[发明专利]一种复合材料翼面类夹芯结构及其成型方法

说明书

本发明涉及一种复合材料翼面类夹芯结构及其成型方法。所述方法为：将泡沫芯材从翼根至翼尖机加成厚度依次递增的I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区泡沫芯材；泡沫表面粘接准备；将Ⅰ区预先切好的每块泡沫包覆4层预浸料，铺层[90/90/0/90]，再与Ⅱ～Ⅳ区泡沫芯材组合成一整体；对Ⅰ区、Ⅱ区泡沫整体包覆4层预浸料，铺层[90/0/90/90]，再对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区整体包覆4层预浸料，铺层[90/90/0/90]，最后对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区整体包覆4层预浸料，铺层[90/0/90/90]；泡沫增强固化成型。本发明使翼根两侧面板最厚，翼尖两侧面板最薄，能提高芯材抗压缩变形的能力，既实现了减重功能，又满足了结构强度设计要求。

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，尤其涉及一种复合材料翼面类夹芯结构及其成型方法。

背景技术

机身的复合材料化，可以大幅减重，增加飞行器的装油量，有效提高航程和燃油经济性等性能，已成为航空航天先进结构材料的发展方向。

复合材料结构构型设计灵活多变，三明治夹芯结构也是一种重要的减重结构方法。三明治夹芯结构就是在相对较厚的芯材两侧贴覆薄有足够刚度的面板，这种结构在承受弯曲载荷时，上下面板之间存在一定的距离，结构上反而能获得较大比例的刚性。

以碳纤维增强复合材料为例，芯材可以选择XPS泡沫(挤塑聚苯乙烯塑料泡沫)、EPP泡沫(聚丙烯泡沫)、PMI泡沫(聚甲基丙烯酰亚胺泡沫)等具有一定硬度和抗压能力的轻质泡沫塑料，使之形成碳纤维-芯材-碳纤维的复合夹芯结构。这种三明治夹芯结构在保持力学性能的同时还能显著减轻重量，更为重要的是还可以在一定程度上降低成本，在复合材料翼面上的应用前景十分广阔。但是，复合材料翼面产品由于翼根处至翼尖处承受的弯矩不同，现有普通三明治夹芯结构在翼根处至翼尖处的刚度相同，这就使得复合材料翼面强度和刚度不能很好地与复合材料翼面在飞行过程中承受的弯曲载荷相匹配，使得减重效果一般，没有发挥出复合材料翼面产品的强度和刚度可设计的特性。

针对上述问题，非常有必要提供一种强度和刚度匹配的复合材料翼面类夹芯结构及其成型方法。

发明内容

为了解决现有三明治夹芯结构应用在复合材料翼面类产品上存在的技术问题，本发明提供了一种复合材料翼面类夹芯结构及其成型方法。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种复合材料翼面类夹芯结构的成型方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将一泡沫芯材从翼根处至翼尖处机加成厚度依次递增的I区泡沫芯材、Ⅱ区泡沫芯材、Ⅲ区泡沫芯材和Ⅳ区泡沫芯材，并且将I区泡沫芯材切分成多块分块泡沫芯材；然后将机加后的I区泡沫芯材、Ⅱ区泡沫芯材、Ⅲ区泡沫芯材和Ⅳ区泡沫芯材置于烘箱中干燥，得到泡沫芯材加工件；

(2)在所述泡沫芯材加工件的表面先涂覆一层胶液并晾置20～30min后，再贴覆一层胶膜；

(3)将I区泡沫芯材切分好的每块分块泡沫芯材的表面依次按照90°、90°、0°和90°的铺层方向包覆四层碳纤维预浸料，然后再将I区泡沫芯材与Ⅱ区泡沫芯材、Ⅲ区泡沫芯材和Ⅳ区泡沫芯材组合成一个整体，得到阶梯形泡沫夹芯层；

(4)在所述阶梯形泡沫夹芯层上，先对Ⅰ区泡沫芯材和Ⅱ区泡沫芯材依次按照90°、0°、90°和90°的铺层方向整体包覆四层碳纤维预浸料，再对Ⅰ区泡沫芯材、Ⅱ区泡沫芯材和Ⅲ区泡沫芯材按照90°、90°、0°和90°的铺层方向整体包覆四层碳纤维预浸料，最后对Ⅰ区泡沫芯材、Ⅱ区泡沫芯材、Ⅲ区泡沫芯材和Ⅳ区泡沫芯材按照90°、0°、90°和90°的铺层方向整体包覆四层碳纤维预浸料，得到夹芯结构预制件；

(5)将所述夹芯结构预制件进行固化成型，得到复合材料翼面类夹芯结构。

优选地，在步骤(1)中，机加后的I区泡沫芯材、Ⅱ区泡沫芯材、Ⅲ区泡沫芯材和Ⅳ区泡沫芯材的厚度依次递增1mm。