用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架及其成型方法与流程

1.本发明涉及复合材料成型技术领域，具体涉及一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架及其成型方法。


背景技术：

2.起落架是飞机在地面作业、起飞和着陆阶段用于支撑飞机重力、承受相应载荷、保证飞机安全飞行的关键部件。据统计，由于起落架材料及其结构引起的与起落架相关的事故约占民用飞机结构事故的2/3以上。起落架用材料组织性能的提高和新的生产制造技术将会促进其使用寿命的延长，是航空业的基础、共性和关键技术之一。随着技术革新，航空企业对飞机用材料比强度的要求越来越高，复合材料、钛合金因其具有较高的比强度，在航空业中的需求也越来越大，起落架的材料选用也随之不断发生变化。
3.目前，起落架主流上主要分为板簧式起落架，支柱摇臂式起落架，滑撬式起落架三种类型。其中：板簧式起落架具有稳定性高，整体性强，易于布局和转换维护等优点，是轻型无人机理想的结构形式。但目前，板簧式起落架发展采用玻纤碳纤维混合铺层设计，其层间强度较低，抗冲击性能差；板簧式起落架截面多采用空心、跑道形设计，产生纵向位移较低且承受载荷有限。
4.支柱摇臂式起落架结构较为复杂，接头受力较大，对应受载过程中磨损较大，维护不便。滑撬式起落架在轻型直升机上使用较多，其主要由两根滑筒和两根弓形梁组成，其无法在地面上移动，需要安装推轮让人拖着移动；受其本身结构影响，为保证产品轻质特点，零件一般采用滑筒和弓形梁单独制作，使用金属件进行连接，因此对所受冲击载荷存在较大的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对目前起落架所面临的问题，而提供了一种新型的用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架及其成型方法。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
8.s1、工装准备：根据起落架的结构形状，通过3d打印仿形制作中空结构的金属框架1；将所述金属框架的表面清理干净，待用；
9.s2、预浸料铺贴：将所述金属框架的两端开口密封，然后在所述金属框架的表面铺贴复合材料预浸料；同时在复合材料预浸料的铺贴过程中进行冷抽预压实和热预压实；
10.s3、复合材料预浸料全部铺贴完成后，进行抽真空压实，同时进入热压罐中进行固化；
11.s4、固化后，去除压实所用的材料、去除金属框架两端的密封材料，并在其中一端加工出若干用于与飞行器机身连接的连接孔，得到复合材料起落架。
12.具体的，本发明的复合材料起落架采用一体成型的方式完成零件本身的制作，其主要用于垂直起降式飞行器，可由三根复合材料起落架连接于飞行器机身上为飞行器在地面上提供支撑(三根起落架形成三点式支持)。该复合材料起落架的内部采用金属框架(铝合金)作为支撑。
13.在本发明中所述的金属框架相当于充当芯模的作用，在成型后金属框架充当该复合材料起落架的内部支持框架，不需要脱模。
14.本发明的复合材料起落架是一种异形结构件，对应的金属框架也是一种异形结构件。
15.不同于普通零件的复合材料成型方式，本发明复合材料起落架采用内部铝合金框架与外部复合材料一体成型，同时内部铝合金框架为腔体结构。
16.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s1中所述的金属框架采用7系铝合金材质，且所述的金属框架通过3d打印进行制作完成；将所述金属框架的表面通过丙酮擦洗干净。金属框架使用3d打印进行制作，制作后确保打印本身气密型，在该金属框架基础上进行铺贴操作。
17.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s1中所述金属框架的壁厚为1.0～2.0mm。
18.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s2、在所述金属框架的一端设置挡板用于将其开口密封，另一端开口通过密封胶条进行密封。
19.具体的，为了便于后续真空压实过程中真空袋的制袋，将零件本身的金属框架作为工装使用，同时为了保证零件真空袋的制袋区域，在金属框架的端部增加挡板(挡板的尺寸大于金属框架端部的截面积)，挡板既作为制袋区域，又作为加工及制作连接孔时所需要的定位基准。
20.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s2、每铺贴3～5层复合材料预浸料，在其外部设置真空袋进行一次冷抽预压实(冷抽即为在室温下进行抽真空)；
21.其中：冷抽预压实的压力为0.06～0.1mpa；在设置真空袋时沿所述金属框架的长度方向，在所述金属框架上的拐角处设置柔性材料。
22.具体的，在制作真空袋时在金属框架上面与面的r角处设置柔性材料，通过柔性材料的使用可以在真空压实过程中进行均匀传压，保证受压均匀，避免产生褶皱。柔性材料可选用密封胶条等材料。
23.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s2、每铺贴15～20层复合材料预浸料进行一次热预压实；
24.热预压实的压力为0.6
±
0.05mpa，热预压实的过程为：通过真空袋抽真空，并进入真空度不低于85kpa的热压罐中以1～2℃/min的升温速率，升温至55～65℃，保温30～35min；然后以不大于2℃/min的降温速率，降温至不超过30℃，泄压出罐。
25.具体的，这里的压力由真空袋和热压罐提供。
26.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s3、将复合材料预浸料全部铺贴完成后，通过真空袋抽真空，同时进入真空度不低于85kpa的热压罐中以1～2℃/min的升温速率，升温至75～85℃，保温60～65min，然后再升温至115～125
℃，保温90～95min；然后以不大于2℃/min的降温速率，降温至不超过60℃，泄压出罐，完成固化；固化压力为0.6
±
0.05mpa。
27.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法：步骤s4、固化后，去除压实所用的真空袋，分别去除金属框架两端的挡板和密封胶条，并在靠近所述挡板的一端加工出用于与飞行器机身连接的连接孔，进行无损检测，得到复合材料起落架。
28.本发明成型工艺的难点在于：(1)对应内部金属框架为7系铝合金材质，其制造困难，本发明通过3d打印并焊接完成，焊接完成后需要保证焊缝处无损状态，保证不漏气，才能实现制真空袋的可能；(2)对应1～2mm壁厚的铝合金金属框架需要验证，对于这种异形结构件，需要验证其在冷抽预压实的情况下，铝合金不会发生变形；(3)需要验证类似的制袋方法，通过金属框架作为工装的形式，保证金属框架内部与外部所承受的热压罐压力抵消，从而保证了产品固化过程中不变形；(4)类似柱体结构零件本身固化过程中，应力集中点易产生褶皱，因此本发明在制真空袋时对应设置柔性材料，保证了对应应力集中位置的传压均匀，避免产生褶皱，零件成型质量好。
29.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架，其特征在于，采用上述的成型方法成型得到。
30.进一步的，一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架：所述的复合材料起落架包括：中空结构的金属框架和包裹于所述金属框架外侧的复合材料；所述复合材料起落架的一端设置有若干用于与飞行器机身连接的连接孔。
31.本发明的有益效果：
32.(1)本发明制造的复合材料起落架，其零件本身采用复合材料设计，保证了产品所需强度的同时，减轻了起落架结构本身的重量。
33.(2)本发明提供的成型方法采用内部金属框架和外部异形结构的复合材料零件一体成型，减少了装配的风险，降低装配难度。
34.(3)本发明成型的复合材料起落架本身为异形结构，采用本发明的成型工艺解决了产品成型困难的问题；同时本发明的成型方法操作简单易行，本发明以复合材料起落架中原本的金属支撑框架作为铺贴工装使用，进一步减少了所需工作的使用，节约了工装费用，价格经济且方便。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
36.图1为本发明制造的复合材料起落架的结构示意图；
37.图2为本发明实施例1在金属框架端部设置挡板的示意图；
38.图3为本发明成型工艺中制真空袋的操作示意图。
39.图中标记：1金属框架、2连接孔、3复合材料起落架、4挡板、5柔性材料、6真空袋。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
42.如图1所示，复合材料起落架3本身沿两个方向进行曲面展开，形状复杂，其总长在770mm左右，内部使用1～2mm壁厚的7075铝合金框架1进行辅助支撑，外部使用复合材料进行铺贴，铺贴后将复合材料固化制作。在该复合材料起落架的一端开设两个直径30mm左右的连接孔2用于穿过销子，用以支撑整体机身重量；起落架另一端的金属孔用于与底部金属靴连接，减少复材起落架的磨损。
43.实施例1
44.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
45.s1、工装准备：根据起落架的结构形状，仿形设计中空结构的金属框架1(金属框架采用7075铝合金材质)；将所述金属框架1的表面通过丙酮擦洗干净，待用；其中：金属框架1的壁厚为1.0mm；
46.s2、预浸料铺贴：在属框架1的一端设置挡板4，通过挡板4将这端的开口密封，另一端开口通过密封胶条进行密封(如图2所示，挡板4的设置既可以作为后续设置真空袋6时的制袋区域，又可以作为后续加工及制作连接孔2时所需要的定位基准)；然后在金属框架1的表面铺贴复合材料(碳纤维)预浸料(共计铺50层预浸料)；
47.注意：每铺贴5层复合材料预浸料时，在所铺贴的预浸料外部设置一次真空袋6，并且在设置真空袋6时沿金属框架1的长度方向，在金属框架1上的拐角处(即在金属框架上面与面之间的r角处)设置柔性材料5(如图3所示)，然后在室温下抽真空至压力为0.06mpa进行冷抽预压实；然后每铺贴5层料预浸料时重复一次上述冷抽预压实的过程；当预浸料铺贴至20层时先进行冷抽预压实；然后再保证上述冷抽预压实过程中的真空袋形式不变，抽真空并整体送入真空度不低于85kpa的热压罐中，在压力0.55mpa下，同时以2℃/min的升温速率，升温至65℃，保温30min，然后以1℃/min的降温速率，降温至30℃，泄压出罐，出罐后即完成一次热预压实；然后每铺贴20层预浸料时重复一次上述热预压实的过程；
48.s3、50层复合材料预浸料全部铺贴完成后，通过真空袋抽真空，同时进入真空度不低于85kpa的热压罐中，在0.55mpa下，以2℃/min的升温速率，升温至85℃，保温60min，再升温至125℃，保温90min；然后1℃/min的降温速率，降温至60℃，泄压出罐，完成固化；
49.s4、固化后，去除压实所用的真空袋和柔性材料5、分别去除金属框架1两端的挡板
4和密封胶条，并在靠近挡板4的一端加工出两个用于与飞行器机身连接的连接孔2，进行无损检测，得到复合材料起落架3(该复合材料起落架3的结构如图1所示)。
50.实施例2
51.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
52.s1、工装准备：根据起落架的结构形状，仿形设计中空结构的金属框架1(金属框架采用7075铝合金材质)；将所述金属框架1的表面通过丙酮擦洗干净，待用；其中：金属框架1的壁厚为2.0mm；
53.s2、预浸料铺贴：在金属框架1的一端设置挡板4，通过挡板4将这端的开口密封，另一端开口通过密封胶条进行密封(如图2所示，挡板4的设置既可以作为后续设置真空袋6时的制袋区域，又可以作为后续加工及制作连接孔2时所需要的定位基准)；然后在金属框架1的表面铺贴复合材料(碳纤维)预浸料(共计铺45层预浸料)；
54.注意：每铺贴3层复合材料预浸料时，在所铺贴的预浸料外部设置一次真空袋6，并且在设置真空袋6时沿金属框架1的长度方向，在金属框架1上的拐角处(即在金属框架上面与面之间的r角处)设置柔性材料5(如图3所示)，然后在室温下抽真空至压力为0.1mpa进行冷抽预压实；然后每铺贴3层料预浸料时重复一次上述冷抽预压实的过程；当预浸料铺贴至15层时先进行冷抽预压实；然后再保证上述冷抽预压实过程中的真空袋形式不变，抽真空并整体送入真空度不低于85kpa的热压罐中，在压力0.65mpa下，同时以1℃/min的升温速率，升温至55℃，保温35min，然后以2℃/min的降温速率，降温至25℃，泄压出罐，出罐后即完成一次热预压实；然后每铺贴15层预浸料时重复一次上述热预压实的过程；
55.s3、45层复合材料预浸料全部铺贴完成后，通过真空袋抽真空，同时进入真空度不低于85kpa的热压罐中，在0.65mpa下，以1℃/min的升温速率，升温至75℃，保温65min，再升温至115℃，保温95min；然后2℃/min的降温速率，降温至50℃，泄压出罐，完成固化；
56.s4、固化后，去除压实所用的真空袋和柔性材料5、分别去除金属框架1两端的挡板4和密封胶条，并在靠近挡板4的一端加工出两个用于与飞行器机身连接的连接孔2，进行无损检测，得到复合材料起落架3(该复合材料起落架3的结构如图1所示)。
57.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：s1、工装准备：根据起落架的结构形状，仿形设计中空结构的金属框架(1)；将所述金属框架(1)的表面清理干净，待用；s2、预浸料铺贴：将所述金属框架(1)的两端开口密封，然后在所述金属框架(1)的表面铺贴复合材料预浸料；同时在复合材料预浸料的铺贴过程中进行冷抽预压实和热预压实；s3、复合材料预浸料全部铺贴完成后，进行抽真空压实，同时进入热压罐中进行固化；s4、固化后，去除压实所用的材料、去除金属框架(1)两端的密封材料，并在其中一端加工出若干用于与飞行器机身连接的连接孔(2)，得到复合材料起落架(3)。2.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s1中所述的金属框架(1)采用7系铝合金材质，且所述的金属框架(1)通过3d打印进行制作完成；将所述金属框架(1)的表面通过丙酮擦洗干净。3.根据权利要求1或2所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s1中所述金属框架(1)的壁厚为1.0～2.0mm。4.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s2、在所述金属框架(1)的一端设置挡板(4)用于将其开口密封，另一端开口通过密封胶条进行密封。5.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s2、每铺贴3～5层复合材料预浸料，在其外部设置真空袋进行一次冷抽预压实；其中：冷抽预压实的压力为0.06～0.1mpa；在设置真空袋时沿所述金属框架(1)的长度方向，在所述金属框架(1)上的拐角处设置柔性材料(5)。6.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s2、每铺贴15～20层复合材料预浸料进行一次热预压实；热预压实的压力为0.6
±
0.05mpa，热预压实的过程为：通过真空袋抽真空，并进入真空度不低于85kpa的热压罐中以1～2℃/min的升温速率，升温至55～65℃，保温30～35min；然后以不大于2℃/min的降温速率，降温至不超过30℃，泄压出罐。7.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s3、将复合材料预浸料全部铺贴完成后，通过真空袋抽真空，同时进入真空度不低于85kpa的热压罐中以1～2℃/min的升温速率，升温至75～85℃，保温60～65min，然后再升温至115～125℃，保温90～95min；然后以不大于2℃/min的降温速率，降温至不超过60℃，泄压出罐，完成固化；固化压力为0.6
±
0.05mpa。8.根据权利要求1所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架的成型方法，其特征在于，步骤s4、固化后，去除压实所用的真空袋，分别去除金属框架(1)两端的挡板(4)和密封胶条，并在靠近所述挡板(4)的一端加工出用于与飞行器机身连接的连接孔(2)，进行无损检测，得到复合材料起落架(3)。9.一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的成型方法成型得到。10.根据权利要求9所述的一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架，其特征在
于，所述的复合材料起落架(3)包括：中空结构的金属框架(1)和包裹于所述金属框架(1)外侧的复合材料；所述复合材料起落架(3)的一端设置有若干用于与飞行器机身连接的连接孔(2)。

技术总结
本发明公开一种用于垂直起降式飞行器的复合材料起落架及其成型方法；方法包括：S1、根据起落架的结构形状，通过3D打印仿形制作中空结构的金属框架1；清理金属框架表面，待用；S2、将金属框架的两端开口密封，在金属框架的表面铺贴复合材料预浸料；同时在复合材料预浸料的铺贴过程中进行冷抽预压实和热预压实；S3、复合材料预浸料全部铺贴完成后，抽真空压实，同时进入热压罐中进行固化；S4、固化后，去除压实所用的材料、去除金属框架两端的密封材料并在一端加工出若干用于与飞行器机身连接的连接孔，得到复合材料起落架。本发明提供的成型方法采用内部金属框架和外部异形结构的复合材料零件一体成型，减少了装配的风险，降低装配难度。难度。难度。


技术研发人员：刘宏鑫 武彬彬 彭克荣 樊佳佳 郭燕 廖波
受保护的技术使用者：江苏强华新材料有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/15