一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构及其制备方法，属于飞行器复合材料结构设计领域。该连接结构包括两个相同的复合材料盒型结构与一支高强金属螺栓；每个复合材料盒型结构包括左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件和L型构件；三个盒型构件在L型构件上依次均匀分布；盒型结构垂直板上有方型开口，水平板上开螺栓孔，使用时通过扳手用金属螺栓将两个盒型结构连接。其制备方法采用树脂传递模塑成型工艺，折叠成型的四个构件涂上增韧增强树脂，在模具中合模，注胶后高温高压固化，制作完成后在底部打孔。本发明专利技术保证了飞行器连接结构强度，增加了连接结构的刚度，有效降低了应力集中，提高了连接结构装配可行性。

Fiber reinforced composite aircraft cabin section connecting structure and its preparation method

The invention discloses a connecting structure of a fiber reinforced composite aircraft cabin and a preparation method thereof, belonging to the field of aircraft composite material structure design. The connection structure consists of two identical composite box structures and a high strength metal bolt, each of which consists of a left box, a middle box, a right box and a L. The three box members are evenly distributed on the L member, and the box structure has a square opening on the vertical plate, The horizontal plate is provided with a bolt hole, and the two box type structures are connected by a spanner through a spanner when in use. The preparation method is made of resin transfer molding process. The four components of the folded molding are coated with toughened and reinforced resin, and the mold is closed in the mold. After the injection of glue, it is solidified at high temperature and high pressure, and then the hole is perforated at the bottom. The invention ensures the strength of the connecting structure of the aircraft, increases the rigidity of the connecting structure, effectively reduces the stress concentration, and improves the feasibility of the connection structure assembly.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构及其制备方法
本专利技术涉及飞行器复合材料结构设计领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构及其制备方法。
技术介绍
随着纤维增强复合材料的不断发展，加之其独有的比刚度、强度高，耐腐蚀、抗疲劳性能好的优点，纤维增强复合材料已经被各个领域所接纳，尤其是在航空航天领域应用最为广泛。复合材料连接设计是复合材料飞行器结构设计中的关键部分，而连接结构的刚度与强度直接影响到飞行器结构的安全性。现有的复合材料连接结构主要包括机械连接与胶接连接，对于飞行器结构而言，使用传统的机械连接结构不能保证气动外形；使用传统的胶接结构则在飞行器装配灵活性与胶接质量上难以保证。因此，复合材料复杂接头结构成为飞行器舱段连接应用中的主流连接结构。现有的复合材料飞行器舱段结构中常用的复合材料复杂接头往往能够满足飞行器结构的强度要求，但在刚度上不能得到保证，或者装配的灵活性受到限制，或者气动外形无法保证，或者人工制作成本较高，材料浪费比较严重。
技术实现思路
本专利技术为了克服原有飞行器舱段连接结构的不足，以相对低廉的成本设计一种高刚度、高强度的复合材料接头，提供了一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构及其制备方法。所述的纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，包括两个相同的复合材料盒型结构与一支高强金属螺栓；两个复合材料盒型结构之间通过高强金属螺栓底对底上下对称连接；每个复合材料盒型结构包括：左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件以及一个L型构件；L型构件包括水平板和垂直板；且水平板的厚度为垂直板厚度的2倍，水平板的纤维铺设方式为交叉铺设；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件依次均匀分布在L型构件上；左侧盒型构件和右侧盒型构件为左右对称结构，左侧盒型构件包括水平板，垂直板以及右侧挡板；右侧盒型构件包括水平板，垂直板以及左侧挡板；中间盒型构件包括水平板，垂直板以及左右两侧挡板；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件的水平板宽度均与L型构件的水平板的宽度相同，并且三个盒型构件与L型构件连接处呈过渡连接。三个盒型构件的垂直板高度上尺寸一致，均小于L型构件的垂直板高度，且与L型构件的垂直板过渡连接；中间盒型构件左侧边挡板与左侧盒型构件的右侧挡板相邻固定，且中间盒型构件右侧边挡板与右侧盒型构件的左侧挡板相邻固定；且四个侧边挡板完全相同，每个侧边挡板均垂直于L型构件水平板，且长度与L型构件水平板的宽度相同；中间盒型构件的垂直板面中心线上，留有一个同时穿透L型构件的垂直板的方型开口，方型开口的具体尺寸根据实际飞行器的尺寸进行选择，方型开口的四个角为倒角。复合材料盒型结构成型后，在中间盒型构件的水平板中心线上开一个螺栓孔，螺栓孔位于复合材料盒型结构水平板中心线上。一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构的制备方法，主要为复合材料盒型结构的制备，其制作过程采用树脂传递模塑成型工艺，具体制作步骤如下：步骤一、根据复合材料盒型结构分别制作公模和母模；针对通过高强金属螺栓底对底上下对称连接的两个复合材料盒型结构，通过公模和母模合模得到整个复合材料盒型结构；在公模和母模的模具中，三个盒型构件与L型构件的连接处均留有过渡段；且公模的中间盒型构件和L型构件上的垂直板上留有方形凸起，充当型芯，支撑中间盒型构件垂直板上的方型开口。或者在公模的中间盒型构件和L型构件上不留有方形凸起，等复合材料盒型结构制作完成后，手动在中间盒型构件和L型构件上的垂直板上进行方型开口。步骤二、用干纤维将左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件以及L型构件折叠成型。在L型构件的折叠过程中，水平板要采取交叉铺设的方式。步骤三、在折叠成型的左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件和L型构件上涂上增韧增强树脂。步骤四、将预成型的左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件和L型构件按照图纸进行粘接，放入制作成型的公模和母模模具中进行合模，然后通过注胶孔向模具中注胶，最后通过高温高压固化形成盒型结构。步骤五、复合材料盒型结构制作完成后，在复合材料盒型结构的水平底板上开一个螺栓孔；步骤六、在连接使用时，在飞行器外侧通过扳手用高强金属螺栓将两个制备完成的复合材料盒型结构对称连接，以实现飞行器的连接。本专利技术的优点及带来的有益效果在于：(1)本专利技术一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，采用三个盒型构件加L型构件形成复合材料盒型结构，相对于传统的L型连接结构，有效提高了结构刚度；在L型构件与三个盒型构件连接处设置过渡，有效的降低了应力集中。(2)本专利技术一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，复合材料盒型结构可以与飞行器舱段结构一体成型，相对于传统的金属过渡结构，提高了结构的完整性，降低了结构重量。(3)本专利技术一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，连接端设计在一侧，应用在飞行器结构中，保证了飞行器的气动外形。(4)本专利技术一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构的制备方法，L型构件水平铺层采用交叉铺设，设计厚度为垂直铺层的2倍，增加了连接结构的刚度。(5)本专利技术一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构的制备方法，复合材料盒型结构在垂直板留有方型开口，并在开口上留有倒角，保证了连接结构装配的可行性，同时避免了开口处的应力集中。附图说明图1是本专利技术纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构的示意图；图2是本专利技术复合材料盒型结构装配示意图；图3是本专利技术复合材料构件拼装示意图；图4是本专利技术的复合材料盒型结构局部正视图；图5是本专利技术的复合材料盒型结构局部侧视图。图6是本专利技术纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构制备方法的流程图。图中：1-复合材料盒型结构；2-高强金属螺栓；11-L型构件；12-盒型构件；13-方型开口；14-过渡段；15-填充区域；111-L型构件水平板；112-L型构件垂直板；121-左侧盒型构件；122-中间盒型构件；123-右侧盒型构件；131-倒角。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，如图1所示，包括一对复合材料盒型结构1和一支高强金属螺栓2，两个复合材料盒型结构1呈底对底通过高强金属螺栓2上下对称连接。本实施例采用8个连接结构对导弹、火箭舱段进行连接。如图2所示，每个复合材料盒型结构1均包括盒型构件12与L型构件11，并在固化之前通过干纤维按图3所示的方式制作成型，然后进行拼装共固化。如图4所示，盒型构件12包括左侧盒型构件121、中间盒型构件122和右侧盒型构件123，并且三个盒型构件在与L型构件11的纵向连接处留有过渡段14，采用三个盒型构件加L型构件形成复合材料盒型结构，增加了连接结构的刚度。如图5所示，L型构件11包括水平板111和垂直板112，水平板111厚度为垂直板112厚度的2倍，且水平板111的纤维铺设方式为交叉铺设。三个盒型构件依次均匀分布在L型构件上；左侧盒型构件121和右侧盒型构件123为左右对称结构，左侧盒型构件121包括水平板，垂直板以及右侧挡板；右侧盒型构件123包括水平板，垂直板以及左侧挡板；中间盒型构件122包括水平板，垂直板以及左右两侧挡板；左侧盒型构件121、中间盒型构件122和右侧盒型构件123三个盒型构件的水平板宽度均与L型构件的水平板111的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，其特征在于，包括两个相同的复合材料盒型结构与一支高强金属螺栓；两个复合材料盒型结构之间通过高强金属螺栓底对底上下对称连接；每个复合材料盒型结构包括：左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件以及一个L型构件；L型构件包括水平板和垂直板；且水平板的厚度为垂直板厚度的2倍；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件依次均匀分布在L型构件上；左侧盒型构件和右侧盒型构件为左右对称结构，左侧盒型构件包括水平板，垂直板以及右侧挡板；右侧盒型构件包括水平板，垂直板以及左侧挡板；中间盒型构件包括水平板，垂直板以及左右两侧挡板；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件的水平板宽度均与L型构件的水平板的宽度相同；三个盒型构件的垂直板高度上尺寸一致，均小于L型构件的垂直板高度；中间盒型构件左侧边挡板与左侧盒型构件的右侧挡板相邻固定，且中间盒型构件右侧边挡板与右侧盒型构件的左侧挡板相邻固定；且四个侧边挡板完全相同，每个侧边挡板均垂直于L型构件水平板，且长度与L型构件水平板的宽度相同；中间盒型构件的垂直板面中心线上，留有一个同时穿透L型构件的垂直板的方型开口，方型开口的具体尺寸根据实际飞行器的尺寸进行选择，方型开口的四个角为倒角；复合材料盒型结构成型后，在中间盒型构件的水平板中心线上开一个螺栓孔，螺栓孔位于复合材料盒型结构水平板中心线上。...

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，其特征在于，包括两个相同的复合材料盒型结构与一支高强金属螺栓；两个复合材料盒型结构之间通过高强金属螺栓底对底上下对称连接；每个复合材料盒型结构包括：左侧盒型构件、中间盒型构件、右侧盒型构件以及一个L型构件；L型构件包括水平板和垂直板；且水平板的厚度为垂直板厚度的2倍；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件依次均匀分布在L型构件上；左侧盒型构件和右侧盒型构件为左右对称结构，左侧盒型构件包括水平板，垂直板以及右侧挡板；右侧盒型构件包括水平板，垂直板以及左侧挡板；中间盒型构件包括水平板，垂直板以及左右两侧挡板；左侧盒型构件、中间盒型构件和右侧盒型构件三个盒型构件的水平板宽度均与L型构件的水平板的宽度相同；三个盒型构件的垂直板高度上尺寸一致，均小于L型构件的垂直板高度；中间盒型构件左侧边挡板与左侧盒型构件的右侧挡板相邻固定，且中间盒型构件右侧边挡板与右侧盒型构件的左侧挡板相邻固定；且四个侧边挡板完全相同，每个侧边挡板均垂直于L型构件水平板，且长度与L型构件水平板的宽度相同；中间盒型构件的垂直板面中心线上，留有一个同时穿透L型构件的垂直板的方型开口，方型开口的具体尺寸根据实际飞行器的尺寸进行选择，方型开口的四个角为倒角；复合材料盒型结构成型后，在中间盒型构件的水平板中心线上开一个螺栓孔，螺栓孔位于复合材料盒型结构水平板中心线上。2.如权利要求1所述的一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，其特征在于，所述的三个盒型构件与L型构件连接处呈过渡连接。3.如权利要求1所述的一种纤维增强复合材料飞行器舱段连接结构，其特征在于，所述的倒角的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：程小全，张骞，王松伟，郭鑫，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11