磁浮车辆车头及其夹层结构的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种磁浮车辆车头及其夹层结构的制造方法。所述车头的前部为椭球流线型面，它的后倾角为５６°～６６°，且车头两侧物面前小后大对称延伸至车头后端，所述车头的车顶板、侧壁、后壁、盖板的夹层是由若干块ＰＭＩ泡沫板芯材拼联胶接组成的夹层，所述夹层的侧壁至少有一侧面连接有铜丝网格，并被复合材料面板由外到内夹接。所述夹层结构的ＰＭＩ泡沫的热成型采用真空袋／热压罐成型技术，在ＰＭＩ泡沫板表面放透气毡、制真空袋，加温到成型软化温度，根据泡沫厚度，保温抽全真空，脱模取件。采用的椭球流线型面，气动流线顺畅，风挡阻力比球形面车头减小５％～１２％。抗冲击载荷，防撞能力高。克服了需要进口高昂设备才能完成ＰＭＩ泡沫板芯材复杂夹层的偏见。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
公知技术中，为加强高速车辆，飞行器复合材料面板夹层构件的刚度、强度，减轻重量，降低噪音，通常都要对它采用金属或非金属蜂窝夹层结构。金属蜂窝夹层结构虽然具有较好的曲面加工性能，但它的强度、刚度、耐热度和阻燃性不如近年广泛采用在飞机、高速磁浮列车车头的面板-夹心泡沫塑料。泡沫夹芯结构的面板是夹层结构的主要受力部件。在结构受力时，主要由上下面板承受由弯矩引起的面内拉压荷载。泡沫材料则在夹层结构中起连接和支撑面板的作用，主要承担由横向力产生的剪切应力。由于高速磁浮列车车头要经受1公斤标准石头以600公里每小时的速度撞击不会穿透及0.5公斤飞鸟以500公里每小时的速度撞击不产生结构损坏。而目前普遍使用的PF、PU泡沫塑料芯材因存在低强度、脆性的缺陷，而不能满足要求。随着技术的发展，高强度、高韧性、高刚度、耐燃且可以加热或机械加工成异型面的聚醚酰亚胺PEI或聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料作为夹心材料的夹层结构的面板应运而生。该聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料(以下简称PMI泡沫)是目前强度和刚度最高的耐热泡沫塑料，它在高温下具有很高的抗蠕变性能，能够承受190度的共固化工艺对泡沫尺寸稳定性的要求，与树脂之间具有良好的粘接性和各向同性，而且容易加工成型各种不复杂的形状，且不含氟里昂，防火性能能达到FAR25.8和AITM等标准，是可以取代蜂窝结构的新型芯材。它的综合性能十分突出，应用价值极高。但是聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料作为一种热固性高分子材料，本身不溶不熔，即使在任何高温下也不能融化，也不溶解于任何溶剂中，几乎没有软化的可能。从而使得聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料形成了只能热成型曲度很小的产品的定式偏见。在胶接方面，还存在泡沫夹层与复合材料面板内侧接触界面胶接强度，复合后气泡如何顺利排除的问题。为了解决聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料存在的上述问题，目前能制造高速磁悬浮车辆的日本东日本铁路公司、加拿大的Bombardier(庞巴迪公司)和德国的Adtranz公司对涉及机头制造采用了比较先进的真空袋/热压罐固化、真空辅助注射整体缠绕技术，采用泡沫熔融，利用真空吸塑成型专用设备高温高压的粘接车头PMI泡沫塑料夹层。成形的设备十分的高昂，而且复杂，工艺条件要求也极高。我国在PEI和PMI泡沫塑料的研制还处于摸索研究的初级阶段，还没有一个能够满足涉及磁浮车辆车头复合材料面板与PMI泡沫夹层结构结合制造工艺，尤其是超大型(尺寸达到5m×4m)的文献报道和应用事例。现有技术的磁浮车辆车头端车前部为结构简单的球面，端车前端面风档后倾角θ＝51.1°，端车前端底板为平直段。其不足之处是车头迎面阻力大，气动性能差，车头防雷击效果不良。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种价格低廉，设备简单，工艺条件要求不高，可低成本成型车头曲度型面，无气泡胶接车头复合材料面板与PMI泡沫夹层结构，可避免雷击的。本专利技术提供的一种磁浮车辆车头，包括球面形车头，玻璃车窗和车首下部结构，其特征在于所述球面车头的前部为椭球流线型面，所述椭球流线型面的后倾角为56°~66°，且车头两侧物面前小后大对称延伸至车头后端，所述车头的车顶板、侧壁、后壁、盖板的夹层是由若干块PMI泡沫板芯材拼联胶接组成的夹层，所述夹层的侧壁至少有一侧面连接有铜丝网格，并被复合材料面板由外到内夹接。本专利技术所述夹层结构的制造方法，包括下列步骤(1).将PMI泡沫板放在曲面成型模上，表面放透气毡，密封于真空袋中，然后放入烘箱或热压罐，加温到170～210℃进行成型前软化；(2).根据泡沫厚度保温15分钟以上，同时抽真空或加压成形，待成形之后脱模取件，对厚度大的加外压0.3MPa以下至少15分钟后保压降温；(3).将表面处理好的金属板或铝合金面板与成型好的PMI泡沫放入金属或非金属带曲率型腔的工装或胶接工装，再用胶膜或胶粘剂铺叠完成胶接；(4).用真空袋/热压罐或真空袋/烘箱进行固化成型。本专利技术所述PMI泡沫板在烘箱或热压罐中进行的加温软化温度最好是190℃～205℃，本专利技术所放入环氧树脂胶膜或胶接工装进行胶接的PMI泡沫可以是多层铺叠完成金属面板或复合材料与PMI泡沫板内侧界面的胶接，再用真空袋/热压罐或真空袋/烘箱进行共固化成型。本专利技术所述根据泡沫厚度保温时间最好由经验公式t≥15+δ(t保温分钟数，δ泡沫厚度(单位mm))经验确定，本专利技术所述的胶膜可以是环氧树脂胶膜。本专利技术对于超大型的夹芯PMI泡沫还可以通过拼接胶接加压成形。本专利技术所述的复合材料可以是玻璃纤维织物/不饱和聚酯或环氧树脂复合材料混杂，也可以是玻璃钢材料。本专利技术相比于现有技术具有如下积极效果。本专利技术采用后倾角为56°~66°的椭球流线型面和车头两侧前小后大对称延伸的气动外形，气动流线顺畅，气流物面流动稳定，阻力特性有较大提高，风挡阻力比球形面车头可减小5％～12％.可降低来自风挡前方飞来物的法向冲击载荷，进一步提高了车头风档的防撞能力。采用若干块PMI泡沫板芯材拼联胶接构成的顶板、侧壁、后壁、盖板的夹层，克服了需要进口高昂设备才能完成PMI泡沫板芯材复杂夹层的偏见。夹层的侧壁连接有铜丝网格，可避免车头偶然遭受雷击的可能性。这种夹层结构有效弥补了玻璃纤维增强树脂板材弹性模量低的不足。而且，由于PMI泡沫板芯材的体积质量小，在同样承载能力的条件下，PMI泡沫板夹芯结构与非夹芯结构相比，结构的自重大为减轻，满足了高强度、高刚度、重量轻的要求。另外，带有微孔结构的PMI泡沫板芯材的隔音、隔热性能较好。采用的PMI泡沫板芯材夹层结构，满足了高速列车车头的各方面使用要求，兼备了隔音、隔热的功能，改变了传统列车上须采用专门隔音、隔热材料但对结构刚度强度贡献少，增加重量的现况。本专利技术采用烘箱或热压罐现有技术设备，将PMI泡沫板密封于真空袋加温到170～210℃进行成型前软化，尤其是190℃～205℃软化温度，恰到好处地避开了聚酯酰亚胺PMI泡沫塑料温度过高易分解，温度过低不软化的缺陷。它不仅避免了只能用国外高昂设备才能成形产品的依赖，而且简化了工艺，加快了产品的成形进程，缩短了生产周期，降低了成本，同时也克服了PMI泡沫只能热成型曲度很小的产品的定式偏见。其中将PMI泡沫放入曲面成型模加压成形的工艺步骤解决了较复杂型面的成形。用胶膜铺叠完成胶接的方法解决了复合材料面板与PMI泡沫板内侧界面用粘胶剂胶接需排除气泡的问题，胶接界面平整可靠，强度高。超大型的夹芯PMI泡沫通过拼接胶接加压成形方法在国内率先解决了超大型复杂型面、高强度、高刚度、耐高温、隔音好的磁浮车辆车体壁板的制造，实现了高速磁悬浮列车机头、侧板、地板、顶板、裙板多层非金属/复合材料夹层材料结构件的制造。附图说明图1为本专利技术的车头与车体的构造示意图。图2为专利技术的夹层结构示意图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。图1描述了本专利技术车头与车体的构造。本实施例中车头3前部为椭球流线型面的55°～66°的后倾角是以位于玻璃车窗和头车下部结构2的平面，即垂直轨道面14的垂线与椭球型面切线构成的夹角。该夹角的优选角度可以是57°～61°。车头3两侧可以是前小后大对称延伸至车头3后端的抛物面，但不限于是抛物面。车头3由一个自支撑复合板结构构成，所述复合板可以是玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁浮车辆车头，包括球面形车头，玻璃车窗和车首下部结构，其特征在于所述球面车头的前部为椭球流线型面，所述椭球流线型面的后倾角为５６°～６６°，且车头两侧物面前小后大对称延伸至车头后端，所述车头的车顶板、侧壁、后壁、盖板的夹层是由若干块ＰＭＩ泡沫板芯材拼联胶接组成的夹层，所述夹层的侧壁至少有一侧面连接有金属丝网格，并被复合材料面板由外到内夹接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗辑，何凯，郭纯武，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]