CN113103622B - 带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法及模具装置 - Google Patents

带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法及模具装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法及模具装置，涉及复合材料制造的技术领域，在刚性模具上设置中空环框并获取燃料箱芯模，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；将预浸料铺放在燃料箱芯模表面；通过柔性模具进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。通过在燃料箱芯模上设计中空环框来加强燃料箱的整体结构强度及挂架连接位置处的抗弯性能。本方法成型的薄壁燃料箱的中空环框与燃料箱本体一体成型，整体强度高，装配过程简单。本发明提供的薄壁燃料箱结构稳定、抗弯曲能力强，重量轻，相比传统的金属燃料箱和现有的蜂窝夹层式燃料箱具有更好的应用前景。

Description

带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法及模具装置
技术领域
本发明涉及航空飞行器轻量化技术领域，尤其是涉及一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法及模具装置。
背景技术
燃料箱是航空飞行器的重要组成部分，随着航空对飞行器重量要求的提高，对飞行器燃料箱提出了更高的需求。
由于现有的燃料箱采用金属材料，造成其重量较大，因而本申请中提出了采用复合材料燃料箱来降低飞行器重量。目前国内外也有涉及复合材料燃料箱的研究，但是现有的复合材料燃料箱的箱壁采用的是蜂窝夹层结构，而本申请中首次提出了薄壁复合材料的燃料箱结构，并针对现有的复合材料燃料箱结构稳定性不足，特别是在燃料箱的挂架连接位置处抗弯能力不足的问题，对复合材料燃料箱的内部结构进行设计，首次提出了带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱，在不影响其容积的前提下，提高了燃料箱的结构强度和可靠性，降低了结构重量和装配复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，以缓解了复合材料燃料箱挂架连接位置处的抗弯性不足的技术问题。
本发明提供的一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，包括如下步骤：
在刚性模具上设置中空环框并获取燃料箱芯模，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
将预浸料铺放在燃料箱芯模表面；
通过柔性模具进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
进一步的，所述将预浸料铺放在燃料箱芯模表面的步骤包括：
将预浸料铺放在燃料箱芯模表面，继续将预浸料变厚度铺放在挂架连接位置处。
进一步的，所述将预浸料铺放在燃料箱芯模表面的步骤包括：
采用0°、+45°、-45°的顺序在燃料箱芯模表面铺放预浸料并形成燃料箱第一本体。
进一步的，所述继续将预浸料变厚度铺放在挂架连接位置处的步骤包括：
沿燃料箱第一本体外周环绕方向缠绕铺设预浸料织物层，所述预浸料织物层包括至少两层，后缠绕铺设的预浸料织物层宽度小于先缠绕铺设的预浸料织物层。
进一步的，所述预浸料的基体材料为热固性树脂或热塑性树脂或陶瓷基或金属基；
所述预浸料的增强体材料为玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维，所述增强体材料的纤维形式为短切纤维或连续纤维或纤维织物。
进一步的，所述刚性模具为金属模具或石膏模具或低温合金模具或水溶性树脂模具或蜡模；所述柔性模具为硅橡胶或真空气囊袋或风管。
进一步的，所述在刚性模具上设置中空环框的复合材料步骤包括：
在燃料箱本体的挂架连接位置处，所述刚性模具设置有环框成型槽，在环框成型槽内设置环框成型模具，在环框成型槽和环框成型模具上填充环框成型材料并获取燃料箱芯模。
进一步的，所述环框成型材料包括预浸碎料，所述预浸碎料为预浸料裁剪的尾料切碎后，采用与预浸料相同的浸润方法制备得到。
进一步的，所述环框成型材料还包括浸润树脂，所述浸润树脂的体积占比为10％-30％。
本发明还提供一种薄壁燃料箱成型装置，包括：
刚性模具，用于设置中空环框及燃料箱本体成型；
中空环框，用于提高燃料箱本体稳定性并减轻重量，所述中空环框设置在刚性模具上，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
柔性模具，用于在燃料箱芯模表面铺放预浸料后进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
本发明提供的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，通过在燃料箱芯模上设计中空环框来加强燃料箱的整体结构强度及挂架连接位置处的抗弯性能。本方法成型的薄壁燃料箱的中空环框与燃料箱本体一体成型，整体强度高，加工过程简单。
本方法成型的薄壁燃料箱相比传统的金属燃料箱和现有的蜂窝夹层式燃料箱，具有结构重量更轻，装配工艺简单，抗弯强度高等优点，具有更好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的带有中空环框的复合材料带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法流程示意图。
图2为发明实施例二提供的带有中空环框的复合材料带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法流程示意图。
图3为本发明实施例提供的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型模具装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型模具装置的环框成型示意图。
图标：100-刚性模具；200-中空环框；300-柔性模具；10-燃料箱芯模；20-环框成型模具；30-环框成型槽。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例所要解决的技术问题是，为了减轻飞行器的重量，我们设计制造了复合材料燃料箱，极大减轻了燃料箱的重量，但是复合材料燃料箱在飞行器的起飞阶段及飞行机动性上对其结构强度有非常高的要求，现有的复合材料燃料箱结构稳定性不足，特别是在燃料箱的挂架连接位置处抗弯能力不足。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，如图1所示，包括如下步骤：
S110：在刚性模具上设置中空环框并获取燃料箱芯模10，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
S120：将预浸料铺放在燃料箱芯模10表面；
S130：通过柔性模具进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
通过上述方法，本实施例通过在燃料箱芯模10上设计中空环框来加强燃料箱的整体结构强度及挂架连接位置处的抗弯性能。本方法成型的薄壁燃料箱的中空环框与燃料箱本体一体成型，整体强度高，加工过程简单。本方法成型的薄壁燃料箱相比传统的金属燃料箱和现有的蜂窝夹层式燃料箱，重量更轻，抗弯曲能力强，具有更好的应用前景。
实施例二
本实施例提供一种具体的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，如图2所示，包括如下步骤：
S210：在刚性模具上设置中空环框并获取燃料箱芯模10，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
如图4所示，S220：在燃料箱本体的挂架连接位置处，所述刚性模具设置有环框成型槽30，在环框成型槽30内设置环框成型模具20，在环框成型槽30和环框成型模具20上填充环框成型材料并获取燃料箱芯模10。
所述环框成型材料包括预浸碎料，所述预浸碎料为预浸料裁剪的尾料切碎后，采用与预浸料相同的浸润方法制备得到。所述环框成型材料还包括浸润树脂，所述浸润树脂的体积占比为10％-30％。
S230：将预浸料铺放在燃料箱芯模10表面，采用0°、+45°、-45°的顺序在燃料箱芯模10表面铺放预浸料并形成燃料箱第一本体，继续将预浸料变厚度铺放在挂架连接位置处，具体的，沿燃料箱第一本体外周环绕方向缠绕铺设预浸料织物层，所述预浸料织物层包括至少两层，后缠绕铺设的预浸料织物层宽度小于先缠绕铺设的预浸料织物层；
所述预浸料的基体材料为热固性树脂或热塑性树脂或陶瓷基或金属基。
所述预浸料的增强体材料为玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维，所述增强体材料的纤维形式为短切纤维或连续纤维或纤维织物。
所述刚性模具为金属模具或石膏模具或低温合金模具或水溶性树脂模具或蜡模；所述柔性模具为硅橡胶或真空气囊袋或风管。
S240：通过柔性模具进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
通过上述方法，本实施例通过在燃料箱芯模10上设计中空环框来加强燃料箱的整体结构强度及挂架连接位置处的抗弯性能。本方法成型的薄壁燃料箱的中空环框与燃料箱本体一体成型，整体强度高，加工过程简单。本方法成型的薄壁燃料箱相比传统的金属燃料箱和现有的蜂窝夹层式燃料箱，重量更轻，抗弯曲能力强，具有更好的应用前景。
实施例三
为了解决现有的复合材料燃料箱结构稳定性不足，特别是在燃料箱的挂架连接位置处抗弯能力不足的技术问题，本实施例提供一种薄壁燃料箱成型装置，如图3所示，包括：
刚性模具100，用于设置中空环框及燃料箱本体成型；
中空环框200，用于提高燃料箱本体稳定性并减轻重量，所述中空环框设置在刚性模具上，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
柔性模具300，用于在燃料箱芯模10表面铺放预浸料后进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
本发明提供的带有中空环框的复合材料带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型模具装置，通过在燃料箱芯模10上设计中空环框来加强燃料箱的整体结构强度及挂架连接位置处的抗弯性能。本方法成型的薄壁燃料箱的中空环框与燃料箱本体一体成型，整体强度高，加工过程简单。该薄壁燃料箱相比传统的金属燃料箱和现有的蜂窝夹层式燃料箱，重量更轻，抗弯曲能力强，具有更好的应用前景。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在刚性模具上设置中空环框并获取燃料箱芯模，所述中空环框设置在燃料箱本体的挂架连接位置处；
S2：在燃料箱本体的挂架连接位置处，所述刚性模具设置有环框成型槽，在环框成型槽内设置环框成型模具，在环框成型槽和环框成型模具上填充环框成型材料并获取燃料箱芯模，所述环框成型材料包括预浸碎料，所述预浸碎料为预浸料裁剪的尾料切碎后，采用与预浸料相同的浸润方法制备得到；
S3：将预浸料铺放在燃料箱芯模表面，继续将预浸料变厚度铺放在挂架连接位置处，采用0°、+45°、-45°的顺序在燃料箱芯模表面铺放预浸料并形成燃料箱第一本体，沿燃料箱第一本体外周环绕方向缠绕铺设预浸料织物层，所述预浸料织物层包括至少两层，后缠绕铺设的预浸料织物层宽度小于先缠绕铺设的预浸料织物层；
S4：通过柔性模具进行产品包封，经热压固化后去除柔性模具，获取燃料箱本体。
2.根据权利要求1所述的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，其特征在于，所述预浸料的基体材料为热固性树脂或热塑性树脂或陶瓷基或金属基；
所述预浸料的增强体材料为玻璃纤维或碳纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维，所述增强体材料的纤维形式为短切纤维或连续纤维或纤维织物。
3.根据权利要求1所述的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，其特征在于，所述刚性模具为金属模具或石膏模具或低温合金模具或水溶性树脂模具或蜡模；所述柔性模具为硅橡胶或真空气囊袋或风管。
4.根据权利要求1所述的带有中空环框的复合材料薄壁燃料箱成型方法，其特征在于，所述环框成型材料还包括浸润树脂，所述浸润树脂的体积占比为10%-30%。
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