专利名称:一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，槽型梁缘板和槽型梁腹板一体铺设在弹翼的四周端框上，工字梁缘板和工字梁腹板位于弹翼中间网格部分上，主连接锥管位于弹翼主连接腹板的中间部位，由半包覆一体铺层分别从两侧包裹，延伸至上下槽型梁缘板上，弹翼骨架型腔用玻璃钢蜂窝填充块进行打磨填充，与弹翼骨架型腔四周接触区域用PMI泡沫填充块填充，弹翼外侧用蜂窝填充低密度防热层热压成型，弹翼外表面采用玻璃钢蜂窝填充低密度防热层热压成型。本实用新型涉及的弹翼需要满足轻质化和高承载能力两个主要技术指标，并应具有一定的防隔热能力，以适应长时间大气层内飞行的力热环境同时减小运载系统的投送压力。
【专利说明】一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，属于再入飞行器领域。
【背景技术】
[0002]为尽可能在不改变航天器运载系统投送能力的基础上增加再入飞行器的升力，本发明提出了一种具有多封闭型腔的超轻质全复合材料弹翼结构，安装在再入飞行器的弹身上，能实现大气层内长时间的滑翔飞行，以提高飞行器的机动能力。
[0003]目前国内外传统飞行器上的弹翼大多采用金属骨架蒙皮外加防热涂层或防隔热材料结构，而金属材料作为主承力结构材料的潜力已挖掘殆尽，如轻质铝锂合金、镁合金等材料虽然密度较低但化学特性比较活跃，在加工稳定性和成型方面都存在一定问题，且承载能力上没有明显优势，因此不能成为理想的轻质化结构材料；而弹翼面临的热环境问题仅靠增加防隔热层厚度也无法满足其轻质化要求，因此需要一种兼顾轻质化和承力防热一体化的结构作为这种再入飞行器弹翼的设计方案，以满足其特殊的力热环境要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:为克服现有技术的不足，解决再入飞行器弹翼需要兼顾轻质化、高承载能力和防隔热能力的难题，为再入飞行器提供升力，提高其机动能力。
[0005]本实用新型的技术解决方案是:
[0006]一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，包括槽型梁缘板、槽型梁腹板、工字梁缘板、工字梁腹板、半包覆一体铺层、主连接锥管、主连接腹板、蜂窝填充低密度防热层、玻璃钢蜂窝填充块和PMI泡沫填充块，其中槽型梁缘板和槽型梁腹板一体铺设在弹翼的四周端框上，工字梁缘板和工字梁腹板组成井字结构连接于弹翼中间网格部分上，主连接锥管位于弹翼主连接腹板的中间部位，由半包覆一体铺层分别从两侧包裹，延伸至上下槽型梁缘板上，弹翼骨架型腔用玻璃钢蜂窝填充块进行打磨填充，与弹翼骨架型腔四周接触区域用PMI泡沫填充块填充，弹翼外侧用蜂窝填充低密度防热层热压成型，弹翼外表面采用玻璃钢蜂窝填充低密度防热层热压成型。
[0007]所述的槽型梁缘板、槽型梁腹板、工字梁缘板、工字梁腹板、半包覆一体铺层、主连接锥管、主连接腹板均采用T700/双马树脂复合材料。
[0008]所述的槽型梁缘板、槽型梁腹板、工字梁缘板、工字梁腹板和主连接腹板的铺层方向均为0°和45。交替缠绕，层数比例为6.5:3.5。
[0009]半包覆一体铺层及主连接锥管铺层方向为0°和45°交替缠绕，层数比例为6:4。
[0010]本实用新型与现有技术相比的优点在于:
[0011]本实用新型涉及的弹翼需要满足轻质化和高承载能力两个主要技术指标，并应具有一定的防隔热能力，以适应长时间大气层内飞行的力热环境同时减小运载系统的投送压力。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的结构示意图；
[0013]图2为图1的A-A向剖视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0015]如图1、2所示，一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，包括槽型梁缘板1、槽型梁腹板2、工字梁缘板3、工字梁腹板4、半包覆一体铺层5、主连接锥管6、主连接腹板7、蜂窝填充低密度防热层8、玻璃钢蜂窝填充块9和PMI泡沫填充块10，其中槽型梁缘板I和槽型梁腹板2 —体铺设在弹翼的四周端框上，工字梁缘板3和工字梁腹板4位于弹翼中间网格部分上，主连接锥管6与弹翼主连接腹板7的中间部位连接，由半包覆一体铺层5分别从两侧包裹，延伸至上下槽型梁缘板I上，弹翼骨架型腔用玻璃钢蜂窝填充块9进行打磨填充，与弹翼骨架型腔四周接触区域用PMI泡沫填充块10填充，弹翼外侧用蜂窝填充低密度防热层8热压成型，弹翼外表面采用玻璃钢蜂窝填充低密度防热层8热压成型。
[0016]所述的槽型梁缘板1、槽型梁腹板2、工字梁缘板3、工字梁腹板4、半包覆一体铺层
5、主连接锥管6、主连接腹板7均采用T700/双马树脂复合材料。
[0017]所述的槽型梁缘板1、槽型梁腹板2、工字梁缘板3、工字梁腹板4和主连接腹板7的铺层方向为0°和45°交替缠绕，层数比例为6.5:3.5。
[0018]半包覆一体铺层5及主连接锥管6铺层方向为0°和45°交替缠绕，层数比例为6:4。
[0019]本实用新型把工字梁、槽型梁和锥管等经典的轻质承载结构运用到弹翼的设计中，从结构特点上减轻了弹翼的重量；通过对碳纤维复合材料的铺层设计优化，充分发挥了复合材料可设计性的优势，提高了复合材料单位体积的承载能力，通过有限元分析和计算验证了这一效果；选用轻质耐高温的T700/双马树脂复合材料作为弹翼主承力材料，从源头上解决了弹翼轻质化的难题；用较小的重量(约占弹翼总重12% )提高了翼面的整体刚度和隔热性能，有效避免了弹翼内腔搭接区域由于工艺缺陷带来的强度破坏；采用适用于中低空烧蚀环境的蜂窝填充低密度防隔热材料(密度约为0.5g/cm3)，与传统的石英酚醛材料(密度约为1.8g/cm3)相比进一步降低了弹翼的防热层重量。
[0020]通过对弹翼强度的有限元分析及静力试验，本实用新型涉及的弹翼试验件(尺寸约100mmX 185mmX 258mm)达到了重量不超过16kg、承载能力不小于4.8t的技术指标，实现了超轻质全复合材料弹翼在设计技术和成型工艺上的突破。
[0021]本实用新型所有结构接触部位均粘接在一起。
[0022]弹翼成型方法可采用阴阳对模一体热压固化成型，通过所述的主连接锥管6安装在再入飞行器上，为飞行器提供升力，一般应成对使用。
[0023]本实用新型未公开技术属本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，其特征在于，包括槽型梁缘板(I)、槽型梁腹板(2)、工字梁缘板(3)、工字梁腹板(4)、半包覆一体铺层(5)、主连接锥管(6)、主连接腹板(7)、蜂窝填充低密度防热层⑶、玻璃钢蜂窝填充块(9)和PMI泡沫填充块(10)，其中槽型梁缘板(I)和槽型梁腹板(2) —体铺设在弹翼的四周端框上，工字梁缘板(3)和工字梁腹板(4)组成井字结构连接于弹翼中间网格部分上，主连接锥管(6)与弹翼主连接腹板(7)的中间部位连接，并由半包覆一体铺层(5)分别从两侧包裹，延伸至上下槽型梁缘板(I)上，弹翼骨架型腔用玻璃钢蜂窝填充块(9)进行打磨后填充，与弹翼骨架型腔四周接触区域用PMI泡沫填充块(10)填充，弹翼外侧用蜂窝填充低密度防热层(8)热压成型。2.如权利要求1所述的一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，其特征在于，所述的槽型梁缘板(I)、槽型梁腹板(2)、工字梁缘板(3)、工字梁腹板(4)、半包覆一体铺层(5)、主连接锥管￠)、主连接腹板(7)均采用T700/双马树脂复合材料。3.如权利要求1所述的一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，其特征在于，所述的槽型梁缘板(I)、槽型梁腹板(2)、工字梁缘板(3)、工字梁腹板(4)和主连接腹板(7)的铺层方向均为0°和45。交替缠绕，层数比例为6.5:3.5。4.如权利要求1所述的一种具有封闭型腔的轻质复合材料弹翼结构，其特征在于，半包覆一体铺层(5)及主连接锥管(6)铺层方向为0°和45°交替缠绕，层数比例为6:4。
【文档编号】F42B10-02GK204286240SQ201420628195
【发明者】李长春, 刘连元, 水涌涛, 杨永刚, 王成华, 赵振平, 刘秀春, 侯保江, 李晓轩 [申请人]北京航天长征飞行器研究所, 中国运载火箭技术研究院