CN104724277B - 轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，所述飞机桁架与复合材料薄蒙皮之间通过工业扣带快速连接，所述工业扣带采用蘑菇头扣带，所述蘑菇头扣带包括互相咬合的第一蘑菇头和第二蘑菇头；制作方法：选取所需部件；对确定的部件进行清理和处理；首先将第二蘑菇头粘结到复合材料薄蒙皮上，然后将第一蘑菇头贴合于飞机桁架上，最后将复合材料薄蒙皮平行铺设在飞机桁架结构上；完成复合材料薄蒙皮的固定。通过上述方式，本发明能够保证材料完整性，避免因机械或应力引起裂纹从而提高复合材料薄蒙皮使用寿命；安装时可以将复合材料薄蒙皮快速安装、定位提高装配效率；便于拆卸，工业扣带可以重复开合数百次以上。

Description

轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别是涉及一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构及其制作方法。

背景技术

复合材料以其热膨胀系数小、抗疲劳和抗振能力强、抗腐蚀等特点，能够大幅度降低零件、紧固件数量提高整体结构的综合性能，成为新一代飞机机体结构四大主要材料之一。与金属结构相比，复合材料层间强度低、抗冲击能力差等弱点，决定了其结构的装配连接难度大、技术要求高。

合理和灵活地运用复合材料的连接形式及方法，是提高复合材料结构件强度、减轻结构重量、充分发挥复合材料优异特性的重要条件之一。复合材料零件之间或复合材料与金属零件之间的装配连接，通常有机械连接、胶接和混合连接3种方法。在复合材料连接工艺技术中，选用何种连接方法，主要是根据实际使用要求而定的。一般来讲，当承载较大、可靠性要求较高时，宜采用机械连接；当承载较小、构件较薄、环境条件不十分恶劣时，宜采用胶接连接；在某些特殊情况下，为提高结构的破损安全特性时，可采用混合连接。

复合材料薄板的各向异性、断裂应变小等特点使得复合材料连接更为复杂，复合材料在加工孔时较为困难，切断纤维孔边应力分布较为复杂，应力集中程度高极易产生裂纹导致其强度严重下降，因此在复合材料连接是结构的薄弱环节，急需研究一种不损伤材料结构又能准确定位、装配的连接结构，能有效的解决轻型飞机复合材料薄蒙皮因铆接产生内应力产生材料裂纹和快速拆解维护等问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够有效解决复合材料薄蒙皮因机械连接产生的材料裂纹和方便拆卸维护，提高装配效率问题的轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构及其制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，包括，飞机桁架和复合材料薄蒙皮，所述飞机桁架与复合材料薄蒙皮之间通过工业扣带快速连接，所述工业扣带采用蘑菇头扣带，所述蘑菇头扣带包括互相咬合的第一蘑菇头和第二蘑菇头，且第一蘑菇头和第二蘑菇头的背面均设有胶层，第一蘑菇头通过胶层固定于飞机桁架上，所述第二蘑菇头通过胶层固定于复合材料薄蒙皮上。

在本发明一个较佳实施例中，所述飞机桁架中部设有T型槽，所述T型槽两侧为安装复合材料薄蒙皮的定位面。

在本发明一个较佳实施例中，所述复合材料薄蒙皮以定位面为基准与飞机桁架快速连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述T型槽内安装有固定复合材料薄蒙皮的铝合金压板。

在本发明一个较佳实施例中，所述蘑菇头扣带的剥离强度小于等于6N~7N，蘑菇头扣带宽度23cm-28cm。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：选取工业扣带，通过工业扣带扣合时被剥离的剥离强度确定复合材料薄蒙皮的截面尺寸、复合材料薄蒙皮的厚度、工业扣带胶层初次粘结时的加热温度及加热方式；

步骤二：对步骤一确定的部件进行清理和处理；

步骤三：完成复合材料薄蒙皮的铺设、工业扣带的粘结；

首先将蘑菇头扣带中的第二蘑菇头的胶层通过加热的方式粘结到复合材料薄蒙皮上，然后将第一蘑菇头胶层通过加热的方式贴合于飞机桁架上，最后将复合材料薄蒙皮平行铺设在飞机桁架结构上；

步骤四：完成复合材料薄蒙皮的固定；

将用于压紧复合材料薄蒙皮的铝合金压板装配于飞机桁架结构上，通过沉头螺钉固定于飞机桁架结构上；

步骤五：上述结构安装完成后，进行整体复合材料薄蒙皮结构调试。

复合材料薄蒙皮的截面尺寸为900mm~1100mm×400~600mm，复合材料薄蒙皮的厚度0.5mm~1mm。

在本发明一个较佳实施例中，工业扣带胶层初次粘结时的加热方式为加热棒加热。

本发明的有益效果是：

（1） 复合材料薄蒙皮不在需用机械钻孔，采用工业扣带胶层粘结，保证材料完整性，避免因机械或应力引起裂纹从而提高复合材料薄蒙皮使用寿命。

（2） 采用工业搭扣蘑菇头造型的表面互相咬合时能满足其连接强度要求，安装时可以将复合材料薄蒙皮快速安装、定位提高装配效率。

（3） 在轻型飞机维修维护时复合材料薄蒙皮便于拆卸，工业扣带可以重复开合数百次以上。

（4） 采用工业扣带无论是在重复定位还是在结构强化等功能上，胶在应力分布上更为平均，可排除机械固定的单点压力，同时可以缓冲因温差带来的材料伸缩形变，在动态和静态下不同结构之间都保持稳定的粘附力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图，其中：

图1是本发明轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构中蘑菇头扣带的一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构中飞机桁架的一较佳实施例的结构示意图；

图3是本发明轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构中复合材料薄蒙皮的一较佳实施例的结构示意图；

图4是本发明轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构中用于复合材料薄蒙皮定位的飞机桁架的一较佳实施例的结构示意图；

图5是本发明轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构装配完成后的一较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：101-胶层 ，102-第一蘑菇头，103-离型纸，104-第二蘑菇头，201-飞机桁架，202-复合材料薄蒙皮，401-T型槽，402-定位面，501-铝合金压板。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例包括：

一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，包括，飞机桁架201和复合材料薄蒙皮202，所述飞机桁架201与复合材料薄蒙皮202之间通过工业扣带快速连接。

由于不能对复合材料薄蒙皮202进行孔加工，为了保证其整体强度，通过应用工业扣带可以改善复合材料薄蒙皮202受力情况，同时便于拆装维护，从而扩大其应用领域，提高其应用范围。

所述工业扣带采用有足够高的剥离强度的蘑菇头扣带，复合材料蒙皮采用T300单向布，铺层为90/45/0/-45/-90，经热压罐一体成型。

如图1所示，所述蘑菇头扣带包括互相咬合的第一蘑菇头102和第二蘑菇头104，且第一蘑菇头102和第二蘑菇头104的背面均设有胶层101，胶层101在未使用前上面附有离型纸103，使用时将离型纸103揭开。可以将胶层101通过加热的方式施加一定压力将其粘贴到复合材料薄蒙皮202和飞机桁架201上，工业扣带与部件之间可以保持稳定粘附力不存在单点受力现象。

本发明的优选实施中，第一蘑菇头102通过胶层101固定于飞机桁架201上，所述第二蘑菇头104通过胶层101固定于复合材料薄蒙皮202上，如图2和图3所示。

所属的飞机桁架201满足轻量化设计，保证足够强度要求，在连接处应当设计有定位面402及所需安装定位装置，保证连接能快速安装定位。

因此，如图4所示，所述飞机桁架201中部设有T型槽401，所述T型槽401两侧为安装复合材料薄蒙皮202的定位面402。所述复合材料薄蒙皮202以定位面402为基准与飞机桁架201快速连接。定位面402的作用是能够准确快速的确定复合材料薄蒙皮202的安装位置。

所述T型槽401内安装有固定复合材料薄蒙皮202的铝合金压板501，并用沉头螺钉固定在飞机桁架201结构上。如图5所示，本结构可以抵抗轻型飞机在飞行中产生的震动等情况，同时能够保证安装强度要求。

此外，轻型飞机复合材料薄蒙皮202整体快速连接结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：根据粘扣带的不同应用范围，选取工业扣带，通过工业扣带扣合时被剥离的剥离强度确定复合材料薄蒙皮202的截面尺寸、复合材料薄蒙皮202的厚度、工业扣带胶层101初次粘结时的加热温度及加热方式；

步骤二：对步骤一确定的部件进行清理和处理；包括复合材料薄蒙皮202切断面毛刺和飞机桁架201支撑面清理，复合材料薄蒙皮202和飞机桁架201支撑面应清洁、干燥；

步骤三：完成复合材料薄蒙皮202的铺设、工业扣带的粘结；

首先将蘑菇头扣带中的第二蘑菇头104的胶层101通过加热的方式粘结到复合材料薄蒙皮202上，然后将第一蘑菇头102胶层101通过加热的方式贴合于飞机桁架201上，最后将复合材料薄蒙皮202平行铺设在飞机桁架201结构上；

步骤四：完成复合材料薄蒙皮202的固定；

将用于压紧复合材料薄蒙皮202的铝合金压板501装配于飞机桁架201结构上，通过沉头螺钉固定于飞机桁架201结构上；

步骤五：上述结构安装完成后，进行整体复合材料薄蒙皮202结构调试。

其中，本发明优选工业扣带胶层101初次粘结时的加热方式为加热棒加热。通过加热棒加热胶层101将工业扣带粘贴到飞机桁架201和复合材料薄蒙皮202上。

本发明的优选实施例1：基于上述快速连接结构，其中，所述蘑菇头扣带的剥离强度小于等于6N，蘑菇头扣带宽度23cm。

复合材料薄蒙皮202的截面尺寸为900mm×400，复合材料薄蒙皮202的厚度0.8mm。

本发明的优选实施2：基于上述快速连接结构，所述蘑菇头扣带的最大剥离强度小于等于6.66N，蘑菇头扣带宽度25cm。

复合材料薄蒙皮202的截面尺寸为1000mm×500mm，复合材料薄蒙皮202的厚度0.5mm。

本发明的优选实施3：基于上述快速连接结构，所述蘑菇头扣带的剥离强度小于等于7N，蘑菇头扣带宽度28cm。

复合材料薄蒙皮202的截面尺寸为1100mm×600mm，复合材料薄蒙皮202的厚度1mm。

本发明包括以下优点：

复合材料薄蒙皮202不在需用机械钻孔，采用工业扣带胶层101粘结，保证材料完整性，避免因机械或应力引起裂纹从而提高复合材料薄蒙皮202使用寿命。

采用工业搭扣蘑菇头造型的表面互相咬合时能满足其连接强度要求，安装时可以将复合材料薄蒙皮202快速安装、定位提高装配效率。

在轻型飞机维修维护时复合材料薄蒙皮202便于拆卸，工业扣带可以重复开合数百次以上。

采用工业扣带无论是在重复定位还是在结构强化等功能上，胶在应力分布上更为平均，可排除机械固定的单点压力，同时可以缓冲因温差带来的材料伸缩形变，在动态和静态下不同结构之间都保持稳定的粘附力。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，包括，飞机桁架和复合材料薄蒙皮，所述飞机桁架与复合材料薄蒙皮之间通过工业扣带快速连接，其特征在于，所述工业扣带采用蘑菇头扣带，所述蘑菇头扣带包括互相咬合的第一蘑菇头和第二蘑菇头，且第一蘑菇头和第二蘑菇头的背面均设有胶层，第一蘑菇头通过胶层固定于飞机桁架上，所述第二蘑菇头通过胶层固定于复合材料薄蒙皮上；轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选取工业扣带，通过工业扣带扣合时被剥离的剥离强度确定复合材料薄蒙皮的截面尺寸、复合材料薄蒙皮的厚度、工业扣带胶层初次粘结时的加热温度及加热方式；

步骤二：对步骤一确定的部件进行清理和处理；

步骤三：完成复合材料薄蒙皮的铺设、工业扣带的粘结；

首先将蘑菇头扣带中的第二蘑菇头的胶层通过加热的方式粘结到复合材料薄蒙皮上，然后将第一蘑菇头胶层通过加热的方式贴合于飞机桁架上，最后将复合材料薄蒙皮平行铺设在飞机桁架结构上；

步骤四：完成复合材料薄蒙皮的固定；

将用于压紧复合材料薄蒙皮的铝合金压板装配于飞机桁架结构上，通过沉头螺钉固定于飞机桁架结构上；

步骤五：上述结构安装完成后，进行整体复合材料薄蒙皮结构调试；

所述飞机桁架中部设有T型槽，所述T型槽两侧为安装复合材料薄蒙皮的定位面；所述复合材料薄蒙皮以定位面为基准与飞机桁架快速连接；所述T型槽内安装有固定复合材料薄蒙皮的铝合金压板；

复合材料蒙皮采用单向布，铺层为90/45/0/-45/-90，经热压罐一体成型，复合材料薄蒙皮的截面尺寸为900mm~1100mm×400~600mm，复合材料薄蒙皮的厚度0.5mm~1mm。

2.根据权利要求1所述的轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，其特征在于，所述蘑菇头扣带的剥离强度小于等于6N~7N，蘑菇头扣带宽度23cm-28cm。

3.根据权利要求1所述的轻型飞机复合材料薄蒙皮整体快速连接结构，其特征在于，工业扣带胶层初次粘结时的加热方式为加热棒加热。