專利名稱：一種整體式復(fù)合材料中央翼盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是一種整體式復(fù)合材料中央翼盒。
技術(shù)背景
當(dāng)今的民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展日新月異，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量的百分含量已經(jīng)成為衡量飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。民機(jī)中央翼盒分金屬中央翼盒結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料中央翼盒結(jié)構(gòu)兩種金屬中央翼盒一般由前梁、上壁板、下壁板和后梁通過(guò)機(jī)械連接組合而成。其中梁一般由上緣條、腹板和下緣條組成，壁板蒙皮因?yàn)榻饘俨牧系某叽缦拗茊?wèn)題多為多塊組合而成。
現(xiàn)有的復(fù)合材料中央翼盒一般是由前梁21、上壁板11、下壁板31和后梁41組合而成，其中前梁21、后梁41和上壁板11、下壁板31蒙皮各自是整體結(jié)構(gòu)，然后各部分再組裝成中央翼盒，安裝周?chē)訌?qiáng)件51，從而得到中央翼盒結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
現(xiàn)有組合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中央翼盒有以下缺點(diǎn)因?yàn)槭墙M合結(jié)構(gòu)，環(huán)向纖維已經(jīng)斷開(kāi)在前梁受面外載荷時(shí)主要通過(guò)緊固件的剪切來(lái)傳遞到上下壁板；需要使用裝配型架保證中央翼盒裝配精確；裝配過(guò)程會(huì)引入連接孔，機(jī)械連接孔會(huì)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)帶來(lái)?yè)p傷，降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的承載能力；對(duì)于裝配連接處需要進(jìn)行密封。以上缺點(diǎn)會(huì)增加中央翼盒總重量，會(huì)增加中央翼盒裝配成本，增加工藝難度。
此外，中央翼盒屬于大尺寸復(fù)合材料構(gòu)件，在成型過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，在沒(méi)有外界約束的情況下無(wú)法控制脫模后構(gòu)件的較大變形。因此，對(duì)于中央翼盒這類(lèi)大尺寸飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件，必須采取相應(yīng)措施，控制脫模后的變形，否則無(wú)法滿足裝配和使用要求。發(fā)明內(nèi)容
為了避免以上缺點(diǎn)的產(chǎn)生，本發(fā)明采用一種整體式復(fù)合材料中央翼盒及其制造方法，解決了現(xiàn)有類(lèi)型中央翼盒所存在的典型問(wèn)題。提高了中央翼盒結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、油箱密封的安全性、降低了工藝制造和裝配難度，從而降低了成本。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種整體式復(fù)合材料中央翼盒，包括前梁、上壁板、 下壁板和后梁，其中上壁板和下壁板相對(duì)設(shè)置，前梁和后梁在中央翼盒兩側(cè)相對(duì)設(shè)置并且各自的兩側(cè)部分別與上壁板和下壁板相接，形成整體中央翼盒。
有利地，在中央翼盒的上壁板和下壁板、前梁和后梁的四周設(shè)置有加強(qiáng)件。有利地，整體式復(fù)合材料中央翼盒采用的材料為碳纖維預(yù)浸料，例如T800級(jí)的碳纖維預(yù)浸料。 這里的預(yù)浸料O^r印reg)是預(yù)浸漬材料^^impregnated Materials的縮寫(xiě)，是把基體 (Matrix)浸漬在纖維(Reinforced Fiber)上制成的預(yù)浸材料，是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的中間材料。
經(jīng)過(guò)本發(fā)明的方法制造成型的整體式中央翼盒結(jié)構(gòu)完整尺寸精度高，存在以下優(yōu)占.^ \\\ ·
(1)環(huán)向是連續(xù)纖維傳遞環(huán)向載荷直接，提高了中央翼盒航向承載能力；
(2)因?yàn)闆](méi)有單獨(dú)分開(kāi)的前梁、后梁、上壁板和下壁板，不需要機(jī)械連接形成中央翼盒，減輕了機(jī)械連接緊固件的重量和成本，避免了因?yàn)闄C(jī)械連接孔帶來(lái)的損傷，提高了中央翼盒自身的承載能力。
(3)不必要進(jìn)行連接區(qū)的面內(nèi)和面外密封，減少了密封的工作量，減輕了密封劑的重量和成本。
(4)整體成型保證了和周邊結(jié)構(gòu)連接時(shí)的尺寸精度，不需要裝配型架來(lái)保證中央翼盒和周邊結(jié)構(gòu)連接時(shí)裝配精度，減低了裝配成本提高了中央翼的尺寸精度。


圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的整體式復(fù)合材料中央翼盒結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有的復(fù)合材料中央翼盒結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面本文將參照附圖詳細(xì)地提供本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的描述。
圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的整體式復(fù)合材料中央翼盒結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本發(fā)明的整體式復(fù)合材料中央翼盒，包括前梁2、上壁板1、下壁板3和后梁4，其中上壁板1和下壁板3相對(duì)設(shè)置，前梁2和后梁4在中央翼盒兩側(cè)相對(duì)設(shè)置并且各自的兩端部分別與上壁板1和下壁板3相接，其中，中央翼盒由上壁板1和下壁板3、前梁2和后梁4 一體成形。
進(jìn)一步地，整體中央翼盒結(jié)構(gòu)件還膠接連接有多個(gè)加強(qiáng)件5，加強(qiáng)件5設(shè)置在上壁板1和下壁板3、前梁2和后梁4的四周并與它們通過(guò)膠膜膠接或機(jī)械連接固定在一起。加強(qiáng)件5可以提高整體中央翼盒的剛度，讓整體中央翼盒成型后的穩(wěn)定性更好，提高抵抗變形的能力，防止中央翼盒在成型過(guò)程中和成型后的變形。中央翼盒各個(gè)部分(前梁2、上壁板1、下壁板3和后梁4)都采用碳纖維預(yù)浸料，在本實(shí)施例中為T(mén)800級(jí)的碳纖維預(yù)浸料。 加強(qiáng)件5的材料可以是復(fù)合材料，也可以是金屬。
將復(fù)合材料(T800級(jí)的碳纖維預(yù)浸料)鋪設(shè)在組合模具中，然后將鋪設(shè)完成的中央翼盒鋪層和組合模具一起，在真空條件下進(jìn)入固化爐進(jìn)行壓實(shí)(壓實(shí)可以在常溫或加熱下進(jìn)行的)，從而形成一體化的中央翼盒結(jié)構(gòu)件。在中央翼盒結(jié)構(gòu)件成形以后，把中央翼盒下部的輔助件(成型的地板縱梁和前后梁加強(qiáng)件)通過(guò)膠膜連接定位到經(jīng)過(guò)壓實(shí)但沒(méi)固化的中央翼盒上，在真空條件下進(jìn)入固化爐固化成型。
膠膜是一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)常用的環(huán)氧體系的膠黏劑，比如膠膜FM300K，或 PL7000，常溫膠 EA9394。
本發(fā)明的中央翼盒整體成型方案對(duì)比常規(guī)中央翼盒結(jié)構(gòu)方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)性強(qiáng)
整體成型避免了組合安裝。減少了零件設(shè)計(jì)狀態(tài)的協(xié)調(diào)問(wèn)題，減少了在以后設(shè)計(jì)中的協(xié)調(diào)更改問(wèn)題的出現(xiàn)。在全三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，減少了模塊的數(shù)量，大大的減少了建模的工作量。因?yàn)闇p少了零件數(shù)量，簡(jiǎn)化了鋪層的設(shè)計(jì)，使鋪層的設(shè)計(jì)更加合理，整體的鋪層更加協(xié)調(diào)，不會(huì)出現(xiàn)梁與蒙皮連接的泊松比不匹配的問(wèn)題。采用FiberSIM鋪層建模時(shí)，因?yàn)槭钦w件，減少了鋪層建模的工作量。
2、強(qiáng)度高
整體成型實(shí)現(xiàn)了纖維的連續(xù)化，整體提高了部件的力學(xué)性能和功能要求。減少環(huán)向纖維的斷裂，增強(qiáng)航向承載能力；減少梁緣條和壁板的機(jī)械連接，減少了緊固件數(shù)量，從而避免了大量連接緊固件開(kāi)孔，增強(qiáng)展向承載能力；采用整體化成型，可以提高梁緣條的0 度鋪層百分比，這樣可以避開(kāi)復(fù)合材料應(yīng)用的薄弱環(huán)節(jié)機(jī)械連接，增強(qiáng)展向承載能力。
3、工藝性好
零件成型后只需要對(duì)端頭部分進(jìn)行一定的補(bǔ)加工，減少了零件成形后的機(jī)加修型工作量，減少了零件邊緣區(qū)的分層和損傷的產(chǎn)生；減少了梁和壁板的裝配工裝的設(shè)計(jì)和裝配協(xié)調(diào)；整體成型確保了中央翼主體部分結(jié)構(gòu)尺寸的一致性。
4、功能性得到了提高。
中央翼盒作為大型客機(jī)的油箱，密封要求很高，采用整體成型就大大減少了密封的工作量。如果中央翼盒主體結(jié)構(gòu)采用了整體設(shè)計(jì)，綜合整體成型的特點(diǎn)會(huì)使中央翼盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更合理。
5、應(yīng)用前景廣闊
本發(fā)明的整體式中央翼盒方案具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，與常規(guī)方案相比減重可達(dá)10 %左右，效果明顯，對(duì)確保飛機(jī)的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，并且可以基于本發(fā)明的主旨以各種方式進(jìn)行改變或改進(jìn)，并且這些改變和改進(jìn)不脫離如所附權(quán)利要求中要求的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種整體式復(fù)合材料中央翼盒，包括前梁( 、上壁板(1)、下壁板C3)和后梁(4)， 其中所述上壁板(1)和所述下壁板C3)相對(duì)設(shè)置，所述前梁( 和所述后梁(4)在所述中央翼盒兩側(cè)相對(duì)設(shè)置并且各自的兩側(cè)部分別與所述上壁板(1)和所述下壁板C3)相接，其特征在于，所述中央翼盒由所述前梁O)、所述上壁板(1)、所述下壁板C3)和所述后梁(4) 一體成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體式復(fù)合材料中央翼盒，其特征在于，所述中央翼盒的所述上壁板(1)、所述下壁板(3)、所述前梁( 和所述后梁的四周設(shè)置有加強(qiáng)件(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體式復(fù)合材料中央翼盒，其特征在于，所述中央翼盒的所述上壁板(1)、所述下壁板(3)、所述前梁( 和所述后梁(4)與所述加強(qiáng)件( 膠接固連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的整體式復(fù)合材料中央翼盒，其特征在于，所述中央翼盒由碳纖維預(yù)浸料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種整體式復(fù)合材料中央翼盒，包括前梁、上壁板、下壁板和后梁，其中上壁板和下壁板相對(duì)設(shè)置，前梁和后梁在中央翼盒兩側(cè)相對(duì)設(shè)置并且各自的兩端部分別與上壁板和下壁板相接，其中，中央翼盒由上壁板和下壁板、前梁和后梁一體成形。本發(fā)明的整體式中央翼盒提高了結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、油箱密封的安全性、降低了工藝制造和裝配難度，從而降低了成本。
文檔編號(hào)B64C3/00GK102514708SQ201110330249
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者劉婷, 劉朝妮, 吳承思, 崔衛(wèi)軍, 張明星, 方芳, 李慶飛, 湯平, 葛建彪, 袁新浩 申請(qǐng)人:中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司, 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院