[发明专利]一种大曲率异型面大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料及其成型方法

说明书

本发明提供了一种大曲率异型面大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料及其成型方法，将预浸半固化的芳纶纸蜂窝在阳模上定型固化，得到蜂窝芯子毛坯；将蜂窝芯子毛坯放置在阴模上，按照蜂窝芯子净尺寸轮廓向内三～五个蜂窝格的范围填充发泡胶，将发泡胶预固化后得到刚度预增强的蜂窝芯子毛坯，加工至理论尺寸；以热熔预浸料制备外蒙皮、加强块、内蒙皮预浸料叠层，并与蜂窝芯子及预埋零件组装、固化，得到蜂窝共固化夹层结构复合材料。本发明采用蜂窝芯子刚度预增强、激光投影辅助的蜂窝成型与外形加工技术以及夹层结构组装共固化技术，避免了蜂窝芯子在固化成型过程中的塌陷变形，使成型后复合材料有较好的内部质量、外形尺寸精度与预埋零件位置精度。

技术领域

本发明属于夹层结构复合材料成型技术领域，特别涉及一种大曲率异型面大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料及其成型方法。

背景技术

随着新型号航空航天运输器对更大的尺寸、更大的载荷、更高的速度以及结构功能一体化的需求，简单结构、低高度的夹层结构复合材料已难以满足口盖、舱门等零件的设计要求。

随着飞行器尺寸与载荷的增加，为确保零件整体的力学性能，蜂窝夹芯高度也被设计得更高。蜂窝夹芯周向边缘带倒角的A型夹层结构在共固化过程中，由于热压罐压力的侧向分力，导致蜂窝夹芯容易侧向滑移、收缩变形甚至失稳塌陷。传统的零件设计中往往采用蜂窝夹芯四周倒角小于25°的方式来减少蜂窝的滑移与变形。然而随着蜂窝高度的增加，为确保零件的有效工作面积，设计的蜂窝夹芯的周向边缘倒角角度也会增加，从而进一步提高固化过程中的侧向分力。因此，传统的共固化成型工艺手段已无法避免大高度蜂窝固化变形、塌陷的问题。

随着飞行器速度增加，飞行器的气动外形被设计得更加复杂，舱门、口盖等零件的外型面也往往是异型面；而结构功能一体化的设计也往往使零件的内型面更加复杂，同时也会对夹层结构内部的预埋零件位置精度提出更高的要求。

综上所述，传统的蜂窝夹层结构共固化工艺技术已经难以满足新型号航空航天运输器的设计使用要求，而采用分步固化方法则难以保障复杂型面夹层结构零件的蜂窝-蒙皮胶接质量，同时也会极大的增加制造周期与成本。因此，实现蜂窝夹层结构共固化技术在大曲率、异型面、大高度的飞行器零件上的应用，对我国航空航天运输器的研制进程十分重要，其研究与沿用水平决定了飞行器中此类夹层结构构件的性能、质量与可靠性。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种大曲率异型面大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料的成型方法，可有效指导大曲率、异型面、大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料的成型，满足成型质量与预埋零件位置精度，从而提升该类夹层结构复合材料的性能、质量与可靠性。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种大曲率异型面大高度蜂窝共固化夹层结构复合材料的成型方法，包括如下步骤：

步骤(1)，根据蜂窝共固化夹层结构复合材料的外形尺寸制备成型模具，夹层结构中蜂窝芯子的高度≥30mm，周向边缘倒角为30～70°，所述成型模具包括用于蜂窝定型的阳模，以及用于蜂窝芯子刚度预增强和夹层结构复合材料共固化成型的阴模；所述阳模具有与蜂窝芯子内型面匹配的凸面结构，所述阴模具有与蜂窝芯子外型面匹配的凹面结构；

步骤(2)，将预浸半固化的Nomex芳纶纸蜂窝在阳模上真空包覆、定型固化，得到蜂窝芯子毛坯；

步骤(3)，将步骤(2)中制备的蜂窝芯子毛坯放置在阴模上，确认蜂窝芯子毛坯外型面与阴模型面匹配后将蜂窝芯子毛坯固定，按照蜂窝芯子净尺寸轮廓向内三～五个蜂窝格的范围填充发泡胶；

步骤(4)，将步骤(3)中填充发泡胶后的蜂窝芯子毛坯进行真空包覆、预固化，得到刚度预增强的蜂窝芯子毛坯；

步骤(5)，将步骤(4)中刚度预增强的蜂窝芯子毛坯加工至理论尺寸；

步骤(6)，获取热熔预浸料；