CN115923187B - 一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法，包括：采用纤维缠绕法制成中空主体，在中空主体外侧面的预设位置粘接预制的裙体，并采用碳纤维将裙体与中空主体缠绕固定；在预制的挂架结构的底部粘接连接胶片，并将挂架结构与所述中空主体和所述裙体粘接；挂架结构包括：长条状的挂架连接部和在所述挂架连接部上侧间隔设置的多个挂载滑块；对连接胶片进行固化处理；在挂载滑块周围铺设多组加强结构；每组加强结构中具有多层高模碳纤维预浸布，且相邻高模碳纤维预浸布的丝线方向相互错位的设置；采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维沿中空主体的周向缠绕多层；对加强结构和浸胶碳纤维进行固化处理获得碳纤维壳体成品。
Description
技术领域
本发明涉及发动机壳体制造领域，尤其涉及一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法。
背景技术
纤维缠绕法是生产纤维增强碳纤维缠绕壳体理想的工艺方法。在碳纤维缠绕壳体设计中，应在结构设计时考虑飞行试验时候的各种载荷要求，提高飞航导弹整体结构的可靠性。作为主要承力部件，飞机挂架与碳纤维缠绕壳体的可靠连接设计至关重要，这将影响飞航导弹整体结构的可靠性。碳纤维缠绕壳体的弹翼一般采用环向纤维缠绕方式连接，此类连接方式在受力单一的情况下勉强满足要求。而受力复杂的飞机挂架或机载吊挂块是碳纤维缠绕壳体结构设计和成型工艺的瓶颈技术。此类构件在承受导弹飞行过程的联合载荷情况下，通常会使碳纤维缠绕壳体与金属飞机挂架连接部位首先产生破坏而失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法，解决传统碳纤维壳体可靠性差的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法，包括：
S1.采用纤维缠绕法制成中空主体，在所述中空主体外侧面的预设位置粘接预制的裙体，并采用碳纤维将所述裙体与所述中空主体缠绕固定；其中，沿所述中空主体的轴向，所述裙体在所述中空主体的相对两端对称布置；
S2.在预制的挂架结构的底部粘接连接胶片，并将所述挂架结构与所述中空主体和所述裙体粘接；其中，所述挂架结构包括：长条状的挂架连接部和在所述挂架连接部上侧间隔设置的多个挂载滑块；
S3.采用连接件将所述挂架连接部与所述裙体固定，并对所述挂架结构施加压力并保持预设时间；
S4.对所述连接胶片进行固化处理；
S5.在所述挂载滑块与所述挂架连接部连接位置的周围层叠的铺设多组加强结构，并对所述加强结构进行预压处理；其中，每组所述加强结构中具有多层高模碳纤维预浸布，且相邻所述高模碳纤维预浸布的丝线方向相互错位的设置；
S6.采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维沿所述中空主体的周向缠绕多层，对所述高模碳纤维预浸布和所述挂架结构固定；
S7.对步骤S5中铺设的所述加强结构和步骤S6中缠绕的所述浸胶碳纤维进行固化处理获得所述碳纤维壳体成品。
根据本发明的一个方面，所述连接胶片采用丁腈橡胶胶片。
根据本发明的一个方面，步骤S4中，对所述连接胶片进行固化处理的步骤中，采用70℃/6h的固化制度对所述连接胶片进行固化处理。
根据本发明的一个方面，步骤S5中，所述高模碳纤维预浸布呈环形结构，其径向宽度至少为50mm。
根据本发明的一个方面，步骤S5中，所述加强结构层叠的铺设至少3组；
所述加强结构中所述高模碳纤维预浸布设置有5层，且由下至上的方向5层所述高模碳纤维预浸布的丝线方向依次为45°、-45°、0°、-45°、45°。
根据本发明的一个方面，步骤S6中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维沿所述中空主体的周向缠绕多层的步骤中，对所述浸胶碳纤维施加预设的纤维张力后在所述中空主体的周向缠绕。
根据本发明的一个方面，步骤S6中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维沿所述中空主体的周向缠绕多层的步骤中，所述浸胶碳纤维在所述中空主体的周向缠绕有8层。
根据本发明的一个方面，步骤S7中，对步骤S5中铺设的所述加强结构和步骤S6中缠绕的所述浸胶碳纤维进行固化处理的步骤中，按照85℃/4h+120℃/2h+150℃/8h的固化制度进行固化处理。
根据本发明的一种方案，飞机挂架结构粘接弹性胶片与碳纤维缠绕壳体进行粘接，飞机挂架结构一体与裙体连接，保证飞机挂架在轴向和圆周方向的位置尺寸。
根据本发明的一种方案，采用特别设计的加强结构，按照45°/-45°/0°/-45°/45°不同角度的预浸胶的浸胶碳纤维循环铺设于挂载滑块的连接位置，再进行轴向缠绕碳纤维保证了中空主体与挂架结构的连接强度和可靠性。
根据本发明的一种方案，本发明可有效解决复合材料环向缠绕连接传递载荷小，强度分散性大，抗剥离能力差和连接效率低等问题，实现了不同载荷的铺层可设计性，保证了碳纤维缠绕的中空主体与飞机挂架组合体的结构稳定、可靠连接，又能够满足壳体强度、刚度的承载需要。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的碳纤维壳体成型方法的步骤框图；
图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的碳纤维壳体的立体图；
图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的挂架结构与中空主体的连接截面图；
图4是示意性表示根据本发明的一种实施方式的碳纤维壳体的截面图；
图5是示意性表示根据本发明的一种实施方式的碳纤维壳体的俯视图；
图6是示意性表示根据本发明的一种实施方式的加强结构的布置图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法，包括：
S1.采用纤维缠绕法制成中空主体1，在中空主体1外侧面的预设位置粘接预制的裙体2，并采用碳纤维将裙体2与中空主体1缠绕固定；其中，沿中空主体1的轴向，裙体2在中空主体1的相对两端对称布置；
S2.在预制的挂架结构3的底部粘接连接胶片4，并将挂架结构3与中空主体1和裙体2粘接；其中，挂架结构3包括：长条状的挂架连接部31和在挂架连接部31上侧间隔设置的多个挂载滑块32；
S3.采用连接件5将挂架连接部31与裙体2固定，并对挂架结构3施加压力并保持预设时间；
S4.对连接胶片4进行固化处理；
S5.在挂载滑块32与挂架连接部31连接位置的周围层叠的铺设多组加强结构6，并对加强结构6进行预压处理；其中，每组加强结构6中具有多层高模碳纤维预浸布61，且相邻高模碳纤维预浸布61的丝线方向相互错位的设置；
S6.采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维7沿中空主体1的周向缠绕多层，对高模碳纤维预浸布6和挂架结构3固定；
S7.对步骤S5中铺设的加强结构6和步骤S6中缠绕的浸胶碳纤维7进行固化处理获得碳纤维壳体成品。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，采用纤维缠绕法制成中空主体1的步骤中，根据产品的形状，通过制作相应的模具，在模具的基础上通过采用碳纤维以现有的纤维缠绕法获得相应的中空主体1。在本实施方式中，中空主体1是整个碳纤维壳体的内层支撑结构。
在本实施方式中，裙体2为环形金属结构，其可与中空主体1同轴的连接在中空主体1的端部。其中，在裙体2和中空主体1之间采用粘接的方式相连接。
在本实施方式中，在完成裙体2和中空主体1的连接后，进一步通过碳纤维沿中空主体1的周向进行缠绕，对裙体2进一步缠绕固定。在本实施方式中，碳纤维缠绕有两层。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，挂架结构3采用金属结构，其可采用机加工的方式预先成型。在本实施方式中，连接胶片4采用丁腈橡胶胶片实现挂架结构3与中空主体1和裙体2的粘接。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，为进一步保证挂架结构3的连接稳定性和连接强度，采用连接件5依次穿过挂架结构3和裙体2实现固定连接。在本实施方式中，所采用的连接件5可为螺钉、铆钉等，有效的保证了连接的可靠。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S4中，对连接胶片4进行固化处理的步骤中，采用70℃/6h的固化制度对连接胶片4进行固化处理。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S5中，在挂载滑块32与挂架连接部31连接位置的周围层叠的铺设多组加强结构6，并对加强结构6进行预压处理的步骤中，加强结构6层叠的铺设至少3组，例如，其可设置为3组、4组或者更多组。在本实施方式中，加强结构6中高模碳纤维预浸布61设置有5层，且由下至上的方向5层高模碳纤维预浸布61的丝线方向依次为45°、-45°、0°、-45°、45°。其中，每层高模碳纤维预浸布6采用裁剪的方式获得形状和丝线布置角度，从而方便的实现高模碳纤维预浸布6在层叠铺设时相邻高模碳纤维预浸布6之间错位角度的准确分配。在本实施方式中，高模碳纤维预浸布6呈环形结构，其径向宽度至少为50mm，进而以实现与周围结构的粘接，有效保证了连接位置的结构强度。在本实施方式中，高模碳纤维预浸布6的内孔形状与挂载滑块32的截面形状相匹配的设置，而其外形可设置为矩形状。当然，高模碳纤维预浸布6的外形其还可设置为其他形状(如圆形、椭圆形等)。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S6中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维7沿中空主体1的周向缠绕多层，对高模碳纤维预浸布6和挂架结构3固定的步骤中，包括：
制备浸胶碳纤维7，具体的，首先，配置环氧树脂胶液，然后，采用连续的T800碳纤维通过配置的环氧树脂胶液完成浸润以获得相应的浸胶碳纤维7；
浸胶碳纤维7进行缠绕固定，其中，对浸胶碳纤维7施加预设的纤维张力后，在中空主体1的周向缠绕对高模碳纤维预浸布6和挂架结构3进行固定。
在本实施方式中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维7沿中空主体1的周向缠绕多层的步骤中，浸胶碳纤维7在中空主体1的周向缠绕有8层。
结合图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S7中，对步骤S5中铺设的加强结构6和步骤S6中缠绕的浸胶碳纤维7进行固化处理的步骤中，按照85℃/4h+120℃/2h+150℃/8h的固化制度进行固化处理。
结合图2、图3、图4、图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，本发明提供一种基于前述的碳纤维壳体成型方法所获得的碳纤维壳体，包括：中空主体1、裙体2、挂架结构3。在本实施方式中，裙体2在中空主体1的相对两端分别粘接连接，且采用碳纤维缠绕固定；其中，在中空主体1用于安装裙体2的位置可径向缩小的设置，进而可在中空主体1上形成限位结构，裙体2的端部通过与中空主体1上形成的限位结构相抵靠即可方便的实现对裙体2的准确定位。在本实施方式中，裙体2的包括同轴的第一裙体部分和第二裙体部分；其中，第一裙体部分和第二裙体部分的内径是一致的，而第二裙体部分的外径小于第一裙体部分的外径，进而以使得裙体2的外表面呈阶梯结构。在本实施方式中，第二裙体部分与中空主体1的相应安装位置相连接，且由于第二裙体部分的外径减小设置，进而可使得第二裙体部分的外侧面与中空主体1的其余侧面相齐平的设置，进而以方便对挂架结构3的轴向定位安装和后续碳纤维缠绕后整体外径的一致，有效的保证了整体结构的一致性。在本实施方式中，挂架结构3的底部与中空主体1和裙体2采用连接胶片4粘接，以及挂架结构3与裙体2采用连接件5固定；在本实施方式中，挂架结构3与裙体2的第一裙体部分采用连接件5连接，其中，连接件5可采用螺钉或铆钉，有效的保证了连接的稳定性。
在本实施方式中，挂架结构3包括：长条状的挂架连接部31和在挂架连接部31上侧间隔设置的多个挂载滑块32；其中，挂架连接部31呈板状体，其包括：第一板体结构和第二板体结构。在本实施方式中，第二板体结构在第一板体结构的相对两端分别设置，且第二板体结构与第一板体结构在厚度方向上错位设置，以使得第二板体结构与第一板体结构之间具有一定的高度差，从而可将挂架连接部31的第一板体结构限制在两个裙体2的第一裙体部分之间，以实现对挂架连接部31的轴向限位，而第二板体结构则可以直接搭接在第一裙体部分的外侧面上并通过连接件5固定。
在本实施方式中，挂载滑块32间隔的设置有两个，且均设置在第一板体结构上。
在本实施方式中，挂载滑块32与挂架连接部31连接位置的周围层叠的铺设多组加强结构6，且在采用浸胶碳纤维7缠绕固定。其中，每组加强结构6中具有多层高模碳纤维预浸布61，且相邻高模碳纤维预浸布61的丝线方向相互错位的设置。在本实施方式中，每组加强结构6中的高模碳纤维预浸布61的丝线方向采用45°、-45°、0°、-45°、45°的方式相互连接，以实现相互加强的作用。需要注意的是，0°代表的是与中空主体1的轴向相平行的方向。
在本实施方式中，当完成加强结构6的粘接后，在所构成的组合体外侧继续缠绕预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维7，即浸胶碳纤维7在中空主体1的周向缠绕有8层，从而将加强结构6、挂架连接部31的第一板体结构均缠绕在内，实现固定作用。进一步的，按照85℃/4h+120℃/2h+150℃/8h的固化制度进行对加强结构6和外侧的浸胶碳纤维7一同进行固化处理实现了整体结构的制备，进而获得相应的成品。
本发明的制备工艺性和可设计性得到验证，并通过液压试验、飞机挂架静力试验和多次地面的考核，结构可靠，满足总体要求。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有飞机挂架的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，包括：
S1.采用纤维缠绕法制成中空主体(1)，在所述中空主体(1)外侧面的预设位置粘接预制的裙体(2)，并采用碳纤维将所述裙体(2)与所述中空主体(1)缠绕固定；其中，沿所述中空主体(1)的轴向，所述裙体(2)在所述中空主体(1)的相对两端对称布置；
S2.在预制的挂架结构(3)的底部粘接连接胶片(4)，并将所述挂架结构(3)与所述中空主体(1)和所述裙体(2)粘接；其中，所述挂架结构(3)包括：长条状的挂架连接部(31)和在所述挂架连接部(31)上侧间隔设置的多个挂载滑块(32)；
S3.采用连接件(5)将所述挂架连接部(31)与所述裙体(2)固定，并对所述挂架结构(3)施加压力并保持预设时间；
S4.对所述连接胶片(4)进行固化处理；
S5.在所述挂载滑块(32)与所述挂架连接部(31)连接位置的周围层叠的铺设多组加强结构(6)，并对所述加强结构(6)进行预压处理；其中，每组所述加强结构(6)中具有多层高模碳纤维预浸布(61)，且相邻所述高模碳纤维预浸布(61)的丝线方向相互错位的设置；
S6.采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维(7)沿所述中空主体(1)的周向缠绕多层，对所述高模碳纤维预浸布(61)和所述挂架结构(3)固定；
S7.对步骤S5中铺设的所述加强结构(6)和步骤S6中缠绕的所述浸胶碳纤维(7)进行固化处理获得所述碳纤维壳体成品。
2.根据权利要求1所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述连接胶片(4)采用丁腈橡胶胶片。
3.根据权利要求2所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S4中，对所述连接胶片(4)进行固化处理的步骤中，采用70℃/6h的固化制度对所述连接胶片(4)进行固化处理。
4.根据权利要求3所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S5中，所述高模碳纤维预浸布(61)呈环形结构，其径向宽度至少为50mm。
5.根据权利要求4所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S5中，所述加强结构(6)层叠的铺设至少3组；
所述加强结构(6)中所述高模碳纤维预浸布(61)设置有5层，且由下至上的方向5层所述高模碳纤维预浸布(61)的丝线方向依次为45°、-45°、0°、-45°、45°。
6.根据权利要求5所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S6中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维(7)沿所述中空主体(1)的周向缠绕多层的步骤中，对所述浸胶碳纤维(7)施加预设的纤维张力后在所述中空主体(1)的周向缠绕。
7.根据权利要求6所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S6中，采用预浸过树脂胶液的浸胶碳纤维(7)沿所述中空主体(1)的周向缠绕多层的步骤中，所述浸胶碳纤维(7)在所述中空主体(1)的周向缠绕有8层。
8.根据权利要求7所述的碳纤维壳体成型方法，其特征在于，步骤S7中，对步骤S5中铺设的所述加强结构(6)和步骤S6中缠绕的所述浸胶碳纤维(7)进行固化处理的步骤中，按照85℃/4h+120℃/2h+150℃/8h的固化制度进行固化处理。
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