一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合化是當(dāng)代材料技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一，而大量采用高性能復(fù)合材料是航空 航天飛行器向輕質(zhì)化、功能化發(fā)展的重要方向。在國外，代表21世紀(jì)當(dāng)前飛行器研制最高 水平的波音787和空客A350客機(jī)復(fù)合材料使用率均超過了 50%，取得了令人矚目的成就。 國內(nèi)有人駕駛航空飛行器領(lǐng)域復(fù)合材料應(yīng)用普遍在20 %以內(nèi)。
[0003] 雖然近30年來，國內(nèi)外復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計水平有了長足的進(jìn)步。但是目前在大尺 寸（長度超過7m)，雙曲率外形主承力梁由于固化變形設(shè)計預(yù)報難度極大，設(shè)計可靠性要求 高，關(guān)鍵技術(shù)尚未取得有效突破。許多復(fù)合材料飛行器梁結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在機(jī)翼部位，但對于 對貫穿機(jī)身的大尺寸、高承載、高剛度、小變形梁多數(shù)產(chǎn)品仍然選擇金屬結(jié)構(gòu)，存在重量大、 疲勞性差、易腐蝕等缺點。目前急需一種新型的輕質(zhì)外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié) 構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了外形貫穿飛行器機(jī)身的 復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)幾何外形和不同區(qū)域鋪層參數(shù)設(shè)置，解決了貫穿機(jī)身的大 尺寸、高承載、高剛度、小變形復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] -種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，其特征在于包括：內(nèi)緣條、腹板，外 緣條；
[0007] 腹板位于外緣條和內(nèi)緣條之間；內(nèi)緣條與腹板垂直連接；外緣條通過螺栓與飛 行器蒙皮連接，外緣條表面形狀與飛行器的氣動外形貼合；
[0008] 內(nèi)緣條、腹板，外緣條分別按照表1的材料布局結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，每一層材料鋪設(shè)順序和 方向按照表2進(jìn)行鋪設(shè)，最后經(jīng)固化將內(nèi)緣條、腹板和外緣條一體化成型；
[0009] 表1材料布局結(jié)構(gòu)
[0011] 表2每一層材料鋪設(shè)順序和方向
[0012] CN 105151271 A 說明書 2/4 頁
[0013] 其中，F(xiàn)表示織物預(yù)浸料，T表示單向帶預(yù)浸料，0° F表示織物預(yù)浸料以0角度鋪 設(shè)。
[0014] 織物預(yù)浸料為碳纖維T800-6K/環(huán)氧樹脂603A ;單向帶預(yù)浸料為碳纖維T800-12K/ 環(huán)氧樹脂603A。
[0015] 腹板面在前后段為平行于飛行器水平面的平面，前后段高度差70-90mm，后段高于 前段，用于避開后機(jī)身外形面閉角區(qū)，可防止后機(jī)身蒙皮難脫模。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0017] (1)本發(fā)明外緣條、內(nèi)緣條和腹板采用不同的結(jié)構(gòu)和材料鋪層設(shè)計，實現(xiàn)了材料地 優(yōu)化利用，解決了貫穿機(jī)身的大尺寸、高承載、高剛度、小變形復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。
[0018] (2)本發(fā)明外緣條、內(nèi)緣條和腹板的每一層材料鋪設(shè)順序和方向都是經(jīng)過大量的 分析計算和實驗得到的，每一層的角度都不盡相同，針對不同的層數(shù)進(jìn)行設(shè)計，保證了整個 復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)的高承載、高剛度、小變形特性，使得最終一體化成型結(jié)構(gòu)，大大滿足了實 際工程需求，填補(bǔ)了國內(nèi)外本領(lǐng)域的空白。
[0019] (3)本發(fā)明通過合理的剖面外形設(shè)計，結(jié)構(gòu)的形狀可充分適應(yīng)飛行器外形，并由于 裝配定位方便，可作為制造基準(zhǔn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的幾何外形圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的工作原理作進(jìn)一步解釋和說明。
[0022] 如圖1所示，一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)包括：內(nèi)緣條1、腹板2， 外緣條3 ;
[0023] 腹板2位于外緣條3和內(nèi)緣條1之間；內(nèi)緣條1與腹板2垂直連接；外緣條3通過 螺栓與飛行器蒙皮連接，外緣條3表面形狀與飛行器的氣動外形貼合（外緣條3隨飛行器 外形，為復(fù)雜雙曲形狀，該結(jié)構(gòu)的形狀可充分適應(yīng)飛行器外形，并具有裝配定位方便，可作 為制造基準(zhǔn)等優(yōu)點）；
[0024] 內(nèi)緣條1、腹板2,外緣條3分別按照表1的材料布局結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，每一層材料鋪設(shè)順 序和方向按照表2進(jìn)行鋪設(shè)，最后經(jīng)固化將內(nèi)緣條1、腹板2和外緣條3 -體化成型；
[0025] 表1材料布局結(jié)構(gòu)
[0026] CN 105151271 A 說明書 3/4 頁
[0027] 表2每一層材料鋪設(shè)順序和方向
[0029] 其中，F(xiàn)表示織物預(yù)浸料，T表示單向帶預(yù)浸料，0° F表示織物預(yù)浸料以0角度鋪 設(shè)。
[0030] 針對表2的鋪設(shè)角度和鋪設(shè)順序，經(jīng)過大量實驗論證得出，如表3所示。
[0031] 表3鋪層順序試驗對照表
[0033] 從上表可以看出，最外層為45度，總層數(shù)為偶數(shù)承載能力強(qiáng)，制造變形小。內(nèi)緣 條、腹板、外緣條45度的占用比例分別為44%、32%、35%最佳，根據(jù)上述比例進(jìn)行角度和 順序的設(shè)計。
[0034] 表4材料比例試驗對照表
[0035] CN 10blblz：71 A ^ ^ Ij 4/4 貝
[0037] 從上表可以看出，按照表1的材料比例方案重量輕、承載能力強(qiáng)，制造變形小。
[0038] 織物預(yù)浸料為碳纖維T800-6K/環(huán)氧樹脂603A ;單向帶預(yù)浸料為碳纖維T800-12K/ 環(huán)氧樹脂603A。
[0039] 腹板面（2)在前后段為平行于飛行器水平面的平面，前后段高度差70_90mm，后段 高于前段，用于避開后機(jī)身外形面閉角區(qū)，可防止后機(jī)身蒙皮難脫模。
[0040] 本發(fā)明未公開的部分為本領(lǐng)域的公知嘗試。
【主權(quán)項】
1. 一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，其特征在于包括：內(nèi)緣條（I)、腹板 (2) ，外緣條（3); 腹板（2)位于外緣條（3)和內(nèi)緣條（1)之間；內(nèi)緣條（1)與腹板（2)垂直連接；外緣條 (3) 通過螺栓與飛行器蒙皮連接，外緣條（3)表面形狀與飛行器的氣動外形貼合； 內(nèi)緣條（1)、腹板（2)，外緣條（3)分別按照表1的材料布局結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，每一層材料鋪設(shè) 順序和方向按照表2進(jìn)行鋪設(shè)，最后經(jīng)固化將內(nèi)緣條（1)、腹板（2)和外緣條（3) -體化成 型； 表1材料布局結(jié)構(gòu)表2每一層材料鋪設(shè)順序和方向其中，F(xiàn)表示織物預(yù)浸料，T表示單向帶預(yù)浸料，0° F表示織物預(yù)浸料以O(shè)角度鋪設(shè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述織物預(yù)浸料為碳纖維T800-6K/環(huán)氧樹脂603A ;單向帶預(yù)浸料為碳纖維T800-12K/環(huán) 氧樹脂603A。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述腹板面（2)在前后段為平行于飛行器水平面的平面，前后段高度差70-90_，后段高于 前段，用于避開后機(jī)身外形面閉角區(qū)，可防止后機(jī)身蒙皮難脫模。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外形貫穿飛行器機(jī)身的復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)包括：內(nèi)緣條、腹板，外緣條；腹板位于外緣條和內(nèi)緣條之間；內(nèi)緣條與腹板垂直連接；外緣條通過螺栓與飛行器蒙皮連接，外緣條表面形狀與飛行器的氣動外形貼合；內(nèi)緣條、腹板，外緣條分別按照一定的材料布局結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，每一層材料鋪設(shè)順序和方向按照一定的順序進(jìn)行鋪設(shè)，最后經(jīng)固化將內(nèi)緣條、腹板和外緣條一體化成型。本發(fā)明通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)幾何外形和不同區(qū)域鋪層參數(shù)設(shè)置，解決了貫穿機(jī)身的大尺寸、高承載、高剛度、小變形復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。
【IPC分類】B64C1/06
【公開號】CN105151271
【申請?zhí)枴緾N201510604410
【發(fā)明人】鄧云飛, 王悅, 張濤, 熊艷麗, 顧春輝, 唐青春, 陳飛, 李永俊, 馬野, 張曉帆, 曾亮, 韓威, 姚納新
【申請人】中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月21日