本发明属于复合材料技术加工领域，具体涉及一种复合材料格栅夹芯围壳结构及其制备方法。
背景技术：
1、潜艇的指挥室围壳作为潜艇表面的最大附体结构，内部布置有通讯天线、通气管道、潜望镜等多种升降桅杆，对潜艇在水面位置的指挥、观察、通讯起到非常重要的作用。然而在水下航行过程中，围壳等附体结构破坏了艇体表面的均匀流场，使其周围产生复杂湍流绕流，其产生的压力会与艇体表面互相作用，使湍流及艇体同时辐射出噪声。围壳处产生的水动力噪声对潜艇整体的声隐身性能产生了极大威胁，在目前无法替换围壳结构的前提下，如何减弱其产生的噪声成了至关重要的问题。
2、纤维增强复合材料相较于传统金属材料具有质量轻、强度高、可设计性强、阻尼效应强和耐腐蚀等优点。其所制成的围壳可大幅度降低湍流激励对结构的振动噪声响应。将纤维增强复合材料与夹芯结构相结合并辅以多孔材料的填充，可大幅增加围壳结构的比刚度及结构阻尼效应，提升潜艇在高速航行下的声隐身能力。
3、围壳结构的特点在于流线型的外壁，传统复合材料制备工艺以热压成型为主，即使用复合材料纤维预浸料进行铺层并固化，结合切割、粘接等机加工方法最终成型。该成型方法存在效率低、成本高等缺点，同时无法单次成型完整围壳结构，易产生结构制备缺陷。同时传统制备方法会产生大量多余废料，不利于对材料的高效利用及环保。
技术实现思路
1、针对以上问题，本发明提出一种基于树脂灌注工艺的复合材料夹芯围壳结构及制备工艺，可利用复合材料结构的高比刚度、高阻尼性能显著降低围壳结构在湍流冲击作用下的振动噪声响应，同时针对传统制备方法产生的缺陷进行显著优化。
2、本发明提供一种复合材料格栅夹芯围壳结构，包括支撑结构以及完全包裹支撑结构表面的曲面面板层；所述支撑结构由格栅组成，格栅结构内部填充pmi泡沫；所述格栅和曲面面板层均为环氧树脂基玻璃纤维增强材料。
3、进一步地，所述围壳结构形状为轴对称翼型，内外表面光滑；所述格栅结构内部填充的pmi泡沫采用轴对称翼型轮廓的完整pmi泡沫材料切割。
4、进一步地，所述格栅和曲面面板层均由玻璃纤维通过环氧树脂浸润固化制备得到。
5、进一步地，还包括上端盖为轴对称翼型平面结构，位于围壳结构顶端；所述上端盖包括支撑结构以及完全包裹支撑结构表面的曲面面板层；所述支撑结构由格栅组成，格栅结构内部填充pmi泡沫；所述格栅和曲面面板层均为环氧树脂基玻璃纤维增强材料。
6、本发明还提供给一种制备复合材料格栅夹芯围壳结构的模具，包括模具a和模具b；所述模具a为表面设有凸起轴对称翼型结构的平板；所述模具b为中间设有轴对称翼型形形状开口的平板；所述模具b的内径大小等于模具a直径的大小；所述模具b平板面积大于模具a面板平积。所述模具a和模具b为金属材料。
7、本发明还提供了一种复合材料格栅夹芯围壳结构的制备方法，包括：
8、步骤1：根据复合材料格栅夹芯围壳结构尺寸要求，对翼型轮廓的完整泡沫进行切割；
9、步骤2：选取玻璃纤维编织布为原材料，根据结构尺寸要求，对泡沫进行缠绕；
10、步骤3：将模具b放置平台上，将模具b嵌套在模具a凸起的轴对称翼型结构底部；在模具a凸起的轴对称翼型结构外表面和模具b的平板平面上均匀涂抹脱模剂，待表面挥发后重复该步骤2~3次；根据复合材料格栅夹芯围壳结构的内表面曲面面层的厚度要求，采用玻璃纤维编织布对模具a进行缠绕；
11、步骤4：将缠绕好的泡沫按照轴对称翼型进行堆叠排列形成围壳，所述泡沫紧贴模具a外表面的玻璃纤维编织布堆叠排列且位于模具b表面；根据复合材料格栅夹芯围壳结构的外表面曲面面层的厚度要求，再次采用玻璃纤维编织布对泡沫形成围壳外表面进行缠绕；
12、步骤5：采用树脂灌注工艺进行固化，在已布置完成的复合材料格栅夹芯围壳结构外表面缠绕脱模布，并在脱模布外分别布置导流管、导流网；通过密封胶带与真空袋将结构及模具完全密封，并连接真空泵检测密封性；
13、步骤6：将环氧树脂和固化剂进行混合，充分搅拌均匀后由塑胶软管导入真空袋中，利用真空泵将混合物导入结构并完成对玻璃纤维的浸润；浸润完成后封闭混合物入口并保持真空泵开启，常温静止一段时间后完成固化；
14、步骤7：固化完成后分别拆解真空袋、脱模布，并通过模具b辅助脱模。
15、进一步地，步骤4中所述泡沫缠绕为从一侧开始玻璃纤维编织布顺时针沿着泡沫的表面以环绕的方式进行缠绕，将泡沫沿平面旋转90°，再从另一侧开始玻璃纤维编织布逆时针沿着泡沫的表面以环绕的方式进行缠绕；所述两个方向缠绕层数相同。
16、进一步地，步骤4中， 将轴对称翼型形状的平面泡沫切割，将缠绕好的泡沫布置在围壳顶端，作为围壳结构的上端盖；根据曲面面层的厚度要求，再次采用玻璃纤维编织布对泡沫形成上端盖整体进行缠绕。
17、进一步地，步骤6中，所述环氧树脂选用黏稠度低、浸润效果好并在常温下能够固化的；所述环氧树脂和固化剂的质量比为3.5~4:1；所述固化时间为20~24h。
18、本发明的有益效果在于：
19、本发明方法实现了对翼型格栅夹芯围壳结构的整体一体成型，相较于传统树脂灌注复合材料的制备工艺，采用拼接的方式，本发明的完整夹芯结构由一次树脂灌注脱模后可直接进行使用。同时本发明的格栅夹芯及内外面板均由包裹在泡沫外围的纤维布固化形成，且通过抽真空方式排空纤维布之间的缝隙，保证树脂导入后的浸润性。巧妙的利用相邻泡沫单胞外层纤维布的合并形成格栅肋板。作为外形为曲面的格栅结构，格栅是整体结构的骨架。通过这种方式制备的结构骨架完全贴合填充物，减少装配公差，具有可塑性强，异形结构最终成型质量好、工艺成本低及制备缺陷少等优点。
1.一种复合材料格栅夹芯围壳结构，其特征在于，包括支撑结构以及完全包裹支撑结构表面的曲面面板层；
2.根据权利要求1所述复合材料格栅夹芯围壳结构，其特征在于，所述围壳结构形状为轴对称翼型，内外表面光滑；所述格栅结构内部填充的pmi泡沫采用轴对称翼型轮廓的完整pmi泡沫材料切割。
3.根据权利要求1所述复合材料格栅夹芯围壳结构，其特征在于，所述格栅和曲面面板层均由玻璃纤维通过环氧树脂浸润固化制备得到。
4.根据权利要求1所述复合材料格栅夹芯围壳结构，其特征在于，还包括上端盖为轴对称翼型平面结构，位于围壳结构顶端；所述上端盖包括支撑结构以及完全包裹支撑结构表面的曲面面板层；所述支撑结构由格栅组成，格栅结构内部填充pmi泡沫；所述格栅和曲面面板层均为环氧树脂基玻璃纤维增强材料。
5.一种制备权利要求1~4任一项所述复合材料格栅夹芯围壳结构的模具，其特征在于，包括模具a和模具b；所述模具a为表面设有凸起轴对称翼型结构的平板；所述模具b为中间设有轴对称翼型形形状开口的平板；所述模具b的内径大小等于模具a直径的大小；所述模具b平板面积大于模具a面板平积。
6.根据权利要求5所述复合材料格栅夹芯围壳结构的模具，其特征在于，所述模具a和模具b为金属材料。
7.一种采用权利要求5所述模具制备复合材料格栅夹芯围壳结构的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述复合材料格栅夹芯围壳结构的制备方法，其特征在于，所述缠绕为从一侧开始玻璃纤维编织布顺时针沿着泡沫的表面以环绕的方式进行缠绕，将泡沫沿平面旋转90°，再从另一侧开始玻璃纤维编织布逆时针沿着泡沫的表面以环绕的方式进行缠绕；所述两个方向缠绕层数相同。
9.根据权利要求7所述复合材料格栅夹芯围壳结构的制备方法，其特征在于，步骤4中，将轴对称翼型形状的平面泡沫切割，将缠绕好的泡沫布置在围壳顶端，作为围壳结构的上端盖；根据曲面面层的厚度要求，再次采用玻璃纤维编织布对泡沫形成上端盖整体进行缠绕。
10.根据权利要求7所述复合材料格栅夹芯围壳结构的制备方法，其特征在于，步骤6中，所述环氧树脂选用黏稠度低、浸润效果好并在常温下能够固化的；所述环氧树脂和固化剂的质量比为3.5~4:1；所述固化时间为20~24h。