本發(fā)明屬于航空航天材料，尤其涉及一種混雜纖維共固化的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合材料翼面作為一個(gè)承載結(jié)構(gòu)件，在各類航空航天飛行器中廣泛應(yīng)用，主要作用是為飛行器提供升力。為了滿足新型飛行器的功能要求，實(shí)現(xiàn)飛行器的遠(yuǎn)距離探測，完成對預(yù)警機(jī)等目標(biāo)的搜索和跟蹤，將傳統(tǒng)的翼面結(jié)構(gòu)件和天線陣列進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，充分利用翼面產(chǎn)品的長度增大天線面積，來實(shí)現(xiàn)長時(shí)間大空域搜索探測。共形天線翼面一體化設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)天線使用獨(dú)立的安裝支架安裝在艙體等空間較大的區(qū)域問題，節(jié)省了位置空間，具有更優(yōu)的氣動特性，對實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)復(fù)合材料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)功能一體化具有重要的意義。共形天線翼面一體化設(shè)計(jì)涉及到同時(shí)滿足剛度、強(qiáng)度、透波、隱身等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)有復(fù)合材料技術(shù)未有良好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種混雜纖維共固化的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)同時(shí)具有承載和偵測功能，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和氣動性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種混雜纖維共固化的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)對稱的單側(cè)翼面結(jié)構(gòu)，每個(gè)單側(cè)翼面結(jié)構(gòu)沿翼展方向包括三個(gè)區(qū)域，即靠近機(jī)身的承載區(qū)和位于翼尖的功能區(qū)，以及介于承載區(qū)和功能區(qū)之間的過渡區(qū)；承載區(qū)的蒙皮采用碳纖維材料，功能區(qū)的蒙皮和加強(qiáng)筋采用透波纖維材料，過渡區(qū)的蒙皮采用前述兩種纖維的混雜纖維，一同采用共固化成型；功能區(qū)的蒙皮外表面布置有共形天線，在共形天線外表面沿翼面整體包覆有透波蒙皮。

4、進(jìn)一步地，過渡區(qū)的混雜纖維采用同層對接、錯(cuò)層搭接的插鋪鋪層結(jié)構(gòu)；錯(cuò)層搭接是指采用沿翼展方向相對過渡區(qū)的中心線均衡對稱搭接鋪層，奇數(shù)層從過渡區(qū)沿翼展方向最遠(yuǎn)一側(cè)邊界開始遞減對接，偶數(shù)層從過渡區(qū)沿翼展方向最近一側(cè)邊界開始遞增對接。

5、進(jìn)一步地，過渡區(qū)沿翼展方向的長度為50～150mm，其混雜纖維采用的錯(cuò)層搭接，奇數(shù)層與偶數(shù)層的每層遞增或遞減的距離為5～10mm。

6、進(jìn)一步地，三個(gè)區(qū)域的蒙皮采用相對弦向中面均衡對稱鋪層，具體采用0°無緯布預(yù)浸料和45°無緯布預(yù)浸料交替，相鄰的0°單向預(yù)浸料的層數(shù)不超過4層，0°鋪層占比在70％～85％之間，45°鋪層占比在15％～30％之間。

7、進(jìn)一步地，三個(gè)區(qū)域的蒙皮鋪層過程中采用真空袋預(yù)壓工藝，每鋪放3～5層無緯布預(yù)浸料預(yù)壓一次。

8、進(jìn)一步地，加強(qiáng)筋布置于蒙皮內(nèi)側(cè)，采用準(zhǔn)各向同性鋪層，構(gòu)成等厚度的空心減重腔。

9、進(jìn)一步地，承載區(qū)采用的碳纖維為t700級、t800級、m40j、m50j中的一種；功能區(qū)采用透波纖維為玻璃纖維、石英纖維中的一種；碳纖維和透波纖維所用樹脂體系相同，樹脂在預(yù)浸料中的質(zhì)量含量為34％～36％；透波纖維與樹脂的復(fù)合材料的介電常數(shù)為4.0～4.5。

10、進(jìn)一步地，共形天線粘接在功能區(qū)的蒙皮上表面和/或下表面；共形天線包括2～6個(gè)單元，采用陣列排布。

11、進(jìn)一步地，翼面結(jié)構(gòu)的前緣和/或后緣的蒙皮內(nèi)設(shè)有電纜通道，共形天線所連接的電纜布置于該電纜通道內(nèi)，從承載區(qū)靠近機(jī)身的一側(cè)位置穿出。

12、進(jìn)一步地，透波蒙皮采用石英玻璃纖維織物或玻璃纖維織物，厚度為0.1～0.3mm，采用室溫固化樹脂手糊成型。

13、本發(fā)明取得的有益效果如下：

14、1.本發(fā)明通過混雜纖維共固化工藝替代金屬連接，實(shí)現(xiàn)了功能化與輕量化的同時(shí)，保證了翼面結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度。

15、2.本發(fā)明采用同層對接、錯(cuò)層搭接的插鋪鋪層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了過渡區(qū)的連接方式，提升了翼面結(jié)構(gòu)的整體性與承載能力。

16、3.本發(fā)明的共形天線安裝在透波纖維區(qū)域表面，避免了金屬連接對天線電性能的影響，提升了天線的工作性能。

17、4.本發(fā)明通過將天線與復(fù)合材料翼面一體化設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)天線需要獨(dú)立支架的問題，節(jié)省了飛行器的空間，提高了氣動特性。

18、5.本發(fā)明設(shè)計(jì)的電纜通道避免了金屬干擾，并實(shí)現(xiàn)了電纜布置的隱蔽與優(yōu)化，提高了系統(tǒng)集成度。

19、6.本發(fā)明采用透波蒙皮覆蓋天線區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了對天線的保護(hù)，增強(qiáng)了天線信號傳輸?shù)目煽啃?，且蒙皮厚度適中，具備優(yōu)良的力學(xué)性能。

20、7.本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)智能化的同時(shí)，提升了飛行器的綜合性能，適應(yīng)了更為復(fù)雜的應(yīng)用需求。

技術(shù)特征：

1.一種混雜纖維共固化的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括兩個(gè)對稱的單側(cè)翼面結(jié)構(gòu)，每個(gè)單側(cè)翼面結(jié)構(gòu)沿翼展方向包括三個(gè)區(qū)域，即靠近機(jī)身的承載區(qū)和位于翼尖的功能區(qū)，以及介于承載區(qū)和功能區(qū)之間的過渡區(qū)；承載區(qū)的蒙皮采用碳纖維材料，功能區(qū)的蒙皮和加強(qiáng)筋采用透波纖維材料，過渡區(qū)的蒙皮采用前述兩種纖維的混雜纖維，一同采用共固化成型；功能區(qū)的蒙皮外表面布置有共形天線，在共形天線外表面沿翼面整體包覆有透波蒙皮。

2.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，過渡區(qū)的混雜纖維采用同層對接、錯(cuò)層搭接的插鋪鋪層結(jié)構(gòu)；錯(cuò)層搭接是指采用沿翼展方向相對過渡區(qū)的中心線均衡對稱搭接鋪層，奇數(shù)層從過渡區(qū)沿翼展方向最遠(yuǎn)一側(cè)邊界開始遞減對接，偶數(shù)層從過渡區(qū)沿翼展方向最近一側(cè)邊界開始遞增對接。

3.如權(quán)利要求2所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，過渡區(qū)沿翼展方向的長度為50～150mm，其混雜纖維采用的錯(cuò)層搭接，奇數(shù)層與偶數(shù)層的每層遞增或遞減的距離為5～10mm。

4.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，三個(gè)區(qū)域的蒙皮采用相對弦向中面均衡對稱鋪層，具體采用0°無緯布預(yù)浸料和45°無緯布預(yù)浸料交替，相鄰的0°單向預(yù)浸料的層數(shù)不超過4層，0°鋪層占比在70％～85％之間，45°鋪層占比在15％～30％之間。

5.如權(quán)利要求4所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，三個(gè)區(qū)域的蒙皮鋪層過程中采用真空袋預(yù)壓工藝，每鋪放3～5層無緯布預(yù)浸料預(yù)壓一次。

6.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，加強(qiáng)筋布置于蒙皮內(nèi)側(cè)，采用準(zhǔn)各向同性鋪層，構(gòu)成等厚度的空心減重腔。

7.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，承載區(qū)采用的碳纖維為t700級、t800級、m40j、m50j中的一種；功能區(qū)采用透波纖維為玻璃纖維、石英纖維中的一種；碳纖維和透波纖維所用樹脂體系相同，樹脂在預(yù)浸料中的質(zhì)量含量為34％～36％；透波纖維與樹脂的復(fù)合材料的介電常數(shù)為4.0～4.5。

8.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，共形天線粘接在功能區(qū)的蒙皮上表面和/或下表面；共形天線包括2～6個(gè)單元，采用陣列排布。

9.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，翼面結(jié)構(gòu)的前緣和/或后緣的蒙皮內(nèi)設(shè)有電纜通道，共形天線所連接的電纜布置于該電纜通道內(nèi)，從承載區(qū)靠近機(jī)身的一側(cè)位置穿出。

10.如權(quán)利要求1所述的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，其特征在于，透波蒙皮采用石英纖維織物或玻璃纖維織物，厚度為0.1～0.3mm，采用室溫固化樹脂手糊成型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種混雜纖維共固化的多功能復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)，屬于航空航天材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為解決傳統(tǒng)復(fù)合材料翼面無法同時(shí)具備承載與偵測功能的問題，主要采用混雜纖維共固化工藝，并結(jié)合同層對接、錯(cuò)層搭接的插鋪鋪層結(jié)構(gòu)，形成了混雜纖維過渡區(qū)，優(yōu)化了連接方式，避免金屬連接對功能區(qū)電性能的干擾，同時(shí)提高了翼面整體的剛度與強(qiáng)度。本發(fā)明將傳統(tǒng)復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)與天線結(jié)合形成智能蒙皮結(jié)構(gòu)，功能區(qū)采用透波纖維材料和天線共形，承載區(qū)采用碳纖維材料，實(shí)現(xiàn)了功能分區(qū)協(xié)同工作；采用混雜纖維共固化工藝消除了金屬化對天線電性能的影響，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件向結(jié)構(gòu)功能一體化部件的轉(zhuǎn)變。

技術(shù)研發(fā)人員：徐暢,張惠玲,唐中華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28