CN109533272A - 一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法 - Google Patents
一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种碳纤维铺缝飞机窗框,包括翻边(1)、腹板(2)和唇边(3),所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。本发明相较于铝合金飞机窗框来说减重将近40%;充分发挥了复合材料各向异性的特点,较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维铺缝飞机窗框,具体涉及的是一种碳纤维复合材料飞机窗框及其制造方法。
背景技术
飞机窗框是机身上的承力构件,是大开口补强结构,主要作用是对机身上的局部开口进行补强。传统的飞机窗框材料采用铝合金,每个重量大概为2.1KG,由于航空航天轻量化的发展,传统的金属材料不能满足要求。
碳纤维复合材料,与传统的金属材料相比,具有可设计性强、高比强度、高比模量、重量轻、耐腐蚀、抗疲劳、减震降噪等优点,已经被广泛应用在汽车、轨道交通、航空航天等众多领域。传统飞机窗框结构采用铝合金材料,采用铸造工艺,本发明所述飞机窗框采用碳纤维复合材料结构,采用一体化设计,整体成型,通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料飞机窗框,满足制件尺寸公差、外观质量、内部质量等要求。
本发明的技术解决方案是:一种碳纤维铺缝飞机窗框,包括翻边、腹板和唇边,所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。
本发明的进一步改进在于:窗框为层合结构,采用一体化设计,整体成型,通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
本发明的进一步改进在于:提供一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法,具体包括以下步骤:
步骤1:通过铺缝工艺,制造出四个子预制体;
步骤2:将四个子预制体,按照一定的顺序铺放到模具内腔中,然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体;
步骤3:合模,然后进行注胶固化。
本发明的进一步改进在于:所述窗框的铺层分别为0°,+60°和-60°。
本发明提供的一种碳纤维复合材料飞机窗框,利用复合材料的可设计性,并根据工艺的可实施性,对碳纤维复合材料飞机窗框进行设计。在制造过程中,采用铺缝工艺,铺缝预制体后进行RTM成型。
本发明的有益效果是:首先减重,原铝合金制件重量为2.1KG,采用碳纤维复合材料后重量为1.3KG左右。其次采用铺缝工艺,使得碳纤维可以沿着开孔区域进行沿线铺缝,较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点,充分发挥了复合材料各向异性的特点。
附图说明
图1是飞机窗框的透视图;
图2是飞机窗框的横截面图;
图3是飞机窗框的四个子铺缝预制体;
图4是飞机窗框内部应力矢量图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,一种碳纤维铺缝飞机窗框,包括翻边1、腹板2和唇边3,所述腹板2通过紧固件和机身蒙皮连接。窗框为层合结构,采用一体化设计,整体成型,通过铺缝子预制体后进行RTM成型,透明件夹持在变厚度区域。
该种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法,具体包括以下步骤:
步骤1:通过铺缝工艺,制造出四个子预制体;如图3所示。
步骤2:将四个子预制体,按照一定的顺序铺放到模具内腔中,然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体。
步骤3:合模,然后进行注胶固化。
根据如图4所示的飞机窗框内部应力矢量图,窗框结构内部应力的方向主要是环向和近似±60°。因此窗框的环向作为材料主方向,窗框的铺层分别由0°,+60°和-60°组成。
在制造过程中,会出现纤维体积含量过低,未达到技术要求中的纤维体积含量。通过严格控制制件厚度和控制纤维面密度来体积纤维体积含量。
在制造过程中会发生制件腹板区域厚度偏厚的问题,主要原因是模具变形和预制体上存在铺缝基布。通过撕掉基布后再铺贴和对模具制造加紧工装,有效地解决了这一问题。
本实施例提供的一种碳纤维复合材料飞机窗框,利用复合材料的可设计性,并根据工艺的可实施性,对碳纤维复合材料飞机窗框进行设计。在制造过程中,采用铺缝工艺,铺缝预制体后进行RTM成型。
本实施例的有益效果是:首先减重,原铝合金制件重量为2.1KG,采用碳纤维复合材料后重量为1.3KG左右,相较于铝合金飞机窗框来说减重将近40%,充分发挥了复合材料各向异性的特点,较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点。其次采用铺缝工艺,使得碳纤维可以沿着开孔区域进行沿线铺缝,较大程度保留了纤维沿主要传力路径连续的特点,充分发挥了复合材料各向异性的特点。
行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种碳纤维铺缝飞机窗框,其特征在于:包括翻边(1)、腹板(2)和唇边(3),所述腹板通过紧固件和机身蒙皮连接。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框,其特征在于:窗框为层合结构,采用一体化设计,整体成型,通过铺缝子预制体后进行RTM成型。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
步骤1:通过铺缝工艺,制造出四个子预制体;
步骤2:将四个子预制体,按照一定的顺序铺放到模具内腔中,然后放进烘箱制备整个飞机窗框的预制体;
步骤3:合模,然后进行注胶固化。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法,其特征在于:所述窗框的铺层分别为0°,+60°和-60°。
5.根据权利要求3所述的一种碳纤维铺缝飞机窗框的制造方法,其特征在于:所述步骤3中,四个子预制体放进烘箱中的次数不少于一次,并非一次性完成。
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