[发明专利]一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮及其制备方法

说明书

本发明涉及一种机翼前缘蒙皮，尤其涉及一种具有夹层芯材的复合结构机翼外壳及其制备方法。解决了目前飞机机翼前缘存在抗冲击性不够好的技术问题。一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮，包括纤维金属层板复合材料外蒙皮、金属薄板内蒙皮以及夹层芯材；所述内蒙皮通过其边缘与外蒙皮铆钉铆接构成一个具有空腔的蒙皮结构；所述夹层芯材位于空腔内且固定在内蒙皮的内侧面，夹层芯材的顶部与外蒙皮内侧面之间存有间隙。本发明采用多层防护设计，逐层吸收耗散能量来提高机翼前缘蒙皮鸟撞击能力；内部轻而弱的夹层芯材传递沿厚度方向的剪切载荷，通过局部压溃吸收大量的鸟体撞击能，是鸟撞事故的第二道防线。

技术领域

本发明涉及一种机翼前缘蒙皮，尤其涉及一种具有夹层芯材的复合结构机翼外壳及其制备方法。

背景技术

飞机的鸟撞事故是一种突发性、多发性飞行事故，轻则飞机受损，重则机毁人亡。美国空军自1974年到1998年间，发生22423起鸟撞事故，平均每年1600多起，多次造成危害飞行安全的事故。作为飞机上的关键部件，机翼前缘是飞机上易受鸟撞部位。现代军用飞机的机翼内部通常布置有油路系统等重要设备，因此需严格控制鸟撞击过程中机翼前缘的位移、变形，更不能发生穿透性破坏。

为了增强机翼前缘蒙皮的抗鸟撞能力，众多学者着手开发新结构和新材料。如王文智等人针对某型民机机翼前缘抗鸟撞设计，提出一种内嵌铝合金斜支板的抗鸟撞结构；张永康和李玉龙等人通过在蒙皮内加装单向斜支板和双向斜支板的方法增加前缘蒙皮的抗鸟撞性能；陈园方等人设计了 [ Al/ -45/45/45/ -45/Al] 铺层形式的FMLs蒙皮，可有效地提高前缘蒙皮结构的抗鸟撞性能；Hanseen和 Girard等人设计 Al-SiM90.5 泡沫铝芯层和 Al2024铝板组成的夹芯结构前缘蒙皮提高前缘蒙皮抗鸟撞性能。上述研究多集中于复合材料、内嵌斜支板和蜂窝结构，而夹层材料的吸能效率为蜂窝芯材的两倍多，已用于船舶耐撞，抗爆防护等领域。张延昌、周红等对夹层材料进行了研究，结果表明：折叠式夹层板具有良好的吸能特性和防护特性。此外，层合复合材料可把厚度方向的撞击损伤转化为面内方向，可有效的阻止或延缓层板纵向裂纹扩展，具有良好的抗冲击性能。因此如能结合上述两种材料的各自优势，制备出一种具有良好抗冲击性能的新材料，将是一项具有广阔应用前景的研究方向。

发明内容

本发明为解决目前飞机机翼前缘存在抗冲击性不够好的技术问题，提供一种具有夹层芯材的复合结构机翼外壳及其制备方法。

本发明所述的一种具有夹层芯材的复合结构机翼外壳是采用以下技术方案实现的：一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮，包括外蒙皮、内蒙皮以及夹层芯材；所述内蒙皮通过其边缘与外蒙皮铆钉铆接构成一个具有空腔的蒙皮结构；所述夹层芯材位于空腔内且固定在内蒙皮的内侧面，夹层芯材的顶部与外蒙皮内侧面之间存有间隙。

本发明采用多层防护设计，逐层吸收耗散能量来提高机翼前缘蒙皮鸟撞击能力，提供了一种由复合材料为外蒙皮，夹层材料为芯板、金属薄板为内蒙皮的机翼前缘蒙皮新结构，见示意图1。

进一步的，所述外蒙皮采用3/2结构纤维金属层板，依次由金属薄板、纤维布、金属薄板、纤维布、金属薄板共五层叠压而成；所述内蒙皮采用与外蒙皮的金属薄板相同的材质制成。

复合材料外蒙皮采用3/2结构纤维金属层合板，主要用来保持机翼外表面的平整性和其气动外形。3/2结构纤维金属层板（示意图2）依次由金属薄板、纤维布、金属薄板、纤维布、金属薄板共五层组成。其中金属薄板三层、纤维布两层，金属薄板厚度与纤维布的厚度比例为4:1或者5:1。金属薄板和纤维布交替叠层粘接而成。根据经济型、低成本原则，纤维金属层板制备工艺选择低温固化预浸料和真空袋法成型制备工艺。在鸟体撞击作用下，3/2结构纤维金属层板主要承担面内载荷，通过纤维破损、金属塑性变形、及界面层开裂来消耗鸟体的撞击动能，是鸟撞事故的第一道防线。