[发明专利]一种应用燕尾榫结构的复合材料主承力翼面及其制备方法

说明书

本发明涉及一种应用燕尾榫结构的复合材料主承力翼面及其制备方法。该主承力翼面包括夹芯泡沫、金属接头和蒙皮；所述夹芯泡沫通过预制的燕尾榫的榫头与所述金属接头上预制的燕尾榫的榫眼相连接，或者所述夹芯泡沫通过预制的燕尾榫的榫眼与所述金属接头上预制的燕尾榫的榫头相连接；所述夹芯泡沫和所述金属接头的外部包覆所述蒙皮。所述夹芯泡沫以及所述夹芯泡沫上下的蒙皮即复合材料面板可为变厚度设计，以符合主承力翼面工作过程中受到的载荷从根部到翼尖逐渐变小的趋势变化。本发明中翼面内部的夹芯泡沫通过预制的榫头/榫眼和金属接头预制的榫眼/榫头相连接，提高了连接处的抗拉强度及协调变形的能力。

技术领域

本发明涉及一种应用古代榫卯结构的复合材料主承力翼面及其制备方法，属于复合材料设计及成型技术领域。

背景技术

飞行器重量与性能及经济性关系密切，减轻飞行器结构重量是飞机研制工作中的主要目标之一。复合材料翼面具有比刚度和比强度高、抗疲劳和抗腐蚀性能好等优良的力学性能，在航空、航天结构中得到了广泛的应用，其应用范围由最初的次承力结构扩展到现在的主承力结构。

为了减轻结构重量，提高飞行器的航程和经济性，复合材料主承力翼面通常采用泡沫或者蜂窝夹芯减重结构。在飞行过程中，主承力翼面的根部接头、复合材料部分和夹芯材料协同变形并分布传递载荷，产生升力。如何提高翼面内部的夹芯泡沫和金属接头连接处的抗拉强度及协调变形的能力，是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种应用燕尾榫结构的复合材料主承力翼面及其制备方法，翼面内部的夹芯泡沫通过预制的榫头/榫眼和金属接头预制的榫眼/榫头相连接，提高了连接处的抗拉强度及协调变形的能力。

本发明的技术解决方案：

一种应用燕尾榫结构的复合材料主承力翼面，包括夹芯泡沫、金属接头和蒙皮；所述夹芯泡沫通过预制的燕尾榫的榫头与所述金属接头上预制的燕尾榫的榫眼相连接，或者所述夹芯泡沫通过预制的燕尾榫的榫眼与所述金属接头上预制的燕尾榫的榫头相连接；所述夹芯泡沫和所述金属接头的外部包覆所述蒙皮。

优选地，所述的主承力翼面，为碳纤维复合材料面板(即蒙皮)和夹芯泡沫构成的减重结构，夹芯泡沫为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫或聚氨酯泡沫，预先机加成所需要的外形。

优选地，按照主承力翼面不同区域的承载特性，所述的夹芯泡沫为变厚度设计，从翼根区域到翼尖逐渐变厚，相应地，泡沫上下的蒙皮即复合材料面板从翼根区域到翼尖区域逐渐变薄，符合主承力翼面工作过程中受到的载荷从根部到翼尖逐渐变小的趋势变化。

优选地，所述的夹芯泡沫沿翼面弦向分成多块，可以在主承力翼面内部形成多闭室结构，提高复合材料翼面的抗弯及抗扭性能。

优选地，为了减小刚度阶跃，所述的每块泡沫根部和接头配合的区域都有凸起的插头，插入金属接头预留的空腔，通过插头和空腔的挤压传递翼面受到的载荷。

优选地，所述夹芯泡沫的插头的端面机加出燕尾形状的凸台(即燕尾榫的榫头)，配合金属接头预留的空腔的内壁的端面机加出的燕尾形状的凹槽(即燕尾榫的榫眼)；或者在金属接头预留的空腔内壁的端面机加出燕尾形状的凸台(即燕尾榫的榫头)，配合夹芯泡沫的插头的端面机加出的燕尾形状的凹槽(即燕尾榫的榫眼)。凸台根部窄，端部宽，凹槽根部宽，端部窄。

可选地，所述的燕尾榫可以是一个整块，也可以加工成多个部分再拼接成榫卯结构。

一种应用燕尾榫结构的复合材料主承力翼面的制备方法，包括以下步骤：

在夹芯泡沫和金属接头上机加出榫头形状的凸块或者榫眼形状的凹面；

将夹芯泡沫包覆预浸料并通过模具预增强固化，并与金属接头机加成型出的榫眼形状的凹面或者榫头形状的凸块连接；

在夹芯泡沫和金属接头组合的“阳模”上整体包覆预浸料并固化成型主承力翼面。