本發(fā)明屬于飛行器翼面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫腹鰭及成型方法。

背景技術(shù)：

腹鰭是飛行器翼面的一種，是重要的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)件，位于飛行器尾部，側(cè)滑時(shí)起增加飛行器航向穩(wěn)定性、保持平衡的作用。腹鰭一方面需要有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿足承載的功能；另一方面，隨著飛行器飛行速度提高、輕質(zhì)要求提升，對(duì)翼面結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)耐溫提出更高的要求。

翼面結(jié)構(gòu)沿著輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫的方向發(fā)展，翼面發(fā)展大致經(jīng)歷了實(shí)心板式翼面、整體夾芯式舵翼面、蒙皮骨架式舵翼面和夾層結(jié)構(gòu)舵翼面四個(gè)階段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫腹鰭及成型方法，具有低密度、高強(qiáng)度、耐高溫、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)，使腹鰭能夠更好滿足飛行器對(duì)腹鰭的使用要求。

一種輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫腹鰭及成型方法，采用泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括蒙皮、夾芯、前連接頭、后連接頭和玻璃布，其特征在于：

蒙皮選用碳布/雙馬復(fù)合材料，完全包裹在夾芯、前連接頭、后連接頭、玻璃鋼的外表面，提供腹鰭所需的力學(xué)性能，是腹鰭的主要承力構(gòu)件，同時(shí)滿足腹鰭的耐溫性能要求；

夾芯采用pmi泡沫材料，全尺寸填充于夾層內(nèi)部，并與金屬連接頭嵌套配合。夾芯一方面作為結(jié)構(gòu)單元，提升整體剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，傳遞接頭的載荷；另一方面作為芯模，便于蒙皮碳布的鋪層和固化過程中尺寸的穩(wěn)定性；并且滿足腹鰭的耐溫性能要求；

前接頭和后接頭采用鋁合金材料，為腹鰭與飛行器的機(jī)械安裝接口。前接頭和后接頭設(shè)計(jì)為薄殼結(jié)構(gòu)，插入到泡沫夾芯中，并與蒙皮設(shè)計(jì)較大的接觸面積，通過與泡沫的嵌入結(jié)構(gòu)和蒙皮的粘接面實(shí)現(xiàn)載荷傳遞；

為提升熱環(huán)境嚴(yán)酷的腹鰭前緣耐溫性，在腹鰭前緣的蒙皮和夾芯之間增加無堿玻璃布。

進(jìn)一步地，所述蒙皮與前接頭、后接頭和夾芯界面層之間增加膠膜層，提升不同材料之間的熱匹配性能。

進(jìn)一步地，在所述腹鰭前緣的蒙皮和夾芯之間增加的無堿玻璃布通過鋪層在夾芯上，浸漬雙馬樹脂后高溫固化成型，玻璃布鋪層厚度為1～3mm，可有效提升腹鰭前緣的耐溫性能。

進(jìn)一步地，所述蒙皮采用t300碳布鋪層設(shè)計(jì)，交叉鋪層，在邊緣處允許搭接，蒙皮厚度為1～3mm，根弦搭接蒙皮厚度為2～6mm。

進(jìn)一步地，所述腹鰭通過前接頭的4個(gè)光孔和后接頭的倒勾結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與飛行器的機(jī)械安裝，前端固連，后端簡(jiǎn)支的方式具有快速安裝和拆卸的優(yōu)點(diǎn)。

更進(jìn)一步地，所述腹鰭采用樹脂傳遞模塑成型(rtm)工藝整體制備，通過將加工后的夾芯、前接頭和后接頭嵌套到位后，在外表面鋪層碳布后將產(chǎn)品放入模具中注塑樹脂高溫固化成型，具體如下：

(a)夾芯加工:用pmi泡沫加工成整體實(shí)心結(jié)構(gòu)；

(b)前連接頭和后連接頭機(jī)械加工成型；

(c)前連接頭和后連接頭與夾芯嵌套組合通過樹脂膠結(jié)成結(jié)構(gòu)單元；

(d)在夾芯前緣鋪層玻璃布；

(e)在外表面鋪層碳布后將產(chǎn)品放入模具中注塑樹脂高溫固化成型。

本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明中，蒙皮是實(shí)現(xiàn)承載防熱的零件；夾芯提供腹鰭的剛度和穩(wěn)定性，并作為芯模利于碳布鋪層；前接頭和后接頭是實(shí)現(xiàn)腹鰭與飛行器安裝的零件，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)利于蒙皮、夾芯與接頭之間的受力傳遞；腹鰭前緣處的玻璃布具有提升前緣耐溫性的能力；蒙皮、接頭、夾芯界面層之間的膠膜是協(xié)調(diào)熱變形，提高熱匹配的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中，通過采用碳布/雙馬復(fù)合材料蒙皮、pmi泡沫夾芯、鋁合金接頭的泡沫夾層結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)；借助碳布/雙馬復(fù)合材料、pmi泡沫夾芯的耐溫性，同時(shí)通過在前緣熱嚴(yán)酷部位增加玻璃布的方式，使腹鰭具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)；通過采用rtm整體固化成型，具有制備周期短、低成本的優(yōu)點(diǎn)；通過設(shè)計(jì)前端固連，后端簡(jiǎn)支的安裝結(jié)構(gòu)，具有快速安裝和拆卸的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例腹鰭的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明實(shí)施例腹鰭前接頭的外形示意圖

圖3為本發(fā)明實(shí)施例腹鰭后接頭的外形示意圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫腹鰭及成型方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示的一種輕質(zhì)高強(qiáng)度耐高溫腹鰭及成型方法，采用碳布/雙馬復(fù)合材料蒙皮、pmi泡沫夾芯、鋁合金接頭的泡沫夾層結(jié)構(gòu)，通過采用rtm整體固化成型。本發(fā)明的腹鰭包括蒙皮1、夾芯2、后接頭3、前接頭4、玻璃布5。

蒙皮1采用碳布/雙馬復(fù)合材料，具有耐高溫、高比強(qiáng)度、高比剛度、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的輕質(zhì)面板材料。蒙皮1完全包裹在腹鰭的外表面，提供腹鰭所需的力學(xué)性能，是腹鰭的主要承力構(gòu)件，同時(shí)滿足腹鰭的耐溫性能要求。蒙皮1選用t300碳布，鋪層在夾芯2上，鋪層順序由內(nèi)向外為[0°/90°/0°/0°/90°/0°]，其中最外層厚度為0.2mm，里面各層厚度為0.3mm，鋪層完成后通過雙馬樹脂rtm成型，蒙皮厚度為2mm，根弦搭接蒙皮厚度為4mm。

夾芯2選用pmi泡沫，具有耐溫性高、密度低、強(qiáng)度高、剛度高、高溫耐蠕變性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的泡沫夾芯材料。夾芯2設(shè)計(jì)為拼接全尺寸實(shí)心結(jié)構(gòu)，前接頭4和后接頭3嵌套入夾芯2中，后接頭3和前接頭4與夾芯2有良好的匹配性，玻璃布5鋪層到夾芯2前緣部位。夾芯一方面作為結(jié)構(gòu)單元，提升整體剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，傳遞接頭的載荷；另一方面作為芯模，便于蒙皮碳布的鋪層和固化過程中尺寸的穩(wěn)定性；再者滿足腹鰭的耐溫性能要求；

如圖1所示，后接頭3位于腹鰭的后端部位，實(shí)現(xiàn)腹鰭后端與飛行器連接的功能。后接頭3選用鋁合金材料，嵌入到夾芯2中，并與蒙皮1通過樹脂膠結(jié)。

如圖3所示，后接頭3包括薄殼3a、倒勾3b等結(jié)構(gòu)特征，薄殼3a增大與蒙皮1的接觸面積，并嵌套入夾芯2匹配的槽中，實(shí)現(xiàn)載荷的傳遞，倒勾3b實(shí)現(xiàn)飛行器與腹鰭后端的簡(jiǎn)支連接與限位。

如圖1所示，前接頭4位于腹鰭的前端部位，實(shí)現(xiàn)腹鰭前端與飛行器連接的功能。前接頭4選用鋁合金材料，嵌入到夾芯2中，并與蒙皮1通過樹脂膠結(jié)。

如圖2所示，前接頭4包括薄殼特征4a、4b、4c和光孔4d，薄殼特征增大與蒙皮1的接觸面積，并嵌套入夾芯2匹配的槽中，實(shí)現(xiàn)載荷的傳遞。光孔4d是腹鰭與飛行器的前端固定接口，通過4個(gè)m10螺栓與飛行器支座連接。

腹鰭前緣部位增加玻璃布5，以提升熱環(huán)境嚴(yán)酷的前緣局部位置的耐溫性。玻璃布5鋪層到夾芯2的前緣位置，鋪層厚度為2mm，通過雙馬樹脂高溫固化成型。

為提升腹鰭蒙皮1、夾芯2、后接頭3和前接頭4界面處的熱匹配性，在界面層增加一層柔韌性的膠膜層，作為熱應(yīng)力緩沖層，避免腹鰭蒙皮1與夾芯2、后接頭3和前接頭4由于熱變形導(dǎo)致的脫粘等缺陷。

腹鰭采用rtm整體成型，首先完成夾芯2、后接頭3和前接頭4的加工，將后接頭3、前接頭4嵌套入夾芯2對(duì)應(yīng)的槽內(nèi)，在夾芯2前緣鋪層玻璃布5，在各層的界面粘接膠膜層后，將裝配完成后的產(chǎn)品放入模具中，通過注入雙馬樹脂在150℃高溫固化后成型，成型后的腹鰭加工4個(gè)m10的光孔，即完成腹鰭制備。

具體實(shí)施例一種大尺寸輕質(zhì)高強(qiáng)耐高溫腹鰭全長(zhǎng)2355mm，高度443mm，厚度40mm，重量10kg，體積密度僅為4×10-7kg/mm3，具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；另外，腹鰭大面積使用溫度為200℃，前緣使用溫度超過300℃；腹鰭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并采用rtm整體成型，具有制備周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)。