CN115056464A - 一种舱段铺带成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种舱段铺带成型方法，涉及复合材料防热层成型技术领域，解决了相关技术中对型面存在较大凸起或负曲率结构的舱段进行缠绕铺带存在预浸料与壳体间贴合差、脱粘分层的技术问题。包括对舱段壳体进行平缠式的缠绕铺带，形成有至少两层布层，采取错位铺带成型，包括宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，宽度错位铺带包括相邻两个布层沿布宽方向错位布置，角度错位铺带包括相邻两个布层的铺带方向相反设置；并且舱段壳体每缠绕铺带一个预设厚度均进行预压定型；在缠绕铺带和预压定型之后进行固化成型。从而解决了防热层分层、疏松等内部缺陷，同时提高了防热层外观平整度以及外形尺寸精度，基本达到了外形不加工的效果，降低了成本。

Description

一种舱段铺带成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料防热层成型技术领域，尤其涉及一种舱段铺带成型方法。

背景技术

传统飞行器为规则的筒形或者锥形结构，通常可采用规则的布带重叠缠绕、斜叠缠绕的方式直接缠绕成型。而对于大尺寸异形结构的舱段而言，其外形结构不规则导致产品表面存在较大的凸起或负曲率结构，在缠绕过程中，受预浸料粘度以及缠绕张力等因素影响，易出现预浸料与壳体间贴合差、脱粘分层等问题，无法顺利的成型防热层。

发明内容

本申请提供一种舱段铺带成型方法，解决了相关技术中对型面存在较大凸起或负曲率结构的舱段进行缠绕铺带存在预浸料与壳体间贴合差、脱粘分层的技术问题。

本申请提供一种舱段铺带成型方法，包括选取预浸布带，对舱段壳体进行缠绕铺带，缠绕铺带的缠绕方式为平缠，缠绕铺带形成有至少两层布层，缠绕铺带采取错位铺带成型，错位铺带包括宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，宽度错位铺带包括相邻两个布层沿布宽方向错位布置，角度错位铺带包括相邻两个布层的铺带方向相反设置；缠绕铺带时，舱段壳体每缠绕铺带一个预设厚度均进行预压定型；在缠绕铺带和预压定型之后，对舱段壳体及布层进行固化成型。

可选地，宽度错位铺带包括：

沿布宽方向错位布置的相邻两个布层形成第一错位宽度，预浸布带的带宽等于布层的层数与第一错位宽度的乘积。

可选地，预浸布带呈连续布带设置；

选取预浸布带包括制备预浸布带，制备的预浸布带呈收卷的预浸布卷设置，预浸布卷中沿厚度方向的相邻两层预浸布带间均设有分离薄膜。

可选地，错位铺带成型，包括预浸布带从压辊迁出并铺覆在舱段壳体表面；

压辊具有压辊摆角，调整压辊摆角以使得与压辊连接的机械臂与舱段壳体避免干涉。

可选地，预压定型包括：采用真空或外压对已铺覆的布层进行预压；预设厚度选取为1mm～4mm，预压的压力控制在-0.1MPa～1MPa，预压的温度小于等于70℃，单次预压的时间控制在3h以内。

可选地，在最后一次预压定型之后，以及在固化成型之前，还包括对舱段壳体上的布层进行校正和修补。

可选地，固化成型包括：

将铺带和预压定型后的舱段壳体及布层放在烘箱或热压罐中，固化压力控制在-0.1MPa～1MPa。

可选地，舱段铺带成型方法包括缠绕工装，缠绕工装包括：

两个法兰盘，平行地间隔设置；

中心轴，穿设于两个法兰盘；

第一延伸支撑部和第二延伸支撑部，分别贴近两个法兰盘的内侧设置，第一延伸支撑部和第二延伸支撑部的中间区域形成容置舱段壳体的容置区；以及

两个锁紧螺母，螺纹安装于中心轴，分别贴近两个法兰盘的外侧设置，以在舱段壳体安装于容置区时将一个法兰盘、第一延伸支撑部、舱段壳体、第二延伸支撑部和另一个法兰盘抵紧。

可选地，对舱段壳体进行缠绕铺带，还包括：

预浸布安装盘，用于装载预浸布卷并旋转进行开卷；

分离薄膜收卷机构，用于预浸布卷开卷后收卷预浸布卷中的分离薄膜。

可选地，舱段铺带成型方法包括用于类十字锥筒结构舱段铺带成型。

本申请有益效果如下：本申请提供一种舱段铺带成型方法，以平面缠绕的方式对舱段壳体进行缠绕铺带，包括通过宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种；其中宽度错位铺带中相邻两个布层沿布宽方向错位布置，角度错位铺带中相邻两个布层的铺带方向相反设置，以此在舱段壳体上形成多层布层，可以对舱段壳体的型面上可能的凸起或负曲率结构进行铺带；并且在铺带过程中和过程后进行预压定型，提高防热层与舱段壳体间的粘接强度以及型面贴合性，改善了一次性铺缠厚度过大而使防热层内部预压不密实导致的疏松缺陷，改善了防热层重量超过预浸布件的粘接强度时导致预浸布间以及预浸布与壳体间分层，改善了在负曲率部位直接出现脱粘、掉落现象；在缠绕铺带和预压定型之后进行固化成型；综上所述，上述舱段铺带成型方法采用铺带的方式实现了防热层成型，解决了防热层分层、疏松等内部缺陷，同时提高了防热层外观平整度以及外形尺寸精度，防热层整体厚度偏差可控制在1.2mm以内，基本达到了外形不加工的效果，降低了成本。

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。

图1为本申请提供的一种舱段壳体的截面示意图；

图2为本申请提供的舱段铺带成型方法中涉及的缠绕工装的结构示意图；

图3为平缠(平面缠绕)的示意图；

图4为本申请提供的舱段铺带成型方法中缠绕铺带的示意图；

图5a至图5c为本申请提供的舱段铺带成型方法中角度错位铺带的示意图；

图6a至图6d为本申请提供的舱段铺带成型方法中宽度错位铺带的示意图。

附图标注：10-缠绕工装，100-法兰盘，200-中心轴，300-第一延伸支撑部，400-第二延伸支撑部，500-锁紧螺母，20-预浸布带，30-舱段壳体，40-分离薄膜，50-压辊，60-预浸布安装盘，70-分离薄膜收卷机构。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种舱段铺带成型方法，解决了相关技术中对型面存在较大凸起或负曲率结构的舱段进行缠绕铺带存在预浸料与壳体间贴合差、脱粘分层的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种舱段铺带成型方法，包括选取预浸布带，对舱段壳体进行缠绕铺带，缠绕铺带的缠绕方式为平缠，缠绕铺带形成有至少两层布层，缠绕铺带采取错位铺带成型，错位铺带包括宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，宽度错位铺带包括相邻两个布层沿布宽方向错位布置，角度错位铺带包括相邻两个布层的铺带方向相反设置；缠绕铺带时，舱段壳体每缠绕铺带一个预设厚度均进行预压定型；在缠绕铺带和预压定型之后，对舱段壳体及布层进行固化成型。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

针对型面存在较大凸起或负曲率结构的舱段，如图1所示的类十字锥筒结构舱段，主要为在锥形舱段结构的圆周方向均布有4个大尺寸的凸台，形成了的类十字异形结构，该结构主要特点在于4个较大的凸台以及凸台与锥筒间形成了较大的负曲率凹槽结构。由于传统的布带缠绕方法无法满足防热层与壳体贴合以及无法施加张力需求，外防热层采用布带缠绕的方式成型难度很大，且成型后的防热层易产生内部分层缺陷，本实施例公开了一种舱段铺带成型方法。

舱段铺带成型方法包括选取预浸布带20，对舱段壳体30进行缠绕铺带，缠绕铺带的缠绕方式为平缠，缠绕铺带形成有至少两层布层，缠绕铺带采取错位铺带成型，错位铺带包括宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，宽度错位铺带包括相邻两个布层沿布宽方向错位布置，角度错位铺带包括相邻两个布层的铺带方向相反设置；缠绕铺带时，舱段壳体30每缠绕铺带一个预设厚度均进行预压定型；在缠绕铺带和预压定型之后，对舱段壳体30及布层进行固化成型。

关于宽度错位铺带，请参照图6a至图6d，其在于下一层铺带时，在上一层基础上进行宽度错位，具体为在布宽方向上进行错位布置，以形成如图6d所示的宽度错位。

关于角度错位铺带，请参照图5a至图5c，其在于下一层铺带方向与上一层铺带方向相关，以形成如图5c所示的角度错位。

为了提高铺带厚度均匀性，还可以结合角度错位铺带和宽度错位铺带一起设计，进行对舱段壳体30的缠绕铺带。

舱段铺带成型方法中，以平缠，如图3，即平面缠绕的方式，对舱段壳体30进行缠绕铺带，缠绕铺带包括通过宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，以此在舱段壳体30上形成多层布层，可以对舱段壳体30的型面上可能的凸起或负曲率结构进行顺利铺带。

并且在铺带过程中和过程后进行预压定型，提高防热层与舱段壳体30间的粘接强度以及型面贴合性，改善了一次性铺缠厚度过大而使防热层内部预压不密实导致的疏松缺陷，改善了防热层重量超过预浸布件的粘接强度时导致预浸布间以及预浸布与壳体间分层，改善了在负曲率部位直接出现脱粘、掉落现象。在缠绕铺带和预压定型之后进行固化成型。

综上所述，上述舱段铺带成型方法采用铺带的方式实现了防热层成型，解决了防热层分层、疏松等内部缺陷，同时提高了防热层外观平整度以及外形尺寸精度，防热层整体厚度偏差可控制在1.2mm以内，基本达到了外形不加工的效果，降低了成本。

可选地，请参照图2，舱段铺带成型方法还包括依据产品结构特点以及缠绕工艺要求，特别针对类十字锥筒结构舱段，对成型工装进行设计，包括制备缠绕工装10。缠绕工装10包括两个法兰盘100、中心轴200、第一延伸支撑部300、第二延伸支撑部400和两个锁紧螺母500，两个法兰盘100平行地间隔设置，中心轴200穿设于两个法兰盘100，第一延伸支撑部300和第二延伸支撑部400分别贴近两个法兰盘100的内侧设置，第一延伸支撑部300和第二延伸支撑部400的中间区域形成容置舱段壳体30的容置区，锁紧螺母500螺纹安装于中心轴200，两个锁紧螺母500分别贴近两个法兰盘100的外侧设置，以在舱段壳体30安装于容置区时将一个法兰盘100、第一延伸支撑部300、舱段壳体30、第二延伸支撑部400和另一个法兰盘100抵紧。

图2中还展示有缠绕工装10安装在支承底座(图2中未标识)上，支承底座可以认为是设备的一部分，以将安装了舱段壳体30的缠绕工装10直接装到设备上。通过法兰盘100提供安装的螺栓孔位，可以直接安装到支承底座上。

在缠绕工装10中，设置第一延伸支撑部300和第二延伸支撑部400的目的在于，在舱段壳体30上缠绕铺带形成的布层轴向尺寸大于舱段壳体30的轴向尺寸，以形成足够的余量，包括对舱段壳体30的轴向两端的端面覆盖，多余的余量后期再切除。

可以理解的是，法兰盘100的中心孔的孔径略大于中心轴200的外径。法兰盘100还可以其他的盘件结构形式代替，需要配置安装孔位。

关于选取预浸布带20，种类可为碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布或石英纤维预浸布等；预浸布带20优选为连续布带，以保证内部纤维的连续性，提高铺带后防热层的整体力学性能。

可选地，布带宽度控制在10mm至100mm，布带宽度由舱段外形曲率变化程度确定，曲率变化越大，布带越窄，预浸布带20宽度以满足实际铺带后实物表面平整、规则和无褶皱为目的。

可选地，制备的预浸布带20上下表面通过分离薄膜40隔开。具体地，制备的预浸布带20呈收卷的预浸布卷设置，预浸布卷中沿厚度方向的相邻两层预浸布带20间均设有分离薄膜40。

此外，预浸布带20表面应有一定的粘度，彼此间施加一定压力可以粘贴在一起，不能过干而无粘性导致无法粘贴在舱段壳体表面，也不能过湿导致粘结设备、断纱或产品树脂含量不稳定等问题。

可选地，请参照图6a至图6d，宽度错位铺带包括沿布宽方向错位布置的相邻两个布层形成第一错位宽度，预浸布带20的带宽等于布层的层数与第一错位宽度的乘积。在图6d中，线段L相较于预浸布带20的宽度是斜边设置，可作类似理解，图6d所示的宽度错位的一个带宽，对应设置了四个布层。

在本实施例的舱段铺带成型方法中，缠绕成型采用平缠的缠绕方式，缠绕既可以从大端向小端缠绕，也可以从小端向大端缠绕。

铺带进给量为布宽的1/N，为了提高铺带后表面平整性，N值越小越好，结合图3理解，一般取值2，即常用铺带进给量为布宽的1/2。

请参照图4，预浸布通过预浸布安装盘60、导向辊引导后，最终从压辊50迁出，按照设计轨迹铺覆在舱段壳体30表面，压辊50可采用橡胶压辊50。在铺带过程中，一般而言，压辊50是垂直于舱段壳体30型面施加压力，如图4中的F示意，即铺带张力，以保证预浸布带20间粘接良好，以及预浸布带20与舱段壳体间的贴合紧密，消除负曲率架空和褶皱，橡胶压辊50施加的压力调节范围可控制在10～400N之间。

而本实施例的舱段铺带成型方法包括针对凸起或负曲率结构的舱段型面，受舱段外形影响，凸起尺寸或负曲率凹陷尺寸较大时，在具体铺布时机械臂可能与舱段壳体30高点发生干涉。因此，压辊50具有压辊50摆角，通过调整压辊50摆角以使得与压辊50连接的机械臂与舱段壳体30避免干涉，以满足不干涉即可的程度设置压辊50摆角，且该偏置角越小越好，例如控制在5°至15°，优选10°，以避免出现预浸布带20预压不实或预浸布带20起皮等问题。

还可以理解为，铺带过程中，在舱段壳体30的正曲率弧面和大部分区域率部位采用垂直于舱段壳体型面进行施压，在负曲率最深的部位以及负曲率向凸台过度区采用偏置10°的角度进行施压，以避免干涉。

可选地，铺带过程中，压辊50施压波动区间控制在100N至200N。

可选地，在缠绕铺带到一定厚度，即上述的预设厚度后，就对已铺覆的布层进行预压定型，包括采用真空或外压对已铺覆的布层进行预压，从而提高防热层与舱段壳体30间的粘接强度以及型面贴合性；改善了一次性铺缠厚度过大导致的防热层内部预压不密实导致的疏松缺陷，改善了防热层重量超过预浸布件的粘接强度而导致预浸布间以及预浸布与壳体间分层，甚至在负曲率部位直接出现脱粘、掉落现象。

可选地，预设厚度选取为1mm～4mm，预压的压力控制在-0.1MPa～1MPa，预压的温度小于等于70℃，单次预压的时间控制在3h以内，以保证铺带防热层与舱段壳体30贴合紧密即可。

结合上述的缠绕工装10，上述采用真空或外压对已铺覆的布层进行预压，包括对外部整体包真空处理；而在涉及薄壁易变性壳体或有大尺寸开口的壳体时，也可以将舱段壳体30和第一延伸支撑部300、第二延伸支撑部400作为一个整体进行内外真空袋包覆，避免成型压差导致壳体变形失稳的不利后果。

可选地，在进行最后一次预压定型之后，以及在固化成型之前，还包括对舱段壳体30上的布层进行校正和修补，具体对表面厚度不均、变形等部位进行校正和修补，以保证表面平整度，减小尺寸偏差。校正和修补的方法为实际常使用的方式，此处不做赘述。

之后进行固化成型。可选地，固化成型包括将铺带和预压定型后的舱段壳体30及布层放在烘箱或热压罐中，固化温度依据所选用的树脂材料确定，固化压力控制在-0.1MPa～1MPa。

如图4所示，对舱段壳体30进行缠绕铺带，包括用于装载预浸布卷并旋转进行开卷的预浸布安装盘60；结合上述设置的分离薄膜40，还包括用于预浸布卷开卷后收卷预浸布卷中的分离薄膜40的分离薄膜收卷机构70。

综上，本实施例公开的舱段铺带成型方法，针对含有较大正曲率和负曲率结构的异形复杂结构舱段外复合层成型，明确了缠绕工装10设计要求、缠绕成型思路和控制过程参数，实现了含有较大正曲率和负曲率结构的异形复杂结构舱段外复合层铺带成型。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种舱段铺带成型方法，其特征在于，所述舱段铺带成型方法包括：

选取预浸布带，对舱段壳体进行缠绕铺带，所述缠绕铺带的缠绕方式为平缠，所述缠绕铺带形成有至少两层布层，所述缠绕铺带采取错位铺带成型，所述错位铺带包括宽度错位铺带和角度错位铺带中的至少一种，所述宽度错位铺带包括相邻两个所述布层沿布宽方向错位布置，所述角度错位铺带包括相邻两个所述布层的铺带方向相反设置；

所述缠绕铺带时，所述舱段壳体每缠绕铺带一个预设厚度均进行预压定型；

在所述缠绕铺带和所述预压定型之后，对所述舱段壳体及所述布层进行固化成型。

2.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述宽度错位铺带包括：

沿布宽方向错位布置的相邻两个所述布层形成第一错位宽度，所述预浸布带的带宽等于所述布层的层数与所述第一错位宽度的乘积。

3.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述预浸布带呈连续布带设置；

所述选取预浸布带包括制备所述预浸布带，制备的所述预浸布带呈收卷的预浸布卷设置，所述预浸布卷中沿厚度方向的相邻两层所述预浸布带间均设有分离薄膜。

4.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述错位铺带成型，包括所述预浸布带从压辊迁出并铺覆在所述舱段壳体表面；

所述压辊具有压辊摆角，调整所述压辊摆角以使得与所述压辊连接的机械臂与所述舱段壳体避免干涉。

5.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述预压定型包括：采用真空或外压对已铺覆的所述布层进行预压；

所述预设厚度选取为1mm～4mm，所述预压的压力控制在-0.1MPa～1MPa，所述预压的温度小于等于70℃，单次所述预压的时间控制在3h以内。

6.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，在最后一次所述预压定型之后，以及在所述固化成型之前，还包括对所述舱段壳体上的所述布层进行校正和修补。

7.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述固化成型包括：

将铺带和预压定型后的所述舱段壳体及所述布层放在烘箱或热压罐中，固化压力控制在-0.1MPa～1MPa。

8.如权利要求1所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述舱段铺带成型方法包括缠绕工装，所述缠绕工装包括：

两个法兰盘，平行地间隔设置；

中心轴，穿设于两个所述法兰盘；

第一延伸支撑部和第二延伸支撑部，分别贴近两个所述法兰盘的内侧设置，所述第一延伸支撑部和所述第二延伸支撑部的中间区域形成容置所述舱段壳体的容置区；以及

两个锁紧螺母，螺纹安装于所述中心轴，分别贴近两个所述法兰盘的外侧设置，以在所述舱段壳体安装于所述容置区时将一个所述法兰盘、第一延伸支撑部、所述舱段壳体、所述第二延伸支撑部和另一个所述法兰盘抵紧。

9.如权利要求3所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，对所述舱段壳体进行缠绕铺带，还包括：

预浸布安装盘，用于装载预浸布卷并旋转进行开卷；

分离薄膜收卷机构，用于所述预浸布卷开卷后收卷所述预浸布卷中的分离薄膜。

10.如权利要求1-9中任一项所述的舱段铺带成型方法，其特征在于，所述舱段铺带成型方法包括用于类十字锥筒结构舱段铺带成型。

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