CN116922824A - 一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，包括以下步骤：将预浸蜂窝材料铺设于大尺寸变曲率的蜂窝预成型工装上；预浸蜂窝材料铺设完成后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝的工装，并抽真空保持密封。本发明制造复合材料声学进气道的主要工艺不再是在零件成型后进行钻孔，而是在制造过程中就钻出所需的孔，本方法能够避免产生声衬区域内部的多余物难以清理的问题，因为它消除了在零件成型后钻孔的需求，同时也防止了因对面板穿孔而对蜂窝芯壁的损伤。

Description

一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法

技术领域

本发明涉及一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法。

背景技术

随着对涡扇航空发动机的风扇叶尖马赫数以及涵道性能的要求不断提升，风扇产生的噪声已成为航空发动机乃至整架飞机主要的噪声来源。为了降低风扇的噪声，常常会在航空发动机的短舱内铺设声衬。传统的声学进气道组件主要由金属材料穿孔板、蜂窝芯和无孔板。

由于复合材料具有轻量和高比强度等优点，它已逐渐被广泛用于制作声学进气道。目前，制造复合材料声学进气道的主要工艺是在零件成型后进行钻孔。然而，这种方法容易在声衬区域内部产生多余物，这些多余物难以完全清理，并且在钻孔过程中可能对蜂窝芯壁造成损伤。

此外，由于航空发动机本身是环状结构，这就要求声学进气道也是类似的结构，因此声学进气道常常需要设计成大尺寸变曲率结构。然而，这种设计在制造过程中可能会导致蜂窝组件产生压缩变形，从而降低整体的强度，这会影响到声学进气道的声学性能。

因此，为了防止钻孔过程中产生的多余物难以清理，同时保证声学进气道的声学性能，探究一种适用于大尺寸变曲率声学进气道的成型方法就变得非常必要。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，旨在解决无法保证声学性能以及后续产生多余物难以清理等问题，从而制造出合格的大尺寸变曲率声学进气道零件。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，包括以下步骤：

1）预浸蜂窝预成型

将预浸蜂窝材料铺设于大尺寸变曲率的蜂窝预成型工装上；

预浸蜂窝材料铺设完成后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝的工装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，得到蜂窝结构；

2）穿孔面板成型

将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实；

铺设且预压实结束后，利用透气材料封装该铺设有预浸料的穿孔面板成型工装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，得到面板；

固化完成后对面板进行声衬区的钻孔，得到穿孔面板；

3）蜂窝胶接与拼接

将堵孔材料铺设于穿孔面板上的声衬区，并进行预压实；

堵孔材料铺设完成并预压实后，在穿孔面板外表面贴胶膜，并将蜂窝结构铺设于穿孔面板的外表面上；

在铺设蜂窝结构的过程中，同时在蜂窝结构和穿孔面板之间铺设发泡胶；

在蜂窝结构和发泡胶铺设完毕后，利用透气材料对蜂窝结构和穿孔面板进行封装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，使得蜂窝结构和穿孔面板粘合在一起；

4）背板成型

步骤3）完成后，在蜂窝结构上表面铺设胶膜后，将预浸料铺设于该胶膜上；

铺设完预浸料并进行抽真空预压实后，利用透气材料和真空袋对其进行封装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，固化过程中蜂窝结构上表面的预浸料形成背板，且该背板和蜂窝结构紧密结合，至此，完成了声学进气道结构的成型。

优选的，所述步骤1）~步骤4）中，在抽真空保持密封后，均进行密封测漏检查。

优选的，所述步骤1）中，预浸蜂窝材料铺设完成后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝的工装，并抽真空保持密封，具体为：

在铺设后的预浸蜂窝材料上依次放置透气材料以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，使得预浸蜂窝材料所处空间在后续的固化过程中能够保持真空状态；

完成抽真空保持密封后，进行密封测漏检查。

优选的，所述步骤2）中，将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实，具体为：

将穿孔面板样板上的定位孔与穿孔面板成型工装的基准孔一一对应；

在穿孔面板上铺设预浸料，铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，并使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实。

优选的，所述步骤4）中，铺设完预浸料并进行抽真空预压实，具体为：

根据蜂窝的形状和位置，以及胶膜的铺设情况，确定预浸料的铺设位置和形状；

铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，并使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实。

本发明的有益技术效果：

1.避免在钻孔过程中产生多余物：根据本方法，制造复合材料声学进气道的主要工艺不再是在零件成型后进行钻孔，而是在制造过程中就钻出所需的孔，本方法能够避免产生声衬区域内部的多余物难以清理的问题，因为它消除了在零件成型后钻孔的需求，同时也防止了因对面板穿孔而对蜂窝芯壁的损伤。

2.本发明采用了新的预浸蜂窝预成型和穿孔面板成型方法（抽真空），并且在蜂窝胶接与拼接阶段使用发泡胶，这些步骤都有助于维持蜂窝结构的完整性，从而避免了蜂窝被压缩变形，另外本发明在穿孔面板成型阶段可以确保100%的通孔率，而在蜂窝胶接与拼接阶段使用发泡胶，这两点都有助于提高声学进气道的声学性能。

3.提高了整体结构的强度：本发明的在制造过程中使用了预浸料和胶膜，并且在最后一个步骤中对整个部件进行固化处理，这都有助于提高整体结构的强度。

附图说明

图1为按照本发明的实施例的声学进气道剖面示意图；

图中：1-大尺寸变曲率的穿孔面板成型工装，2-堵孔材料，3-穿孔面板，5-蜂窝，6-发泡胶，8-背板，10-透气材料，11-真空袋。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，包括以下步骤：

1）预浸蜂窝预成型

根据声学进气道的数模，设计出与蜂窝内型面相匹配的大尺寸变曲率的预成型工装，将预浸蜂窝材料铺设于大尺寸变曲率的蜂窝预成型工装上，预浸蜂窝材料为已浸入树脂，但未固化的六边形蜂窝芯材；

预浸蜂窝材料铺设完毕后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝材料的工装，并抽真空保持密封，真空压力范围在-20kpa~-65kpa之间，该过程可以确保在后续的固化过程中，蜂窝材料的形状不会发生变形；

其中，预浸蜂窝材料铺设完毕后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝材料的工装，并抽真空保持密封，具体为：

在铺设后的预浸蜂窝材料上依次放置透气毡和真空袋，透气毡可以帮助空气在抽真空过程中均匀地从预浸蜂窝材料中抽出；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压（负压范围-20kpa~-65kpa），保证预浸蜂窝材料所处空间在后续固化过程中保持密封，同时真空的状态可以帮助去除预浸蜂窝材料中的气泡，并确保后续的热压固化过程能够顺利进行；

完成抽真空保持密封后，进行密封测漏检查，确保在固化过程中能够保持真空状态；

在上述过程中，透气毡和真空袋的使用可以有效地控制预浸蜂窝材料的形状和位置，以及预浸蜂窝材料中树脂的分布，确保在后续的热压固化过程中，能够形成均匀且稳定的蜂窝结构；

将封装且密封完毕的部件送入热压罐内进行固化，在一定的温度（固化温度为180°）和压力下，预浸蜂窝材料中的树脂会固化，在蜂窝预成型工装上形成稳定的蜂窝结构（蜂窝固化完成后，使蜂窝与工装分离），固化时间可在150min至180min之间，该蜂窝结构为尺寸大于4.8mm并具有一定厚度的六边形蜂窝芯材，通过步骤1）得到多个六边形蜂窝芯材；

2）穿孔面板成型

根据声学进气道的数模，提取穿孔面板内型面，设计出大尺寸变曲率的穿孔面板成型工装1，将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实；

铺设结束后，利用透气材料和真空袋封装该铺设有预浸料的穿孔面板成型工装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，得到面板；

固化完成后对面板内表面中心区域（声衬区）进行钻孔，得到已固化穿孔面板3，该穿孔面板可保证100%的通孔率；

将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实，具体为：

将穿孔面板样板上的定位孔与穿孔面板成型工装的基准孔一一对应；

在穿孔面板样板上铺设预浸料，铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋，以构建密闭环境；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压（负压范围-80kpa~-95kpa），使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实；

该过程中，隔离膜的主要作用是防止树脂从预浸料中流出，同时也可以防止真空袋与预浸料直接接触，使其（真空袋）可以在后续过程中更容易被移除，透气毡可以帮助空气和多余的树脂在抽真空过程中均匀地从预浸料中抽出；

-80kpa~-95kpa指的是，需要将真空袋内部的压力维持在这个范围内，以确保预浸料得到适当的压实；

该过程中，通过抽真空实现预压实可以帮助提高预浸料的体积利用率，减少内部的空气和树脂，使得预浸料更加坚实，同时也有助于提高最终产品的质量；

3）蜂窝胶接与拼接

将堵孔材料2铺设于已固化的穿孔面板内表面，以防止在接下来的蜂窝胶接过程中，胶膜在高温下堵住声衬孔，从而影响通孔率，该过程中的堵孔材料铺设范围大于声衬孔所处区域；

堵孔材料（可以为橡胶类材料）铺设完成后，进行预压实，以确保堵孔材料紧密地贴合在穿孔面板内表面上，并确保将声衬孔堵上；

在穿孔面板外表面贴一层胶膜后，将已固化的预成型的蜂窝结构铺设于穿孔面板的外表面上，其中胶膜起到了粘接作用，能够将穿孔面板和蜂窝结构有效地结合在一起；

在铺设蜂窝结构的过程中，同时铺设发泡胶6，由于发泡胶在高温下可以膨胀发泡并具有粘接性，因此可以在后续的高温环境下实现蜂窝结构的拼接；

其中发泡胶的膨胀和固化过程可以提高蜂窝结构拼接后的整体稳定性和刚性，能够提供额外的强度；

发泡胶能够在穿孔面板和蜂窝之间形成一个额外的结构层，该结构层能够在高温下膨胀并固化，形成坚硬的结构，使得整个复合结构更稳定，从而提供了额外的强度；

同时，当发泡胶位于穿孔面板3和蜂窝5之间时，它可以自然扩展到穿孔面板和蜂窝之间的所有空间，无论这些空间有多小或形状如何，这意味着穿孔面板和蜂窝之间没有任何空间被浪费，充分利用了空间；

这样，在穿孔面板和蜂窝5之间的发泡胶不仅增强了复合结构的稳定性和刚性，还充分利用了蜂窝结构和穿孔面板之间的空间，从而使整个声学进气道结构既坚固又轻盈；

在蜂窝结构和发泡胶铺设完毕后，利用透气材料对它们进行封装，然后抽真空保持密封，并进行密封测漏检查，以确保蜂窝结构和穿孔面板以及它们之间的发泡胶在后续固化过程中保持真空状态，防止树脂（胶膜中的树脂）固化过程中发生变形，抽真空的压力范围在-20kpa至-65kpa之间；

最后，将封装、密封完毕的部件送入热压罐固化，固化温度为180°，固化时间在150min~180min之间，在这个过程中，胶膜和发泡胶会硬化，使得穿孔面板和蜂窝结构牢固地粘合在一起；

4）背板成型

在步骤3）已完成固化的蜂窝表面铺设一层胶膜后，将预浸料铺设于该胶膜上，该预浸料是一种已经浸入树脂的纤维复合材料，它将在后续的热压过程中固化，形成声学进气道的背板8，在铺设预浸料的过程中，进行抽真空预压实，以确保在热压固化后能够形成均匀且紧密的背板，胶膜的材料主要是包含树脂的纤维材料，树脂可以在热压过程中固化，使得背板和蜂窝能够牢固地结合在一起；

铺设完预浸料后，利用透气材料和真空袋对其进行封装，并抽真空保持密封，再进行密封测漏检查，确保后续在固化过程中能够保持真空状态，防止树脂固化过程中因气体的存在产生的任何形状变化，该过程中抽真空的压力范围在-20kpa至-65kpa之间；

将封装、密封完毕的部件送入热压罐固化，热压罐内的压力为200kpa至400kpa，固化时间为150min至180min，在固化过程中，部件被加热（固化温度为180°），预浸料和其下的胶膜中的树脂开始固化，从而使得背板和蜂窝紧密结合，至此，形成了一个完整的声学进气道结构。

在本实施例中，对于步骤4），在铺设预浸料的过程中，进行抽真空预压实，具体为：

根据蜂窝的形状和位置，以及胶膜的铺设情况，确定预浸料的铺设位置和形状；

铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋，以构建密闭环境；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压（负压范围-20kpa至-65kpa），使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实，上述过程可以帮助去除预浸料中的气泡和过多的树脂，确保后续的热压固化过程能够顺利进行；

在上述过程中，通过抽真空预压实的操作，使预浸料紧密地贴合在胶膜和蜂窝上，从而在后续的热压固化过程中，形成均匀且紧密的背板。

在本实施例中，在声学进气道中，大尺寸变曲率指的是进气道的形状既大又复杂，涵盖了不同半径的曲面或者曲线。

在本实施例中，步骤1）~步骤4）所涉及的封装均封装对应部件的上表面，例如步骤1）中，对铺设有预浸蜂窝材料的工装的上表面进行封装并抽真空保持密封，确保预浸蜂窝材料在后续的固化过程中自身不会发生形变，对于步骤2）来说，对铺设有预浸料的穿孔面板成型工装的上表面进行封装并抽真空保持密封，该过程可以帮助维持预压实后的预浸料形状，避免在后续步骤中出现形变，同时确保在固化过程中保持真空状态，防止树脂固化过程中发生形变。

在本实施例中，步骤1）~步骤4）的固化过程结束后均解除相应部件上的透气毡和其上的真空袋所构成的密封环境再进行后续步骤。

在本实施例中，所涉及的透气材料均可为透气毡。

在本实施例中，在步骤2）中，初步的抽真空预压实过程主要是为了将预浸料紧密贴合在成型工装上，去除空气并使预浸料达到预设形状，然后在铺设结束后，再一次进行抽真空并保持密封，主要是为了在固化过程中保持形状，防止空气进入，并保证固化质量，步骤4）中先后进行抽真空预压实和抽真空并保持密封同理。

综上所述，本实施例提供的制造复合材料声学进气道的主要工艺不再是在零件成型后进行钻孔，而是在制造过程中就钻出所需的孔，本方法能够避免产生声衬区域内部的多余物难以清理的问题，因为它消除了在零件成型后钻孔的需求，同时也防止了因对面板穿孔而对蜂窝芯壁的损伤。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）预浸蜂窝预成型

将预浸蜂窝材料铺设于大尺寸变曲率的蜂窝预成型工装上；

预浸蜂窝材料铺设完成后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝的工装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，得到蜂窝结构；

2）穿孔面板成型

将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实；

铺设且预压实结束后，利用透气材料封装该铺设有预浸料的穿孔面板成型工装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，得到面板；

固化完成后对面板进行声衬区的钻孔，得到穿孔面板；

3）蜂窝胶接与拼接

将堵孔材料铺设于穿孔面板上的声衬区，并进行预压实；

堵孔材料铺设完成并预压实后，在穿孔面板外表面贴胶膜，并将蜂窝结构铺设于穿孔面板的外表面上；

在铺设蜂窝结构的过程中，同时在蜂窝结构和穿孔面板之间铺设发泡胶；

在蜂窝结构和发泡胶铺设完毕后，利用透气材料对蜂窝结构和穿孔面板进行封装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，使得蜂窝结构和穿孔面板粘合在一起；

4）背板成型

步骤3）完成后，在蜂窝结构上表面铺设胶膜后，将预浸料铺设于该胶膜上；

铺设完预浸料并进行抽真空预压实后，利用透气材料和真空袋对其进行封装，并抽真空保持密封；

将封装且密封完毕的部件进行固化，固化过程中蜂窝结构上表面的预浸料形成背板，且该背板和蜂窝结构紧密结合，至此，完成了声学进气道结构的成型。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，其特征在于，所述步骤1）~步骤4）中，在抽真空保持密封后，均进行密封测漏检查。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，其特征在于，所述步骤1）中，预浸蜂窝材料铺设完成后，利用透气材料封装该铺设有预浸蜂窝的工装，并抽真空保持密封，具体为：

在铺设后的预浸蜂窝材料上依次放置透气材料以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，使得预浸蜂窝材料所处空间在后续的固化过程中能够保持真空状态；

完成抽真空保持密封后，进行密封测漏检查。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，其特征在于，所述步骤2）中，将预浸料铺设于穿孔面板成型工装上，并进行抽真空预压实，具体为：

将穿孔面板样板上的定位孔与穿孔面板成型工装的基准孔一一对应；

在穿孔面板上铺设预浸料，铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，并使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸变曲率声学进气道的成型方法，其特征在于，所述步骤4）中，铺设完预浸料并进行抽真空预压实，具体为：

根据蜂窝的形状和位置，以及胶膜的铺设情况，确定预浸料的铺设位置和形状；

铺设过程中，在铺设后的预浸料上依次放置隔离膜、透气毡以及真空袋；

利用真空泵将真空袋内的空气抽出，以形成负压，并使得真空袋内的预浸料受到压力，从而进行压实。