【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天飞行器，具体而言，尤其涉及一种具有梯度结构的热变形协调连接装置及其制备方法。
技术介绍
1、对于高速飞机而言，蒙皮是飞机运行中容易出现损伤的零部件，因其直接与外部环境相接触，由于其剧烈的温度变化会使与蒙皮相接部位如框梁及油箱内壁发生热变形，使其型面精度下降，甚至导致蒙皮撕裂，对飞行器安全性造成极大安全隐患。复合材料蒙皮加金属框是一种典型的混杂连接形式。使用复合材料仍会使飞机在高马赫数巡航飞行或再入过程中会经历严酷的气动力、气动热、振动、噪声等多场服役环境。热应力对飞机蒙皮的影响还包括温度梯度引起的热应力差异，当热变形受到限制或承受非均匀温度场时，蒙皮结构在热应力作用下易发生永久性的屈曲变形或局部热屈曲现象，飞机蒙皮会受到热应力的影响，在高温环境下，蒙皮会因为热胀冷缩的原因而发生变形。不同材料的膨胀系数不同，当飞机的蒙皮由多种不同材料组成时，每种材料的热胀冷缩系数不同，可能导致蒙皮的变形不一致，改变了结构的动力学响应特征，复合材料壁板局部还会出现强度破坏如分层等。如蒙皮与框梁、桁条相接处。由于蒙皮与框梁使用不同材料，膨胀系数不同，若使用螺栓直接紧固，容易在连接处产生热应力甚至开裂。
2、这种不均匀的变形可能会造成热应力集中，对飞机结构的稳定性和性能产生影响。除了直接的热应力影响之外，高温环境对飞机蒙皮还会带来其他一些间接的影响。高温环境下的热应力还可能导致蒙皮材料的老化、软化和疲劳。长时间暴露在高温环境中，飞机蒙皮的材料可能会失去强度，导致蒙皮的承载能力下降。疲劳现象也会在循环热应力下加速出现，可能导
3、目前针对高速飞行器机身蒙皮高温下产生应力集中问题，主要解决办法是使用膨胀系数较低的陶瓷复合材料或缩小蒙皮的装配尺寸。如sr-71的机身蒙皮故意将尺寸缩小留有缝隙，当其在高速飞行时会由于热胀冷缩，整体机身蒙皮膨胀十几厘米，自动完成缝隙的填补。但此种设计也带来了问题：由于燃油直接被填充在机身内部，此种缝隙就会造成低速飞行时“边飞边漏油”的状况。因此设计一款满足蒙皮紧密装配条件并使蒙皮可以良好固定于机身框梁间的连接结构十分重要。
技术实现思路
1、根据上述提出现有飞机蒙皮与框梁间热应力集中的技术问题，而提供一种具有梯度结构的热变形协调连接装置及其制备方法。本专利技术的装置装配于复材蒙皮与金属框梁间，使用螺栓与两端固接，其结构特征使其可缓解螺栓固定处热应力集中，完成变形协调的功能。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种具有梯度结构的热变形协调连接装置，包括w型连接件和s型连接件；
4、蒙皮设置于框梁的外侧，在蒙皮与框梁紧密结合的工况下，具有梯度结构的热变形协调连接装置为w型连接件，w型连接件设置于蒙皮内侧，w型连接件设置于框梁的侧部，w型连接件的一端通过第一螺栓与蒙皮相连，w型连接件的另一端设置于蒙皮与框梁之间并通过第二螺栓与框梁相连；
5、在蒙皮与框梁中存在间隙的工况下，具有梯度结构的热变形协调连接装置为s型连接件，s型连接件设置于蒙皮与框梁的间隙中，s型连接件设置于框梁的侧部，s型连接件的一端通过第三螺栓与蒙皮相连，s型连接件的另一端设置于蒙皮与框梁之间并通过第四螺栓与框梁相连。
6、进一步地，w型连接件包括处于同一水平面的两个第一固定板，第一固定板的一端通过第一弯曲部连接向下倾斜的第一直板的一端，第一直板的另一端通过第二弯曲部连接向上倾斜的第二直板的一端，第二直板的另一端连接第三弯曲部；所述w型连接件为梯度结构，所述第一固定板、第一弯曲部、第一直板、第二弯曲部、第二直板、第三弯曲部为梯度功能材料；
7、s型连接件包括一上一下设置的两个第二固定板，第二固定板水平设置，第二固定板的一端通过第四弯曲部连接倾斜的第三直板的一端，第三直板的另一端通过第五弯曲部连接倾斜的第四直板的一端，两个第三直板的倾斜方向相同，第四直板与第三直板的倾斜方向相反；所述s型连接件为梯度结构，所述第二固定板、第四弯曲部、第三直板、第五弯曲部、第四直板为梯度功能材料。
8、进一步地，第一直板和第二直板的倾斜角度相同，第二弯曲部和第三弯曲部的弧度相同，第三弯曲部的顶点与第一固定板的上平面的水平高度相同；
9、第三直板和第四直板的倾斜角度相同；对于每个第二固定板，该第二固定板的水平高度与远离该第二固定板的那个第五弯曲部的凸点的水平高度相同。
10、进一步地，当因热应力集中而产生高温状态下，框梁受热向两端膨胀，而蒙皮膨胀变形程度小于框梁，此时w型连接件产生压缩，完成协调变形，对热应力起到缓冲作用；
11、当因热应力集中而产生高温状态下，框梁受热向两端膨胀，而蒙皮膨胀变形程度小于框梁，此时s型连接件产生压缩，完成协调变形，对热应力起到缓冲作用。
12、进一步地，第一固定板、第一直板、第二直板、第二固定板、第三直板、第四直板的材料为tc4，第一弯曲部、第二弯曲部、第三弯曲部、第四弯曲部、第五弯曲部的材料为ta15。
13、进一步地，w型连接件的竖直高度为h1，除去第一固定板的w型连接件的水平长度为l1，满足0.5＜h1/l1＜1；s型连接件的竖直高度为h2，除去第二固定板的s型连接件的水平长度为l2，满足0.4＜h2/l2＜0.8。
14、本专利技术还提供了一种具有梯度结构的热变形协调连接装置的制备方法，用以制备上述任意一项具有梯度结构的热变形协调连接装置，使用定向能量沉积方法制备连接件，将粉末原料输送至同时聚焦激光束能量源的基板上，从而形成一个小熔池并逐层连续沉积材料；
15、w型连接件的制备方法包括如下步骤：
16、使用tc4粉末成型第一固定板，使用ta15粉末成型第一弯曲部，使用tc4粉末成型第一直板，使用ta15粉末成型第二弯曲部，使用tc4粉末成型第二直板，使用ta15粉末成型第三弯曲部，使用tc4粉末成型第二直板，使用ta15粉末成型第二弯曲部，使用tc4粉末成型第一直板，使用ta15粉末成型第一弯曲部，使用tc4粉末成型第一固定板；
17、s型连接件的制备方法包括如下步骤：
18、使用tc4粉末成型第二固定板，使用ta15粉末成型第四弯曲部，使用tc4粉末成型第三直板，使用ta15粉末成型第五弯曲部，使用tc4粉末成型第四直板，使用ta15粉末成型第五弯曲部，使用tc4粉末成型第三直板，使用ta15粉末成型第四弯曲部，使用tc4粉末成型第二固定板。
19、进一步地，在固定板或直板与弯曲部的交替处设置有打印过渡区，所述打印过渡区在tc4和ta15两材料交替界面位置进行混粉打印；
20、打印过渡区的材料占比为：50％tc4+50％ta15；
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于：包括W型连接件(3)和S型连接件(4)；
2.根据权利要求1所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，W型连接件(3)包括处于同一水平面的两个第一固定板(31)，第一固定板(31)的一端通过第一弯曲部(32)连接向下倾斜的第一直板(33)的一端，第一直板(33)的另一端通过第二弯曲部(34)连接向上倾斜的第二直板(35)的一端，第二直板(35)的另一端连接第三弯曲部(36)；所述W型连接件(3)为梯度结构，所述第一固定板(31)、第一弯曲部(32)、第一直板(33)、第二弯曲部(34)、第二直板(35)、第三弯曲部(36)为梯度功能材料；
3.根据权利要求2所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，第一直板(33)和第二直板(35)的倾斜角度相同，第二弯曲部(34)和第三弯曲部(36)的弧度相同，第三弯曲部(36)的顶点与第一固定板(31)的上平面的水平高度相同；
4.根据权利要求1所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，当因热应力集中而产生高温状态下，框梁(
5.根据权利要求2所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，第一固定板(31)、第一直板(33)、第二直板(35)、第二固定板(41)、第三直板(43)、第四直板(45)的材料为TC4，第一弯曲部(32)、第二弯曲部(34)、第三弯曲部(36)、第四弯曲部(42)、第五弯曲部(44)的材料为TA15。
6.根据权利要求1所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，W型连接件(3)的竖直高度为H1，除去第一固定板(31)的W型连接件(3)的水平长度为L1，满足0.5＜H1/L1＜1；S型连接件(4)的竖直高度为H2，除去第二固定板(41)的S型连接件(4)的水平长度为L2，满足0.4＜H2/L2＜0.8。
7.一种具有梯度结构的热变形协调连接装置的制备方法，用以制备权利要求1-6中任意一项权利要求所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，使用定向能量沉积方法制备连接件，将粉末原料输送至同时聚焦激光束能量源的基板上，从而形成一个小熔池并逐层连续沉积材料；
8.根据权利要求7所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置的制备方法，其特征在于，在固定板或直板与弯曲部的交替处设置有打印过渡区，所述打印过渡区在TC4和TA15两材料交替界面位置进行混粉打印；
...【技术特征摘要】
1.一种具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于：包括w型连接件(3)和s型连接件(4)；
2.根据权利要求1所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，w型连接件(3)包括处于同一水平面的两个第一固定板(31)，第一固定板(31)的一端通过第一弯曲部(32)连接向下倾斜的第一直板(33)的一端，第一直板(33)的另一端通过第二弯曲部(34)连接向上倾斜的第二直板(35)的一端，第二直板(35)的另一端连接第三弯曲部(36)；所述w型连接件(3)为梯度结构，所述第一固定板(31)、第一弯曲部(32)、第一直板(33)、第二弯曲部(34)、第二直板(35)、第三弯曲部(36)为梯度功能材料；
3.根据权利要求2所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，第一直板(33)和第二直板(35)的倾斜角度相同，第二弯曲部(34)和第三弯曲部(36)的弧度相同，第三弯曲部(36)的顶点与第一固定板(31)的上平面的水平高度相同；
4.根据权利要求1所述的具有梯度结构的热变形协调连接装置，其特征在于，当因热应力集中而产生高温状态下，框梁(2)受热向两端膨胀，而蒙皮(1)膨胀变形程度小于框梁(2)，此时w型连接件(3)产生压缩，完成协调变形，对热应力起到缓冲作用；
...【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏廷，王涤非，李京达，刘海涛，崔伟，金亮，吕军，谭毅，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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