CN113119499A - 一种具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法，该翼片的根部翼片的一端连接翼柄，另一端通过内部一体成型的镶嵌件连接中间段翼片，根部翼片内还设置有一号连杆，一号连杆一端固定，一端与镶嵌件连接，中间段翼片内设置有二号连杆和外翼固定支架，外侧弹翼通过外翼固定支架嵌套在中间段翼片的尾端，二号连杆一端与镶嵌件连接，一端与外翼固定支架连接。解决了伸缩翼飞机多采用金属可伸缩弹翼，但是其重量大，加工周期长并且难度大的技术问题，提出一种具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法，采用复合材料制作可伸缩弹翼，成型工艺可实现周期短，重量轻并且与金属同比下强度高，能够实现批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法，属于翼片技术领域。
背景技术
飞行器将自身结构的某部分进行变形，来提高和优化飞行器的总体飞行性能，已成为近年来国内外的重要研究热点。和传统飞行器相比，变体飞行器在气动、控制、结构和材料等多个学科提出了富有创新意义的挑战。不同飞行器为了满足不同飞行环境，如高度、速度、气流等，往往需要相应调整其形态以达到目的。传统飞行器采用改变机翼外形的方法，如改变翼片长度、前缘、后缘及掠角等方法，以适应不同的高速飞行等。大展弦比飞行器低速飞行能力好，续航能力强，具有良好的起飞与着陆性能，但其高速飞行性能欠佳；而低速飞行性能较差的小展弦比飞行器在高速飞行时总阻力小，机动性强，具有高速冲刺能力，小翼展还能减小停放空间。
伸缩翼飞机综合了上述特点，通过控制外翼在主翼内的缩进或外展，大幅度改变飞行器的展弦比，使气动性能与飞行任务达到最优匹配，可应用到飞行器上。而目前，伸缩翼飞机多采用金属可伸缩弹翼，但是其重量大，加工周期长并且难度大。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的伸缩翼飞机多采用金属可伸缩弹翼，但是其重量大，加工周期长并且难度大的技术问题，提出一种具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法，采用复合材料制作可伸缩弹翼，成型工艺可实现周期短，重量轻并且与金属同比下强度高，能够实现批量生产。
本发明提出一种具有伸缩功能的复合材料翼片，包括翼柄、根部翼片、一号连杆、镶嵌件、中间段翼片、外翼固定支架、外侧弹翼和二号连杆，所述根部翼片的一端连接翼柄，另一端通过内部一体成型的镶嵌件连接中间段翼片，所述根部翼片内还设置有一号连杆，所述一号连杆一端固定，一端与镶嵌件连接，所述中间段翼片内设置有二号连杆和外翼固定支架，所述外侧弹翼通过外翼固定支架嵌套在中间段翼片的尾端，所述二号连杆一端与镶嵌件连接，一端与外翼固定支架连接，所述外侧弹翼为复合材料夹层结构，外层为复合材料结构层，由增强材料及基体材料制作的预浸料铺设形成，中间为泡沫夹层结构或蜂窝夹层结构。
优选地，所述根部翼片为复合材料薄壁空心管式结构。
优选地，所述中间段翼片为复合材料薄壁空心管式结构。
优选地，复合材料薄壁空心管式结构为增强材料及基体材料制作的预浸料。
优选地，所述泡沫夹层结构采用的泡沫为硬质聚氨酯泡沫或PMI泡沫。
优选地，所述蜂窝夹层结构的蜂窝为铝蜂窝或芳纶蜂窝。
优选地，所述外侧弹翼采用的复合材料为增强材料及基体材料制作的预浸料。
优选地，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和石英纤维中的一种。
优选地，所述基体树脂为环氧树脂、双马树脂聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种。
一种所述的具有伸缩功能的复合材料翼片的成型方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、准备根部翼片、中间段翼片及外侧翼片成型模具成；
(2)、清理模具表面，对模具预热后在表面均匀涂刷脱模剂；
(3)、准备根部翼片金属镶嵌件、根部翼片、中间段翼片、外侧翼片原材料及外侧翼片夹层原材料，将夹层原材机加工至制定型面；；
(4)、在根部翼片及中间段翼片预热的芯模11外壁上铺设对应厚度的复合材料结构层，外侧翼片在夹层材料表面上铺设对应厚度的结构层，；
(5)、铺设完毕后，将芯模11及外加压上模9及外加压下模10(根部翼片没有芯模11)进行组装，用螺栓及销孔连接，在外加压模上下表面进行均匀加压至上下模具表面完全贴合(间隙≤0.1mm)；
(6)、合模到位后，对模具进行加热固化，固化后，待模具自然冷却后按顺序拆除外加压模及芯模，取出制品；
(7)、将制品按照图纸加工至制定尺寸，将金属镶嵌件及伸缩机构与根部翼片、中间段翼片及外侧翼片进行连接后完成可进行具有伸缩功能的复合材料翼片的制备。
本发明所述的具有伸缩功能的复合材料翼片及其成型方法的有益效果为：
1、本发明因伸缩弹翼由镶嵌件与薄壁空心管式结构组成根部翼片，中间段为薄壁空心管式结构；复合材料夹层结构组成最外侧翼片，使用过程中，通过机构将中间段及外侧翼片弹出，实现伸展目的。
2、本发明根据复合材料翼片结构特点，成型工艺采用热熔预浸料铺放技术，金属模具对模加压并加热固化成型工艺，成型周期短，所得结构重量轻并且与金属同比下强度高，能够实现批量生产。
3、本发明通过对模具精度的控制来保证各段翼片片的外形尺寸，通过机械连杆机构实现伸缩弹翼各段翼片连接，采用电机控制翼片伸展功能，通过结构设计，在满足翼片使用工况在和条件下，可通过泡沫夹层或蜂窝夹层结构制作尽量降低内翼重量。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种具有伸缩功能的复合材料翼片的内部结构示意图；
图2为本发明所述的根部翼片的结构示意图；
图3为本发明所述的中间翼片的结构示意图；
图4为本发明所述的外侧弹翼的结构示意图；
图5为本发明所述的复合材料翼片伸出状态示意图；
图6为本发明所述的模具压制外侧弹翼的示意图；
图7为复合材料翼片的模具示意图；
图8为图7的A-A剖面图；
其中，1-翼柄，2-根部翼片，3-一号连杆，4-镶嵌件，5-中间段翼片，6-外翼固定支架，7-外侧弹翼，8-二号连杆，9-上模，10-下模，11-芯模。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-8说明本实施方式。本实施方式所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，包括翼柄1、根部翼片2、一号连杆3、镶嵌件4、中间段翼片5、外翼固定支架6、外侧弹翼7和二号连杆8，所述根部翼片2的一端连接翼柄1，另一端通过内部一体成型的镶嵌件4连接中间段翼片5，所述根部翼片2内还设置有一号连杆3，所述一号连杆3一端固定，一端与镶嵌件4连接，所述中间段翼片5内设置有二号连杆8和外翼固定支架6，所述外侧弹翼7通过外翼固定支架6嵌套在中间段翼片5的尾端，所述二号连杆8一端与镶嵌件4连接，一端与外翼固定支架6连接，所述外侧弹翼7为复合材料夹层结构，外层为复合材料结构层，由增强材料及基体材料制作的预浸料铺设形成，中间为泡沫夹层结构或蜂窝夹层结构。
所述的具有伸缩功能的复合材料翼片包括根部翼片、中间段翼片和外侧弹翼，通过伸缩机构控制，实现翼片伸缩功能。
所述根部翼片2包括镶嵌件4与复合材料薄壁空心管式结构，所述复合材料薄壁空心管式结构与金属镶嵌件4一体成型，所述中间段翼片5为复合材料薄壁空心管式结构，其中固定有外翼固定支架6；所述根部翼片2和中间段翼片5的复合薄壁空心管式结构具体为增强材料及基体材料制作的预浸料。
所述外侧弹翼7为复合材料夹层结构，外层为复合材料结构层，由增强材料及基体材料制作的预浸料铺设形成，中间为泡沫夹层结构或蜂窝夹层结构，所述泡沫可以是硬质聚氨酯泡沫、PMI泡沫等；蜂窝为铝蜂窝、芳纶蜂窝等。使用过程中，通过一号连杆3将中间段翼片5弹出，通过二号连杆8将外侧弹翼7弹出，实现伸展目的。
复合材料翼片按设计需求，增强材料可选用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维及石英纤维；基体树脂使用需求可选择环氧树脂、双马树脂聚酯树脂及氰酸酯树脂等热固性树脂。
本发明通过对模具精度的控制来保证各段翼片片的外形尺寸，通过机械连杆机构实现伸缩弹翼各段翼片连接，采用电机控制翼片伸展功能，具体为伺服电机带动机构连杆移动，产生相互作用力，实现翼片的伸展及缩进，通过结构设计，在满足翼片使用工况在和条件下，可通过泡沫夹层或蜂窝夹层结构制作尽量降低内翼重量。
所述的具有伸缩功能的复合材料翼片的成型方法，具体包括以下步骤：
(1)、准备根部翼片、中间段翼片及外侧翼片成型模具成，模具为不锈钢材质，根部翼片、中间段翼片模具由外加上模9、外加下模10、芯模11组成，外侧翼片成型模具由外加上模9、外加下模10组成，如图6至图8所示，该模具组合后为内部型腔中空部分以对应实现翼片成型；
(2)、清理模具表面，对模具预热后在表面均匀涂刷脱模剂；
(3)、准备根部翼片2的镶嵌件4、根部翼片2、中间段翼片5、外侧弹翼7原材料及外侧弹翼7的夹层原材料，将夹层原材机加工至制定型面；
(4)、在根部翼片2及中间段翼片5预热的芯模11外壁上铺设对应厚度的复合材料结构层，外侧弹翼7在夹层材料表面上铺设对应厚度的结构层；
(5)、铺设完毕后，将芯模11及外加压上模9及外加压下模10(根部翼片没有芯模11)进行组装，用螺栓及销孔连接，在外加压模上下表面进行均匀加压至上下模具表面完全贴合(间隙≤0.1mm)；
(6)、合模到位后，对模具进行加热固化，固化后，待模具自然冷却后按顺序拆除外加压模及芯模，取出制品；
(7)、将制品按照图纸加工至制定尺寸，将镶嵌件4、两个连杆与根部翼片2、中间段翼片5及外侧弹翼7进行连接后完成具有伸缩功能的复合材料翼片的制备。
本发明通过3D扫描仪对翼片形面进行检测，检验产品成型后外形尺寸；通过超声扫描对翼片进行无损探伤检测，检验产品成型后质量情况；通过静力试验对翼片在使用工况载荷条件下进行试验验证。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，包括翼柄(1)、根部翼片(2)、一号连杆(3)、镶嵌件(4)、中间段翼片(5)、外翼固定支架(6)、外侧弹翼(7)和二号连杆(8)，所述根部翼片(2)的一端连接翼柄(1)，另一端通过内部一体成型的镶嵌件(4)连接中间段翼片(5)，所述根部翼片(2)内还设置有一号连杆(3)，所述一号连杆(3)一端固定，一端与镶嵌件(4)连接，所述中间段翼片(5)内设置有二号连杆(8)和外翼固定支架(6)，所述外侧弹翼(7)通过外翼固定支架(6)嵌套在中间段翼片(5)的尾端，所述二号连杆(8)一端与镶嵌件(4)连接，一端与外翼固定支架(6)连接，所述外侧弹翼(7)为复合材料夹层结构，外层为复合材料结构层，由增强材料及基体材料制作的预浸料铺设形成，中间为泡沫夹层结构或蜂窝夹层结构。
2.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述根部翼片(2)为复合材料薄壁空心管式结构。
3.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述中间段翼片(5)为复合材料薄壁空心管式结构。
4.根据权利要求2或3所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，复合材料薄壁空心管式结构为增强材料及基体材料制作的预浸料。
5.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述泡沫夹层结构采用的泡沫为硬质聚氨酯泡沫或PMI泡沫。
6.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述蜂窝夹层结构的蜂窝为铝蜂窝或芳纶蜂窝。
7.根据权利要求4所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述外侧弹翼(7)采用的复合材料为增强材料及基体材料制作的预浸料。
8.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和石英纤维中的一种。
9.根据权利要求1所述的具有伸缩功能的复合材料翼片，其特征在于，所述基体树脂为环氧树脂、双马树脂聚酯树脂和氰酸酯树脂中的一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的具有伸缩功能的复合材料翼片的成型方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、准备根部翼片、中间段翼片及外侧翼片成型模具；
(2)、清理模具表面，对模具预热后在表面均匀涂刷脱模剂；
(3)、准备根部翼片(2)的镶嵌件(4)、根部翼片(2)、中间段翼片(5)、外侧弹翼(7)原材料及外侧弹翼(7)的夹层原材料，将夹层原材机加工至制定型面；
(4)、在根部翼片(2)及中间段翼片(5)预热的芯模(11)外壁上铺设对应厚度的复合材料结构层，外侧弹翼(7)在夹层材料表面上铺设对应厚度的结构层；
(5)、铺设完毕后，将芯模(11)及外加压上模(9)及外加压下模(10)进行组装，用螺栓及销孔连接，在外加压模上下表面进行均匀加压至上下模具表面完全贴合；
(6)、合模到位后，对模具进行加热固化，固化后，待模具自然冷却后按顺序拆除外加压模及芯模，取出制品；
(7)、将制品按照图纸加工至制定尺寸，将镶嵌件(4)、两个连杆与根部翼片(2)、中间段翼片(5)及外侧弹翼(7)进行连接后完成具有伸缩功能的复合材料翼片的制备。
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