CN112407236A - 一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘及其加工方法 - Google Patents

一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘及其加工方法，属于飞行器设计技术领域。包括前缘蒙皮、前缘腹板、前缘端肋、石墨烯蜂窝和机翼前梁；所述前缘蒙皮、前缘腹板和前缘端肋组合形成封闭空间作为石墨烯蜂窝的填充腔体，并通过胶膜与石墨烯蜂窝共固化整体成型为具有透波‑吸波‑透波功能的隐身前缘；所述隐身前缘通过可拆卸连接件与具备波反射功能的机翼前梁组合装配在一起。本发明所述隐身前缘结构利用石墨烯材料良好的吸波性能，通过巧妙的结构设计将材料性能特性转换为结构隐身特性；该前缘结构制造风险可控，装配和使用维护简便，普适性强，可广泛应用于各类隐身飞机的机翼或翼身前缘。

Description

一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘及其加工方法
技术领域
本发明属于飞机结构设计领域和隐身技术领域，具体涉及一种针对隐身飞机机翼或翼身前缘强散射区使用的蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘。
背景技术
随着雷达探测能力的不断提高，现代战场环境对飞机的隐身性能的要求也越来越高。随着外形隐身技术的不断发展，飞机隐身性能实现了质的飞跃。在此基础上，飞机隐身性能想要进一步提高，则需要在外形隐身的基础上进一步解决局部强散射源的隐身问题。
外形隐身的飞机机翼通常采用后掠角以提高飞机头向的隐身性能，然而对于具有全向隐身需求的飞机，其机翼或翼身（飞翼布局）前缘的RCS在其垂直方向形成峰值，因此，解决飞机机翼或翼身前缘的强散射特性成为外形隐身飞机进一步提高全机全向隐身性能的关键。
近年来，石墨烯材料因其优异的光学、电学、热学、力学特性，在材料、能源等领域掀起革命狂潮，其良好的吸波性能在实验室中不断被证实，然而在石墨烯预浸料尚未成熟的情况下，如何将石墨烯材料的吸波性能转换为工程实用的隐身结构成为当前石墨烯隐身技术突破的重要因素。
发明内容
本发明旨在攻克石墨烯材料隐身性能向工程应用突破的难题，提出一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，将复合材料蜂窝夹芯结构与石墨烯粉末相结合，提高飞机机翼或翼身前缘隐身性能；同时，还提出了一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：包括前缘蒙皮、前缘腹板、前缘端肋、石墨烯蜂窝和机翼前梁；所述前缘蒙皮、前缘腹板和前缘端肋组合形成封闭空间作为石墨烯蜂窝的填充腔体，并通过胶膜与石墨烯蜂窝共固化整体成型为具有透波-吸波-透波功能的隐身前缘；所述隐身前缘通过可拆卸连接件与具备波反射功能的机翼前梁组合装配在一起。
所述可拆卸连接件为连接角盒，所述连接角盒内部空腔填充有吸波泡沫。
所述前缘蒙皮和前缘腹板均为C型薄壁结构，前缘端肋为半开口盒型结构，三者组合后形成封闭空间作为石墨烯蜂窝的填充腔体。
进一步的，所述石墨烯蜂窝包括纸蜂窝和填充在纸蜂窝内的石墨烯粉末，所述胶膜包裹在石墨烯蜂窝外部将其密封。
进一步的，所述前缘蒙皮、前缘腹板、前缘端肋均采用玻璃钢透波材料制成。
进一步的，所述机翼前梁采用碳纤维材料制成。
一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、将前缘腹板、前缘端肋的预浸料预成型，将石墨烯蜂窝所需的纸蜂窝通过机加工成型，准备胶膜和石墨烯粉末；
步骤b、在前缘蒙皮模具上将前缘蒙皮预浸料铺贴成型，粘接第一层胶膜后放入纸蜂窝，往纸蜂窝内填满石墨烯粉，然后粘接第二层胶膜将石墨烯蜂窝密封；
步骤c、将预成型后的前缘腹板、前缘端肋与胶膜嵌套贴合，并通过组合模具固定后共固化成型，制成可整体拆装的石墨烯隐身前缘；
步骤d、将机翼前梁、连接角盒分别固化，在装配型架上定位后胶接为固定结构，构成可拆卸隐身前缘的安装接口，与可拆卸隐身前缘机械连接。
进一步的，所述机翼前梁采用碳纤维织物预浸料，通过阴模成型制成C型梁结构，以保证套合形面的装配精度；连接角盒采用玻璃钢织物预浸料，通过阳模成型制成盒型结构。
进一步的，所述前缘蒙皮采用阴模成型，以保证前缘外形的表面质量；前缘腹板和前缘端肋采用阳模成型，以保证套合形面的装配精度。
进一步的，为提高隐身前缘两端连接区的局部隐身性能，在连接角盒的内部空腔填充吸波泡沫。
本技术方案的有益效果如下：
1、本发明所述隐身前缘结构利用石墨烯材料良好的吸波性能，通过巧妙的结构设计将材料性能特性转换为结构隐身特性；该前缘结构制造风险可控，装配和使用维护简便，普适性强，可广泛应用于各类隐身飞机的机翼或翼身前缘；
2、本发明所述隐身前缘结构灵活使用玻璃纤维、碳纤维、纸蜂窝、胶膜、石墨烯粉末、吸波泡沫等多种材料，综合运用多种复合材料成型工艺，制成具有透波-吸波-透波-反射-透波-吸波-透波功能的全尺寸隐身结构，使电磁波经多层穿透损耗和吸波层双重吸收后大大衰减；
3、本发明所述隐身前缘结构前缘外表面为贴膜面，表面质量高；吸波功能层为整体成型的可拆卸结构，前缘开口、机翼前梁套合面为贴膜面，装配精度高，使用维护简便；且制造风险可控，具有广泛的适用性。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1为一种典型蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘结构分解示意图；
图2为一种典型蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘结构吸波原理图；
图3为图2中结构A的放大示意图；
图4为一种典型蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘结构的侧视图以及A向剖视图；
图5为图4中结构B的放大示意图；
图6为图4中结构C的放大示意图；
图7为图4中的D向剖视图；
图8为图4中的E向剖视图；
图中：
1、前缘蒙皮，2、石墨烯蜂窝，3、前缘腹板，4、胶膜，5、前缘端肋，6、连接角盒，7、机翼前梁。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
本实施例公开了一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，包括前缘蒙皮1、前缘腹板3、前缘端肋5、石墨烯蜂窝2、连接角盒6和机翼前梁7。如图1所示为一种典型蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘结构的分解示意图。
其中，前缘蒙皮1、前缘腹板3、前缘端肋5均采用具有吸波功能的玻璃钢织物预浸料。前缘蒙皮1、前缘腹板3为C型薄壁结构，前缘端肋5为半开口盒型结构，三者组合形成封闭空间作为石墨烯蜂窝2的填充腔体，并通过胶膜4与填满石墨烯粉末的纸蜂窝共固化整体成型为具有透波-吸波-透波功能的可拆卸隐身前缘，所述可拆卸隐身前缘通过连接角盒6与具有波反射功能的机翼前梁7组合装配在一起，连接角盒6与机翼前梁7分别构成隐身前缘的反射层和拆装接口。
所述石墨烯粉末填充在纸蜂窝内构成石墨烯蜂窝2，胶膜4包裹在石墨烯蜂窝2外侧将其封闭。
所述机翼前梁7采用碳纤维材料制成并构成反射面，使电磁波经多层穿透损耗和吸波层双重吸收后大大衰减。
进一步的，所述连接角盒6内部空腔内填充有吸波泡沫，该设计可降低隐身前缘两端连接区的散射强度，进一步提高了隐身前缘两端连接区的局部隐身性能。
本发明所述方案通过巧妙的结构设计将材料性能特性转换为结构隐身特性，设计新颖，富有创造性。该前缘结构制造风险可控，装配和使用维护简便，普适性强，可广泛应用于各类隐身飞机的机翼或翼身前缘。
实施例2
本实施了公开了一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，包括如下内容：
1）通过专用模具将前缘腹板3、前缘端肋5预采用玻璃钢织物浸料预成型，其中前缘蒙皮1、前缘腹板3为C型薄壁结构，前缘端肋5为半开口盒型结构，组合形成封闭空间作为石墨烯蜂窝2的填充腔体。
2）将石墨烯蜂窝2所需的纸蜂窝通过机加工成型，并预备足够的胶膜4和石墨烯粉末。
3）在前缘蒙皮1模具上将前缘蒙皮1玻璃钢预浸料铺贴成型，然后粘接第一层胶膜4后放入已加工成型的石墨烯蜂窝2，蜂窝内填满石墨烯粉末后粘接第二层胶膜4将石墨烯蜂窝2密封；粘接时需保证石墨烯蜂窝2所有表面被胶膜4完整包裹形成密封腔体。前缘蒙皮1、前缘腹板3、前缘端肋5组合形成封闭腔体，并通过胶膜4整体成型形成的双重密封以保证了结构的稳定性和可靠性。
4）将已经预成型的前缘腹板3、前缘端肋5与胶膜4嵌套贴合，并通过组合模具固定后共固化成型，制成可整体拆装的石墨烯隐身前缘功能层。
5）将连接角盒6和机翼前梁7分别固化成型，在装配型架上定位后胶接为固定结构，构成可拆卸隐身前缘的安装接口，并通过螺栓和托板螺母与石墨烯隐身前缘功能层机械连接，构成一组完整的蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘结构。
6）安装完成后，在两端连接角盒6内部空腔填充吸波泡沫，以降低隐身前缘两端连接区的散射强度，进一步提高隐身前缘两端连接区的局部吸波性能。
在上述加工过程中，为保证前缘外形的表面质量，蒙皮采用阴模成型；前缘腹板3和前缘端肋5采用阳模成型以保证套合形面的装配精度；机翼前梁7采用阴模成型以保证套合形面的装配精度；连接角盒6因体积影响较小采用阳模成型以简化工艺。

Claims (10)

1.一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：包括前缘蒙皮（1）、前缘腹板（3）、前缘端肋（5）、石墨烯蜂窝（2）和机翼前梁（7）；所述前缘蒙皮（1）、前缘腹板（3）和前缘端肋（5）组合形成封闭空间作为石墨烯蜂窝（2）的填充腔体，并通过胶膜（4）与石墨烯蜂窝（2）共固化整体成型为具有透波-吸波-透波功能的隐身前缘；所述隐身前缘通过可拆卸连接件与具备波反射功能的机翼前梁（7）组合装配在一起。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：所述可拆卸连接件为连接角盒（6），所述连接角盒（6）内部空腔填充有吸波泡沫。
3.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：所述前缘蒙皮（1）和前缘腹板（3）均为C型薄壁结构，前缘端肋（5）为半开口盒型结构。
4.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：所述石墨烯蜂窝（2）包括纸蜂窝和填充在纸蜂窝内的石墨烯粉末，所述胶膜（4）包裹在石墨烯蜂窝（2）外部将其密封。
5.根据权利要求3所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：所述前缘蒙皮（1）、前缘腹板（3）、前缘端肋（5）均采用玻璃钢透波材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘，其特征在于：所述机翼前梁（7）采用碳纤维材料制成。
7.一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、将前缘腹板（3）、前缘端肋（5）的预浸料预成型，将石墨烯蜂窝（2）所需的纸蜂窝通过机加工成型，准备胶膜（4）和石墨烯粉末；
步骤b、在前缘蒙皮（1）模具上将前缘蒙皮（1）预浸料铺贴成型，粘接第一层胶膜（4）后放入纸蜂窝，往纸蜂窝内填满石墨烯粉，然后粘接第二层胶膜（4）将石墨烯蜂窝（2）密封；
步骤c、将预成型后的前缘腹板（3）、前缘端肋（5）与胶膜（4）嵌套贴合，并通过组合模具固定后共固化成型，制成可整体拆装的石墨烯隐身前缘；
步骤d、将机翼前梁（7）、连接角盒（6）分别固化，在装配型架上定位后胶接为固定结构，构成可拆卸隐身前缘的安装接口，与可拆卸隐身前缘机械连接，组合形成蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘。
8.根据权利要求7所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，其特征在于，所述机翼前梁（7）采用碳纤维织物预浸料，通过阴模成型制成C型梁结构，连接角盒（6）采用玻璃钢织物预浸料，通过阳模成型制成盒型结构。
9.根据权利要求7所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，其特征在于，所述前缘蒙皮（1）采用阴模成型，所述前缘腹板（3）和前缘端肋（5）采用阳模成型。
10.根据权利要求7所述的一种蜂窝夹芯石墨烯隐身前缘的加工方法，其特征在于，还包括步骤e，在连接角盒（6）的内部空腔填充吸波泡沫。
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