锥面复合材料混合三角网格结构及其成型工装的制作方法

本申请涉及锥段结构，具体地，涉及锥面复合材料混合三角网格结构及其成型工装。

背景技术：

1、双曲面斜筋无蒙皮复合材料网格结构已经过设计、生产、试验，可用于火箭级间段、卫星支架等结构。由于回转单叶双曲面存在子午线曲率，导致单叶双曲面复合材料网格结构内凹且气动外形不好。双曲面斜筋无蒙皮复合材料网格结构尤其不适用结构尺寸较小且内包络尺寸有限制的锥段结构或对气动外形有要求的锥段结构。

2、在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了锥面复合材料混合三角网格结构及其成型工装，以解决传统的双曲面斜筋无蒙皮复合材料网格结构尤其不适用结构尺寸较小且内包络尺寸有限制的锥段结构或对气动外形有要求的锥段结构的技术问题。

2、根据本申请实施例的第一个方面，提供了锥面复合材料混合三角网格结构，其特征在于，包括上端框、下端框、双向螺旋筋和上环筋、中环筋、下环筋；其中：

3、混合三角网格结构的外轮廓面为圆锥面；

4、所述上端框、下端框、双向螺旋筋和环筋为一体成型结构，环筋包括上环筋、中环筋、下环筋；

5、所述上端框、下端框均为“l”形；

6、双向螺旋筋相互对称；双向螺旋筋的外轮廓面中心线包括等螺距螺旋线、等螺旋角螺旋线及短程线；

7、环筋的外轮廓面中心线为圆锥面上的圆，中环筋位于混合三角网格结构的中间，上环筋、下环筋沿上端框、下端框方向均匀分布。，

8、根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种硬模成型工装，

9、缠绕状态时，包括芯轴、下封头、下法兰、芯模、铝分瓣阳模、钢套、上法兰、上封头、档圈、键、小键；

10、成型状态时，包括芯模、铝分瓣阳模、钢套、上压环、外模、小箍带)、大箍带、下压环；

11、其中：铝分瓣阳模的外轮廓面为膨胀量几何参数经过修正的锥面；

12、所述铝分瓣阳模上用以形成双向螺旋筋的筋槽中心线为膨胀量几何参数经过修正的锥面螺旋线。

13、根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种软模成型工装，

14、缠绕状态时，包括芯轴、下封头、下法兰、芯模、铝垫板、硅橡胶网格软模、钢套、上法兰、上封头、档圈、键、小键；

15、成型状态时，包括芯模、铝分瓣阳模、钢套、上压环、外模、小箍带、大箍带、下压环；

16、其中，展开的硅橡胶网格软模上用以形成结构双向螺旋筋的筋槽中心线为膨胀量几何参数经过修正的平面螺旋线或直线。

17、本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：

18、本申请实施例的锥面复合材料混合三角网格结构适用结构尺寸较小且内包络尺寸有限制的锥段结构或对气动外形有要求的锥段结构。本申请实施例的锥面复合材料混合三角网格结构适应产品化要求，结构整体性好、成型工艺性好、生产效率高，从而实现低成本、轻质化、快速成型复合材料网格结构。

技术特征：

1.一种锥面复合材料混合三角网格结构，其特征在于，包括上端框、下端框、双向螺旋筋和上环筋、中环筋、下环筋；其中：

2.根据权利要求1所述的混合三角网格结构，其特征在于，双向螺旋筋和环筋截面均为梯形，环筋截面中心线均沿锥面法线；所有双向螺旋筋、环筋共同构成三角形与菱形相间的混合三角状网格结构。

3.根据权利要求2所述的混合三角网格结构，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段；

4.根据权利要求3所述的混合三角网格结构，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段；双向螺旋筋中的一条螺旋筋的外轮廓面中心线方程为：

5.根据权利要求4所述的混合三角网格结构，其特征在于，双向螺旋筋的截面均为相互全等的梯形，梯形截面几何尺寸为高9mm、上底宽6mm、两腰夹角15°；弯扭载荷共同决定筋的高宽比应在大于等于和小于等于

6.根据权利要求5所述的混合三角网格结构，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段；各环筋截面中心线为锥面上的圆环；

7.根据权利要求6所述的混合三角网格结构，其特征在于，还包括蒙皮，蒙皮等厚密排自动铺放的密排螺旋线方程为：

8.一种硬模成型工装，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的硬模成型工装，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段，铝分瓣阳模(5)的外轮廓锥面母线方程为：z的取值范围为(1354.7,1768.8)，坐标原点在圆锥顶点。

10.根据权利要求8所述的硬模成型工装，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段，铝分瓣阳模(5)上用以形成双向螺旋的筋槽中的一条螺旋筋槽的中心线方程为：

11.根据权利要求1所述的锥面复合材料混合三角网格结构，其特征在于，双向螺旋筋、环筋为自动化连续缠绕成型，为此需精确计算缠绕轨迹，实现模拟缠绕；

12.一种软模成型工装，其特征在于，

13.根据权利要求12所述的软模成型工装，其特征在于，对于高415mm，下端直径φ＝950mm，半锥角β＝15°的截锥段，软模成型工装的硅橡胶网格软模的双向螺旋筋槽中的一条螺旋筋槽的中心线方程展开后分别为：

技术总结本申请实施例提供了锥面复合材料混合三角网格结构及其成型工装。三角网格结构包括上端框、下端框、双向螺旋筋和上环筋、中环筋、下环筋；混合三角网格结构的外轮廓面为圆锥面；上端框、下端框、双向螺旋筋和环筋为一体成型结构；所述上端框、下端框均为“L”形；双向螺旋筋相互对称；双向螺旋筋的外轮廓面中心线包括等螺距螺旋线、等螺旋角螺旋线及短程线；环筋的外轮廓面中心线为圆锥面上的圆，中环筋位于混合三角网格结构的中间，上环筋、下环筋沿上端框、下端框方向均匀分布。本申请解决了传统的双曲面斜筋无蒙皮复合材料网格结构尤其不适用结构尺寸较小且内包络尺寸有限制的锥段结构或对气动外形有要求的锥段结构的技术问题。技术研发人员：提亚峰,王易南,王群,刘彬,高竹青,谭指,杨柳,徐林栋,谢金鑫,胡兆财,彭飞,徐秋发,蔡奕霖,匡格平,王世勋,吴会强,王会平,闫冰,王筱宇,林梦一受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17