[发明专利]一种飞机柔性复合材料蒙皮及其制备方法

说明书

一种飞机柔性复合材料蒙皮，其主体蒙皮表面、波纹结构以及相变材料(如电流变液或形状记忆聚合物)组成，利用相变材料可以在主动控制下实现固体与液体之间的变化,或者玻璃态与橡胶态的变化，实现飞机柔性复合材料蒙皮刚度和变形能力的统一。蒙皮表面和波纹结构通过胶黏剂进行粘接在一起，中间形成空腔以相变材料进行填充。一种飞机柔性复合材料蒙皮的制备方法，它有五大步骤。本发明所需制备技术均已发展的较为完善，因此易于实现，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明提供了一种飞机柔性复合材料蒙皮及其制备方法，属于复合材料结构设计与制造 技术领域。

背景技术

传统飞机设计通常主要针对某种特定的飞行状态进行设计，使在该飞行状态下飞机具有 优异的飞行性能，但同时也会造成飞机在其他飞行状态下的性能不够出色。随着飞机设计经 验的增加和科学技术的不断发展，人们为了解决这一问题提出了变体飞机的概念，即通过在 空中主动改变机翼气动外形，使得飞机能在各种状况下都能达到最佳的飞行性能。传统飞机 蒙皮通常为金属材料的刚性蒙皮，这种蒙皮无法实现光滑连续的变形，通常只能进行简单的 整体变形控制(机翼翘曲等)。因此要使飞机能在空中改变气动外形，传统的刚性蒙皮就不再 适用，研究人员针对这一问题提出了柔性蒙皮的概念。柔性蒙皮指通过对飞机蒙皮内部结构 和成分的进行设计，具备足够的变形能力以满足机翼的变形要求的蒙皮，但同时柔性蒙皮也 需要具备足够的刚度以维持机翼外形并承受一定的气动载荷。目前在柔性复合材料蒙皮的研 究中，已经提出了多种解决方案。主要的设计思路主要包括：在飞机蒙皮内部通过蜂窝、波 纹等结构自身的特性实现变形；制造柔性基纤维增强复合材料，利用复合材料的性能特性实 现变形等。但在目前已提出的柔性蒙皮方案中普遍存在难以兼顾面内柔性和面外刚性的问题， 即面内变形能力较强的飞机蒙皮，其面外法向承载能力往往较弱；而面外法向承载能力较强 的飞机蒙皮，其面内变形能力较弱。

发明内容

本发明旨在提出一种新的飞机柔性复合材料蒙皮设计方案及其制备方法，以解决目前飞 机柔性复合材料蒙皮普遍存在的难以兼顾面内柔性和面外刚性的问题。

本发明采用的技术方案如下：

1)飞机柔性复合材料蒙皮的实现原理

本发明的飞机柔性复合材料蒙皮主体由蒙皮表面、波纹结构以及相变材料(如电流变液或 形状记忆聚合物)组成，利用相变材料可以在主动控制下实现固体与液体之间的变化,或者玻 璃态与橡胶态的变化,实现飞机柔性复合材料蒙皮刚度和变形能力的统一。

在飞机柔性复合材料蒙皮的波纹结构和蒙皮外表面间形成的空腔中填充相变材料，飞机 在正常飞行过程中对机翼内相变材料进行主动控制(如对电流变液通电施加电场)，此时相变 材料状态为固态，可以有效的维持机翼气动外形。当飞机在飞行途中需要改变机翼形状时， 根据所选相变材料特性使其从固态变为液态，或者或者玻璃态与橡胶态的变化,此时相变材料 不再承载，飞机柔性复合材料蒙皮刚度显著降低，因此可以很好的实现变形功能，当完成变 形后再次控制相变材料状态维持新的外形。此外考虑到该飞机柔性复合材料蒙皮结构在变形 过程中内部空腔体积会发生改变，因此在机翼内部需要增加相变材料体积控制装置以保证相 变材料始终能充满空腔。

内部的波纹材料所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，蒙皮表面使用橡胶材 料，在进行较大变形时为飞机柔性复合材料蒙皮提供光滑连续的气动外形。

本发明提出的飞机柔性复合材料蒙皮的设计方案利用相变材料的特性使柔性蒙皮存在两 种状态，一种易于变形，一种可有效承载。飞机在飞行过程中可针对不同的需求在两种状态 间相互转化，从而解决了飞机柔性复合材料蒙皮难以兼顾面内柔性和面外刚性的问题，具有 结构简单、易于操控的特点。此外，本发明所需制备技术均已发展的较为完善，因此易于实 现，具有良好的工程应用价值。

2)飞机柔性复合材料蒙皮的制备方法

制作步骤如下：