[发明专利]一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构及加工方法

权利要求书

1.一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于包括：内部骨架(1)、上蒙皮(2)、下蒙皮(3)、前缘(4)、舵轴(5)和法兰(6)；

所述前缘(4)固定安装在内部骨架(1)的前端面上，所述内部骨架(1)包括五条纵向梁和五条横向肋结构，由内部骨架(1)的前端面由前向后依次为第一纵向梁、第二纵向梁、第三纵向梁、第四纵向梁和第五纵向梁，两条横向肋结构分别形成内部骨架(1)的两个侧端面，剩余的三条横向肋结构将每条纵向梁肋分为四个部分；所述舵轴(5)通过法兰(6)固定安装在内部骨架(1)的一个侧端面上；

所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)覆盖在内部骨架(1)与前缘(4)组成的结构体的上表面和下表面上。

2.根据权利要求1所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述内部骨架(1)的五条纵向梁中每条梁的梁腹板厚度沿安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面的方向递减，五条横向肋结构的肋腹板厚度保持一致。

3.根据权利要求2所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述内部骨架(1)第一纵向梁的腹板厚度由安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面依次为2.0mm、1.8mm、1.8mm和1.8mm；第二纵向梁腹板厚度由安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面依次为3.0mm、2.6mm、2.0mm和1.8mm；第三纵向梁腹板厚度安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面依次为3.2mm、2.6mm、2.0mm和1.8mm；第四纵向梁腹板厚度安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面依次为2.4mm、2.2mm、2.0mm和1.8mm；第五纵向梁腹板厚度由安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面依次为2.0mm、1.8mm、1.8mm和1.8mm。

4.根据权利要求1所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)为非等厚度设计，上蒙皮(2)和下蒙皮(3)沿舵面结构的纵向分为四个区域，且厚度沿安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面的方向递减。

5.根据权利要求4所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)四个区域的三条分割线与将每条纵向梁肋分为四个部分的三条横向肋结构的中心线对应。

6.根据权利要求4所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述上蒙皮(2)和下蒙皮(3)沿安装有舵轴(5)的侧端面向另一个侧端面的方向四个区域的厚度依次为：3.2mm、2.6mm、1.8mm和1.2mm。

7.根据权利要求1所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述内部骨架(1)、上蒙皮(2)和下蒙皮(3)材料均为T800碳纤维增强环氧基复合材料。

8.根据权利要求1所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述前缘(4)包括外面板(7)、内面板(8)和内夹芯(9)；

所述外面板(7)为横截面为抛物线的板状结构，前缘(4)通过外面板(7)的边缘与内部骨架(1)固定连接，所述内面板(8)与外面板(7)固定连接，且与内部骨架(1)的前端面接触，内夹芯(9)位于内面板(8)与外面板(7)形成的密闭空间内。

9.根据权利要求1所述的一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构，其特征在于：所述舵轴(5)和法兰(6)的材料均为钛合金材料。

10.一种刚度递减的复合材料一体成型舵面结构加工方法，其特征在于工艺步骤如下：

(1)根据预先给定的尺寸，分别加工上蒙皮成型模具、下蒙皮成型模具、内部骨架成型模具、前缘成型模具和舵面装配工装；

(2)利用步骤(1)中的上蒙皮成型模具和下蒙皮成型模具分别进行上蒙皮和下蒙皮的固化成型；

(3)进行外面板(7)的固化成型，同时将泡沫材料机械加工成预定的形状，在外面板(7)与内夹芯(9)之间铺胶层，将加工好的内夹芯(9)放入外面板(7)中，铺设内面板(8)后进行二次固化成型；

(4)依据上蒙皮(2)和下蒙皮(3)内型面制作内部骨架(1)的外形模具；依据纵向梁和横向肋结构围成的每个格的空腔形状制作骨架结构的内型模具；在内型模具上铺设复合材料预浸料，铺设时保证纤维的连续性，每一层只允许有一个接缝，每一层的接缝位置均匀错开，铺好后对每个内部模具分别进行预压实，将预压实后的内部模具按顺序排列于外型模具中，排列时，每四个内型模具之间的缝隙用短碳纤维复合材料填充，排列完成后，在上层表面铺设加强缘条预浸料，最后进热压罐固化；

(5)内部骨架(1)结构出罐后，在内部骨架(1)的侧端面上安装舵轴(5)，采用螺栓紧固件连接；

(6)安装完舵轴(5)后，将上蒙皮(2)和下蒙皮(3)胶接在内部骨架(1)的缘条上，进罐进行二次固化；

(7)将前缘(4)机械连接于内部骨架(1)上，完成一体成型舵面结构的加工。