整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮的制作方法

本发明属于飞机结构设计领域，具体涉及一种整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮。

背景技术：

飞机的结冰、防/除冰一直是飞机设计的重点之一，结冰探测相关技术则是该领域的重要组成部分。当前普遍采用的轴向振动结冰探测装置需安装于机体外表面，会对飞机的气动外形造成一定影响，并且极大地增加cfd分析中流体网格划分以及后续气动计算的工作量。

基于上述问题，通过结构特征分析，机体结构中机翼前缘等易结冰部位具备使用探冰功能蒙皮的条件。目前国内尚没有用于飞机上的能够将结冰探测器包裹起来的探冰功能蒙皮结构，由于技术封锁，尚未查询到国外也有相关技术。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题在于提供一种整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮，解决将结冰探测器包裹在蒙皮结构中，使蒙皮结构具有探冰功能的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮，其特征在于，包括外面板、内面板、芯材和超声回波结冰探测器；

所述芯材交替贯穿于外面板及内面板之间，形成“8”字形结构；

所述相邻芯材之间为中空结构；

所述超声回波结冰探测器嵌入芯材之间；

所述外面板和内面板均由纤维束铺层构成；

所述芯材为纤维束；

所述芯材的纤维束贯穿于外面板和内面板的纤维束铺层，作为纤维束铺层的经纱。

进一步的，所述外面板、内面板厚度均为0.5mm，所述芯材厚度为1~10mm。

进一步的，所述纤维束铺层由纤维束交错铺设而成，所述纤维束铺层中空部分填充有树脂基材料。

进一步的，所述树脂基材料为环氧树脂。

进一步的，所述纤维束的材料为玻璃纤维或碳纤维。

进一步的，所述芯材由纤维束通过机织方式织成。

进一步的，所述超声回波结冰探测器上设置有反馈线头。

所述反馈线头贯穿相邻芯材并与飞机内部设备连接。

进一步的，所述超声回波结冰探测器是基于超声脉冲回波理论设计的内埋式结冰探测装置。

现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用超声回波结冰探测器嵌入整体中空夹层复合材料制成整体蒙皮，使得蒙皮结构具有探冰功能，从而可检测到机翼表层的厚度的改变，表征结冰厚度情况；

2、本发明采用整体中空夹层复合材料，可以充分利用内部空间，蒙皮结构紧凑、蒙皮内外表面都无需凸起，既避免了对飞机气动外形的破坏又不侵占机体内空间；

3、本发明采用的芯材交替贯穿于上下面板，使整体中空复合材料探冰功能蒙皮抗分层性能优异，并具备较高比模量、比强度。

附图说明

图1为本发明整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮的结构示意图；

图2为本发明整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮的结冰探测器安装位置示意图；

图3为本发明整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮的整体中空夹层复合材料细观结构示意图；

图4为本发明整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮机翼部段示意图。

附图标记：1、外面板；2、内面板；3、芯材；4、超声回波结冰探测器；5-纬纱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例

如图1所示，一种整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮，包括外面板1、内面板2、芯材3和超声回波结冰探测器4；

芯材3交替贯穿于外面板1及内面板2之间，形成“8”字形结构；

相邻芯材3之间为中空结构，还可用于埋线或嵌入功能器件。

超声回波结冰探测器4嵌入相邻芯材3之间；

外面板1和内面板2均由纤维束铺层构成；

芯材3为纤维束；

芯材3的纤维束贯穿于外面板1和内面板2的纤维束铺层，作为纤维束铺层的经纱。

外面板1、内面板2厚度均为0.5mm，芯材3厚度为1~10mm，具体值与超声回波结冰探测器高度一致。

如图2、图3所示，纤维束铺层由纤维束交错铺设而成，纤维束铺层中空部分填充有树脂基材料。

由图3所示的蒙皮剖面图可以发现，芯材3的纤维束交替穿过外面板1的纬纱5经过外面板1和内面板2之间空间，然后交替穿过内面板2的纬纱5，其中交替穿过的相邻纤维束在外面板1和内面板2之间空间部分，由图片的剖视图观察，形成“8”字形结构。

树脂基材料为环氧树脂。

纤维束的材料为玻璃纤维或碳纤维。

芯材3由纤维束通过机织方式织成。

超声回波结冰探测器4上设置有反馈线头。

反馈线头贯穿相邻芯材3并与飞机内部设备连接。

超声回波结冰探测器4是基于超声脉冲回波理论设计的内埋式结冰探测装置，以压电材料作为压电换能器发射和接受脉冲波，可检测到机翼表层的厚度的改变，从而表征结冰厚度情况。

整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮的工艺步骤为：

1、在整体中空夹层纤维布的指定位置预设超声回波结冰探测器及相应电线；

2、然后将纤维布铺设在机翼部段模具中；

3、合模后采用真空辅助成型工艺注胶，并于热压罐的高温高压下一次固化成形；

4、起模修边，成型后的机翼探冰功能蒙皮效果参见图4。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种整体中空夹层复合材料探冰功能蒙皮，属于飞机结构设计领域。包括外面板、内面板、芯材和超声回波结冰探测器；芯材交替贯穿于外面板及内面板之间，形成“8”字形结构；相邻芯材之间为中空结构；超声回波结冰探测器嵌入芯材之间；外面板和内面板均由纤维束铺层构成；芯材为纤维束；芯材的纤维束贯穿于外面板和内面板的纤维束铺层，作为纤维束铺层的经纱。本发明得到的探冰功能蒙皮结构紧凑、蒙皮内外表面都无需凸起，既避免了对飞机机翼气动外形的破坏又不侵占机翼内空间，且整体中空夹层复合材料蒙皮抗分层性能优异，并具备较高比模量、比强度。

技术研发人员：蔡登安;陆方舟;徐澧明;周光明
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2018.10.30
技术公布日：2019.03.08