CN109591329A - 一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构及其制备方法 - Google Patents

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李明明
舒巍
李四杰
潘玉洁
马兴虎
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构,蒙皮、后缘封边和肋为碳纤维复合材料，通过RTM工艺制造，接头和配重为金属材料，泡沫夹芯、配重和蒙皮共同固化，接头与泡沫夹芯通过机械方式连接，一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构,蒙皮、后缘封边和肋为碳纤维复合材料，通过RTM工艺制造，接头和配重为金属材料，泡沫夹芯、配重和蒙皮共同固化，接头与泡沫夹芯通过机械方式连接。

Description

一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构及其制备方法
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料应用领域，具体涉及一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构及其制备方法。
背景技术
传统舵面结构多为蜂窝夹芯结构，蒙皮与蜂窝通过胶接或者共固化成型，具有以下缺点：蜂窝与蒙皮胶接质量不易控制，容易脱粘；蜂窝结构容易吸水，不利于海洋等湿热环境；配重不易安放；采用热压罐制造成本较高；不适宜采用全高度蜂窝结构，结构复杂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明供了一种由RTM工艺制造的碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构，具体技术方案如下：
一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构,蒙皮、后缘封边和肋为碳纤维复合材料，通过RTM工艺制造，接头和配重为金属材料，泡沫夹芯、配重和蒙皮共同固化，接头与泡沫夹芯通过机械方式连接。
该舵面结构中，采用碳纤维复合材料和金属材料共同制造，用碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料结构代替传统的蜂窝夹芯结构，这种结构采用RTM工艺成型，接头再与碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料结构通过机械方式连接，经过验证之后，牢固性没有问题，并且可以控制到碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料结构占整体舵面结构重量的39%往上，这样由于碳纤维本身的性质，可以大大降低整体舵面结构的重量，更加容易安放。使用碳纤维复合材料，在满足性能要求的前提下，质量最轻相比铝合金可以减重30%。
一种上述碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构的制备方法,具体步骤为：将织物利用设备撒粉并裁减特定的形状，蒙皮铺层先铺在下模上，依次将泡沫夹芯与配重组合体、左右带肋铺层的芯模、后缘封边铺层放入，再将蒙皮卷回覆盖形成上模蒙皮，最后合上模；当模具达到指定温度时，将模具型腔抽真空并开始注胶，结束后按材料标准设置程序固化，脱模后机加到净尺寸，利用工装定位两侧接头，并在规定位置安装紧固件。
整个制备过程主要是利用固化工艺，相比较传统的热压罐成型方式相比，成本比较低，构造也简单可靠。
作为进一步的改进，其特征在于：泡沫夹芯、芯模和后缘封边的外形公差要在千分之五以内。
为了防止蒙皮及表面的金属网变形，需要控制泡沫夹芯、芯模和后缘封边的外形公差，全高度泡沫夹芯作为芯模，与上、下模一起保证舵面外形和固化质量。
本发明的有益效果：本发明提供的碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构，能够显著降低舵面的重量，由于碳纤维本身优越的性能，其刚度也很好，并且由于纤维全高度泡沫夹芯复合材料结构的重量变化了，可以使其重心在转轴中心前，能够有效解决颤振问题，并且生产成本也比较地，构造简单可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1-蒙皮，2-泡沫夹芯，3-后缘封边，4-端肋，5-接头，6-紧固件，7-配重。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。
本实施例的碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料RTM成型前，需将泡沫夹芯、配重机加制造。控制泡沫夹芯外形公差为正差，具体数值通过计算泡沫夹芯在温度和压力共同作用下的蠕变值确定，以满足控制吸胶量的要求；上下蒙皮不分块，一次成型。
一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构,蒙皮、后缘封边和肋为碳纤维复合材料，通过RTM工艺制造，接头和配重为金属材料，泡沫夹芯、配重和蒙皮共同固化，接头与泡沫夹芯通过机械方式连接。其制备方法,具体步骤为：将织物利用设备撒粉并裁减特定的形状，蒙皮铺层先铺在下模上，依次将泡沫夹芯与配重组合体、左右带肋铺层的芯模、后缘封边铺层放入，再将蒙皮卷回覆盖形成上模蒙皮，最后合上模；当模具达到指定温度时，将模具型腔抽真空并开始注胶，结束后按材料标准设置程序固化，脱模后机加到净尺寸，利用工装定位两侧接头，并在规定位置安装紧固件。为了防止蒙皮及表面的金属网变形，需严格控制泡沫、芯模、后缘封边的外形公差，全高度泡沫夹芯作为芯模，与上、下模一起保证舵面外形和固化质量。
由于接头较为特殊，因而要采用铝合金机加而成，为了提高连接可靠性，铝合金零件与碳纤维复合材料零件采用胶铆混合连接或机械连接。金属接头同时可安装搭铁线，将舵面与相邻结构电导通。
本实施例中的舵面结构在制造过程中的注意点：
1、碳纤维复合材料零件生产时严格控制杂质，防止出现缺陷。
2、注胶时，需控制注胶压力、排泡时间等。
3、机械连接时，碳纤维复合材料零件不允许出现分层损伤。
4、不得在装配时打磨碳纤维复合材料零件的纤维。
5、凡是碳纤维复合材料零件与金属件接触位置，必须铺一层玻璃布。
6、凡是与碳纤维复合材料零件有关的机械连接，不允许使用铝铆钉。
7、使用时，严禁敲击、撞击碳纤维制件。
本实施例中，除了接头跟配重，其他均是采用碳纤维复合材料，该材料性能优异并且密度小，能够显著降低舵面的重量，刚度良好，并且由于材料密度变小，而且重心也可以在转轴中心前，能有效解决颤振问题；生产成本相比较于热压成型也得到了较大的降低，构造简单可靠。

Claims (3)

1.一种碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构,其特征在于：蒙皮、后缘封边和肋为碳纤维复合材料，通过RTM工艺制造，接头和配重为金属材料，泡沫夹芯、配重和蒙皮共同固化，接头与泡沫夹芯通过机械方式连接。
2.一种如权利要求1所述的碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构的制备方法,具体步骤为：将织物利用设备撒粉并裁减特定的形状，蒙皮铺层先铺在下模上，依次将泡沫夹芯与配重组合体、左右带肋铺层的芯模、后缘封边铺层放入，再将蒙皮卷回覆盖形成上模蒙皮，最后合上模；当模具达到指定温度时，将模具型腔抽真空并开始注胶，结束后按材料标准设置程序固化，脱模后机加到净尺寸，利用工装定位两侧接头，并在规定位置安装紧固件。
3.根据权利要求2所述的碳纤维全高度泡沫夹芯复合材料舵面结构的制备方法，其特征在于：该方法制备的舵面两面光滑，表面粗糙度小；形状尺寸精度好，制造成本低。
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