J型加筋复合材料壁板筋条“R”区质量控制技术研究

李 义，叶宏军，翟全胜

（中航复合材料有限责任公司；中航工业复合材料技术中心，北京 101300）

复合材料由于其具有比强度高、比模量高、耐腐蚀等诸多优势，不仅在军机上得到广泛应用，在大型民机上的机体结构上也得到了大量应用。其应用部位覆盖了主承力结构、次承力结构及非承力结构；机身、机翼、襟翼、垂尾、进气道、副翼、口盖、起落架舱门等是其应用的主要部位[1-3]，尤其在21世纪，先进复合材料得到了井喷式发展。目前在飞机机身上，常采用J型加筋复合材料壁板结构，J型筋条对蒙皮刚度提高较大，承载效率高，而且节省空间，特别在后期装配时方便连接及安装其他部件。J型加筋壁板由于其结构特殊，筋条存在上、下R角，在成型过程中R角由于压力传递较弱容易产生分层等质量缺陷。本文针对J型加筋复合材料壁板结构，通过成型模具方案及软模结构的优化，逐步解决了R角的内部质量问题[4-7]。

1 结构介绍

本文所规定的“R”区包括筋条下R区及上R角，下R区包括下R角及填充区，如图1所示。J型加筋壁板在胶接共固化过程中“R”区质量较难控制，容易产生一系列缺陷，主要集中在R角分层、空隙处，无损检测上表现为出现同一深度的信号波或不同深度的杂波；填充区出现空隙，无损检测表现为远离胶膜层厚度处出现信号。

图1 J型筋条上、下“R”区示意图

2 成型工艺及解决措施

J型加筋是一种较为常见的加筋结构形式，相比于传统的T型加筋，成型过程压力传递较为复杂，为保证筋条上R角及下R区的内部质量，采用软硬模搭配的模具组合方式，一般有2种成型方式，即阳模成型法和阴模成型法，如图2所示。阳模成型法有利于筋条“R”区压力的传递，“R”区是筋条加压的薄弱点，容易产生空隙、分层等缺陷，该方法使筋条整体受到侧向下的压力，有利于“R”区压力施加，内部质量稳定，且方便筋条胶接时真空袋的封装，真空袋不容易产生架桥，封装效率比较高，因此本文采用阳模成型法。

图2 J型加筋的2种成型方法

图3 3种不同结构的软模

图4 筋条上R角超声A扫及金相显微缺陷图

J型加筋一侧采用钢模，另一侧采用软模，由于软模容易变形，因此填充量对内部质量的影响变小，反而软模的结构对筋条在成型过程中压力的传递影响较大。本文分别对设计的3种不同结构的软模制造的筋条进行了批次稳定性的无损检测测试，如图3所示。

为增加成型软模的刚度，一般在AirPad橡胶中增加一层碳纤维织物作为支撑，方案1采用的是此种结构，经过检测发现，某些筋条上R角、下R区出现分层，如图4所示；方案2在方案1的基础上将碳纤维织物在上R角部位断开，经检测筋条上R角合格，下R区依然出现分层；方案3在方案2的基础上在软模下R角部分增加了3层较窄的碳纤维织物，增强了软模下R角的刚性，经检测筋条合格。表1为3种不同结构软模成型制件的质量测试结果。

表1 3种不同结构软模成型制件质量测试结果

3 结论

通过研究，得出以下2点结论：①为方便真空袋封装及“R”区压力的传递，J型加筋壁板一般采用阳模成型方法；②软模结构对J型加筋壁板筋条内部质量影响较大，通过增强下R区软模的刚度及对上R角增强织物进行断开处理，可有效解决筋条内部质量问题。

［1］赵渠森.先进复合材料手册［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［2］航空航天工业部科学技术研究院.复合材料设计手册［M］.北京：航空工业出版社，1990.

［3］陈绍杰.大型飞机与复合材料［J］.航空制造技术，2016（15）：32-37.

［4］曾安民.一种新型高温宽频透波天线罩结构设计［J］.科技与创新，2018（4）：145-146.

［5］曾安民.某型飞机天线罩双波段宽频结构设计［J］.科技与创新，2018（5）：119-120.

［6］崔海超，翟全胜，安学锋，等.T700/6421复合材料层合板“离位”增韧研究［J］.化工新型材料，2017，45（09）：124-126.

［7］崔海超，熊磊，马宏毅，等.玻璃纤维-铝合金层合板湿热老化性能研究［J］.玻璃钢/复合材料，2017（10）：89-93.