一种复合材料翼肋及其成型模具的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种复合材料翼肋及其成型模具。


背景技术：

2.翼肋作为飞机机翼的横向受力骨架，用来支持飞机机翼的蒙皮，维持机翼的剖面形状；为满足飞机的安全性以及轻量化需求，现有的翼肋材质通常采用复合材料。
3.基于翼肋的受力要求，翼肋必须设计成超轻质结构；为满足该要求，目前复合材料翼肋主要采用的结构形式多为传统的缘条腹板式，并在腹板上做减轻孔。
4.现有的复合材料翼肋，通过在腹板上做减轻孔的方式，会破坏复合材料翼肋的整体性，造成腹板的强度损失，从而影响复合材料翼肋的力学性能。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的问题是现有的复合材料翼肋因开孔造成腹板的强度损失。
6.为解决上述问题，本实用新型提供一种复合材料翼肋，包括翼肋前段与翼肋后段；其中，
7.所述翼肋前段与所述翼肋后段均为整体式结构；
8.所述翼肋前段包括前段外框，至少一个连接于所述前段外框中的第一承力管，以及与所述前段外框相连的前段连接端；
9.所述前段外框与所述前段连接端围合构成闭合环状结构；
10.所述翼肋后段包括后段外框，至少一个连接于所述后段外框中的第二承力管，以及与所述后段外框相连的后段连接端；
11.所述后段外框与所述后段连接端围合构成闭合环状结构；
12.所述前段连接端适于与所述后段连接端相连，以使所述翼肋前段与所述翼肋后段拼接构成复合材料翼肋。
13.可选地，所述第一承力管以及所述第二承力管均为碳纤维管。
14.可选地，相邻所述第一承力管以及相邻所述第二承力管的分布角度均不相同。
15.可选地，所述前段外框包括从外到内依次设置的第一外层铺层、第一泡沫芯以及第一内层铺层；所述后段外框包括从外到内依次设置的第二外层铺层、第二泡沫芯以及第二内层铺层。
16.可选地，所述第一外层铺层与所述第一内层铺层的铺层数量相同，铺层角度对称；所述第二外层铺层与所述第二内层铺层的铺层数量相同，铺层角度对称。
17.可选地，所述前段连接端与所述后段连接端通过角片相胶接。
18.可选地，所述前段连接端适于与所述后段连接端相拼合构成主梁通过孔。
19.可选地，所述前段连接端与所述后段连接端均设置有翻边结构。
20.本实用新型的另一目的在于提供一种复合材料翼肋成型模具，用于成型如上所述
的复合材料翼肋；所述复合材料翼肋成型模具包括前段成型模具，以及后段成型模具；所述前段成型模具包括前段模具本体，以及设置于所述前段模具本体上的前段成型槽；所述后段成型模具包括后段模具本体，以及设置于所述后段模具本体上的后段成型槽；所述前段成型模具以及所述后段成型模具均包括若干用于对承力管进行定位的紧固件与卡箍。
21.与现有技术相比，本实用新型提供的复合材料翼肋具有如下优势：
22.本实用新型提供的复合材料翼肋，通过设计为分块结构，降低了复合材料翼肋与主梁的装配难度；同时，翼肋前段以及翼肋后段，通过在复合材料框架内设置若干承力管，在保证复合材料翼肋力学性能的基础上，降低复合材料翼肋的重量；该复合材料翼肋与传统的在腹板成型后再开减轻孔来减重的方式相比，本技术提供的复合材料翼肋避免后期开孔，从而能够提高复合材料翼肋结构的整体性，避免复合材料翼肋的强度损失，实现较高的结构效率，同时，还有助于减少复合材料翼肋的制备步骤，简化制备过程，降低制备难度。
附图说明
23.图1为本实用新型中复合材料翼肋的结构简图；
24.图2为本实用新型中翼肋前段的结构简图；
25.图3为图2中a-a向的剖视图；
26.图4为本实用新型中翼肋后段的结构简图；
27.图5为本实用新型中第一泡沫芯的结构简图；
28.图6为图1中b处的局部放大图；
29.图7为本实用新型中角片的结构简图；
30.图8为本实用新型中翼肋前段的成型模具与翼肋前段的装配简图。
31.附图标记说明：
32.1-翼肋前段；11-前段外框；111-第一外层铺层；112-第一泡沫芯；113-第一内层铺层；12-第一承力管；13-前段连接端；2-翼肋后段；21-后段外框；22-第二承力管；23-后段连接端；3-主梁通过孔；4-角片；5-前段成型模具。
具体实施方式
33.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.此外，术语“第一”、“第二”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或
者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
37.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
38.现有的复合材料翼肋，制作过程中，通常先成型缘条腹板结构，为减轻重量，再在成型后的腹板上做减轻孔；这种方式不仅会破坏复合材料翼肋的整体性，造成腹板的强度损失，从而影响复合材料翼肋的力学性能，而且制作过程繁琐，制作效率较低；此外，为使得复合材料翼肋满足力学需求，通常还需要在减轻孔的周围做局部加强，进一步增加了制作难度。
39.为解决现有的复合材料翼肋因开孔造成腹板强度损失的问题，本实用新型提供一种复合材料翼肋，参见图1所示，该复合材料翼肋包括相互拼接的翼肋前段1与翼肋后段2；其中，翼肋前段1与翼肋后段2均为整体式结构；即，翼肋前段1以及翼肋后段2分别经一次成型得到，以保证翼肋前段1以及翼肋后段2结构的整体性，从而保证复合材料翼肋的力学性能；具体的，参见图2、图3所示，本技术中的翼肋前段1包括前段外框11，至少一个连接于前段外框11中的第一承力管12，以及与前段外框11相连的前段连接端13；前段外框11与前段连接端13围合构成闭合环状结构，以作为翼肋前段1的主体构架；参见图4所示，翼肋后段2包括后段外框21，至少一个连接于后段外框21中的第二承力管22，以及与后段外框21相连的后段连接端23；后段外框21与后段连接端23围合构成闭合环状结构，以作为翼肋后段2的主体构架；前段连接端13适于与后段连接端23相连，以使翼肋前段1与翼肋后段2拼接构成复合材料翼肋。
40.本技术优选翼肋前段1以及翼肋后段2的材质均为碳纤维复合材料；由于翼肋装配过程中，通常有主梁穿过翼肋，为便于装配，本技术将复合材料翼肋设计为前段与后段拼接的分块结构。
41.其中，翼肋前段1中，通过前段外框11与前段连接端13构成闭合环状的主体结构，该主体结构的外形根据复合材料翼肋的需求而定，且该主体结构内不设置腹板；为保证翼肋前段1的力学性能，在前段外框11与前段连接端13构成的闭合结构内，设置至少一个第一承力管12，该第一承力管12的数量根据翼肋前段1的尺寸以及翼肋的受力特点而定。
42.同样，翼肋后段2中，通过后段外框21与后段连接端23围合构成闭合环状的主体结构，该主体结构的外形根据复合材料翼肋的需求而定，且该主体结构内不设置腹板；为保证翼肋后段2的力学性能，在后段外框21与后段连接端23构成的闭合结构内，设置至少一个第二承力管22，该第二承力管22的数量根据翼肋后段2的尺寸以及翼肋的受力特点而定。
43.本技术优选翼肋前段1通过阴模整体成型，在保证翼肋前段1整体结构的基础上，可保证复合材料翼肋的外形满足需求，以便于该复合材料翼肋同机翼内外蒙皮进行胶接装
配。
44.本实用新型提供的复合材料翼肋，通过设计为分块结构，降低了复合材料翼肋与主梁的装配难度；同时，翼肋前段1以及翼肋后段2，通过在复合材料框架内设置若干承力管，在保证复合材料翼肋力学性能的基础上，降低复合材料翼肋的重量；该复合材料翼肋与传统的在腹板成型后再开减轻孔来减重的方式相比，本技术提供的复合材料翼肋避免后期开孔，从而能够提高复合材料翼肋结构的整体性，避免复合材料翼肋的强度损失，实现较高的结构效率，同时，还有助于减少复合材料翼肋的制备步骤，简化制备过程，降低制备难度。
45.为在提高力学性能的基础上，满足轻量化需求，本技术优选第一承力管12以及第二承力管22均为碳纤维管；进一步的，本技术优选第一承力管12以及第二承力管22均通过卷管工艺固化成型，制造工艺简单，效率高，费用低。
46.为在保证力学性能的基础上，最大限度的减重，第一承力管12以及第二承力管22的分布角度均可根据其受力通过强度计算软件优化得到；参见图1所示，本技术优选相邻第一承力管12以及相邻第二承力管22的分布角度均不相同，即，翼肋前段1中的若干第一承力管12，以及翼肋后段2中的若干第二承力管22均交错分布。
47.具体的，每一第一承力管12的两端均分别连接于前段外框11的两侧，或一端连接于前段外框11的一侧，另一端连接于前段连接端13，且相邻两个第一承力管12均不平行设置，最终在提高力学性能的基础上，实现减重。
48.同样的，每一第二承力管22的两端均分别连接于后段外框21的两侧，或一端连接于后段外框21的一侧，另一端连接于后段连接端23，且相邻两个第二承力管22均不平行设置，最终在提高力学性能的基础上，实现减重。
49.为进一步提高复合材料翼肋的力学性能，参见图3所示，本技术优选前段外框11包括从外到内依次设置的第一外层铺层111、第一泡沫芯112以及第一内层铺层113；同样，后段外框21包括从外到内依次设置的第二外层铺层、第二泡沫芯以及第二内层铺层(图中未示出)。
50.其中第一泡沫芯112以及第二泡沫芯均通过cnc加工成型，可通过结构胶进行拼接；具体的，参见图5所示，第一泡沫芯112的形状与前段外框11的形状相适配；同样，第二泡沫芯的形状与后段外框21的形状相适配。
51.本技术提供的复合材料翼肋，通过利用承力管取代腹板受力，可减轻复合材料翼肋的重量；通过承力管、外层铺层、泡沫芯、内层铺层一体成型，组成整体结构的翼肋前段1以及翼肋后段2，弥补了腹板设置减轻孔的强度损失，质量轻，结构强，可最大程度的发挥复合材料翼肋的结构效率。
52.本技术优选第一外层铺层111与第一内层铺层113的铺层数量相同，铺层角度对称；第二外层铺层与第二内层铺层的铺层数量相同，铺层角度对称，以防止由不同的泊松比导致固化中引起不同方向的收缩，产生层间应力，导致复合材料翼肋变形。
53.为提高翼肋前段1与翼肋后段2之间的胶接强度，参见图6所示，本技术中前段连接端13与后段连接端23通过角片4相胶接，以便于通过该角片4对复合材料翼肋起到局部加强作用，满足复合材料翼肋的刚强度要求。
54.进一步的，参见图7所示，优选该角片4为随形角片，即该角片4的形状与前段连接端13以及后段连接端23连接位置的形状相适配，以便于增加胶接面积，提高胶接强度。
55.由于通常复合材料翼肋中有大长度变直径弯曲主梁穿过，为便于装配，本技术优选前段连接端13适于与后段连接端23相拼合构成主梁通过孔3。
56.参见图1所示，本技术中前段连接端13包括第一凹槽，后段连接端23包括第二凹槽，翼肋前段1与翼肋后段2相连时，第一凹槽与第二凹槽拼合构成主梁通过孔3，该主梁通过孔3的尺寸及形状均根据通过该位置的主梁而定。
57.本技术优选前段连接端13与后段连接端23均设置有翻边结构，一方面起到对复合材料翼肋的加强，另一方面增加复合材料翼肋和主梁的胶接面积，保证翼肋和主梁的胶接强度。
58.本实用新型通过在前段连接端13处设置第一凹槽，在后段连接端23处设置第二凹槽，使得将翼肋前段1、翼肋后段2与主梁进行胶接的过程中，同时通过角片4将翼肋前段1与翼肋后段2胶接，形成整体翼肋结构，保证连接强度的同时，简化了装配过程，降低了装配难度，提高了装配效率。
59.本实用新型的另一目的在于提供一种复合材料翼肋成型模具，该复合材料翼肋成型模具用于成型如上所述的复合材料翼肋；该复合材料翼肋成型模具包括用于成型翼肋前段1的前段成型模具5，以及用于成型翼肋后段2的后段成型模具；其中前段成型模具5包括前段模具本体，以及设置于前段模具本体上的前段成型槽，后段成型模具包括后段模具本体，以及设置于后段模具本体上的后段成型槽；前段成型槽的形状以及尺寸根据翼肋前段1而定，后段成型槽的形状以及尺寸根据翼肋后段2而定；前段成型模具5以及后段成型模具均包括若干用于对承力管进行定位的紧固件与卡箍。
60.为便于理解，本技术以翼肋前段1的成型过程为例，对本实用新型提供的复合材料翼肋的成型过程进行说明。
61.参见图8所示，对翼肋前段1成型过程中，首先在前段成型槽中，借助设置于该前段成型槽中的辅助刻线，完成第一外层铺层111的铺放；然后利用激光投影将提前加工完成的第一泡沫芯112放置到指定位置，利用螺栓、卡箍将已提前成型的第一承力管12固定到前段成型模具5上，保证第一承力管12的位置；接着完成第一内层铺层113的铺放，并将第一承力管12的端部进行包裹，形成一个整体；并优选在第一承力管12的端部包裹区，缠绕一层胶膜，以保证干管与湿蒙皮的胶接强度；其中前段连接端13的铺层结构可以与前段外框11相同，也可以不同；最后进行打袋，完成翼肋前段1的固化。
62.翼肋后段2的成型过程与上述过程类似，本技术不对翼肋后段2的成型过程进行赘述。
63.本技术提供的复合材料翼肋的成型模具，通过将模具设计为分块结构，分块对复合材料翼肋进行成型，降低了复合材料翼肋与主梁的装配难度；同时，由于该复合材料翼肋的分段结构均为为整体式结构，与传统的在腹板成型后再开减轻孔来减重的方式相比，本技术提供的复合材料翼肋避免后期开孔，从而能够提高复合材料翼肋结构的整体性，避免复合材料翼肋的强度损失，实现较高的结构效率，同时，还有助于减少复合材料翼肋的制备步骤，简化制备过程，降低制备难度。
64.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。