一种复合材料一体化框梁及制造方法与流程

本发明属于飞行器结构设计技术领域，具体涉及一种复合材料一体化框梁及制造方法。

背景技术：

当前，飞行器的框和梁(垂直于航向的称为框，平行于航向的称为梁)都是分开制造，然后使用连接件拼接。这样做连接件重量代价大，且对于复材框梁来说，连接处安全隐患大。把框和梁做成一体，将会减轻重量、提高性能。

如果是金属框梁一体化成型，制造非常困难。而如果用现有的方法进行复材框梁一体化成型，不仅制造困难，而且还有分层风险，强度无法保证。但是，复合材料框梁一体化有着巨大吸引力，首先是复材框梁本身就能比金属框梁更轻；其次是省去了连接件的重量。

技术实现要素：

本发明提供了一种复合材料一体化框梁及制造方法，能够实现一体化成型，且能避免分层、保证强度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种复合材料一体化框梁，一体化框梁整体为十字型结构，十字型结构的一个方向为x方向，另一个方向为y方向；

所述一体化框梁述包括：上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层；

其中，中间十字型铺层包含x方向截面为工型的铺层和y方向截面为工型的铺层；x方向截面为工型的铺层包含两个c型截面的连续复材织物，y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物，且包含左半部分铺层和右半部分铺层；左半部分铺层、右半部分铺层均由两个c型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。

(1)所述左半部分铺层和右半部分铺层的交汇处在y方向和x方向分别进行缝合；且y方向的缝合面积大于x方向的缝合面积。

(2)所述上十字铺层、所述中间十字型铺层、所述下十字铺层分别由多层复材织物堆叠而成。

(3)所述一体化框梁的截面为工字型结构，且工字型截面的中间一竖记为腹板，工字型截面的上下两横记为凸缘；

腹板上与凸缘接触的部分的厚度与凸缘厚度的厚度差不超过预设值。

(4)一体化框梁的十字型结构的交汇处设置有四个倒角。

技术方案二：

一种复合材料一体化框梁的制造方法，所述制造工艺用于制造技术方案一中所述的一体化框梁，所述制造方法包括：

s1，从一整块复材织物上切割出十字形铺层，多个十字形铺层堆叠成上十字铺层，多个十字形铺层堆叠成下十字铺层；

s2，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成x方向截面为工型的铺层；

s3，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述y方向截面为工型的左半部分铺层，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述y方向截面为工型的右半部分铺层；

s4，将所述y方向截面为工型的左半部分铺层、所述y方向截面为工型的右半部分铺层铺设在x方向截面为工型的铺层的两侧并对齐；在x方向截面为工型的铺层、所述y方向截面为工型的左半部分铺层、所述y方向截面为工型的右半部分铺层的交汇处的y方向和x方向分别进行缝合，从而得到中间十字型铺层；

s5，将所述上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层依次堆叠在一起，使用rtm工艺固化，形成一体化框梁。

(1)所述y方向截面为工型的左半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的左底面铺层和两侧的折耳组成，且两侧的折耳弯折后位于左底面铺层上，记为左侧弯折后的折耳；所述y方向截面为工型的右半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的右底面铺层和两侧的折耳组成，且两侧的折耳弯折后位于右底面铺层上，记为右侧弯折后的折耳；

交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合。y方向缝合用的复材纤维需要穿透左底面铺层、左侧弯折后的折耳、x方向截面为工型的铺层、右底面铺层、右侧弯折后的折耳。x方向缝合用的复材纤维也需要穿透y方向截面为工型的铺层

(2)所述一体化框梁整体为十字型结构，x方向用于受力较大的方向，y方向用于受力较小的方向。

本发明技术方案设计了一种复合材料一体化框梁，能够实现一体化成型，且能避免分层；且本发明技术方案的一体化框梁通过合理的铺层设计、区分主次方向以及菱形交汇区、rtm缝合工艺，使得复合材料框梁一体化成型，减轻重量，减少零件数量，降低装配难度。

附图说明

图1是成型完毕后的示意图；

图2是上(或下)十字铺层；

图3是中间十字铺层的x方向的一半；

图4是中间十字铺层的x方向；

图5是中间十字铺层的y方向的左半部分折叠前的形状；

图6是中间十字铺层的y方向的左半部分的折叠后的形状(一半)；

图7是中间十字铺层的y方向的左半部分；

图8是图4所示部分与图5所示部分的拼接状态；

图9是中间十字铺层的状态；

图10是在交汇区进行缝纫的示意图；

其中，1-交汇区，2-交汇区的倒角，3-凸缘，4-腹板。

具体实施方式

本发明实施例提供一种复合材料一体化框梁，如图1所示，所述一体化框梁整体为十字型结构，十字型结构的一个方向为x方向，另一个方向为y方向；

所述一体化框梁述包括：上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层；

其中，中间十字型铺层包含x方向截面为工型的铺层和y方向截面为工型的铺层；x方向截面为工型的铺层包含两个c型截面的连续复材织物，y方向截面为工型的铺层为不连续复材织物，且包含左半部分铺层和右半部分铺层；左半部分铺层、右半部分铺层均由两个c型截面的连续复材织物组成。在交汇区使用缝纫工艺。

具体的，

(1)所述左半部分铺层和右半部分铺层的交汇处在y方向和x方向分别进行缝合；且y方向的缝合面积大于x方向的缝合面积。

(2)所述上十字铺层、所述中间十字型铺层、所述下十字铺层分别由多层复材织物堆叠而成。

(3)所述一体化框梁的截面为工字型结构，且工字型截面的中间一竖记为腹板，工字型截面的上下两横记为凸缘；

腹板上与凸缘接触的部分的厚度与凸缘厚度的厚度差不超过预设值。

(4)一体化框梁的十字型结构的交汇处设置有四个倒角。

本发明实施例还提供一种复合材料一体化框梁的制造方法，所述制造工艺用于制造技术方案一中所述的一体化框梁，所述制造方法包括：

s1，从一整块复材织物上切割出十字形铺层，多个十字形铺层堆叠成上十字铺层，多个十字形铺层堆叠成下十字铺层；

s2，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成x方向截面为工型的铺层；

s3，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述y方向截面为工型的左半部分铺层，多个c型截面的连续复材织物背靠背堆叠成所述y方向截面为工型的右半部分铺层；

s4，将所述y方向截面为工型的左半部分铺层、所述y方向截面为工型的右半部分铺层铺设在x方向截面为工型的铺层的两侧并对齐；在x方向截面为工型的铺层、所述y方向截面为工型的左半部分铺层、所述y方向截面为工型的右半部分铺层的交汇处的y方向和x方向分别进行缝合，从而得到中间十字型铺层；

s5，将所述上十字铺层、中间十字型铺层、下十字铺层依次堆叠在一起，使用rtm工艺固化，形成一体化框梁。

(1)所述y方向截面为工型的左半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的左底面铺层和两侧的折耳组成，且两侧的折耳弯折后位于左底面铺层上，记为左侧弯折后的折耳；所述y方向截面为工型的右半部分铺层在交汇处的结构由弯折90°后的右底面铺层和两侧的折耳组成，且两侧的折耳弯折后位于右底面铺层上，记为右侧弯折后的折耳；

交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合。y方向缝合用的复材纤维需要穿透左底面铺层、左侧弯折后的折耳、x方向截面为工型的铺层、右底面铺层、右侧弯折后的折耳。x方向缝合用的复材纤维也需要穿透y方向截面为工型的铺层

(2)所述一体化框梁整体为十字型结构，x方向用于受力较大的方向，y方向用于受力较小的方向。

具体的，所述一种复合材料一体化框梁的制造方法可在rtm工艺(树脂传模塑成型)下进行，但不局限于rtm工艺。

把完整的复材织物裁成图2所示的形状，多层堆叠形成上(或下)十字铺层。(如果复材织物面积不够，可以在远离交汇区的部位进行阶梯拼接。)

把完整的复材织物剪裁并折叠成图3所示的形状，多层堆叠然后背靠背放置形成图4的形状。(如果复材织物面积不够，可以在远离交汇区的部位进行阶梯拼接。)

把完整的复材织物剪裁成图5所示的形状，并折叠成图6所示的形状，多层堆叠然后背靠背放置形成图7的形状。

把图7与图4对接，形成图8所示的形状。另一侧以相同方式对接，形成图9所示形状。

交汇区的腹板使用复合材料纤维进行缝合，缝合需穿透相应面的所有铺层。如图10示意。

把图2所示的上下十字铺层覆盖在缝合后的中间十字铺层上方和下方，然后使用rtm工艺注入树脂、固化成型。最终形成图1所示的连续整体。

在实际使用中，根据具体需求，把x方向用作受拉力更大的方向，把y方向用作受拉力更小的方向。

本发明技术方案设计了一种复合材料一体化框梁，能够实现一体化成型，且能避免分层；且本发明技术方案的一体化框梁通过合理的铺层设计、区分主次方向以及菱形交汇区、rtm缝合工艺，使得复合材料框梁一体化成型，减轻重量，减少零件数量，降低装配难度。