[发明专利]一种复合材料帽型长桁壁板结构及制备方法

说明书

本发明涉及一种复合材料帽型长桁壁板结构及制备方法，属于航空制造技术领域。该帽型长桁壁板包括多个帽型长桁单元，所述帽型长桁单元的下凸缘部分无相对间隙，其中，所述多个帽型长桁单元由一个完整铺层预成型得到，且相邻两个帽型长桁单元的下凸缘部分无间隙地与蒙皮进行连接。本发明为复合材料壁板结构提供了一种帽型长桁加筋壁板结构设计构型，基于自动铺放技术和热隔膜成型技术的帽型长桁预成型工装及工艺方法，以及加筋壁板共固化成型工艺流程及实施方案。与传统手工铺放操作过程相比，基于自动化的制造技术可以消除人工影响因素，同时满足大型整体化复合材料加筋壁板制造对于工艺稳定性和生产效率的要求。

技术领域

本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种复合材料帽型长桁加筋壁板结构及制备方法。

背景技术

复合材料整体加筋壁板类结构凭借其优异的性能广泛应用于民用飞机主承力壁板结构中。相比T型、J型、L型等长桁构型壁板，帽型长桁壁板结构具有扭转刚度更高，弯曲稳定性更优的特点，并作为最典型的加筋壁板结构在航空航天领域中广泛应用。特别是大型民用飞机的机身桶段，基本都采用了帽型长桁加筋壁板结构。

常见的帽型长桁壁板结构如图1所示，由若干个彼此独立的长桁单元及蒙皮组合而成，其中相邻长桁单元的下凸缘(与蒙皮连接区域)部分保持一定间距。此类壁板结构制造过程中通常采用多个长桁分别铺贴并固化成型而后与未固化蒙皮整体组合定位后共胶接固化成型。已固化的干长桁与未固化的湿蒙皮整体组合过程中，容易出现帽型长桁下凸缘间距尺寸公差以及长桁轴线位置精度较难控制等质量问题。此外，图1所示帽型长桁壁板结构整体共固化成型过程中，可能存在的主要问题分析如下：

1.常见帽型长桁壁板结构设计方案包括若干个彼此独立无连接的长桁单元，其帽型长桁成型过程中下凸缘铺层需预留足够的余量满足净尺寸边界的加工要求，工艺过程繁琐且导致原材料浪费，同时可能存在长桁下凸缘边缘与蒙皮间脱粘分层的制造缺陷；

2.常见的帽型长桁壁板结构中长桁铺层多以手工铺叠成型为主，成型过程存在制造效率低且质量稳定性差，尤其帽型长桁倒圆角区域的质量不易控制，难以满足民机结构工艺稳定性、适航和成本等多方要求。

发明内容

为了有效解决以上问题，本发明提供了一种新型帽型长桁壁板结构设计及基于自动化技术的整体壁板共固化成型工艺方案。其中相邻帽型长桁单元下凸缘部分无相对间隙的构型特点，可以获得远远大于传统帽型长桁壁板结构的胶接面积，有效地避免了长桁与蒙皮连接区域容易出现的局部褶皱及脱粘分层等制造缺陷；本发明提供了一种同时采用自动铺放及热隔膜成型等自动化技术的长桁预成型工装及工艺方法，以及加筋壁板共固化成型工艺方案，可以在大幅度提高工艺稳定性的同时，大大提高制造效率并降低原材料的损耗率。

根据本发明的第一方面，提供一种复合材料帽型长桁壁板，所述帽型长桁壁板包括多个帽型长桁单元，所述帽型长桁单元的下凸缘部分无相对间隙，

其中，所述多个帽型长桁单元由一个完整铺层预成型得到，且相邻两个帽型长桁单元的下凸缘部分无间隙地与蒙皮进行连接。

进一步地，所述多个帽型长桁单元彼此间距为100mm-200mm。“间距”意指两个相邻帽型长桁单元顶部中心线之间距离。

进一步地，所述多个帽型长桁的高度，约为25mm-50mm。

根据本发明的第二方面，提供一种用于制备以上所述复合材料帽型长桁壁板的制备方法，所述方法包括：

步骤1：基于自动铺放技术及热隔膜成型技术预成型帽型长桁；

步骤2：对所述预成型帽型长桁与蒙皮组合后形成壁板结构进行共固化成型及真空封装。

进一步地，所述步骤1具体包括：

步骤11：基于自动铺放技术完成蒙皮及帽型长桁平面毛坯的铺放成型；