装配难度。

Claims (8)

1.一种复合材料一体化框梁,其特征在于,一体化框梁整体为十字型结构,十字型结构的一个方向为X方向,另一个方向为Y方向;
所述一体化框梁述包括:上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层;
其中,中间十字型铺层包含X方向截面为工型的铺层和Y方向截面为工型的铺层;X方向截面为工型的铺层包含两个C型截面的连续复材织物,Y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物,且包含左半部分铺层和右半部分铺层;左半部分铺层、右半部分铺层均由两个C型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料一体化框梁,其特征在于,所述左半部分铺层和右半部分铺层的交汇处在Y方向和X方向分别进行缝合;且Y方向的缝合面积大于X方向的缝合面积。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料一体化框梁,其特征在于,所述上十字铺层、所述中间十字型铺层、所述下十字铺层分别由多层复材织物堆叠而成。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料一体化框梁,其特征在于,所述一体化框梁的截面为工字型结构,且工字型截面的中间一竖记为腹板,工字型截面的上下两横记为凸缘;
腹板上与凸缘接触的部分的厚度与凸缘厚度的厚度差不超过预设值。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料一体化框梁,其特征在于,一体化框梁的十字型结构的交汇处设置有四个倒角。
6.一种复合材料一体化框梁的制造方法,其特征在于,所述制造工艺用于制造如权利要求1-5中任一项所述的一体化框梁,所述制造方法包括:
S1,从一整块复材织物上切割出十字形铺层,多个十字形铺层堆叠成上十字铺层,多个十字形铺层堆叠成下十字铺层;
S2,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成X方向截面为工型的铺层;
S3,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的左半部分铺层,多个C型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述Y方向截面为工型的右半部分铺层;
S4,将所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层铺设在X方向截面为工型的铺层的两侧并对齐;在X方向截面为工型的铺层、所述Y方向截面为工型的左半部分铺层、所述Y方向截面为工型的右半部分铺层的交汇处的Y方向和X方向分别进行缝合,从而得到中间十字型铺层;
S5,将所述上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层依次堆叠在一起,使用RTM工艺固化,形成一体化框梁。
7.根据权利要求6所述一种复合材料一体化框梁的制造方法,其特征在于,所述Y方向截面为工型的左半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的左底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于左底面铺层上,记为左侧弯折后的折耳;所述Y方向截面为工型的右半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的右底面铺层和两侧的折耳组成,且两侧的折耳弯折后位于右底面铺层上,记为右侧弯折后的折耳;
交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合。Y方向缝合用的复材纤维需要穿透左底面铺层、左侧弯折后的折耳、X方向截面为工型的铺层、右底面铺层、右侧弯折后的折耳。X方向缝合用的复材纤维也需要穿透Y方向截面为工型的铺层。
8.根据权利要求6所述的一种复合材料一体化框梁,其特征在于,所述一体化框梁整体为十字型结构,X方向用于受力较大的方向,Y方向用于受力较小的方向。
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