一种具有压电除冰功能的翼型前缘的成型方法技术

本发明专利技术涉及一种具有压电除冰功能的翼型前缘的成型方法，属于超混杂复合材料机翼前缘技术领域及飞行器除冰领域。该方法包括：裁制内、外蒙皮，在外蒙皮上铣削出凹坑；成型至翼型前缘所需的曲率；清洗并进行阳极氧化处理或喷砂处理；嵌入压电振子，填充粘接剂固化；将外蒙皮放入下模中定位，表面铺设第一层环氧树脂基纤维预浸料，导线穿过该层环氧树脂基纤维预浸料；导线排布完成后，继续铺设第二层环氧树脂基纤维预浸料并覆盖内蒙皮；加热，保温保压至复合材料层固化成型后，取出翼型前缘；清理溢出的树脂，在外蒙皮的表面涂覆防冰涂层。本发明专利技术使翼型前缘具有很高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能和抗冲击性能，以及高损伤容限。

【技术实现步骤摘要】
一种具有压电除冰功能的翼型前缘及其成型方法
本专利技术涉及超混杂复合材料机翼前缘
及飞行器除冰领域，特别涉及一种具有压电除冰功能的翼型前缘及其成型方法。
技术介绍
本专利技术涉及的翼型前缘包括机翼前缘及尾翼前缘，它们的主要功用包括产生升力，操纵方向和维持飞机的平衡。飞机在某些飞行条件下，作为迎风部件表面的翼型前缘会不可避免地受到两种最致命的威胁：一是高空飞鸟的撞击，二是云层中过冷水滴撞击所产生的结冰。鸟撞产生的变形及冰层的覆盖均会破坏翼面的流型进而引起翼型表面气流的分离，造成飞机气动和操纵性能的下降，因此飞机的防鸟撞及除防冰问题一直是颇受关注的世界性难题。传统的单一金属层翼型前缘及热空气除防冰显然已经不能满足人们对飞机安全裕度的要求。目前，解决上述鸟撞及结冰问题的飞机翼型前缘结构主要有以下几种：(1)通过前缘加固件对鸟体进行切割，并通过包覆在内部的蜂窝芯层吸收鸟体的撞击力。如文献号为CN201010554079.4的中国专利文献所述的一种抗鸟撞飞机平尾前缘结构。(2)通过将热气防除冰系统与超声波高频振荡辅助装置相结合，实现热除冰与超声波除冰的双重保障。如文献号为CN201110443826.1的中国专利文献所述的一种飞机翼型超声波辅助热气联合防除冰装置。(3)通过在目标结构上粘贴固定压电振子并施加一定电压驱动信号，激励压电振子产生面内或面外行波除去冰层。如文献号为CN201210013021.8的中国专利文献所述的一种基于面内或面外模态的行波型压电材料振动防除冰装置及方法。第(1)种结构的缺点是仅对前缘的尖端区域进行加固防止鸟撞且增加蜂窝层后的前缘厚度过大。第(2)种方法的缺点是除冰装置依旧过于复杂且超声振动的频率越高时产生的切向应力却越小。第(3)种方法的缺点是压电振子粘接于内表面，目标结构受到冲击时压电振子极易脱落而失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供了一种具有压电除冰功能的翼型前缘及其成型方法，具有很高的比强度和比刚度，优异的疲劳性能和抗冲击性能，以及高损伤容限。本专利技术的目的是这样实现的：一种具有压电除冰功能的翼型前缘，其特征在于，包括内外两层蒙皮和置于内外两层蒙皮之间的复合材料层，在外蒙皮上设有若干凹坑，在凹坑内嵌有压电振子，在压电振子和凹坑之间的间隙中填充有粘接剂，在外蒙皮的表面还涂覆有氟化聚氨酯防冰涂层。其中，所述复合材料层为纤维增强环氧树脂基复合材料层，所述内外两层蒙皮均为金属蒙皮，所述压电振子为矩形压电陶瓷片，所述凹坑为矩形，若干凹坑以两种不同的排布方式进行规则排列。一种具有压电除冰功能的翼型前缘的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、裁制两块相同大小的矩形金属面板分别作为内蒙皮和外蒙皮，并在外蒙皮的一面上的特定位置铣削出以两种不同的排布方式进行规则排列的凹坑；S2、将内蒙皮和铣削后的外蒙皮分别成型至翼型前缘所需的曲率；S3、将成型后内蒙皮和外蒙皮依次清洗并进行阳极氧化处理或喷砂处理；S4、将上下表面均镀有金属电极的压电振子嵌入外蒙皮的凹坑中心，在压电振子与凹坑四周的间隙中填充粘接剂，并通过该粘接剂将导线的一端与压电振子上表面粘接固定，后放入干燥箱内加热固化；S5、将嵌有压电振子的外蒙皮放入压制模具的下模中并定位，在外蒙皮的表面铺设第一层环氧树脂基纤维预浸料，并使连接压电振子上表面的导线穿过该层环氧树脂基纤维预浸料；S6、待导线在第一层环氧树脂基纤维预浸料表面排布完成后，继续铺设第二层环氧树脂基纤维预浸料至复合材料层所要求的厚度，并覆盖内蒙皮；S7、上模下行，并加热至所需温度，保温保压至复合材料层固化成型后，上模上行，取出翼型前缘；S8、清理翼型前缘在模压过程中溢出的少量树脂，并在外蒙皮的表面涂覆防冰涂层。其中，所述S1中，外蒙皮采用厚度为0.6-1mm的铝合金板或钛合金板，外蒙皮上凹坑的深度为0.3mm，平面尺寸略大于压电振子的平面尺寸，且凹坑规则排布于外蒙皮两侧靠近边缘处，内蒙皮采用厚度为0.3mm的铝合金板、钛合金板或铝板。其中，所述内蒙皮为铝合金板或钛合金板时，需要经过模压成形、渐进成形或抛丸成形进行预成形。其中，所述S3中，内蒙皮或外蒙皮为铝合金板时，需要依次经过除油、碱洗和酸洗进行清洁，并采用酸性溶液进行阳极氧化处理；内蒙皮或外蒙皮为钛合金板时，则需要依次经过除油和酸洗进行清洁，并采用碱性溶液进行阳极氧化处理。其中，所述S4中，压电振子采用矩形压电陶瓷片，金属电极为银电极，粘接剂为环氧树脂胶。其中，所述S5中，外蒙皮为铝合金板时，需要通过下模表面的定位销进行定位；外蒙皮为钛合金板时，则需要通过预成形得到的曲面与下模型面贴合定位；所述环氧树脂基纤维预浸料通过自身粘度定位，具体为单向排布或斜纹编织的玻璃纤维增强环氧树脂预浸料或碳纤维增强环氧树脂预浸料，其中，所述S6中，导线采用保证同类型压电振子并联连接的方式进行排布。其中，所述S8中，防冰涂层为厚度为20μm-100μm的聚氨酯涂料层或氟化聚氨酯涂料层。本专利技术的有益效果为：1)采用超混杂复合材料取代单一金属材料制造翼型前缘，使翼型前缘具有很高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能和抗冲击性能，以及高损伤容限。2)采用两类不同排布方式的压电振子激发出两种不同的振动模态，叠加后达到最佳的压电除冰效果，该方式具有能耗低，除冰彻底，结构简单等优点。3)压电振子嵌于金属外蒙皮的凹坑中，保证了压电振子与外蒙皮的刚性接触，有利于振动的传递与能量的节约，同时利用凹坑与复合材料对压电振子自由度的约束，避免了前缘受到冲击时造成的压电振子脱落现象，提高了使用寿命；同时压电振子与导线均埋覆于材料体系内部，实现了冗杂结构的简单化。附图说明图1为本专利技术的内部结构示意图。图2为本专利技术的横截面局部示意图。图3为压电振子的排布及导线连接示意图。其中：1-外蒙皮，2-复合材料层，3-内蒙皮，4-压电振子，5-粘接剂。具体实施方式下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本专利技术。如图1-2所示，一种具有压电除冰功能的翼型前缘，包括内外两层蒙皮1、3和置于内外两层蒙皮1、3之间的复合材料层2，在外蒙皮1上设有若干凹坑，在凹坑内嵌有压电振子4，在压电振子4和凹坑之间的间隙中填充有粘接剂5，在外蒙皮1的表面还涂覆有氟化聚氨酯防冰涂层。其中，复合材料层2具体为纤维增强环氧树脂基复合材料层；内外两层蒙皮1、3均为金属蒙皮，可以具体为铝合金板或钛合金板；压电振子4具体为矩形压电陶瓷片，凹坑为与矩形压电陶瓷片相匹配的矩形凹坑，若干凹坑以两种不同的排布方式进行规则排列。以下结合具体实施例，对前述翼型前缘的成型做进一步说明。实施例一第一步，依据机翼前缘展开尺寸的计算结果，裁制出两块与机翼前缘展开尺寸相应的TA2板，其中一块厚度为0.3mm的TA2板作为内蒙皮，另一块厚度为0.6mm的TA2板则作为外蒙皮；然后在外蒙皮上铣削出深度为0.3mm，平面尺寸略大于压电陶瓷平面尺寸的若干矩形凹坑，且若干矩形凹坑以如图1中所示的两种不同的排布方式进行规则排列；第二步，将两块TA2板分别放入具有机翼前缘曲率形状型面的冲压模具中，冲压成形至内外两块蒙皮所需曲面形状；第三步，将成形后的内外两块蒙皮依次进行除油、酸洗和氢氧化钠阳极氧化处理；第四步，将上下表面镀有银电极的厚度为0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有压电除冰功能的翼型前缘，其特征在于，包括内外两层蒙皮和置于内外两层蒙皮之间的复合材料层，在外蒙皮上设有若干凹坑，在凹坑内嵌有压电振子，在压电振子和凹坑之间的间隙中填充有粘接剂，在外蒙皮的表面还涂覆有氟化聚氨酯防冰涂层。

【技术特征摘要】
1.一种具有压电除冰功能的翼型前缘，其特征在于，包括内外两层蒙皮和置于内外两层蒙皮之间的复合材料层，在外蒙皮上设有若干凹坑，在凹坑内嵌有压电振子，在压电振子和凹坑之间的间隙中填充有粘接剂，在外蒙皮的表面还涂覆有氟化聚氨酯防冰涂层。2.根据权利要求1所述的一种具有压电除冰功能的翼型前缘，其特征在于，所述复合材料层为纤维增强环氧树脂基复合材料层，所述内外两层蒙皮均为金属蒙皮，所述压电振子为矩形压电陶瓷片，所述凹坑为矩形，若干凹坑以两种不同的排布方式进行规则排列。3.一种如权利要求1所述的具有压电除冰功能的翼型前缘的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、裁制两块相同大小的矩形金属面板分别作为内蒙皮和外蒙皮，并在外蒙皮的一面上的特定位置铣削出以两种不同的排布方式进行规则排列的凹坑；S2、将内蒙皮和铣削后的外蒙皮分别成型至翼型前缘所需的曲率；S3、将成型后内蒙皮和外蒙皮依次清洗并进行阳极氧化处理或喷砂处理；S4、将上下表面均镀有金属电极的压电振子嵌入外蒙皮的凹坑中心，在压电振子与凹坑四周的间隙中填充粘接剂，并通过该粘接剂将导线的一端与压电振子上表面粘接固定，后放入干燥箱内加热固化；S5、将嵌有压电振子的外蒙皮放入压制模具的下模中并定位，在外蒙皮的表面铺设第一层环氧树脂基纤维预浸料，并使连接压电振子上表面的导线穿过该层环氧树脂基纤维预浸料；S6、待导线在第一层环氧树脂基纤维预浸料表面排布完成后，继续铺设第二层环氧树脂基纤维预浸料至复合材料层所要求的厚度，并覆盖内蒙皮；S7、上模下行，并加热至所需温度，保温保压至复合材料层固化成型后，上模上行，取出翼型前缘；S8、清理翼型前缘在模压过程中溢出的少量树脂，并在外蒙皮的表面涂覆防冰涂层。4.根据权利要求3所述的一种具有压电除冰功...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘蕾，马文亮，王一凡，吕云飞，陶杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32