多通道带蜂窝新型复合材料翼型件的研制

郭鹏亮 ，章 伟 ，马 军 ，苏 亮 ，龚 文 ，殷 俊

（1.航空工业洪都，江西南昌 330024；2.中国人民解放军驻320厂军事代表室，江西 南昌330024）

0 引言

碳纤维复合材料是航空材料中最重要的结构材料之一，其具有比强度、比模量高，耐疲劳性能好，阻尼减震性好，破损安全性高，可设计性强，材料与结构的同一性和复合效应等特点[1]。翼型件多为飞机机体的主承力结构件之一，具有强度要求高、受力面积大、结构复杂等特点[2]。一般翼型件采用全复合材料结构，左右蒙皮间为 2～3 根“U”型或“T”型墙，但某型飞机采用了墙与蜂窝结合的全复合材料结构，这种结构在行业内属首创，成型工艺没有先例，复合材料层板、墙体硬体材料与纸蜂窝软体材料结合在一个产品上成型，使得此新型结构成型工艺难度极大。本文通过分析、方案论证，研究制定出一套较为完善可行的技术方案，并在生产实践中获得成功。

1 多通道带蜂窝新型复合材料翼型件的结构特点和分析

1.1 翼型件的结构特点

多通道带蜂窝新型复合材料翼型件采用多根“工”字墙体、蜂窝、蒙皮等零件组合而成，蒙皮与墙体均为先进复合材料。此产品前缘区成尖角，后缘区敞开，展长超过3米。

1.2 翼型件的成型难点分析

1）壁板与墙体均有梯层，梯层的吻合性控制与壁板外形、墙体质量等因素存在冲突，容易造成梯层阶差和配合公差均积累在壁板与墙体胶接区域，影响胶接质量。

2）翼型件整体翼型较薄，模具相应也较薄，经过多次加温使用，会使其产生翘曲变形，而模具是控制墙体位置准确的关键，模具变形将造成墙体偏移。

3）“工”字型结构墙体从模具中取出后，凸缘将会顺着纤维方向出现向内收缩现象（如图1），墙体凸缘面与壁板间将产生较大间隙，胶接质量难以保证。

图1 墙体凸缘收缩图

4）翼型件内墙体数量较多，墙体与壁板的胶接面积相对较大，各墙之间的配合非常重要。如果间隙较大，放置较厚的胶膜，在较大压力下无法完全压实，会造成胶接部位存在疏松缺陷或脱粘现象。

5）由于是蜂窝夹层结构，固化压力过大会把蜂窝压塌，但压力不大或传递不到位，又会影响壁板与墙体之间的胶接质量。

2 研制方案

复合材料制件的成型方法通常有共固化成型和二次胶接成型。目前，由于蜂窝夹层结构与叠层板结构壁板、墙体等成型压力不匹配，使得共固化成型工艺无法实现，只能采用二次胶接成型法（所谓二次胶接成型，就是将所有胶接零件预先加工成型，经过协调修配后，再用胶粘剂将各零件组合胶接而成）。故多通道带蜂窝新型复合材料翼型件只能采用二次胶接成型法。

2.1 工装

翼型件要求有严格的外形质量，因此采用上下合模形式。为了确保胶接质量，故在各墙体之间增加芯模，为了确保组合装配的协调，对芯模进行适当缩小，以达到组合装配的协调，并在芯模的两端增加定位装置，在根部、顶部处设置定位块。总成型模具截面见图2。

2.2 零部件制造

多通道带蜂窝新型复合材料翼型件是由左右壁板、多根“工”字墙、蜂窝等组合而成。为了能够更好的进行组合装配，需要对各零部件的成型模部分区域进行扩大角度和缩小型面处理，避免组合过程当中由于尺寸公差而无法很好的配合，影响组合装配。

2.3 翼型件总成型

多通道带蜂窝新型复合材料翼型件总的工艺流程如下：

2.3.1 校验膜的使用

由于翼型件采用二次胶接固化成型，因此，胶接成型过程为“硬碰硬”形式，各零件之间的配合协调非常关键，直接影响胶接成型质量。故在组装胶接之前，使用校验膜进行校验，检查配合情况，根据校验膜结果对存在配合问题区域进行适当修整，确保配合协调。

2.3.2 膨胀橡胶的使用

由于组合装配为“硬碰硬”形式，缩小芯模尺寸方便组装，但由于墙体凸缘面向下产生收缩，与蒙皮存在间隙，无法保证胶接质量，故在芯模上下面铺贴一定厚度膨胀橡胶，既能方便组合装配又能保证胶接质量。

2.3.3 工艺参数的调整

多通道带蜂窝新型复合材料翼型件的总固化采用热压罐成型法，由于蜂窝夹层结构的存在，故需要降低成型压力，防止蜂窝的塌陷。但为了保证胶接质量，必须施加适当的成型压力，同时抽取真空的时间也不能覆盖全程，必须控制在加压点后停止，以防蜂窝格内空气抽空变形。通过多次的实验，摸索出合适的成型工艺参数。

3 实际产品的应用

通过上述方案，研制了一定数量的翼型件，能够很好的保证产品外形。同时，在生产过程中不断优化工艺方法，翼型件的成型质量得到大幅度提高。

二次胶接成型法在多通道带蜂窝新型复合材料翼型件的成功应用，将直接影响复合材料发展的方向，促使复合材料应用到更广、更复杂制件的研制生产当中。

2）成型工艺参数中压力和真空的控制是保证多墙体带蜂窝结构件中蜂窝不变形的重要控制点；

3）多墙与蒙皮的配合，重要控制在于工装的结构设计与胶接时反向力的使用。

4 结论

多通道带蜂窝新型复合材料翼型件结构复杂、特殊，通过研制得出以下结论：

1）带蜂窝的复合材料结构件采用二次胶接成型法比较适合；

[1]中国玻璃钢工业协会，发展中的中国玻璃钢工业，2004，北京，3-6.

[2]北京玻璃钢研究设计院，玻璃钢/复合材料，2006，（3），53-56.