深 U 形蜂窝夹层结构整流罩制造技术

1 前言

作为一种新型航空结构材料，复合材料凭借其优异的性能特点在飞机制造领域得到了广泛应用。这类材料不仅具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优势，其可设计性强的特点使其特别适合制造大型整体结构件。在航空工业领域，复合材料的应用经历了从非承力部件到次承力件，再到主承力结构件的渐进式发展过程。其中，整流罩作为典型的次承力构件，其 U 型截面和双曲外形对保持飞机气动性能具有重要作用。目前，复合材料整流罩主要采用层压结构和蜂窝夹层结构两种形式，通过热压罐成型工艺进行制造。值得注意的是，采用蜂窝芯材的夹层结构显著减轻了构件重量，这一优势使其在航空结构设计中备受关注。以某型航空器整流罩为研究对象，该构件呈现出复杂的双曲率几何特征、深 U 型截面结构以及非均匀厚度分布等特点。特别是采用整体刚性蜂窝芯结构后，其成型工艺难度显著增加。此外，热压罐固化工艺过程中产生的变形问题尤为突出。在固化阶段，树脂基体经历复杂的交联反应过程，伴随着体积收缩和流动等物理化学变化。同时，由于增强纤维与树脂基体热膨胀性能的差异、工艺参数的不稳定性以及模具-制件界面的相互作用等因素，导致构件内部形成显著的残余应力场，最终引发"收口"型变形缺陷。这种变形问题严重影响了构件的尺寸稳定性，使其难以达到装配精度要求。由此可见，复合材料构件的高精度成型技术已成为制约航空制造业发展的瓶颈问题。

2 飞机翼身整流罩结构设计

2.1 结构布局

从结构设计角度分析，翼身整流罩通常由三个主要区域构成：前部整流区域位于中央翼前梁前方，中部整流区域覆盖中央翼前梁至后梁区间，后部整流区域则布置在后梁后方。基于飞机维护需求及机身框架与中央翼梁位置的综合考量，整流罩面板需采用模块化分块设计。所有面板均设计为可拆卸结构，以便于内部构件及系统的检修工作。同时，在面板分块方案制定过程中，必须系统评估制造成本与工艺可行性等因素。

2.2 传力分析

翼身整流罩作为飞机结构中的次要承力部件，其主要功能在于对内部各类系统设备提供外形包覆和气动外形优化。该结构除需承受气动载荷外，还会受到多种环境因素的共同作用，整体受力状况相对较轻。从气动载荷传递路径来看，整流罩面板作为初始承载部件，将所受载荷经由支撑骨架传递至机身框和中央翼前后梁等主承力结构。在翼身融合区域，由于机翼与机身结构刚度存在显著差异，整流罩连接部位易出现变形不协调问题，由此产生的二次载荷效应不容忽视。为改善这一状况，建议通过优化连接方式，如采用柔性连接或降低连接刚度等措施，以显著降低附加载荷的不利影响。

2.3 材料分析

整流罩的主体构造由支撑框架和复合面板组成。在常规工况下，支撑框架多采用轻质铝合金材质，而复合面板则通常由玻璃纤维增强材料与芳纶蜂窝夹层结构构成。为提升防护性能，面板外层需依次覆盖防雷击导电层、界面粘接层以及聚氟乙烯防护薄膜等功能性材料。在面板与蜂窝芯材的界面处需选用性能匹配的结构胶黏剂，同时在结构接缝处应采用专用密封胶或预成型密封带进行填充处理，并在面板内侧边缘区域加装密封条以确保整体密封性能。

3 深U 形蜂窝夹层结构整流罩制造技术

3.1 深U 型大曲率整体刚性蜂窝芯零件成型技术

本研究系统探讨了蜂窝芯材料由二维平面向深 U 型变曲率构件成型的工艺过程，重点分析了包括芯材展开、V 型槽制备、组件拼接、结构稳定化处理、斜面精加工及胶接填充等核心工艺环节。特别地，针对蜂窝芯构件曲率过渡区域（R 区）的 V 型槽制备工艺进行了深入研究，该工艺通过消除平面至曲面转换过程中的材料冗余量，有效提升了 R 区蜂窝芯的弯曲刚度，并借助槽内注胶固化工艺实现结构定型。基于蜂窝芯数字化模型，本研究对 R 区曲率半径与宽度等关键参数进行了精确计算，在保证型面吻合精度和避免芯格变形的约束条件下，优化了 V 型槽的排布密度与空间位置参数。此外，通过研制R 区 V 型槽专用定位模板，实现了工艺操作的标准化，不仅大幅降低了加工难度，同时保证了 V 型槽制备质量的稳定性和一致性。

3.2 零件厚度及重量控制

在整流罩结构设计中，厚度与质量参数存在显著的耦合关系。本研究涉及的整流罩产品在厚度公差和质量控制方面均较常规产品更为严格。基于材料特性与结构特征分析，本研究制定了以下优化方案：首先，系统分析制造过程中所需材料的理论用量区间，并在实际生产环节实施严格的用量管控；其次，通过制备玻璃纤维织物平板试样，测定其固化后的厚度与质量参数，并采用干玻璃布吸胶及预压实等工艺手段进行协同调控；最后，通过典型件的制造与测试，对前期工艺参数进行验证与优化，最终确定最优的预压实工艺参数组合。

3.3 固化变形控制

整流罩构件固化变形的工艺控制主要采用工艺数模替代产品数模进行工装型面补偿设计。当前工艺模型构建方法可分为两类：其一为基于试验测量法，通过制作理论型面试件，实测固化后变形量，采用 1:1 或比例修正的反向补偿方式建立工艺数模；其二为基于数值模拟法，运用软件分析整流罩几何特征，依据固化变形经验公式计算各弧段补偿量，经分段补偿与几何重构后形成最终工艺模型。

4 结论

本研究通过理论探讨与实验验证相结合的方法，获得了两项具有重要工程应用价值的发现：首先，通过优化R 区 V 型槽加工参数并改进蜂窝芯稳定化工艺流程，显著提升了平面刚性蜂窝芯的柔性成形性能，最终成功制造出与复杂曲面面板完美适配的深 U 型大曲率整体蜂窝构件；其次，在构建理论计算模型的基础上，采用干玻璃布吸胶技术与预压实工艺相结合的调控策略，配合严格的工艺参数控制，确保了复合材料构件在重量与厚度方面的精准控制。最后，提出基于正向变形预测补偿与逆向实测补偿相结合的工艺数模构建方法，并据此开展工装补偿设计，显著提升了整流罩零件的固化变形控制效果。实践表明，两种补偿方式均需建立闭环优化机制，通过持续采集制件型面偏差数据并进行迭代修正，逐步完善补偿算法，最终达成整流罩类零件变形的精准调控目标。

参考文献

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