闪电防护铜网在航空复材制件VARI成型工艺中的树脂导流应用

复合材料在民机结构中的大量应用对航空复材制件的闪电防护提出了新的要求,与此同时,以VARI工艺为代表的复材液体成型技术愈发受到关注,常用导流网在VARI工艺中造成浪费也易引起质量问题,结合这两方面的需求,提出将闪电防护铜网用作导流介质,在表面应用类的航空复材制件的VARI成型工艺中,将铜网的闪电防护作用和树脂导流作用进行集成,并对闪电防护铜网在VARI工艺中的树脂导流作用进行了试验分析,研究了引入铜网导流后VARI制件的注胶情况、铜网层数对树脂渗透率的影响,以及制件最终成型效果和表面质量。本研究对于丰富复材VARI成型工艺技术手段,提升VARI工艺的综合经济性,进一步拓展VARI工艺在民机复材结构中的应用都具有积极意义。     

液态成型复合材料在直升机上的应用

自20世纪60年代以来,高性能树脂基复合材料在直升机结构中的应用获得了迅速发展,传统的预浸料-热压罐成型复合材料在直升机结构上已取得了大量应用,对结构减重、性能提升起到了显著作用。但是,随着复合材料技术的发展以及直升机对低成本、整体成型技术的强烈需求,低成本液态成型复合材料逐渐在直升机上获得应用,其应用水平及应用效果也不断提升。以RTM、VARI两种典型的液态成型技术为主综述了液态成型复合材料在直升机上的应用,并对新型的液态成型工艺进行了介绍,以期能为直升机设计人员和复合材料工艺人员提供选材及工艺方案方面的技术支撑。     

高密肋结构整体壁板VARI成型技术研究

高密肋壁板结构可采用真空辅助树脂渗透工艺（VARI）整体一次成型，但成型过程中存在加筋区预定型困难、树脂流动控制复杂等问题，导致制件尺寸精度和孔隙缺陷难以保证。为此，本文根据高密肋壁板多特征区域的特点，采用压实实验和注胶仿真模拟分析方法，优化预定型工艺参数、分区注胶方案。结果表明，选择定型剂浓度4%、温度120 ℃、压力0.1 MPa、保压时间60 min的压实参数，可有效保证纤维体积分数；采用线注射、线冒口与筋条点冒口结合的分级注胶方案，可实现壁板结构的有效浸润。优化设计的工艺方案与工装成功应用于某型号高密肋整体壁板VARI成型制造，验证了本文分析方法的有效性，研究结果对壁板类结构低成本整体成型技术在军民飞机上的应用与发展具有重要参考价值。     

新型液体成型技术在民机副翼结构的应用研究

基于传统VARI工艺开发了一种可以满足航空复合材料构件大规模生产需求的新型低成本液体成型技术。采用了多种工艺措施确保注胶口和出胶口处树脂压力和树脂流动控制,对比试验表明,采用新型液体成型技术所制备的复合材料层合板厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料层合板的水平。采用新型液体成型技术所研制的民机副翼结构件具有良好的外形和内部质量,可以满足航空复合材料结构的应用需求。     

复合材料非热压罐工艺设计与力学性能研究

纤维增强树脂基复合材料具有比强度/比模量高、可设计性强、耐疲劳等优点,在航空航天领域获得了广泛的应用,但也面临着生产成本和效率问题。针对热压罐工艺高成本和高消耗的缺点,综合分析了热压罐工艺和真空辅助树脂灌注成型(Vacuum Assisted Resin Infusion, VARI)工艺的优缺点,对两种成型工艺进行优势整合后,在VARI工艺的基础上进行升级,设计了一种新的低成本非热压罐成型工艺,并对该工艺成型制件的性能进行评价。结果显示,与VARI工艺制件相比,在非热压罐工艺下成型的玻璃纤维层合板制件,其纤维体积分数提高了6%,拉伸模量提高了2.24GPa,拉伸强度提高了61MPa,层间剪切强度提高了2.96MPa。该设计显著改善了VARI工艺制件的力学性能,具有一定应用前景。     

热压罐/真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价

综合分析热压罐工艺和真空辅助成型(VARI)工艺的优缺点,并对两种成型工艺进行优势整合,开发出新型的热压罐/VARI组合工艺;对该新型工艺成型质量包括纤维体积分数及其厚度等进行评价,并与VARI成型对比.结果显示,热压罐/VARI组合工艺制件纤维体积分数可达60％以上,并且树脂固化前的保压时间越长,纤维体积含量越大,直至纤维体积分数到达一定数值.     

复合材料加筋壁板结构件VARI液体成型工艺计算模拟

通过注模模拟软件PAM-RTM可以预测复合材料液体成型工艺中树脂的流动时间和模拟树脂的流动形式.渗透率是成型工艺模拟中重要的参数,面内和面外渗透率通常采用复杂且昂贵的封闭模具来测试,本工作自建了一套结构简单、操作方便且成本低廉的模具,使用真空辅助树脂灌注(VARI)工艺可获得准确的面内和面外渗透率参数.采用一种简单的等效建模方法,通过分层建模方法建立了有限元模型.将渗透率参数输入模拟注模软件PAM-RTM中,将使用等效建模方法所得模拟计算结果与实验液体成型结果进行了比较.计算模拟树脂充模时间为254 s,比实验工艺树脂充模时间(301 s)短.在使用等效建模方法的流道布局基础上,制备了加筋壁板结构件,对所选方案进行了工艺验证.     

基于新型碳纳米纸传感器对VARI工艺中树脂流动趋势的实时监测

采用喷射吸附过滤成形工艺获得一种高柔性、高灵敏度的碳纳米纸(BP)传感器,碳纳米纸传感器是由碳纳米管在分子间范德华作用力条件下形成的三维介孔结构的薄膜材料。碳纳米纸传感器可嵌入在复合材料预成形体铺层中,与复合材料一体成形,实时监测真空辅助液体复合成形(VARI)树脂的流动情况。结果表明,通过在线监测系统采集在树脂浸润过程中碳纳米纸传感器的电阻,可准确监测树脂流动到相对应的位置的时间,以此来判断树脂浸润过程中的流动趋势。本文证明了碳纳米纸传感器可以实时监测VARI工艺中树脂的动态行为,为避免VARI工艺中由树脂浸润造成的缺陷,改进工艺参数以及优化生产等提供了新的途径。     

模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响

复合材料在热压罐成型过程中由于发生不可避免的物理化学变化,将会发生固化回弹变形导致尺寸偏差。V型结构普遍用于飞机外表面,研究模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响,可有效保证复合材料成型精度,减少装配难度。本文通过建立有限元分析模型以及设计典型结构试验件相结合的方式,分析模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响。结果表明:变形预测与试验结果误差在5%内,V型复合材料阳模成型比阴模成型的变形要大10%～15%,其变形回弹量趋势与拐角角度、制件厚度成反比,阳模成型时其回弹与拐角半径成正比。     

复合材料构件成型模具的参数化设计

文摘实现复合材料构件成型工装的快速设计对缩短生产准备时间、提高构件质量具有重要意义。本文分析了复合材料构件成型模具的结构和建模特点及要求,提取了结构各部分的设计参数;基于CATIA和CAA平台开发了复合材料构件成型模具设计系统,并应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,验证了本文方法的可行性。     

飞机复合材料构件成型模具型板架参数化设计

针对复合材料构件成型模具的结构,分析其型板架的设计要求与建模特点,运用参数化设计方法,对结构各部分尺寸建立参数关联,设计了型板的智能排布和散热孔的对齐算法,基于CATIA二次开发平台,开发了复合材料构件成型模具型板架参数化设计模块,应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,可减少模具设计重复性工作,提高设计效率。     

低成本缝合复合材料在次承力结构中的应用

针对采用低成本缝合复合材料而带来的结构细节设计、连接设计、分析、验证等问题,以支线客机副翼为背景,采用低温固化材料体系、VARI工艺、结合缝合提高结构整体化程度等途径,论述了具有显著低成本特征的复合材料次承力结构部件研制过程,验证了工程应用的可行性及应用效果.     

民用飞机VARI碳纤维复合材料性能研究

针对多批次的RTM6-2树脂和G0926 SB 1304 Tc J In J E01 2F织物,对采用低成本真空辅助树脂渗透成形工艺(VARI)制备的该碳纤维复合材料开展了性能验证及评价研究,具体包括:对比分析了三批次的物理性能以及不同环境(温度和湿度)条件下5批次的VARI碳纤维复合材料力学性能,获得了VARI碳纤维复合材料的基本性能数据。这为民用飞机用树脂基复合材料的设计、优化选材以及技术指标的确定、材料规范的制定等奠定了基础,也为其在民用飞机上的应用和适航符合性验证提供了一定的依据。     

碳纤维织物/聚苯硫醚复合材料工艺研究

研究了碳纤维织物增强交联型聚苯硫醚复合材料的粉末成型工艺。以不同工艺条件成型复合材料层板,测试弯曲及动态力学性能,并对纤维-树脂渗透及纤维-基体界面粘结情况进行显微观察。确定了获得高性能复合材料较理想的工艺参数。     

分段铸造式飞机雷达罩成型模具的参数化设计

针对采用分段铸造式设计制造的复合材料飞机雷达罩的成型模具,将参数化设计方法运用到其设计中,能够提高设计效率、缩短设计周期。通过分析成型模具的结构特点和建模要求,结合工装设计人员的经验,确定其参数化设计流程。通过分析成型模具各段的具体结构,提取成型模具各段的主要设计参数。基于CATIA开发出分段铸造式飞机雷达罩成型模具的参数化设计系统。     

大型复合材料柱支撑成型工装参数化设计

针对大型复合材料成型工装结构的多样性,以柱支撑形式建立的大型复合材料工装,根据不同成型工装型面,提取型面边界信息,基于CATIA界面,通过人机交互方式确定边界线上分割点;以分割点为基准,建立坐标网格,选取边界范围内的坐标点作为支撑柱的坐标位置,最终建立复合材料工装模型。     

复合材料热压罐固化框架式成型模具的参数化设计

为解决复合材料热压罐固化框架式成型模具设计过程中重复性工作较多、设计效率较低、后续修改困难等问题,将参数化设计技术分为尺寸和拓扑结构的参数化设计两个方面,并运用于模具设计中。模具尺寸的参数化设计在分析模具结构特点的基础上,提取出模具的主要设计参数,利用自顶向下的设计思路规划了模具的参数化设计流程;引入参数追溯概念,提出对主要设计参数进行追溯的方法,以便通过参数驱动模具尺寸的快速修改。模具拓扑结构的参数化设计结合CATIA的知识工程模块与面向对象的技术,实现参数化变更模具的拓扑结构。基于CATIA CAA二次开发平台,开发了复合材料固化框架式成型模具参数化设计系统,并给出实例验证。     

复合材料模具模块化、规范化、数字化快速设计研究

复合材料构件成型模具规范化敏捷设计技术是飞机数字化制造的关键技术之一。根据复合材料热压罐固化成型模具的特点,分析了模具的结构特征、设计规范以及参数化设计的可行性,提出了复合材料固化成型模具模块化和参数设计的算法,在CATIA环境下开发实现了完整的复合材料固化模具设计的功能,并进行了实例化验证,为复合材料构件模具设计提供了一个有效的方法。     

复合材料叶梁的热压成型

压力和温度是叶梁热压成型最重要的工艺参数。结合叶梁热压成型工艺设计了复合材料热压设备,阐述了叶梁模具结构。成型压力由液压系统提供,其模压工艺参数如压力、流量、位置等通过控制电液比例元件来实现。模具温度控制系统由过程控制器、温度传感器、调功板、晶闸管模块等组成。整个系统很好的完成了叶梁热压成型。     

非热压罐预浸料成型技术研究进展

非热压罐成型(out of autoclave process,OoA)技术是实现结构复合材料低成本制造的有效途径,是当前复合材料研究领域的热点之一。本文介绍了OoA成型复合材料国内外的研究前沿以及在航空航天领域的应用现状,从材料体系和成型工艺两大方面总结了OoA成型过程中的缺陷控制方法。在OoA预浸料成型技术中,可通过尽量减少树脂体系中挥发物含量、精细调控树脂体系反应和流变特性、控制预浸料中纤维和树脂的浸润程度、优化成型工艺等手段有效降低复合材料的孔隙率等缺陷。