CN114347511A - 一种导流管支臂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导流管支臂及其制备方法,导流管支臂包括中空且单面翼型导流结构的蒙皮,蒙皮内沿宽度方向间隔设有若干加强筋,以将蒙皮内划分为若干填充腔;各填充腔内均填充有泡沫芯材,位于支臂前缘与后缘的两个填充腔内设有补强结构。本发明应用于复合材料产品以及复合材料成型技术领域,其中,导流管支臂采用碳纤维与玻璃纤维混杂的成型方案,使得导流管支臂满足表面性能和结构稳定性要求的前提下,具有更低的成本。同时,由于导流管支臂的设计模型对成型工艺也有较高要求,采用真空导入模塑成型工艺制备混杂纤维泡沫夹芯支臂样件,具有生产效率高,制备成本低,成品表观质量较好等优点,使得导流管支臂具有更高的工艺可行性。

Description

一种导流管支臂及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料产品以及复合材料成型技术领域,具体是一种导流管支臂及其制备方法。
背景技术
气垫船的空气导流管由外部的导流管、内部的导流罩以及连接导流管与导流罩的支臂组成,用于排出由螺旋桨旋转所吸入的空气以便形成向后的推力,从而使气垫船向前行驶。其中,支臂为大尺寸的单面翼型导流结构件和主承力件,对表面性能和结构稳定性都具有较高要求。因此,支臂的最优复合材料体系为全碳纤维复合材料和PVC泡沫芯子,但是全部采用碳纤维复合材料,虽然使得支臂的表面性能和结构稳定性满足了要求,但是会出现成本过高、支臂重量过大的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的不足,本发明提供一种导流管支臂及其制备方法,采用碳纤维与玻璃纤维混杂的方案成型导流管支臂,使得导流管支臂满足表面性能和结构稳定性要求的前提下,具有更低的成本与更高的工艺可行性。
为实现上述目的,本发明提供一种导流管支臂,包括中空且单面翼型导流结构的蒙皮,所述蒙皮内沿宽度方向间隔设有若干加强筋,以将所述蒙皮内划分为若干填充腔;
各所述填充腔内均填充有泡沫芯材,位于支臂前缘与后缘的两个所述填充腔内设有补强结构。
作为上述技术方案的进一步改进,所述加强筋的数量为三个,其中一个所述加强筋位于支臂的中部,另外两个所述加强筋分别位于靠近支臂前缘与后缘的位置。
作为上述技术方案的进一步改进,所述蒙皮与所述加强筋均由玻璃纤维制成。
作为上述技术方案的进一步改进,所述补强结构为设在对应所述填充腔内的补强层,所述补强层由碳纤维制成,所述补强层与对应加强筋共同包裹对应所述填充腔内的泡沫芯材。
作为上述技术方案的进一步改进,位于支臂中部的所述加强筋的两端截面均为T形结构。
为实现上述目的,本发明还提供一种上述导流管支臂的制备方法,包括如下步骤:
步骤1,制备成型阴模以及对泡沫芯材预成型,其中,所述成型阴模上具有与蒙皮上翼型导流结构对应的成型面;
步骤2,纤维预成型体铺放:根据蒙皮弧面部分的铺层设计,将裁剪好的玻璃纤维布安装设计顺序与角度逐层铺放,然后按加强筋的定位铺放用于补强结构成型的碳纤维布以及位于支臂前缘与后缘的泡沫芯材,再铺放加强筋部分的玻璃纤维布与剩余泡沫芯材,最后铺放蒙皮的平面部分;
步骤3,密闭抽真空:在步骤2的纤维织物上依次铺覆脱模布与导流网,并在导流网上铺设导流管,最后对用真空袋膜和密封胶条将所有的纤维织物及工艺辅助材料全部进行密封,再试抽真空,检验气密性;
步骤4,灌注树脂以及固化处理:对步骤3中的真空体系进行真空灌注,并将灌注后的真空体系放入烘箱,加温固化;
步骤5,脱模:当产品冷却至室温时,脱模即得到导流管支臂制品。
作为上述技术方案的进一步改进,步骤1中,所述制备成型阴模,具体为:
根据支臂样件设计图,制备与支臂样件外表面尺寸一致的木质芯模,并用原子灰对木质芯模填平木块空隙,同时对木质芯模表面进行打蜡处理;
再釆用手糊工艺在木质芯模表面逐层铺覆玻璃纤维布和胶液,并预制气嘴以方便产品脱模;
最后固化脱模并打蜡处理,得到的成型阴模。
作为上述技术方案的进一步改进,步骤3中,导流网和导流管的铺放按照加强筋的位置分为多个模块,即各模块与支臂上填充腔的位置一一对应,以利于树脂在加强筋中的浸渍;
在成型阴模的最左端铺设一圈导流管用作抽气口,并在最高点放置一个三通用来连接真空泵。
作为上述技术方案的进一步改进,步骤4中,进行真空灌注的过程为:
先将成型阴模上最右端的进胶管插入树脂桶,从成型阴模最右端进胶管开始进胶,当胶渗透到下一根进胶管时,将第二根进胶管插入树脂桶,同时用两根管路进行树脂灌注,依次重复前面操作,直到预成型体完全被浸渍。
作为上述技术方案的进一步改进,在灌注树脂过程中,将成型阴模沿支臂截面较厚处倾斜,以利用重力加强树脂的浸透。
本发明提供的一种导流管支臂及其制备方法,其中导流管支臂采用碳纤维与玻璃纤维混杂的成型方案,使得导流管支臂满足表面性能和结构稳定性要求的前提下,具有更低的成本。同时,由于导流管支臂的设计模型对成型工艺也有较高要求,本发明结合复合材料工艺成型特点,采用真空导入模塑成型工艺制备混杂纤维泡沫夹芯支臂样件,具有生产效率高,制备成本低,成品表观质量较好等优点,使得导流管支臂具有更高的工艺可行性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中导流管支臂的截面示意图;
图2为本发明实施例2中制备方法的流程图。
附图标号:蒙皮1、加强筋2、泡沫芯材3、补强结构4。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,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作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。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接,还可以是物理连接或无线通信连接;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或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
如图1所示为本实施例公开的一种导流管支臂,包括中空且单面翼型导流结构的蒙皮1,即支臂的整体结构为一面为平面,另一面为翼型弧面,平面与翼型弧面的连接处即为支臂的前缘。在实际工况中,支臂会受到面外弯曲载荷,因此,在蒙皮1内沿宽度方向间隔设有若干加强筋2,以将蒙皮1内划分为若干填充腔。具体地,加强筋2的数量为三个,其中一个加强筋2位于支臂的中部位置,以用于增加支臂面外的弯曲刚度,另外两个加强筋2分别位于靠近支臂前缘与后缘的位置。各填充腔内均填充有泡沫芯材3,位于支臂前缘与后缘的两个填充腔内设有补强结构4,以增加支臂前缘与后缘的整体刚度。
在具体实施过程中,支臂的最优材料体系为全碳纤维复合材料和PVC泡沫夹芯,但全部采用碳纤维复合材料,成本过高、重量过高。经过仿真优化可知,全玻璃纤维-泡沫夹芯、碳玻混杂纤维-泡沫夹芯、金属-纤维-夹芯混杂和全碳纤维-泡沫夹芯四种体系均满足设计要求,其中,全碳纤维-泡沫夹芯最优,全玻璃纤维-泡沫夹芯最次。因此本实施例中综合考虑成本、可靠性以及工艺难易程度,碳玻混杂纤维-泡沫夹芯的方案。即将支臂的蒙皮1和加强筋2部分采用多层玻璃纤维双轴布制成,而在前后缘作为主要承力部分的补强结构4采用多层碳纤维单向布制成。即补强结构4为设在对应填充腔内的补强层,补强层由多层碳纤维单向布制成,补强层与对应加强筋2共同包裹对应填充腔内的泡沫芯材3。使得导流管支臂满足表面性能和结构稳定性要求的前提下,具有更低的成本与更高的工艺可行性。
在具体实施过程中,位于支臂中部的加强筋2的两端截面均为T形结构,以进一步增强支臂面外的弯曲刚度。
实施例2
基于实施例1中的导流管支臂,本实施例公开了一种该导流管支臂的制备方法,参考图2,该制备方法具体包括如下步骤:
步骤1,制备成型阴模以及对泡沫芯材预成型,其中,成型阴模上具有与蒙皮上翼型导流结构对应的成型面。
本实施例中,成型阴模采用玻璃纤维复合材料制备,其具体制备过程为:
先根据支臂样件设计图,制备与支臂样件外表面尺寸一致的木质芯模,并用原子灰对木质芯模填平木块空隙,同时对木质芯模表面进行打蜡处理;
再釆用手糊工艺在木质芯模表面逐层铺覆玻璃纤维双轴布和胶液,并预制气嘴以方便产品脱模;
最后固化脱模并打蜡处理,得到的成型阴模。
在具体实施过程中,由于支臂蒙皮厚度较大,且有泡沫填充,对树脂的浸透有一定干扰。因此在对泡沫芯材预成型的过程中,对泡沫芯材进行打孔和开槽处理,增强树脂的流动性,提高浸润性。
步骤2,纤维预成型体铺放:根据蒙皮弧面部分的铺层设计,将裁剪好的玻璃纤维双轴布安装设计顺序与角度逐层铺放,若玻璃纤维双轴布的幅宽小于模具宽度,在铺放时需进行搭接处理。然后按加强筋的定位铺放用于补强结构成型的碳纤维布以及位于支臂前缘与后缘的泡沫芯材,再铺放加强筋部分的玻璃纤维布与剩余泡沫芯材,最后铺放蒙皮平面部分的玻璃纤维双轴布。
步骤3,密闭抽真空:在步骤2的纤维织物上依次铺覆脱模布与导流网,并在导流网上铺设导流管。具体地,导流网和导流管的铺放按照加强筋的位置分4个模块,即各模块与支臂上填充腔的位置一一对应,利于树脂在加强筋中的浸渍。并在成型阴模的最左端铺设一圈导流管用作抽气口,并在最高点放置一个三通用来连接真空泵。最后对用真空袋膜和密封胶条将所有的纤维织物及工艺辅助材料全部进行密封,密封完成后,连接真空泵,试抽真空,检验气密性。
步骤4,灌注树脂以及固化处理:对步骤3中的真空体系进行真空灌注,并将灌注后的真空体系放入烘箱,加温固化,固化制度为:45℃4h,70℃6h。其中,进行真空灌注的过程为:
先将成型阴模上最右端的进胶管插入树脂桶,从成型阴模最右端进胶管开始进胶,当胶渗透到下一根进胶管时,将第二根进胶管插入树脂桶,同时用两根管路进行树脂灌注,依次重复前面操作,直到预成型体完全被浸渍。其中优选地,在灌注树脂过程中,将成型阴模沿支臂截面较厚处倾斜,以利用重力加强树脂的浸透。
步骤5,脱模:当产品冷却至室温时,将真空袋膜、导流管、导流网、脱模布依次从产品上脱离出来,最后通过气孔,加气压使支臂样件与成型阴模分离,最后对样件边缘进行打磨处理,即得到导流管支臂制品。
从脱模后的复合材料支臂样件表面观察,浸渍状况良好。观察样件表面质量,与成型面相贴的弧面表面质量较好,与真空袋膜相贴的平面表面质量一般。支臂样件从端面可以清晰看到内部的泡沫填充、加强筋和碳纤维补强结构。支臂样件的制备表明:釆用真空导入模塑整体成型工艺可以实现全尺寸混杂纤维增强泡沫夹芯支臂样件的整体成型,且生产效率高,制备成本低,成品表观质量较好。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种导流管支臂,其特征在于,包括中空且单面翼型导流结构的蒙皮,所述蒙皮内沿宽度方向间隔设有若干加强筋,以将所述蒙皮内划分为若干填充腔;
各所述填充腔内均填充有泡沫芯材,位于支臂前缘与后缘的两个所述填充腔内设有补强结构。
2.根据权利要求1所述导流管支臂,其特征在于,所述加强筋的数量为三个,其中一个所述加强筋位于支臂的中部,另外两个所述加强筋分别位于靠近支臂前缘与后缘的位置。
3.根据权利要求1或2所述导流管支臂,其特征在于,所述蒙皮与所述加强筋均由玻璃纤维制成。
4.根据权利要求3所述导流管支臂,其特征在于,所述补强结构为设在对应所述填充腔内的补强层,所述补强层由碳纤维制成,所述补强层与对应加强筋共同包裹对应所述填充腔内的泡沫芯材。
5.根据权利要求1或2所述导流管支臂,其特征在于,位于支臂中部的所述加强筋的两端截面均为T形结构。
6.一种权利要求1至5任一项所述导流管支臂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,制备成型阴模以及对泡沫芯材预成型,其中,所述成型阴模上具有与蒙皮上翼型导流结构对应的成型面;
步骤2,纤维预成型体铺放:根据蒙皮弧面部分的铺层设计,将裁剪好的玻璃纤维布安装设计顺序与角度逐层铺放,然后按加强筋的定位铺放用于补强结构成型的碳纤维布以及位于支臂前缘与后缘的泡沫芯材,再铺放加强筋部分的玻璃纤维布与剩余泡沫芯材,最后铺放蒙皮的平面部分;
步骤3,密闭抽真空:在步骤2的纤维织物上依次铺覆脱模布与导流网,并在导流网上铺设导流管,最后对用真空袋膜和密封胶条将所有的纤维织物及工艺辅助材料全部进行密封,再试抽真空,检验气密性;
步骤4,灌注树脂以及固化处理:对步骤3中的真空体系进行真空灌注,并将灌注后的真空体系放入烘箱,加温固化;
步骤5,脱模:当产品冷却至室温时,脱模即得到导流管支臂制品。
7.根据权利要求6所述导流管支臂的制备方法,其特征在于,步骤1中,所述制备成型阴模,具体为:
根据支臂样件设计图,制备与支臂样件外表面尺寸一致的木质芯模,并用原子灰对木质芯模填平木块空隙,同时对木质芯模表面进行打蜡处理;
再釆用手糊工艺在木质芯模表面逐层铺覆玻璃纤维布和胶液,并预制气嘴以方便产品脱模;
最后固化脱模并打蜡处理,得到的成型阴模。
8.根据权利要求6所述导流管支臂的制备方法,其特征在于,步骤3中,导流网和导流管的铺放按照加强筋的位置分为多个模块,即各模块与支臂上填充腔的位置一一对应,以利于树脂在加强筋中的浸渍;
在成型阴模的最左端铺设一圈导流管用作抽气口,并在最高点放置一个三通用来连接真空泵。
9.根据权利要求8所述导流管支臂的制备方法,其特征在于,步骤4中,进行真空灌注的过程为:
先将成型阴模上最右端的进胶管插入树脂桶,从成型阴模最右端进胶管开始进胶,当胶渗透到下一根进胶管时,将第二根进胶管插入树脂桶,同时用两根管路进行树脂灌注,依次重复前面操作,直到预成型体完全被浸渍。
10.根据权利要求9所述导流管支臂的制备方法,其特征在于,在灌注树脂过程中,将成型阴模沿支臂截面较厚处倾斜,以利用重力加强树脂的浸透。
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