[发明专利]一种全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法

说明书

本发明公开了一种全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，内部采用PMI泡沫作为夹芯材料，外表面采用碳纤维编制布全包裹形成复合材料壳体，翼肋上表面有凹槽用于布置太阳能电池板。本发明采用阴模加真空袋抽真空固化成型，翼肋模具包含下模具、上模具以及镶嵌块，固化前对PMI泡沫的每一个裸露面敷上碳纤维编制布，并在碳纤维编织布搭接处内埋一束碳丝以保证碳纤维铺层的连续性和搭接强度，从而得到全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋。通过本发明加工方法所得到的翼肋重量轻，弦长为275mm的单个翼肋重量为14.9g，平均密度为114.2kg/m³；强度高，在10倍气动力载荷下未出现分层、断裂现象；刚度大，在10倍气动力载荷下翼肋最大变形为0.3cm。

技术领域

本发明属于飞行器设计领域，涉及一种全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，具体来说是一种加工得到强度刚度高、质量轻、且各表面均覆盖有连续碳纤维的新型复合材料泡沫夹芯翼肋的方法。

背景技术

绝大多数飞机都会使用翼肋来支撑蒙皮以及传递气动力，对于临近空间太阳能无人机而言，为了尽可能减轻结构重量，通常采用复合材料作为翼肋材料。现有层合板式翼肋加工方法得到的纯碳纤维翼肋，厚度大、重量大，会导致太阳能无人机严重超重；现有夹芯层板式翼肋加工方法得到的复合材料泡沫夹芯翼肋，仅在翼肋的两个侧面包裹有碳纤维，局部泡沫外露，强度低、刚度差，受到较大气动力时容易出现脱胶、分层，会导致太阳能无人机在大过载下结构失效。因此，对于太阳能无人机而言，需要寻求一种新的翼肋加工方法，以得到更加轻质高效的翼肋结构。

发明内容

为解决现有复合材料翼肋加工方法的不足，本发明提出一种用于太阳能无人机的新型全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，相比于现有加工方法，应用用本发明所得到的翼肋在同等重量下可以承受更大的载荷。

本发明提出一种全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋的加工方法，采用阴模加真空袋抽真空固化成型，翼肋模具包含下模具、上模具以及镶嵌块，固化前对PMI泡沫的每一个裸露面敷上碳纤维编制布，并在碳纤维编织布搭接处内埋一束碳丝以保证碳纤维铺层的连续性，从而得到全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋。

所述全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋包括内部PMI泡沫夹芯材料和外部碳纤维编制布全包裹壳体，翼肋的每一根肋条四周都由连续的碳纤维编制布包裹而成，可以大幅度提升翼肋整体强度与刚度。

所述全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋侧面开有三角形减轻孔，形成桁架式支柱，用来传递气动力；开有前后两个圆形孔，用来配合机翼前后圆梁；上表面有凹槽用于布置太阳能电池板。

加工过程中，用碳纤维编制布包裹PMI泡沫每一根肋条的四周，并在碳纤维编织布交界处搭接，在搭接处内埋一束碳纤维丝以保证碳纤维铺层连续性以及搭接强度。包裹后的翼肋整体放入翼肋模具，覆盖真空袋抽真空固化。

所述翼肋模具包括下模具，上模具以及镶嵌块。

所述上模具分为两块，翼肋脱模时将两块上模具沿水平相反的方向平移，便于脱模。上模具和镶嵌块通过销钉固定在下模具上。

本发明的创新点和优点在于：

1、本发明全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，用碳纤维编织布全包裹内部PMI泡沫，形成壳体结构，无泡沫外露，使得翼肋相比于现有的夹芯层板式复合材料泡沫夹芯翼肋有更大的强度和刚度，在受到复杂气动力时不易出现分层与脱胶。

2、本发明全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，在保证碳纤维编织布全包裹内部PMI泡沫的同时，在碳纤维编织布交界处内埋一束宽度为2mm的碳丝，并在这束碳丝上搭接。这种搭接方式使翼肋碳纤维层连续，搭接处外表面光滑，加工出来的全包裹复合材料泡沫夹芯翼肋强度高、重量轻。

3、本发明全包裹式复合材料泡沫夹芯翼肋加工方法，可广泛应用于太阳能无人机的翼肋结构加工，对于太阳能无人机降低结构重量、增大结构强度刚度具有重要意义。

附图说明