一种飞机起落架的复合材料摇臂及成型方法与流程
本发明属于树脂基碳纤维增强复合材料领域，更具体来说，本发明涉及一种飞机起落架的复合材料摇臂及成型方法。
背景技术：
1、起落架是飞机的重要部件之一，主要承担飞机起飞、降落、滑行和停放时的载荷，吸收飞机着陆或着舰时产生的冲击能量，是飞机典型的主承力关键结构，其服役性能直接影响飞机的起降性能和安全。起落架结构设计在飞机设计中占有重要地位。航空器的快速发展，对起飞质量、巡航速度以及节能高效提出了更高要求，复合材料起落架结构应运而生。相对于传统飞机起落架主流的300m钢、4340钢以及tc18钛合金等高性能金属材料，树脂基碳纤维增强复合材料不仅具有高强度、高模量、优异的抗疲劳和耐腐蚀性能，并且以其质量轻、较强的可设计性等特点，有利于降低航空器油耗，提高其续航能力。
2、目前复合材料飞机起落架结构在国外多项飞机型号中实现应用，采用的工艺路线是三维编织复合材料预成型体和树脂传递模塑(rtm)固化成型。三维编织工艺整体性强，可有效提升层间剪切强度，但三维编织工艺使用的编织设备研制难度大，购置成本高昂，且生产效率依赖于编织设备，并行能力差。此外，对于复杂型面结构，三维编织过程中需人工操作配合，对操作人员技能水平和熟练程度要求很高。整体上，三维编织预成型技术面临效率低、成本高昂等困境，难以满足飞机型号大批量快速研制需求。
技术实现思路
1、针对复合材料起落架采用三维编织工艺效率低、成本高昂等技术难题，本发明以飞机起落架中典型的摇臂结构为对象，发明了一种飞机起落架的复合材料摇臂及成型方法。本发明的技术方案如下：
2、面向低成本、高效率的铺贴制备预制体工艺，发明了一种飞机起落架的复合材料摇臂，由以下部分组成：复材主体和设置在所述复材主体上与飞机连接的接头；
3、接头包括机身连接接头、机轮连接接头、伸长限制器接头，均为金属材料，其上设有与飞机孔销配合连接的装配定位孔；
4、复材主体材料为树脂基碳纤维复合材料及泡沫，复材主体一端通过机身连接接头与机身连接，另一端通过机轮连接接头与机轮连接，通过伸长限制器接头与飞机伸长限制器连接；
5、复材主体包括：1个骨架，骨架与机身连接一端为槽型结构，骨架与机轮连接一端为带耳片的槽型结构，中段为变厚度的平板结构；2个泡沫芯，分别贴合在骨架的两外侧面；多个c型垫块，机身连接接头和机轮连接接头卡嵌在所述c型垫块和骨架的槽型结构之间；包覆层，包裹在骨架、泡沫芯、c型垫块外侧。
6、优选的，还包括一导电机构，由金属网、导电块和导线组成。导电块为板状结构，一侧面上带有导线连接凸台；导电块位于复材主体靠近机身连接接头的包覆层上；金属网为条带结构，贴合在复材主体的外表面上，金属网一端与所述机轮连接接头相连，另一端与所述导电块相连；导线一端接地，另一端固定在导电块的导线连接凸台上。
7、优选的，骨架与机身连接一端为向外侧延伸的两个分支结构，每个分支结构末端分别带有1个槽型结构。
8、优选的，包覆层铺层包括机身端铺层、机轮端铺层、中段加强层、整体编织层。机身端铺层包覆在所述骨架与机身连接一端及与机身连接接头连接的c型垫块外侧，并延伸到骨架中段，包覆在泡沫芯上；机轮端铺层包覆在所述骨架与机轮连接一端及与所述机轮连接接头连接的c型垫块外侧，并延伸到骨架中段，包覆在泡沫芯上；中段加强层包覆在骨架中段及与骨架中段贴合的泡沫芯上；整体编织层包覆在整个复材主体上。
9、优选的，沿包覆层铺层堆叠方向，机身端铺层与机轮端铺层交替设置，外侧为中段加强层，整体编织层分布在其他铺层之间。
10、优选的，机轮端包覆层铺层的拼接面与耳片平行，机身端包覆层铺层的拼接面与耳片垂直且沿复材主体长度方向延伸，中段加强层的拼接缝与复材主体长度方向平行。
11、优选的，包覆层拼接缝及拼接面在相邻铺层中错开至少15mm。
12、优选的，骨架及所述c型垫块采用热压罐工艺制造，所述包覆层采用树脂传递模塑工艺制造。
13、本申请还提供了一种上述复合材料摇臂的制造方法，包含以下步骤：
14、(a)按照骨架、c型垫块外形及铺层，采用碳纤维预浸料铺贴制备预成型体，采用真空袋封装预成型体后，在热压罐中加温加压固化后脱模；
15、(b)切除骨架、c型垫块外形轮廓以外的区域，将泡沫芯拼接在骨架两侧，将机身连接接头、机轮连接接头安装在骨架槽型结构内，将c型垫块安装在机身连接接头、机轮连接接头安装的槽型结构开口上方，c型垫块内型面与接头型面贴合；
16、(c)按设定铺层在骨架、c型垫块、泡沫芯外侧制备包覆层预制体，其中机身端铺层、机轮端铺层、中段加强层采用碳纤维织物铺贴工艺，整体编织层采用碳纤维丝束编织工艺；
17、(d)将预制体组装至闭合模具中，将液态树脂注入模具中，使预制体被树脂均匀浸润；
18、(e)固化后脱模；
19、(f)将金属网采用导电胶粘贴在复材主体的外表面上，金属网一端与机轮连接接头相连，另一端粘贴在复材主体靠近机身连接接头的包覆层上，将导电块采用导电胶粘贴在金属网靠近机身连接接头的一端上。将导线一端固定在导电块的导线连接凸台上，另一端接地。
20、(g)在耳片位置制孔并安装伸长限制器接头。
21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22、1、采用分区结构设计，便于通过调整局部结构、铺层适应不同工况要求。
23、复合材料摇臂在起落架组件中与机身、机轮、伸长限制器等连接，起到了支撑载机，传递载荷作用，主要承受载荷为来自机轮的垂向载荷、侧向载荷、航向载荷以及航向载荷、侧向载荷引起的弯矩。复合材料摇臂装配关系及受载情况复杂。采用整体三维编织设计，考虑到预制体整体性及型面几何特征对纤维取向的影响，在局部区域的纤维角度、数量等调整空间受限。本发明采用铺层设计方案，根据载荷情况进行分区设计，将强度设计重点放在考虑解决杆体受压和受拉两种状态下的承载能力，骨架为受压结构，包覆层为受拉结构。包覆层进一步划分为机身端、机轮端、中段铺层。各区域结构、铺层角度、层数可灵活调整，满足不同工况载荷要求的基础上，显著提升结构效率。
24、2、采用分区铺层设计，预制体制备对操作人员技能水平及熟练度要求不高，操作简便高效，不采用编织设备，突破编织设备对场地、产能限制，可连续生产，生产效率提升约40％，生产成本降低约20％。
25、本发明提出的技术方案可采用常规的铺贴方法制备预制体，从固定资产成本角度考量，本方案无需购置编织设备，设备、场地及能耗成本降低。从用工成本考虑，编织工艺对操作人员技能水平及熟练程度要求很高，而采用铺贴的方法，具备基本复合材料制造能力的人员可从事该工作，且采用铺贴方法制备单层预制体所用时间相对于编织工艺大幅缩短，工作效率显著高于编织工艺。
技术特征：
1.一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，包括：复材主体和设置在所述复材主体上与飞机连接的接头；
2.根据权利要求1所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，还包括一导电机构，所述导电机构包括金属网、导电块和导线，所述导电块为板状结构，一侧面上带有导线连接凸台；所述导电块位于所述复材主体靠近机身连接接头的包覆层上；所述金属网为条带结构，贴合在所述复材主体的外表面上，所述金属网一端与所述机轮连接接头相连，另一端与所述导电块相连；所述导线一端接地，另一端固定在所述导电块的导线连接凸台上。
3.根据权利要求1所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，所述骨架与机身连接一端为向外侧延伸的两个分支结构，每个分支结构末端分别带有1个槽型结构。
4.根据权利要求1所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，所述包覆层铺层包括机身端铺层、机轮端铺层、中段加强层、整体编织层，所述机身端铺层包覆在所述骨架与机身连接一端及与所述机身连接接头连接的c型垫块外侧，并延伸到所述骨架中段，包覆在所述泡沫芯上；所述机轮端铺层包覆在所述骨架与机轮连接一端及与所述机轮连接接头连接的c型垫块外侧，并延伸到所述骨架中段，包覆在所述泡沫芯上；所述中段加强层包覆在所述骨架中段及与所述骨架中段贴合的泡沫芯上；所述整体编织层包覆在整个所述复材主体上。
5.根据权利要求4所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，沿所述包覆层铺层堆叠方向，所述机身端铺层与所述机轮端铺层交替设置，外侧为所述中段加强层，所述整体编织层分布在其他铺层之间。
6.根据权利要求1所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于所述的机轮端包覆层铺层的拼接面与所述耳片平行，所述的机身端包覆层铺层的拼接面与所述耳片垂直且沿所述复材主体长度方向延伸，所述的中段加强层的拼接缝与所述复材主体长度方向平行。
7.根据权利要求6所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，所述拼接缝及拼接面在相邻铺层中错开至少15mm。
8.根据权利要求1所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂，其特征在于，所述骨架及所述c型垫块采用热压罐工艺制造，所述包覆层采用树脂传递模塑工艺制造。
9.权利要求1-8中任意一项权利要求所述的一种飞机起落架的复合材料摇臂的成型方法，其特征在于，包含以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种飞机起落架的复合材料摇臂及成型方法。由复材主体和设置在复材主体上与飞机连接的接头组成。复材主体结构由骨架、泡沫芯、C型垫块、包覆层组成。骨架位于复合材料主体结构内部中心位置，末端带有槽型结构，机身连接接头和机轮连接接头位于槽型结构内，伸长限制器接头镶嵌在骨架一端上。C型垫块位于槽型结构开口上方，C型垫块内型面与接头贴合。泡沫芯在骨架中段位置与骨架贴合。包覆层包裹在骨架、泡沫芯、C型垫块外侧。骨架采用预浸料铺贴，热压罐工艺制造，将骨架、泡沫芯、机身连接接头、机轮连接接头、C型垫块装配完成后，制备包覆层预制体，采用液体成型RTM工艺成型。
技术研发人员：闫超,田亦瑶,王天立,许会锋,杨腾飞
受保护的技术使用者：中航西安飞机工业集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23