[发明专利]一种超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料壳体制备方法

说明书

本发明涉及一种超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料壳体制备方法，通过设置可自由移动的封头导向定位装置、自动化缠绕线型轨迹规划，实现“非测地线”等距螺旋筋、环筋热熔预浸丝的精准进槽数控自动化缠绕及骨架筋条与多特征结构铺层的交替进行。针对多特征无蒙皮骨架式结构，通过均衡交互耦合铺层结构设计，精确计算骨架筋条热熔预浸丝缠绕循环数、均衡交互耦合筋条缠绕‑端框‑开口补强区铺层结构、筋条打散等，实现了侧壁翻边、端框、骨架筋条的均匀有效连接，保证了产品整体刚度及稳定性。通过优化骨架筋条R角模具设计、预压实控制技术及合理的固化工艺，解决了无蒙皮骨架筋条溢边造成的筋条尺寸精度差、筋条缺陷、多特征结构固化加压干涉问题造成的产品质量缺陷，实现超轻质多特征无蒙皮骨架复合材料壳体的高质量、高尺寸精度一体化成型，较传统蒙皮结构减重30％以上，满足航天型号轻质化要求。

技术领域

本发明涉及一种超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料壳体制备方法，属于复合材料及工艺领域。

背景技术

先进复合材料骨架式结构以其良好的几何拓扑优化性、优异的结构承载性能、高比强度和比刚度等特点，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。

无蒙皮复合材料骨架式结构在继承复合材料骨架式结构自稳定性高、抗屈曲能力强、可优化性强、初始缺陷敏感性低、应力分布均匀、可有效分配载荷等诸多优点的同时，还有自身独特的优点：计算及试验均表明复合材料骨架式结构中骨架式筋条承载效率远高于蒙皮；采用无蒙皮骨架式结构复合材料，可实现结构超轻质化；自然克服蒙皮-骨架结构中骨架筋条与蒙皮间的粘接薄弱界面，提高结构承载能力。目前，俄罗斯、印度先进上面级承力舱已成功应用无蒙皮骨架式结构。由于没有蒙皮，骨架筋条相交的节点处成型、骨架筋条与端框的连接更为困难，筋条溢边严重造成的筋条尺寸精度差、筋条缺陷问题突出，目前国内尚无自主研制生产的无蒙皮复合材料骨架结构应用于工程实践。

为实现某在研固体运载火箭运载能力的最大化，其先进上面级卫星支架采用了创新的超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料设计，针对此种多特征无蒙皮骨架式结构制备方法，国内外尚无报道。如何解决超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料卫星支架的高效、高质量、高尺寸精度一体化成型，满足型号结构减重要求，是亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料壳体制备方法，实现超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料卫星支架的高效、高质量、高尺寸精度一体化成型，满足型号结构减重要求。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种超轻质多特征无蒙皮骨架式复合材料壳体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在主轴上依次安装下端封头导向定位装置、主体成型模具、上端封头导向定位装置，将模具固定在数控缠绕机上，将定位装置移动至与主体成型模具相分离至少150mm。

(2)、根据产品三维模型进行自动化缠绕线型轨迹规划。

(3)、采用热熔法预浸料，根据产品三维模型，估算骨架筋条使用的预浸丝数量，并利用预浸丝分切设备制备热熔法预浸丝。

(4)、采用热熔法预浸料，根据产品三维模型，对铺层用料尺寸进行精确计算，并利用自动下料设备精确下料；

(5)、依次开展上端、下端、开口补强区铺层(1)，其中上下两端铺层料内翻至端框区域；

(6)、将定位装置移动至与主体成型模具相连接，调取自动化缠绕程序，进行螺旋筋条、环向筋条缠绕(1)，完成后，将预浸丝在主体成型模具与封头交接处切断，将筋条至少打散到上、下两端翻边及开口补强区铺层内；

(7)、依据步骤(5)、(6)的方法，交替完成铺层、筋条缠绕n个循环至剩余2-6层铺层及筋条缠绕，其中n为正整数；

(8)、依据步骤(6)、(5)的方法，依次完成剩余筋条缠绕及铺层；