一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法，依次包括专用气囊成型模具的制造、气囊芯模的制造、准备产品整体成型模具、铺贴预浸料得到铺层、再将各个模具组合形成密闭组合体，固化脱模；本发明专利技术解决了真空导入液体树脂分次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题，改善泡沫成型压力小及结构重量较大的问题，为小型无人机复合材料副翼提供重量轻、高性能、尺寸稳定性良好的整体成型工艺方法，改善小型无人机复合材料副翼的结构性能和适用范围。

A Forming Process for Composite Aileron of Small UAV

【技术实现步骤摘要】
一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法
本专利技术属于无人机复合材料成型工艺
，涉及一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法。
技术介绍
飞机的副翼是指安装在机翼的翼梢后缘外侧处可动翼面，它是飞机的主操作舵面，通过操纵飞机的副翼实现飞机的升降滚转动作。传统的非金属材料无人机副翼主要采用湿法手糊玻璃钢或液体成型工艺，通常由蒙皮、轻木肋或桁条、梁的结构组合而成；与传统副翼成型方式相比较，预浸料成型的复合材料副翼具有含胶量均匀、重量较轻、优良的综合力学性能和环境适应性高等优点，也越来越广泛应用于高性能无人机机体结构中。公告号CN107160709A的中国专利技术专利公布了“一种复合材料液体成型超轻型飞机舵面的方法及舵面”，提出利用真空导入液体树脂的方法及分次固化成型的方式实现了舵面的制造。该方法需要分次固化成型组装出梁结构，再通过细沙填充空隙后在梁结构上成型舵面的上、下蒙皮。该方法生产成本高和周期长，实现的产品重量较大、含胶量和厚度不均匀，而且成型过程中通过细沙或充气的方式填充型面，工艺复杂，且产品质量不易控制；适用于较大型复合材料副翼的分次固化成型，不适用于小型无人机复合材料副翼的整体成型及轻量化要求。公告号CN106182801A的中国专利技术专利公布了“一种飞行器泡沫夹芯复合材料舵面成型方法”，提出利用泡沫本身热膨胀实现了舵面的整体成型。该方法中含有的全高度泡沫夹芯重量较大，且与硅橡胶热膨胀成型、真空辅助成型相比，泡沫本身热膨胀压力较小，因此该方法适用于非承力结构低性能副翼的整体成型，不适用于高性能小型无人机复合材料副翼的整体成型。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法及装备，用于解决真空导入液体树脂分次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题，改善泡沫成型压力小及结构重量较大的问题，为小型无人机复合材料副翼提供重量轻、高性能、尺寸稳定性良好的整体成型工艺方法，改善小型无人机复合材料副翼的结构性能和适用范围。技术方案一种小型无人机复合材料垂直尾翼成型工艺方法，其特征在于步骤如下：步骤1：专用气囊成型模具的制造采用CATIA软件进行专用气囊成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述专用气囊成型模具分割为下阴模和上阴模两部分，下阴模和上阴模通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的无人机复合材料副翼制件内腔一致；在专用气囊成型模具左、右两端设置有第一左挡板和第一右挡板，分别通过螺栓与下阴模和上阴模端面进行定位连接，用于密闭上述腔体；右挡板的中部区域设置有中心孔，用于固定气囊成型芯模的充、放气接头；步骤2：气囊芯模的制造步骤2a：分别启封下阴模、上阴模、第一左挡板和第一右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；在下阴模、上阴模的内表面上逐层铺贴硅橡胶片，形成硅橡胶层；再将含硅橡胶层的下阴模和上阴模进行合模；在第一左挡板和第一右挡板内表面同样逐层铺贴硅橡胶片形成硅橡胶层，其中在右挡板内表面上将充、放气接头预埋进硅橡胶层内，并嵌入中心孔处；再将上含硅橡胶层的第一左挡板和第一右挡板分别安装于下阴模、上阴模两侧，形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.4MPa，对腔内进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，将组合体放入真空固化炉中进行硫化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度180℃，保温2小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤2b：拆卸第一左挡板和第一右挡板，分离上阴模后，将带有充、放气接头的气囊芯模从下阴模内表面分离出来，经硅橡胶余边修整后得到气囊芯模；当气囊芯模不满足使用要求时可利用专用气囊成型模具重复制造；步骤3：准备产品整体成型模具采用CATIA软件进行产品整体成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品整体成型模具沿工艺分离面对前缘进行分块设计后将其分割为成型下阴模和成型上阴模两部分；成型下阴模包含整个后缘型面，与成型上阴模配合使用，通过定位销及螺栓连接方式形成整体组合模具，用于产品的整体成型；在此基础上，同样在产品整体成型模具两端设置成型模具第二左挡板、第二右挡板，便于定位固定气囊芯模的充、放气接头，与产品整体成型模具通过螺纹连接形成密闭组合体；步骤4：分别启封产品整体成型模具、第二左挡板和第二右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；在成型下阴模上逐层铺贴2层0°/90°碳纤维织物预浸料，前缘处预留多余的预浸料于成型下阴模左侧的非成型工作面上，并使用无孔隔离膜隔开，得到下蒙皮预铺层；在成型上阴模表面逐层铺贴2层0°/90°碳纤维织物预浸料，得到上蒙皮预铺层；向气囊芯模充入氮气至0.4MPa，待其恒压后在后缘处铺贴1层0°/90°碳纤维织物预浸料，得到梁的预铺层；所述的预浸料存放在-18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；步骤5：在含预浸料的成型下阴模两端分别安装第二左挡板、第二右挡板，同时将含预浸料的气囊芯模置入其中，且充、放气接头固定于成型模具右挡板的中心孔处；将轻木零件紧靠梁的预铺层放置；将50mm宽的0°单向碳带预浸料卷制成圆柱型实心条状物填充在轻木零件与成型下阴模之间的空隙处，形成条状预铺层；将左侧非成型工作面处预留的2层多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于气囊芯模上表面；再将含预浸料的成型上阴模和成型下阴模进行组合，形成密闭组合体；步骤6：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤7：拆卸组合体两端的第二左挡板、第二右挡板，将成型上阴模向上整体脱离，将产品坯体两端毛刺砂磨干净，对气囊芯模(6)进行放氮气处理后将其从已固化的产品坯体中抽出，再将产品坯体从成型下阴模上脱离，对产品余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到小型无人机复合材料副翼产品。有益效果本专利技术提出的一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法，有益效果如下：(1)解决了真空导入液体树脂分次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性，避免了化工品配制及使用过程中产生的环境污染及质量风险；有效改善了泡沫成型压力小和结构重量较大的问题，提高了小型无人机复合材料副翼的结构性能和适用范围；(2)有效地简化了成型工艺和工装，降低了工艺难度，缩短了生产周期，避免了材料的较大损耗，不但实现了复合材料副翼的整体成型，极大地发挥了复合材料整体成型优势，而且得到的产品结构重量轻、性能高；(3)适用于多种小型无人机复合材料副翼的整体成型，避免了因型腔狭窄导致的真空辅助成型困难，或各类产品脱模困难等问题；(4)通过气囊芯模成型，可以有效地均匀传递成型压力，保证了整体成型的产品尺寸稳定，提高了产品内、外表面质量，也避免了产品内部的热滞后效应，使产品性能可靠。附图说明图1是本专利技术实施例复合材料副翼结构示意图；图2是实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法，其特征在于步骤如下：步骤1：专用气囊成型模具的制造采用CATIA软件进行专用气囊成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述专用气囊成型模具分割为下阴模(1)和上阴模(2)两部分，下阴模(1)和上阴模(2)通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的无人机复合材料副翼制件内腔一致；在专用气囊成型模具左、右两端设置有第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，分别通过螺栓与下阴模(1)和上阴模(2)端面进行定位连接，用于密闭上述腔体；右挡板(4)的中部区域设置有中心孔(5)，用于固定气囊成型芯模(6)的充、放气接头；步骤2：气囊芯模(6)的制造步骤2a：分别启封下阴模(1)、上阴模(2)、第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；在下阴模(1)、上阴模(2)的内表面上逐层铺贴硅橡胶片，形成硅橡胶层；再将含硅橡胶层的下阴模(1)和上阴模(2)进行合模；在第一左挡板(3)和第一右挡板(4)内表面同样逐层铺贴硅橡胶片形成硅橡胶层，其中在右挡板(4)内表面上将充、放气接头预埋进硅橡胶层内，并嵌入中心孔(5)处；再将上含硅橡胶层的第一左挡板(3)和第一右挡板(4)分别安装于下阴模(1)、上阴模(2)两侧，形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.4MPa，对腔内进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，将组合体放入真空固化炉中进行硫化：先以1‑3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度180℃，保温2小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤2b：拆卸第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，分离上阴模(2)后，将带有充、放气接头的气囊芯模(6)从下阴模(1)内表面分离出来，经硅橡胶余边修整后得到气囊芯模(6)；当气囊芯模(6)不满足使用要求时可利用专用气囊成型模具重复制造；步骤3：准备产品整体成型模具采用CATIA软件进行产品整体成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品整体成型模具沿工艺分离面对前缘进行分块设计后将其分割为成型下阴模(7)和成型上阴模(8)两部分；成型下阴模(7)包含整个后缘型面，与成型上阴模(8)配合使用，通过定位销及螺栓连接方式形成整体组合模具，用于产品的整体成型；在此基础上，同样在产品整体成型模具两端设置成型模具第二左挡板(15)、第二右挡板(16)，便于定位固定气囊芯模(6)的充、放气接头，与产品整体成型模具通过螺纹连接形成密闭组合体；步骤4：分别启封产品整体成型模具、第二左挡板和第二右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；在成型下阴模(7)上逐层铺贴2层0°/90°碳纤维织物预浸料，前缘处预留多余的预浸料于成型下阴模(7)左侧的非成型工作面(14)上，并使用无孔隔离膜隔开，得到下蒙皮预铺层(9)；在成型上阴模(8)表面逐层铺贴2层0°/90°碳纤维织物预浸料，得到上蒙皮预铺层(13)；向气囊芯模(6)充入氮气至0.4MPa，待其恒压后在后缘处铺贴1层0°/90°碳纤维织物预浸料，得到梁的预铺层(10)；所述的预浸料存放在‑18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；步骤5：在含预浸料的成型下阴模(7)两端分别安装第二左挡板(15)、第二右挡板(16)，同时将含预浸料的气囊芯模(6)置入其中，且充、放气接头固定于成型模具右挡板的中心孔处；将轻木零件(11)紧靠梁的预铺层(10)放置；将50mm宽的0°单向碳带预浸料卷制成圆柱型实心条状物填充在轻木零件(11)与成型下阴模(7)之间的空隙处，形成条状预铺层(12)；将左侧非成型工作面(14)处预留的2层多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于气囊芯模(6)上表面；再将含预浸料的成型上阴模(8)和成型下阴模(7)进行组合，形成密闭组合体；步骤6：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1‑3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤7：拆卸组合体两端的第二左挡板(15)、第二右挡板(16)，将成型上阴模(8)向上整体脱离，将产品坯体两端毛刺砂磨干净，对气囊芯模(6)进行放氮气处理后将其从已固化的产品坯体中抽出，再将产品坯体从成型下阴模(7)上脱离，对产品余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到小型无人机复合材料副翼产品。...

【技术特征摘要】
1.一种小型无人机复合材料副翼成型工艺方法，其特征在于步骤如下：步骤1：专用气囊成型模具的制造采用CATIA软件进行专用气囊成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述专用气囊成型模具分割为下阴模(1)和上阴模(2)两部分，下阴模(1)和上阴模(2)通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的无人机复合材料副翼制件内腔一致；在专用气囊成型模具左、右两端设置有第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，分别通过螺栓与下阴模(1)和上阴模(2)端面进行定位连接，用于密闭上述腔体；右挡板(4)的中部区域设置有中心孔(5)，用于固定气囊成型芯模(6)的充、放气接头；步骤2：气囊芯模(6)的制造步骤2a：分别启封下阴模(1)、上阴模(2)、第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；在下阴模(1)、上阴模(2)的内表面上逐层铺贴硅橡胶片，形成硅橡胶层；再将含硅橡胶层的下阴模(1)和上阴模(2)进行合模；在第一左挡板(3)和第一右挡板(4)内表面同样逐层铺贴硅橡胶片形成硅橡胶层，其中在右挡板(4)内表面上将充、放气接头预埋进硅橡胶层内，并嵌入中心孔(5)处；再将上含硅橡胶层的第一左挡板(3)和第一右挡板(4)分别安装于下阴模(1)、上阴模(2)两侧，形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.4MPa，对腔内进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，将组合体放入真空固化炉中进行硫化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度180℃，保温2小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤2b：拆卸第一左挡板(3)和第一右挡板(4)，分离上阴模(2)后，将带有充、放气接头的气囊芯模(6)从下阴模(1)内表面分离出来，经硅橡胶余边修整后得到气囊芯模(6)；当气囊芯模(6)不满足使用要求时可利用专用气囊成型模具重复制造；步骤3：准备产品整体成型模具采用CATIA软件进行产品整体成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品整体成型模具沿工艺分离面对前缘进行分块设计后将其分割为成型下阴模(7)和成型上阴模(8)两部分；成型下阴模(7)包含整个后缘型...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟超，孙奇，赵景丽，何颖，段国晨，童话，
申请(专利权)人：西安爱生技术集团公司，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61