一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼及其制备方法与流程

本发明涉及弹翼，尤其是涉及一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼及其制备方法。

背景技术：

1、传统的弹翼为了保证足够的强度和刚度，会采用大量的金属材料，但是这种弹翼重量较大，增加了弹翼的整体重量，增加能耗。复合材料相较于传统的金属材料，具有比强度、比刚度高、耐腐蚀、可设计性等诸多优点，在飞行器结构中得到了广泛的应用。

2、cn202311149197.0公开了一种大承载轻质复合材料飞行翼及其制备方法，采用复合材料制备复材翼面，其中，复材翼面包括主翼面和与主翼面一侧连接的后缘翼面，主翼面内部沿长度依次布设有连接腔和加筋腔，加筋腔内设有多个紧密排列的加强泡沫板，各加强泡沫板一端向连接腔内延伸且体积呈渐变缩小，相比全金属弹翼，大大降低了重量。然而，上述结构设计，复合材料铺层沿翼展方向保持厚度一致，单片翼的重量在15-25公斤左右，还是无法满足人们对大承载低能耗的要求（单片翼重量低于15公斤）。

3、因此，针对上述问题本发明急需一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼及其制备方法，通过大承载高刚度轻质复合材料弹翼及其制备方法以解决现有的弹翼重的技术问题。

2、本发明提供的一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，包括如下制备步骤：

3、制备多个翼面减重泡沫，各翼面减重泡沫沿其长度分为多个单元段，单元段的数量根据复合材料弹翼的翼面加载点的数量进行设置，翼面减重泡沫各单元段的厚度沿翼面减重泡沫长度方向呈阶梯式增大；

4、制备后缘减重泡沫；

5、制备用于将金属翼柄和多个翼面减重泡沫连接的复材连接板；

6、制作用于翼面成型的模具，模具包括下半模和对合的上半模，下半模一端为弹体连接端，根据翼面减重泡沫的各单元段的放置位置，在下半模的长度方向依次划分多个铺设区域，各单元段的放置位置与各铺设区域一一对应，在各铺设区域铺设用于形成蒙皮的纤维预浸料，获得下预浸料层，各铺设区域的下预浸料层的厚度由紧靠弹体连接端向另一端呈阶梯式递减；

7、将金属翼柄的一端放置下半模上，复材连接板一端与金属翼柄插接固定，将多个翼面减重泡沫沿下预浸料层的宽度方向间隔放置，各翼面减重泡沫的放置方式为各单元段厚度由紧靠弹体连接端向另一端呈阶梯式递增，将后缘减重泡沫放置在翼面减重泡沫一侧，各翼面减重泡沫一端伸入至复材连接板内部；按照下预浸料层铺设方式，在金属翼柄、翼面减重泡沫、复材连接板和后缘减重泡沫上铺设用于形成蒙皮的纤维预浸料，获得上预浸料层；

8、将上半模和下半模对合，加热固化，脱模，获得大承载高刚度轻质复合材料弹翼。

9、优选地，金属翼柄包括用于与弹翼连接的连接段和用于插入到翼面内的插入段。

10、优选地，插入段包括上插板和下插板，上插板和下插板间设有插接间隙。

11、优选地，各翼面减重泡沫延长度方向依次设有五个单元段。

12、优选地，四个翼面减重泡沫沿下预浸料层宽度方向等间隔放置。

13、优选地，纤维为碳纤维或玻璃纤维。

14、优选地，各翼面减重泡沫和后缘减重泡沫均为高强硬质泡沫；金属翼柄材质为合金。

15、优选地，翼面的长度为1.2～2.0m，翼面的展弦比为（4～9）:1。

16、本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼的制备方法获得的大承载高刚度轻质复合材料弹翼，包括金属翼柄和翼面，金属翼柄的一端插接于翼面内与翼面固接于一体；翼面一侧为翼根，另一侧为翼尾，金属翼柄位于翼根一侧；

17、翼面包括纤维预浸料形成的蒙皮、复材连接板，蒙皮内部设有沿其宽度方向间隔布设的多个翼面减重泡沫和一个后缘减重泡沫，各翼面减重泡沫沿其长度分为多个单元段，各单元段的平均厚度由紧靠金属翼柄一端向外侧呈阶梯式递增，纤维预浸料形成的蒙皮的厚度由紧靠金属翼柄一端向外呈阶梯式递减。

18、金属翼柄（1）、复材连接板（5）和蒙皮通过螺钉连接于一体

19、本发明提供的一种弹翼与现有技术相比具有以下进步：

20、本发明提供的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，各翼面减重泡沫的厚度分段呈梯度增厚，下预浸料层和上预浸料层形成的蒙皮整体厚度与翼面减重泡沫厚度形成互补，下预浸料层和上预浸料层形成的蒙皮由靠近弹体一侧向弹翼翼展方向逐渐减薄，各翼面减重泡沫厚度由靠近弹体一侧向弹翼翼展方向逐渐增厚，下预浸料层和上预浸料层形成的蒙皮可以根据弹翼载荷要求做等强度设计，实现承载力的自适应，满足承载要求下，同时在远离弹体的翼面减少碳纤维预浸料铺层设计，可以降低弹翼的整体重量，减少能耗，复合材料弹翼的重量最低可降低至13公斤，承载力大于15kn，对获得的复合材料弹翼加载16.5kn载荷，弹翼翼梢变形量≤145mm，相比现有的金属翼片，整体重量降低20-25公斤，相比现有的同尺寸的复材翼片，减重5-10公斤。

1.一种大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：在制备前可采用工程算法，依据加载点的大小，理论计算来获得各个加载点对应区域的蒙皮的最大厚度，根据仿真计算结果进行修整；翼面包括翼根（靠近金属翼柄一端）和翼尾（远离金属翼柄）；

3.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：金属翼柄（1）包括用于与弹翼连接的连接段（101）和用于插入到翼面内的插入段（102）；

4.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：各翼面减重泡沫（2）延长度方向依次设有五个单元段。

5.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：包括四个翼面减重泡沫，四个翼面减重泡沫（2）沿下预浸料层宽度方向等间隔放置。

6.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：纤维为碳纤维或玻璃纤维。

7.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：翼面减重泡沫和后缘减重泡沫（4）均为高强硬质泡沫；金属翼柄（1）材质为合金。

8.根据权利要求1所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼制备方法，其特征在于：翼面的长度为1.2～2.0m，翼面的展弦比为（4～9）:1。

9.一种基于如权利要求1-8中任一项所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼的制备方法获得的大承载高刚度轻质复合材料弹翼，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的大承载高刚度轻质复合材料弹翼，其特征在于：金属翼柄（1）、复材连接板（5）和蒙皮通过螺钉连接于一体。