一种飞机复合材料机身壁板的制备装置及制备方法
【专利摘要】本发明属于航空制造技术，涉及一种飞机复合材料机身壁板的制备装置及制备方法。本发明通过实体阳模成型帽型长桁，采用大开口框架式阴模铺叠蒙皮，成型壁板，采用帽型长桁定位工装控制长桁间距，实现帽型长桁的精确定位，完成机身壁板的制造。飞机复合材料机身壁板的制备方法中，采用通大气的方式及橡胶软模的工艺方法可以有效减少帽型长桁阴角富酯、阳角变薄的现象，提高零件的厚度均匀性；胶接组装时需要采用单向预浸料填充长桁胶接R区，并附加±45°铺层，可以缓解帽型长桁与蒙皮之间形成的R区在结构承受外载荷时导致的应力集中。胶接成型过程中的气囊作为帽型长桁与蒙皮空腔内的压力传递介质，可以有效保证蒙皮及R区胶接面的成型质量。
【专利说明】一种飞机复合材料机身壁板的制备装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空制造技术，涉及一种飞机复合材料机身壁板的制备装置及制备方法。
【背景技术】
[0002]由于复合材料具有比强度和高比模量，抗疲劳性能、耐腐蚀性能和整体成型性好等许多优异特性，其壁板结构在现代飞机结构中得到了越来越广泛的应用。复合材料帽型长桁加筋壁板能够承受机身拉压和剪切载荷的作用，其结构的总体和局部刚度好，减少了应力集中和钉孔对壁板截面积的削弱，在减重方面拥有很大的优势。将其用于飞机结构上，可比常规的金属结构减重25% _30%，而且是使飞机隐身/气动弹性等综合性能得到改善和提高。国外B787飞机和A350飞机采用阳模成型机身壁板，将固化好的帽型长桁预先埋入蒙皮铺叠模具内，这种方法是基于对模具设计、组合、加工精度水平较高的基础上实现的。由于模具通常均是采用金属材料制作，因此模具的热膨胀效应导致定位精度变差，帽型长桁在大型壁板上的组合定位及精度控制也更加困难。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种制造精度高而且组合定位及精度易控制的飞机复合材料机身壁板的制备装置及制备方法。本发明的技术解决方案是，制备装置包括蒙皮模具、帽型长桁模具及长桁定位工装，蒙皮模具为阴模，蒙皮模具的上表面为与机身外形面相对应的曲面，蒙皮模具沿垂直长桁方向的侧面上均匀随形开有一排通风孔，蒙皮模具沿长桁方向的侧面上的高度方向均匀开有通风孔，蒙皮模具沿长桁方向的侧面上的长度方向均匀开有通风孔，蒙皮模具的上表面沿长桁方向的壁板两侧在每根长桁的位置上开有定位孔；帽型长桁模具采用实体阳模，帽型长桁模具的外形面为长桁内形面，帽型长桁模具的两个端头上开有与蒙皮模具上的定位孔位置相对应的定位孔；长桁定位工装包括定位孔成型板、定位销、限位销和长桁定位装置，定位孔成型板上开有定位孔和限位孔，定位孔的位置与帽型长桁模具上的任意一个定位孔的位置相对应，限位孔的位置与帽型长桁模具上的任意一组限位孔的位置相对应，定位销与定位孔相对应，限位销与限位孔相对应，长桁定位装置安装在蒙皮模具沿长桁方向两端头的位置上，长桁定位装置上的定位孔与蒙皮模具上的定位孔位置相对应。
[0004]所述的蒙皮模具结构刚度需满足吊装和机身壁板制造工艺要求，蒙皮模具的通风孔满足热压罐内的通风和温度均匀性要求；蒙皮模具与帽型长桁模具均为Q235A钢或其他刚性大的金属材料。
[0005]蒙皮模具与帽型长桁模具均采用数控加工制造。
[0006]所述的长桁定位装置采用热膨胀系数小于制备装置的刚性材料制造，优选采用材料碳纤维/复合材料层板。
[0007]所述的长桁定位装置为可拆卸结构。[0008]具体制备步骤如下:(1)帽型长桁铺叠和固化，按照设计要求在帽型长桁模具上铺贴预浸料并按照材料固化工艺在热压罐中固化成型，帽型长桁固化后，在帽型长桁的余量区加工出定位孔；(2)在帽型长桁铺叠和固化的同时进行蒙皮铺叠和蒙皮预处理，按照设计要求在蒙皮模具上铺贴预浸料并按照材料固化工艺在热压罐中进行压实处理；(3)胶接组装，先将帽型长桁的胶接面进行打磨处理，采用单向预浸料填充帽型长桁与蒙皮的胶接R区，并附加±45°铺层，在胶接区铺贴胶膜，将预先成型好的气囊放入帽型长桁的内腔
中；单向预浸料理论宽度按公式下述公式计算:
【权利要求】
1.一种飞机复合材料机身壁板的制备装置，其特征在于，制备装置包括蒙皮模具、帽型长桁模具及长桁定位工装，蒙皮模具为阴模，蒙皮模具的上表面为与机身外形面相对应的曲面，蒙皮模具沿垂直长桁方向的侧面上均匀随形开有一排通风孔，蒙皮模具沿长桁方向的侧面上的高度方向均匀开有通风孔，蒙皮模具沿长桁方向的侧面上的长度方向均匀开有通风孔，蒙皮模具的上表面沿长桁方向的壁板两侧在每根长桁的位置上开有定位孔；帽型长桁模具采用实体阳模，帽型长桁模具的外形面为长桁内形面，帽型长桁模具的两个端头上开有与蒙皮模具上的定位孔位置相对应的定位孔；长桁定位工装包括定位孔成型板、定位销、限位销和长桁定位装置，定位孔成型板上开有定位孔和限位孔，定位孔的位置与帽型长桁模具上的任意一个定位孔的位置相对应，限位孔的位置与帽型长桁模具上的任意一组限位孔的位置相对应，定位销与定位孔相对应，限位销与限位孔相对应，长桁定位装置安装在蒙皮模具沿长桁方向两端头的位置上，长桁定位装置上的定位孔与蒙皮模具上的定位孔位置相对应。
2.如权利要求1所述的飞机复合材料机身壁板的制备装置，其特征在于，所述的蒙皮模具结构刚度需满足吊装和机身壁板制造工艺要求，蒙皮模具的通风孔满足热压罐内的通风和温度均匀性要求；蒙皮模具与帽型长桁模具均为Q235A钢或其他刚性大的金属材料。
3.如权利要求1所述的飞机复合材料机身壁板的制备装置，其特征在于，蒙皮模具与帽型长桁模具均采用数控加工制造。
4.如权利要求1所述的飞机复合材料机身壁板的制备装置，其特征在于，所述的长桁定位装置采用热膨胀系数小于制备装置的刚性材料制造，优选采用材料碳纤维/复合材料层板。
5.如权利要求1所述的飞机复合材料机身壁板的制备装置，其特征在于，所述的长桁定位装置为可拆卸结构 。
6.一种利用上述制备装置制备飞机复合材料机身壁板的方法，其特征在于，具体制备步骤如下:(I)帽型长桁铺叠和固化，按照设计要求在帽型长桁模具上铺贴预浸料并按照材料固化工艺在热压罐中固化成型，帽型长桁固化后，在帽型长桁的余量区加工出定位孔；(2)在帽型长桁铺叠和固化的同时进行蒙皮铺叠和蒙皮预处理，按照设计要求在蒙皮模具上铺贴预浸料并按照材料固化工艺在热压罐中进行压实处理；(3)胶接组装，先将帽型长桁的胶接面进行打磨处理，采用单向预浸料填充帽型长桁与蒙皮的胶接R区，并附加±45°铺层，在胶接区铺贴胶膜，将预先成型好的气囊放入帽型长桁的内腔中；单向预浸料理论宽度按公式下述公式计算:w = (2-^)xr2/h(I) 式中，r为帽型长桁模具与蒙皮的胶接R区的圆角半径，h为预浸料固化厚度；通过长桁定位工装将帽型长桁定位在蒙皮模具上； (4)机身壁板成型，用真空袋将组装好的帽型长桁定位和蒙皮模具封装，按照材料的胶接工艺进行胶接共固化。
7.如权利要求6的制备装置制备飞机复合材料机身壁板的方法，其特征在于，气囊为橡胶类制品。
【文档编号】B29C70/54GK104029397SQ201410252083
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】程文礼, 徐洪波, 邱启艳 申请人:中航复合材料有限责任公司