[发明专利]一种机翼复合材料缩比模型的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料结构和飞机风洞气动弹性试验模型的制造技术领域，涉及一种机翼复合材料缩比模型的制造方法，特别是用于机翼气动弹性风洞试验的复合材料缩比模型。

背景技术

飞机研制过程中，必须对机翼等结构的缩比模型进行气动弹性风洞试验，以研究飞机各主要部件，如机翼等结构的空气动力学特性，为飞机的载荷确定、强度校核以及颤振特性研究提供重要的试验数据。根据相似理论，优良的机翼缩比模型需要在几何外形、静刚度特征、重量特征等方面与原机翼结构具有相似性，这样才能更好的满足机翼气动弹性风洞试验要求，提高试验数据的可靠性。早期的飞机机翼气动弹性风洞试验多采用全金属或全实木制造的机翼缩比模型，此类模型一般采用数控加工方式制造，易于获得较高的几何外形精度，但是由于这样的缩比模型为实体结构，因而其弹性特征与实际机翼结构的弹性特征完全不同。目前，大量采用基于金属骨架结构的机翼缩比模型进行气动弹性风洞实验。此类模型主要由金属骨架、蒙皮和填充泡沫构成，其中金属骨架为单梁或多梁与肋板构成的骨架结构，是机翼缩比模型的主要承力构件，提供机翼缩比模型的绝大部分抗弯和抗扭刚度；而蒙皮和填充泡沫仅仅用于气动维形和气动力传递，对机翼缩比模型的刚度贡献极少，从而造成缩比模型的结构效率低、自身重量大，使得机翼缩比模型难以满足与机翼结构在重量特征方面的相似关系。同时，由于此类机翼缩比模型的金属骨架采用整块金属材料数控加工得到，受加工中残余应力的影响，金属骨架变形较大，造成制造完成的缩比模型难以获得较高的几何外形精度，影响机翼气动弹性风洞试验精确性。

机翼复合材料缩比模型是一种新型的机翼缩比模型形式，它在结构形式上与原机翼结构具有部分的结构相似特征，主要由蒙皮、翼梁、翼肋、填充泡沫和界面增韧层构成。其中安装在缩比模型根部的翼肋用于连接缩比模型主体和风洞洞壁或其他支撑结构；蒙皮和翼梁等构件均由树脂基纤维增强复合材料制成，且各个构件的相对位置、承载特性等与原机翼结构具有相似性；填充泡沫一方面用于排空空气，另一方面与缩比模型的蒙皮、翼梁、翼肋粘接在一起，防止风洞试验时机翼缩比模型出现结构失稳现象。各粘接界面上存在界面增韧层，以确保粘接可靠性。机翼复合材料缩比模型利用复合材料可设计性好、比模量高、易成型的优点，在模型结构上部分模拟原飞机蒙皮和骨架等承力结构的几何拓扑特征及刚度分布特征，不仅能够大大提高缩比模型的结构效率，有效降低缩比模型的结构重量；而且在载荷传递与刚度分配特征上也具有相似性，使得机翼缩比模型与原机翼结构具有了更高的相似性，更有利于飞机机翼的风洞试验研究。由于机翼复合材料缩比模型的结构复杂，其制造不仅要保证机翼缩比模型的外形几何精度，而且在很多情况下要考虑机翼缩比模型在弹性特征、质量分布特征等方面的精确性。而传统的复合材料结构制造方法，多立足于通过改善工艺过程和材料特性，尽可能提高结构的刚度和强度，这与机翼复合材料缩比模型的制造目标是不相符的。因而需要一种机翼复合材料缩比模型的制造方法，能够不仅保证机翼缩比模型的外形几何精度，而且还能够保证机翼缩比模型在刚度特征、质量特征等方面的精确性。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种机翼复合材料缩比模型的制造方法，特别是一种用于气动弹性风洞试验的机翼缩比模型的制造方法，包括缩比模型主体和用于连接风洞洞壁与缩比模型主体的金属根肋。本模型以较小的重量获取较大的刚度和强度，并且能够根据不同的需要，调节机翼复合材料缩比模型的抗弯和抗扭刚度，使模型达到指定的抗弯和抗扭刚度。

本发明采用的技术方案是：一种飞机的机翼复合材料缩比模型的制造方法：根据上述机翼复合材料缩比模型的结构形式，其制造按照先制造翼梁1和翼肋2，然后将翼梁1和翼肋2组合连接成为骨架，骨架与金属根肋3连接，然后再在骨架上安装填充泡沫5，然后对填充泡沫进行修形，最后使用模具和修形后的含泡沫的骨架共同成型上、下蒙皮4、6，并同时将上下蒙皮与含泡沫的骨架连接成为一体。具体制造方法如下：

一、模具制造方法

（1）蒙皮模具的制造方法：蒙皮有上、下蒙皮4、6，对应有上下蒙皮模具的制造，材料选用金属合金，加工方法为数控加工，要求是模具内表面形面满足树脂传递模塑工艺的要求；在模具上加工出定位骨架的装置，开槽或者用定位块，上下蒙皮模具闭模之后在模具上加工出出入浇口，出入浇口位置的选择是经RTM-Worx软件优化流道后得到的，优化的原则是尽可能保证树脂能够很好的浸渍纤维增强材料；