垂尾安定面顶部肋板及其成型方法与流程

本技术涉及复合材料装配，尤其涉及一种垂尾安定面顶部肋板及其成型方法。

背景技术：

1、垂尾安定面顶部肋板是飞机垂尾结构的重要组成部分，其作为安定面内部的加强结构，用于传递气动载荷、维持气动外形并支撑蒙皮，对飞机垂尾的整体结构刚度、强度和气动性能具有直接影响。随着航空领域对轻量化和高性能的不断追求，碳纤维复合材料凭借其比强度高、比刚度大、耐疲劳性能好、可设计性强等突出优点，越来越多地被应用于各类飞机结构件的制造中。

2、然而，在现有技术中，采用复合材料制造垂尾安定面顶部肋板等异形结构件时，通常存在如下技术问题：

3、其一，制造成本偏高。传统复材肋板制造工艺路线繁琐，往往需要对裁切、铺贴、固化等工序分别设置工位并投入大量的工装、设备与人力，且由于缺乏一体化的工艺控制，常因返工、废品而导致材料与工时浪费；同时，对预浸料的储存、解冻和寿命管理不善，会直接造成大量原材料的报废，进一步推高制造成本。

4、其二，难以实现净边制造。现有工艺中，产品在铺贴后往往存在周边的毛边、飞边，需要固化后另行进行边缘修整加工，不仅增加了工序和工时，而且在修边过程中容易损伤产品表面、引起纤维起毛或分层，影响产品力学性能和表面质量，难以获得干净、平整、无多余材料的净边产品。

5、其三，难以稳定满足设计要求。肋板结构复杂，包含拐角、台阶以及芯材拼接等特征区域，铺贴过程中容易在拐角、台阶处产生空鼓、架桥，在接缝处产生重叠或错层，在芯材拼接处产生缝隙，这些缺陷都会导致产品内部夹杂、贫树脂、富树脂、干斑、纤维褶皱或扭曲等质量问题，直接影响产品的外观和力学性能，难以稳定地满足设计要求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种垂尾安定面顶部肋板的成型方法，以实现低成本复材零件制造、复材净边制造，并稳定满足设计要求。

2、为解决上述技术问题，本技术提供了一种垂尾安定面顶部肋板的成型方法，包括以下步骤：s1：解冻备料：对冷冻保存的预浸料进行解冻至解冻完成状态，再按铺层要求裁切形成料片；s2：铺贴：将料片按铺层表顺序逐层铺贴于模具上并辅以真空压实，每铺放一层即检查纤维方向并排除气泡；其中对易产生空鼓/架桥的区域采用织物预浸料与单向纤维丝进行填充过渡，接缝位置在层内错开且相邻层接缝不重合；s3：封装：在铺贴体上以真空固化辅助材料组制真空袋封装，并检测真空保压性能，确保密封良好；s4：固化与脱模：对封装后产品按设定的固化参数进行固化，冷却后去除辅助材料并脱模，得到肋板零件。

3、可选地，所述解冻备料步骤中： 对冷冻保存的预浸料进行解冻，解冻时间不少于8小时，待外包装擦干后其表面不再凝结水珠/水汽即判定为解冻完毕，解冻期间保持外包装密封完好。

4、可选地，所述解冻备料步骤中： 对冷冻保存的预浸料进行解冻前，检查其储存截止日期、剩余的操作寿命和力学性能寿命，确保剩余操作寿命＞0h且剩余力学性能寿命＞0h；解冻完成的预浸料按铺层要求裁切，料片尺寸允许偏差为±2.5mm；若铺贴工序不计划在48小时内开始，则将裁切好的料片分别装袋封存回冷冻环境，待铺贴开始前重新解冻。

5、可选地，所述铺贴步骤中： 所述易产生空鼓/架桥的区域为拐角、台阶区域，采用宽度15mm且与产品相同织物预浸料铺贴一层进行填充，再根据零件r角大小使用碳纤单向纤维丝进行填充并圆滑过渡。

6、可选地，所述铺贴步骤中： 预浸料接缝在非配合区域采用搭接，搭接宽度为25-35mm；在配合区域采用对接，对接间隙≤1mm；相邻层中若干层发生搭接/对接时，接缝位置错开至少25mm，相同位置的接缝在厚度方向上至少相隔4层。

7、可选地，所述铺贴步骤中： 对易产生空鼓/架桥的区域填充后，大面积芯材铺贴时使用发泡胶填充芯材拼缝；每铺放一层预浸料使用刮板和/或吹风机辅助加热沿纤维方向赶出气泡、梳理褶皱，并使用刀具去除铺贴区域外的多余预浸料；铺贴过程保留背衬离型纸和离型膜，铺贴完毕计数核对以确保无夹杂、无外来物。

8、可选地，所述铺贴步骤中： 铺贴过程中进行真空预压实，真空度要求为-100kpa～-80kpa，保持时间不低于15min；最后一层铺贴完成后，使用真空压实辅助材料组制真空袋，真空袋均匀对称设置褶皱，压实真空度要求为-100kpa～-85kpa，保持不低于1h。

9、可选地，所述封装步骤中： 抽真空至检测点压力值达-100kpa～-85kpa后停止，检测15min内所有检测点真空度衰减值不大于5kpa；若衰减值超标，则排查真空袋膜、真空管路、真空快接吸盘及模具处的漏气点并填补后，重复真空度检测。

10、可选地，所述固化步骤中： 固化前确保预浸料剩余操作寿命＞0h且剩余力学性能寿命＞0h；设定固化参数为2h@85℃+2h@120℃，待产品温度降至60℃以下出炉，再自然冷却至室温后脱模。

11、可选地，所述固化步骤中： 所述预浸料为碳纤维织物预浸料，单层厚度0.22mm，参考铺层结构为[±45/(0/90)]n/pmi/[±45/(0/90)]n铺贴。

12、可选地，所述脱模中： 脱模后目视检查零件是否存在贫树脂、富树脂、纤维褶皱/折痕/裂纹/划伤、干斑或表面孔隙、纤维变形扭曲等缺陷，如有缺陷在产品表面标记并记录，再称重记录（保留小数点后3位有效数字，重量单位kg），报请质量检验后将合格零件移交装配。

13、本技术还提供了一种垂尾安定面顶部肋板，所述肋板由碳纤维织物预浸料经上述的成型方法制备而得。

14、可选地，所述肋板为一体成型的净边结构，其外缘为三明治夹层结构，由碳纤维织物预浸料依次铺层形成[±45/(0/90)]n/pmi/[±45/(0/90)]n的对称铺层结构。

15、可选地，所述肋板的拐角、台阶区为净边过渡结构，由织物预浸料填充层与碳纤单向纤维丝填充并圆滑过渡形成，表面无空鼓、架桥及褶皱。

16、可选地，所述肋板接缝处相邻层接缝在厚度方向错开至少4层、层内接缝间距错开至少25mm，表面无外来物夹杂、无干斑、无贫树脂及富树脂区域。

17、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

18、第一，实现低成本制造。本技术通过将解冻、备料、铺贴、封装、固化、脱模、检验等工序进行系统化整合，并对预浸料的储存/解冻/寿命进行有效管控，避免了原材料报废和返工浪费，显著降低了制造工时与材料成本；同时通过48小时内快周转先铺贴的排程安排，减少重复解冻，进一步节约能耗和工时。

19、第二，实现复材净边制造。本技术通过精确裁切料片（尺寸偏差±2.5mm）、铺贴过程中及时去除铺贴区域外的多余预浸料、严格控制接缝对接/搭接区域，使产品在固化脱模后无需另行修边即可获得干净、平整的净边结构，避免了修边导致的纤维损伤和表面质量下降。

20、第三，稳定满足设计要求。本技术通过对易产生空鼓/架桥的拐角、台阶区域采用织物预浸料填充层与单向纤维丝填充并圆滑过渡，通过接缝在层内错开至少25mm、厚度方向相隔至少4层的搭接/对接控制，通过芯材拼缝发泡胶填充，通过多次真空压实及真空保压性能检测，有效消除了空鼓、架桥、褶皱、夹杂、干斑、贫树脂、富树脂等缺陷，保证了产品的致密性和力学性能，稳定满足设计要求。