【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开涉及飞机无模成型翼梁，尤其涉及高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构及其制造方法。
技术介绍
1、飞机翼梁是承力的主要部件，主要作用是在飞行过程中承受拉压载荷和剪切力，因此要求其结构必须具备足够刚度与强度，以保证飞机的安全性。同时总体设计对机翼结构重量还提出了严格要求。复合材料具有比强度高，结构刚度大，良好的拉伸强度，适合通用小飞机翼梁的制造。
2、飞机翼梁可以分为单梁、双梁，单块式等，其中单翼梁相比其他翼梁是刚度大，能较好的利用机翼结构来减轻重量，便于批量制造，同时具备装配简单拆装翼梁方便便于专场。而单梁在飞行过程中最容易失效和破坏的形式是扭转失效，故解决单翼梁的抗扭力是一个重要的问题。同时飞机翼梁在飞行过程中受力产生的因扭转变形会增加飞机气动阻力，严重式发生失速。
3、现有技术中的复合材料工字梁的一般成型方式为模具成型，模具成型的劣势是，模具的设计周期较长，制造成本高。
4、因此，如何研究一种具备足够刚度与强度的飞机翼梁及制备方法是人们亟待解决的问题。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供了高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构及其制造方法，该结构的翼梁具备足够刚度与强度。
2、本专利技术提供的技术方案，具体为，高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，包括上缘条板、下缘条板、泡沫夹芯板、腹板；
3、所述上缘条板、下缘条板互为非平行结构，所述上缘条板、下缘条板为变截面；
4、所述泡沫夹芯板垂直设置在上缘条板与下缘条板间；
5、所述腹板为c型结构，设有两块分别固定在泡沫夹芯板两侧及上缘条板、下缘条板内侧，并在上缘条板、下缘条板间、腹板两侧形成两个c型空腔，上缘条板、下缘条板间、泡沫夹芯板、腹板共形成“工字梁”结构；
6、所述翼梁结构从翼根到翼尖方向，依次设有端部销钉孔加强区、泡沫填充区、中部销钉孔加强区及泡沫夹芯区；
7、所述泡沫夹芯区末端设有抗拉胶铆结构。
8、优选地，所述端部销钉孔加强区的两个c型空腔内分别胶接有端部前碳纤维加强块、端部后碳纤维加强块，位于所述端部销钉孔加强区的“工字梁”结构的截面通过胶接有端部前碳纤维加强块、端部后碳纤维加强块形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部缠绕，其中所述端部前碳纤维加强块、端部后碳纤维加强块为变截面。
9、优选地，所述泡沫填充区的两个c型空腔内分别胶接有前抗扭泡沫和后抗扭泡沫，位于所述泡沫填充区的“工字梁”结构的截面通过胶接的前抗扭泡沫和后抗扭泡沫形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部缠绕，其中所述前抗扭泡沫、后抗扭泡沫为变截面。
10、优选地，所述中部销钉孔加强区的两个c型空腔内分别胶接有中部前碳纤维加强块、中部后碳纤维加强块，位于所述中部销钉孔加强区的“工字梁”结构的截面通过中部前碳纤维加强块、中部后碳纤维加强块形成矩形结构；所述矩形结构外部由端部包裹部缠绕；所述中部前碳纤维加强块、中部后碳纤维加强块为变截面；
11、位于所述中部销钉孔加强区的腹板厚度高于其他区。
12、优选地，所述泡沫夹芯区与中部销钉孔加强区过渡处的两侧c型空腔内分别胶接有过渡抗扭前泡沫、过渡抗扭后泡沫；位于所述过渡处的“工字梁”结构的截面通过过渡抗扭前泡沫、过渡抗扭后泡沫形成矩形结构；所述矩形结构外部由端部包裹缠绕；所述过渡抗扭前泡沫、过渡抗扭后泡沫为变截面。
13、优选地，所述抗拉胶铆结构包括胶接铆钉、抗拉前碳纤维加强块和抗拉后碳纤维加强块，所述抗拉前碳纤维加强块和抗拉后碳纤维加强块粘结于所述c型空腔两侧，所述胶接铆钉分别从上缘条板上表面、下缘条板下表面穿过，将上缘条板与抗拉前碳纤维加强块、抗拉后碳纤维加强块及下缘条板与抗拉前碳纤维加强块、抗拉后碳纤维加强块铆接。
14、优选地，在中部销钉孔加强区：所述上缘条板、下缘条板向上弯曲，其中上缘条板向上弯曲的角度小于下缘条板，所述腹板从翼根到翼尖方向高度逐渐缩短；
15、从翼根到中部销钉孔加强区，上缘条板、下缘条板的宽度逐渐变大、厚度不变；
16、在泡沫夹芯区，上缘条板、下缘条板的宽度保持不变，腹板的高度逐渐缩短。
17、本专利技术还提供了所述高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构的制造方法，包括：
18、将所述上缘条板、下缘条板分别在热压罐中固化成型；将腹板泡沫夹芯板垂直连接在上缘条板、下缘条板间；采用预浸料铺层形成腹板将上缘条板、下缘条板、腹板泡沫夹芯板整体连接，形成工字梁结构，并在缘条板、下缘条板间、腹板两侧形成两个c型空腔；
19、所述预浸料铺层具体包括：
20、将上缘条板、下缘条板、腹板泡沫夹芯板放到工装上，铺设预浸料并浸胶，完成前腹板铺层；铺层完毕后进行真空处理，常温固化；
21、前腹板固化完毕后用翻转模具将翼梁翻转180度，在另一面即后腹板铺设预浸料并浸胶,铺层完毕后进行真空处理，常温固化；
22、在缘条末端安装抗拉胶铆结构，在上缘条板、下缘条板的末端分别钻两个孔，在两个c型空腔内侧分别用合模胶粘接抗拉前碳纤维加强块和抗拉后碳纤维加强块，其中抗拉前碳纤维加强块和抗拉后碳纤维加强块均设有一个通孔，将两根胶接铆钉铆接在上缘条板和抗拉前碳纤维加强块、抗拉后碳纤维加强块的孔中，翻转工字梁将另外两根胶接铆钉铆接在下缘条板和抗拉前碳纤维加强块、抗拉后碳纤维加强块的孔中；
23、在两个c型空腔内分别采用合模胶粘接端部前碳纤维加强块、端部后碳纤维加强块、填充区前抗扭泡沫、填充区后抗扭泡沫、中部前碳纤维加强块、中部后碳纤维加强块、过渡抗扭前泡沫、过渡抗扭后泡沫；最终在翼根到翼尖方向，依次形成端部销钉孔加强区、泡沫填充区、中部销钉孔加强区及泡沫夹芯区；
24、所述端部销钉孔加强区、泡沫填充区、中部销钉孔加强区及所述泡沫夹芯区与中部销钉孔加强区过渡处均有端部包裹缠绕，其缠绕方式为，浸胶后进行端头包裹缠绕铺层，缠绕铺层完毕后进行真空处理常温固化。
25、优选地，所述中部前碳纤维加强块、中部后碳纤维加强块由碳纤维单向预浸料铺设环氧树脂共固化而成。
26、优选地，端部包裹铺层材料可选择芳纶纤维、pbo纤维、玻璃纤维、碳纤维的单向纤维带或织物中的一种。
27、本专利技术提供的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构及其制造方法，其结构可以增加翼梁抗扭刚度及抗拉强度，减轻飞机质量。
28、本专利技术通过在翼梁两端部设计加强结构、泡沫夹芯区末端设有胶铆结构、端部销钉孔加强区使用碳纤维布包裹缠绕等方式显著提高了翼梁的抗拉强度，使得翼梁的上下缘条板受拉不会与腹板分离；
29、无模成型翼梁可以降低制造成本，同时缩短产品研发周期。
30、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
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1.高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，包括上缘条板(1)、下缘条板(2)、泡沫夹芯板(4)、腹板(5)；
2.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述端部销钉孔加强区(111)的两个C型空腔内分别胶接有端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)，位于所述端部销钉孔加强区(111)的“工字梁”结构的截面通过胶接的端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕，其中所述端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)为变截面。
3.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述泡沫填充区(222)的两个C型空腔内分别胶接有前抗扭泡沫(8)和后抗扭泡沫(9)，位于所述泡沫填充区(222)的“工字梁”结构的截面通过胶接的前抗扭泡沫(8)和后抗扭泡沫(9)形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕，其中所述前抗扭泡沫(8)、后抗扭泡沫(9)为变截面。
4.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述中
5.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述泡沫夹芯区(444)与中部销钉孔加强区(333)过渡处的两侧c型空腔内分别胶接有过渡抗扭前泡沫(12)、过渡抗扭后泡沫(13)；位于所述过渡处的“工字梁”结构的截面通过过渡抗扭前泡沫(12)、过渡抗扭后泡沫(13)形成矩形结构；所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕；所述过渡抗扭前泡沫(12)、过渡抗扭后泡沫(13)为变截面。
6.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述抗拉胶铆结构包括胶接铆钉(3)、抗拉前碳纤维加强块(15)和抗拉后碳纤维加强块(16)，所述抗拉前碳纤维加强块(15)和抗拉后碳纤维加强块(16)粘结于所述C型空腔两侧，所述胶接铆钉(3)分别从上缘条板(1)上表面、下缘条板(2)下表面穿过，将上缘条板(1)与抗拉前碳纤维加强块(15)、抗拉后碳纤维加强块(16)及下缘条板(2)与抗拉前碳纤维加强块(15)、抗拉后碳纤维加强块(16)铆接。
7.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，在中部销钉孔加强区(333)：所述上缘条板(1)、下缘条板(2)向上弯曲，其中上缘条板(1)向上弯曲的角度小于下缘条板(2)，所述腹板(5)从翼根到翼尖方向高度逐渐缩短；
8.如权利要求1-7任一所述高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构的制造方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构的制造方法，其特征在于，所述中部前碳纤维加强块(10)、中部后碳纤维加强块(11)由碳纤维单向预浸料铺设环氧树脂共固化而成。
10.根据权利要求8所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构的制造方法，其特征在于，端部包裹铺层材料可选择芳纶纤维、PBO纤维、玻璃纤维、碳纤维的单向纤维带或织物中的一种。
...【技术特征摘要】
1.高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，包括上缘条板(1)、下缘条板(2)、泡沫夹芯板(4)、腹板(5)；
2.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述端部销钉孔加强区(111)的两个c型空腔内分别胶接有端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)，位于所述端部销钉孔加强区(111)的“工字梁”结构的截面通过胶接的端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕，其中所述端部前碳纤维加强块(6)、端部后碳纤维加强块(7)为变截面。
3.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述泡沫填充区(222)的两个c型空腔内分别胶接有前抗扭泡沫(8)和后抗扭泡沫(9)，位于所述泡沫填充区(222)的“工字梁”结构的截面通过胶接的前抗扭泡沫(8)和后抗扭泡沫(9)形成矩形结构，所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕，其中所述前抗扭泡沫(8)、后抗扭泡沫(9)为变截面。
4.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述中部销钉孔加强区(333)的两个c型空腔内分别胶接有中部前碳纤维加强块(10)、中部后碳纤维加强块(11)，位于所述中部销钉孔加强区(333)的“工字梁”结构的截面通过中部前碳纤维加强块(10)、中部后碳纤维加强块(11)形成矩形结构；所述矩形结构外部由端部包裹部(14)缠绕；所述中部前碳纤维加强块(10)、中部后碳纤维加强块(11)为变截面；
5.根据权利要求1所述的高抗扭泡沫夹芯变截面翼梁结构，其特征在于，所述泡沫夹芯区(444)与中部销钉孔加强区(333)过...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊需海，黄振宇，马刚，郑双，刘天福，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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