[发明专利]纤维铺缝窗框预制体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维铺缝窗框预制体的制造方法，属于复合材料成型领域。

背景技术

复合材料因其优异的力学性能和减重效果，近年来在飞机上越来越多的替代金属材料作为制造飞机零部件的首选材料。如波音B787和空客A350 XWB大型客机复合材料用量均超过50%，用其制造的零部件有机身、尾翼、机翼翼梁、蒙皮、中央翼盒、窗框等。

为了更好的理解飞机窗框的结构特点，以图1、图2为例进行说明。

如图1，飞机窗框通常含有一个内凸缘和一个外凸缘，以及在内外凸缘之间的L型拐角，内外凸缘与L型拐角使窗框截面形成台阶状的曲面结构。

如图2，飞机窗框安装在圆筒形的机身段上，其侧面的外形为了适应机身段外形，窗框通常带有一个侧向的弯曲半径R。

台阶曲面与侧向弯曲使窗框外形复杂，传统的窗框制造方法是采用延展性好的轻质金属进行成形，但随着飞机对轻量化的要求的提高，很多先进飞机均采用复合材料制造窗框。

复合材料窗框有着极佳的力比强度、比刚度和疲劳性能。但用复合材料预浸料或织物成形如此复杂的窗框外形易造成制件空隙率增加、纤维方向排布不均匀，从而降低窗框的力学性能。为了避免这些问题，波音公司采用短切纤维模压的方法制造B787的窗框，空客公司采用纤维铺缝的方法制造A350 XWB的窗框，均取得良好效果并得以成功运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种窗框预制体的制造方法，能够实现成形复杂外形的窗框，并在实现各个方向实现力学增强、以满足窗框复杂的受力环境。

本发明的技术解决方案是：

一种纤维铺缝窗框预制体的制造方法，通过子预制体铺缝、预制体缝合局部定型、子预制体层间增强得到窗框预制体，具体为包括如下步骤：

子预制体铺缝，在基材上使用纱线将纤维丝束缝合，形成子预制体的第一方向铺层，根据子预制体的铺层方案，采用环向纤维增强模式、径向纤维增强模式、任意角度方向纤维增强模式和厚度方向增强模式中的一项或两项以上的组合，在基材或已缝合于基材的铺层上缝合增强铺层，沿环状铺缝边界修剪多余的基材，得到子预制体；

预制体缝合局部定型，将所得子预制体安放在模具上，用纱线在L型拐角区域进行环向缝合，使子预制件定型、形成窗框外形；

子预制体层间增强，在已定型的子预制体上安放一个以上的子预制体，用纱线在L型拐角区域进行环向缝合，使子预制件定型、形成窗框外形，形成最终窗框预制体；或直接在已定型的子预制体上缝合纤维丝束形成铺层，用纱线在L型拐角区域进行环向缝合，用纱线缝合在内凸缘上的内边界和外凸缘上的外边界，形成窗框形面的最终预制体。

进一步地，环向纤维增强模式为在基材或已缝合于基材的铺层上采用纱线将纤维丝束缝合，使连续纤维丝束沿环状铺缝区域均匀排布。

进一步地，径向纤维增强模式为在基材或已缝合于基材的铺层上采用纱线将纤维丝束缝合，使连续纤维丝束循环呈S型沿径向呈放射状排布，形成径向增强纤维。

进一步地，径向纤维增强模式中，在放射状径向增强纤维靠近环状铺缝区域外径处，采用纱线将纤维丝束缝合在基材或已缝合于基材的铺层上形成扇形增强路径。

进一步地，任意角度纤维增强模式为在基材或已缝合于基材的铺层上选取第一铺缝起始点，采用纱线将纤维丝束缝合，使连续纤维丝束在第一铺缝区域沿任意角度θ方向排布；然后，在基材上选取第二铺缝起始点，采用纱线将纤维丝束缝合，使连续纤维丝束在第二铺缝区域沿任意角度θ方向排布。

进一步地，子预制体为由纱线将纤维丝束铺缝在基材或已缝合于基材的铺层上，使纤维丝束固定在预定方向，且子预制体包含环向纤维增强模式、径向纤维增强模式、任意角度方向纤维增强模式和厚度方向增强模式中至少一个增强模式的纤维丝束。

进一步地，在已定型的子预制体上安放一个以上的子预制体，两个以上的子预制体采用环向纤维增强模式、径向纤维增强模式、任意角度方向纤维增强模式和厚度方向增强模式中的一项或两项以上的组合缝合而成。

本发明的有益效果是：该种纤维铺缝窗框预制体的制造方法，所制得的预制体能使纤维合理排布、保证各个方向增强、精确成型变厚度截面，结合树脂注入工艺，可用于成形含有多个L型拐角或台阶曲面的复杂外形复合材料结构件，如飞机窗框、喷气发动机燃烧室或轮辋等。

附图说明

图1是实施例中窗框的结构示意图；

图2是实施例中窗框结构的侧视图；

图3是实施例中纤维铺缝方法的原理示意图；