一种一体化泡沫夹层结构的制作方法

本实用新型属于飞机设计技术领域，具体涉及一种一体化泡沫夹层结构。

背景技术：

泡沫夹层结构因具有重量轻，及较高的比弯曲刚度和强度的优点，广泛应用于飞机结构上。然而，泡沫本身的力学性能较差，夹层结构面-芯界面强度较低。为了解决这一缺点，目前的做法是采用缝合增强技术或z-pin（例如拉挤杆）增强技术对泡沫夹层结构进行横向增强。缝合增强技术是将复合材料面板和泡沫夹芯先缝合成预成型件，再采用液态成型工艺制成全厚度缝合泡沫夹层结构。z-pin增强技术是将纤维复合材料拉挤杆（即pin）以一定角度植入泡沫形成三维桁架芯材结构，采用共固化工艺制成泡沫夹层结构。大量研究表明缝合增强技术和z-pin增强技术显著提高了泡沫夹层结构的芯子强度和损伤容限能力。但是这两种横向增强技术均存在着自身的缺陷：（1）缝合和z-pin增强均损伤了面板，降低了泡沫夹层结构的面内承载能力；（2）这两种增强技术均需要预先制造增强体（即缝线或pin），并需要专门的设备将其植入预制体中，大大增加了制造成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的是现有泡沫夹层结构的增强技术容易损伤面板，降低泡沫夹层结构的面内承载能力，及现有泡沫夹层结构的增强技术均需预先制造增强体，并用专门的设备将其植入预制体中，大大增加了制造成本的技术问题，提供一种低成本、可设计、一体化增强的泡沫夹层结构，不仅不会损伤面板，而且不需要预先制造增强体，大大降低生产成本。

本实用新型公开的一种一体化泡沫夹层结构，包括面板和泡沫夹芯，所述泡沫夹芯上下表面均覆盖面板，所述泡沫夹芯固定在两个面板之间，其特征在于：所述泡沫夹芯上设有预制孔，所述预制孔内灌满树脂，形成树脂柱，所述树脂柱沿厚度方向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面，所述泡沫夹芯、面板和树脂柱为一体成型结构。

优选地，所述树脂柱与所述泡沫夹芯厚度方向呈一定夹角，所述夹角范围为-90度~90度，不包括-90度和90度。

优选地，所述树脂柱与所述泡沫夹芯厚度方向夹角为0度，垂直纵向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面。

优选地，所述树脂柱倾斜纵向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面。

优选地，所述树脂柱平行排列或交叉排列。

优选地，所述树脂柱均匀分布。

优选地，所述第一步中，所述预制孔与所述泡沫夹芯厚度方向呈一定夹角，所述夹角范围为-90度~90度，不包括-90度和90度。

优选地，所述第一步中，所述预制孔平行排列或交叉排列。

与现有技术相比，本实用新型获得的有益效果是：

本实用新型公开的一种一体化泡沫夹层结构及其增强方法，只需在泡沫夹芯内预先制孔，不会损伤复合材料面板；采用低成本的rfi工艺成型时，在真空辅助作用下树脂会进入预先在泡沫夹芯中打好的孔内，泡沫芯孔中的树脂灌注与复合材料面板浸润同时进行，树脂柱与夹层结构一体成型。这种结构方案既提高了泡沫夹层结构的芯子强度、面板/芯子界面强度和损伤容限能力，提高了夹层结构的弯曲刚度和强度，又不会降低面板性能，并可以使用低成本的非热压罐工艺制造，大大降低生产成本。

本实用新型公开的一种一体化泡沫夹层结构及其增强方法，泡沫夹层结构中泡沫芯内的树脂柱可根据实际需要进行设计，设计参数包括树脂柱的直径、密度和角度等，具有较强的可设计性。

附图说明

图1为预制孔平行排列的一体化泡沫夹层结构示意图。

图2为预制孔交叉排列的一体化泡沫夹层结构示意图

附图标记：1、面板；2、泡沫夹芯；3、树脂柱。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例进行详细说明。

第一方面

图1为预制孔平行排列的一体化泡沫夹层结构示意图，如图1所示，一种一体化泡沫夹层结构，包括面板1和泡沫夹芯2，所述泡沫夹芯2上下表面均覆盖面板1，所述泡沫夹芯2固定在两个面板1之间，所述泡沫夹芯2上设有预制孔，所述预制孔平行排列，即预制孔与所述泡沫夹芯2厚度方向平行，夹层结构面外压缩强度较高。所述预制孔内灌满树脂，形成树脂柱3，所述树脂柱3沿厚度方向贯穿所述泡沫夹芯2的上下表面，所述泡沫夹芯2、面板1和树脂柱3为一体成型结构。

图2为预制孔交叉排列的一体化泡沫夹层结构示意图，如图2所示，所述预制孔交叉排列，与泡沫夹芯2厚度方向倾斜成一定角度，夹层结构剪切强度较高，其余同图1。

作为本实施例另一方面，所述树脂柱3与所述泡沫夹芯2厚度方向呈一定夹角，所述夹角范围为-90度~90度，不包括-90度和90度，方便成型过程中树脂有效灌注进预制孔内。

作为本实施例另一方面，所述树脂柱3与所述泡沫夹芯2厚度方向夹角为0度，所述树脂柱3垂直纵向贯穿所述泡沫夹芯2的上下表面。

作为本实施例另一方面，所述树脂柱3倾斜纵向贯穿所述泡沫夹芯2的上下表面，方便成型过程中树脂有效灌注进预制孔内。

进一步地，根据具体承载要求确定所述预制孔的直径和密度。

进一步地，所述树脂柱3均匀分布。

第二方面

本实用新型公开的一种一体化泡沫夹层结构的增强方法，包括以下步骤：

第一步：第一步：在泡沫夹芯2上设置规则排布的预制孔，所述预制孔贯穿所述泡沫夹芯的上下表面，所述预制孔必须沿厚度方向或与厚度方向呈一夹角；

第二步：所述泡沫夹芯2上下表面铺设干纤维布；

第三步，所述预制孔树脂灌注，所述干纤维布树脂浸润，二者同时进行；所述干纤维布浸润树脂固化后，形成面板1；

第四步：所述带预制孔的泡沫夹芯2与面板1采用树脂膜熔渗（rfi）工艺成型，在真空辅助作用下树脂会进入预制孔内，形成树脂柱3，形成一体化成型的泡沫夹层结构。

优选地，所述第一步中，所述预制孔与所述泡沫夹芯2厚度方向呈一定夹角，所述夹角范围为-90度~90度，不包括-90度和90度，方便成型过程中树脂有效灌注进预制孔内。

以上列举的仅是本实用新型的具体实施例之一。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型所要保护的范围。

技术特征：

1.一种一体化泡沫夹层结构，包括面板和泡沫夹芯，所述泡沫夹芯上下表面均覆盖面板，所述泡沫夹芯固定在两个面板之间，其特征在于：所述泡沫夹芯上设有预制孔，所述预制孔内灌满树脂，形成树脂柱，所述树脂柱沿厚度方向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面，所述泡沫夹芯、面板和树脂柱为一体成型结构。

2.如权利要求1所述的一种一体化泡沫夹层结构，其特征在于：所述树脂柱与所述泡沫夹芯厚度方向呈一定夹角，所述夹角范围为-90度～90度，不包括-90度和90度。

3.如权利要求2所述的一种一体化泡沫夹层结构，其特征在于：所述树脂柱与所述泡沫夹芯厚度方向夹角为0度，垂直纵向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面。

4.如权利要求2所述的一种一体化泡沫夹层结构，其特征在于：所述树脂柱倾斜纵向贯穿所述泡沫夹芯的上下表面。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的一种一体化泡沫夹层结构，其特征在于：所述树脂柱平行排列或交叉排列。

6.如权利要求5所述的一种一体化泡沫夹层结构，其特征在于：所述树脂柱均匀分布。

技术总结
本实用新型提供的一种一体化泡沫夹层结构，包括面板和泡沫夹芯，泡沫夹芯上下表面均覆盖面板，泡沫夹芯固定在两个面板之间。泡沫夹芯上设有预制孔，预制孔内灌满树脂，形成树脂柱，树脂柱沿厚度方向贯穿泡沫夹芯的上下表面。本实用新型公开的一种一体化泡沫夹层结构，只需在泡沫夹芯内预先制孔，不会损伤复合材料面板，既提高了泡沫夹层结构的芯子强度、面板/芯子界面强度和损伤容限能力，提高了夹层结构的弯曲刚度和强度，又不会降低面板性能，且大大降低生产成本。

技术研发人员：李朝光;黄小均;王红飞;杜龙;王学强;岳鹏阳;刘志远;尹彦琦
受保护的技术使用者：江西洪都航空工业集团有限责任公司
技术研发日：2019.12.04
技术公布日：2020.09.29