技术领域
[0001] 本发明属于航空航天复合材料预浸料成型领域，具体提供了一种复合材料飞机壁板结构及制备方法。
相关背景技术
[0002] 由于复合材料碳纤维增强材料具有高的比强度，因此在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。飞机机身的壁板结构一般采用铝合金半硬壳结构，该种结构已经实施有九十多年了。随着先进复合材料在上个世纪八十年代开始兴起，复合材料逐步替换传统金属材料。为了降低的飞机的质量，同时解决飞机失稳现象，现有通用小飞机壁板结构多采用上、下层面板中间夹有泡沫夹层的设计，该结构虽然满足了质量轻与壁板厚度的前提，但是该结构在飞机壁板表面受力情况下容易造成夹层泡沫受损，进而影响飞机表面壁板受力。
具体实施方式
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030] 参考图1‑3，本发明提供了一种复合材料飞机壁板结构，包括上层面板2、下层面板3及多个支撑圆环，所述多个支撑圆环彼此贴合排布，所述支撑圆环上下两端分别与上、下层面板3固定。
[0031] 根据本发明的另一方面还提供了一种复合材料飞机壁板结构的制备方法，包括如下步骤，
[0032] 步骤1)取碳纤维预浸料5，进行铺层制备支撑的支撑圆环4；
[0033] 步骤2)取硅胶垫1，所述硅胶垫1的厚度大于等于支撑圆环4的高度；采用切割机对所述硅胶垫1进行切割，形成多个硅胶圆环及独立的挡块6，取走硅胶圆环，在硅胶垫1上形成多个圆环通孔7及独立的挡块6，相邻的圆环通孔7相通；
[0034] 步骤3)将步骤1)切割的圆环放置在硅胶垫1上的圆环通孔7处，再将挡块6放置在圆环内部，形成圆环组件；
[0035] 步骤4)将碳纤维预浸料5铺层，并进行预压实，形成上面板铺层与下面板铺层；
[0036] 当碳纤维预浸料铺层为2层时，为了防止变形，参考图5，则将碳纤维预浸料分割为多个条状单元进行编织形成铺层。
[0037] 步骤5)将圆环组件整体放置到下面板铺层上，再整体放置在铝板上，用脱模布和毛毡覆盖，使用真空袋密封并抽真空，加压至少0.9个大气压，无漏气状态继续加压30分钟，之后关闭真空泵，静置30分钟，若压力计数值无变化则放入固化炉中固化成型。
[0038] 放入固化炉中固化成型，得到多个支撑圆环及下层面板3，备用；
[0039] 步骤6)再将上面板铺层放置在铝板上，经过抽真空后后放入到固化炉中进行加热制备成上层面板2，备用；
[0040] 步骤7)将上层面板2与小圆环上端面进行粘接形成壁板结构，其中小圆环为交错排布。
[0041] 该步骤中，也可以将带有保护膜的胶膜(硅胶垫的一种)，按照图2进行切割，不要切割另一面的保护膜，将圆环处的保护膜揭掉，再将胶膜覆盖到固化好的下面板与圆环上，将胶膜与圆环对齐，将圆环外的胶膜以及另一面保护膜拿掉，只留下圆环处的胶膜，再将上面板盖在胶膜上面，用U型钳夹住，加热到80度，保持2个小时，冷却到常温取出即，本方法的好处在于粘接更均匀，厚度一致。
[0042] 作为方案的改进，步骤1)中，当碳纤维预浸料5铺层小于10层时，所述圆环通过如下方法制备：取厚0.15mm的碳纤维预浸料5，进行铺层形成预浸料铺层板；采用切割机在该预浸料铺层板上切割多个用于支撑的圆环；将多个圆环叠成圆环的高度，这是因为预浸料质地比较软，直接切割则会造成层与层之间发生串动，无法进行切割。采用该种方法可以方便切割铺层层数少的圆环。叠好后，将硅胶垫放在空余处，防止边缘塌陷，然后再进行一系列常规操作，比如放置脱模布，套真空袋，抽真空，固化等。
[0043] 作为方案的改进，步骤1)中，当碳纤维预浸料5铺层大于等于10层时，所述圆环通过如下方法制备：利用不锈钢圆柱8缠绕预浸料，其中含有至少一层沿着圆柱8径向方向的铺层，参考图6，其中A区域的铺层为沿着圆柱径向方向铺层，B区域则以一定角度a进行铺层，该种铺层方式可以防止圆环快速破坏，从而达到吸能的作用。铺层结束后进行固化，利用金刚石砂轮切割成所需高度。另外，圆环的高度铺层超过10层时，通过本方法成型用于支撑的圆环具有吸收能量的作用。如图3所示，能量是曲线下面的面积，横坐标是夹层的圆环的压缩位移，纵坐标是载荷，夹层的圆环的高度越大，载荷越大，吸收的能量越多。但是夹层的圆环不能太高，否则会发生失稳破坏。
[0044] 作为方案的改进，所述步骤2)中硅胶圆环的内径比圆环的内径小0.5mm，硅胶圆环的外径比圆环的外径大0.5mm，该直径差可以很好使得结构件之间贴合并彼此支撑。
[0045] 作为方案的改进，本方案中的上层面板2、下层面板3的尺寸范围为0.3‑10mm；圆环的高度为0.15‑300mm，外径为15‑40mm，内径为12‑37mm。该尺寸的选择基于：1、飞机正常飞行时所受的载荷是空气动力载荷，空气动力载荷是分散的载荷。2、当本结构作为飞机地板使用时主要承受来自装载的载荷3、飞机在坠毁的时候主要承受的是地面的反作用力，这些力主要作用在前机身的下壁板处。本设计的作用就是承担和传递来自1、面外的空气动力载荷，2、来自地面的撞击载荷、3、地板载荷。如果直径超过这个尺寸，容易造成飞机面板的受面外压力失稳。如果直径小于这个尺寸，付出的重量代价太大。高度如果超出本尺寸，则容易造成压杆失稳破坏，如果小于这个高度，会带来加工困难。
[0046] 作为方案的改进，硅橡胶毛料尺寸大于200mm*200mm，该结构选择是为了一次成型支撑多个支撑的圆环，使得每个单元小组的圆环尽量多，如果小于该尺寸，在切割时刀具容易将硅橡胶带起，影响加工质量增加支撑的稳定性。
[0047] 另外本方案中，在选择夹层支撑结构的时候，唯一选择圆环支撑结构，因为圆环形状的夹层支撑结构的上、下端面在受力的情况下，因为受力端面结构相同，可避免发生应力集中现象造成的局部支撑端面率先坍塌的现象，提高了整个壁板结构的受力均匀性。
[0048] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
