一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种飞机连杆结构，尤其是一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构,飞机零件减重加工技术领域。


背景技术：

2.飞机的发展主要以低成本、高运载能力为目标，要达到这个目标首先要解决的是结构减重问题。传统飞机普遍采用金属(一般为钢材)连杆结构，但随着复合材料技术的进步，如果将复合材料应用到连杆结构中，可以有效的对连杆实现减重。因此，发展复合材料连杆是实现飞机减重目的的关键技术之一，潜在经济效益巨大。
3.现有采用复合材料的构件与钢质的同类构件相比，重量能够降低30％以上，但是对于设计人员来说,如何保证复合材料结构的设计符合纤维特性，并且确保构件在使用时安全可靠是一个巨大的挑战。与金属结构相比，复合材料在载荷情况下的行为更复杂，所以不能简单地用纤维复合结构替代金属结构。
4.连杆作为飞机中的关键部件，其研制技术直接决定其性能，而其性能又对飞机有很大的影响，连杆在工作过程中主要承受拉伸载荷和压缩载荷，其服役过程中的可靠性显得至关重要。因此，如何将复合材料有效的应用在连杆结构中，并保证其能够很好的承受拉压载荷，是行业内设计人员研究的重点问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，相比于传统钢制连杆，它能够减轻结构体的重量，并有效的承受拉压载荷，复合材料杆体和金属接头之间耐久性好。
6.为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，包括复合材料杆体、两个金属接头以及两个压块，所述复合材料杆体包括并列排布的两个直臂，且所述两个直臂位于同一侧的端部分别通过弧形连接部连接为一体，所述两个金属接头分别安装在复合材料杆体两端，每个金属接头包括并列排布的两个耳片,且所述两个耳片底部之间通过连接块连接为一体，所述连接块顶部与对应的所述弧形连接部内壁贴合，连接块底部两侧与两个直臂内壁贴合，所述两个压块外形呈u形并分别与复合材料杆体两端外壁贴合，每个压块与对应的金属接头及复合材料杆体端部之间通过螺栓连接固定。
7.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用复合材料与金属相互结合的结构，由于复合材料杆体的设置，相比于传统钢制连杆有效减轻了结构体的重量，提高了结构效率，复合材料杆体和金属接头通过压块环绕连接的结构可以有效传递拉力和压力，使得复合材料杆体能很好的承受拉压载荷，而且复合材料杆体和金属接头之间耐久性好，充分利用结构材料，减少结构质量。
附图说明
8.图1是本实用新型的整体结构轴测图；
9.图2是本实用新型的剖视结构示意图；
10.图3是本实用新型的金属接头的轴测图；
11.图4是本实用新型的压块的轴测图；
12.图5是本实用新型的复合材料杆体的轴测图。
具体实施方式
13.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
14.如图1～图5所示，一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，包括复合材料杆体3、两个金属接头1以及两个压块2，所述复合材料杆体3包括并列排布的两个直臂3
‑
1，且所述两个直臂3
‑
1位于同一侧的端部分别通过弧形连接部3
‑
2连接为一体，所述两个金属接头1分别安装在复合材料杆体3两端，每个金属接头1包括并列排布的两个耳片1
‑
1,且所述两个耳片1
‑
1底部之间通过连接块1
‑
2连接为一体，所述连接块1
‑
2顶部与对应的所述弧形连接部3
‑
2内壁贴合，连接块1
‑
2底部两侧与两个直臂3
‑
1内壁贴合，所述两个压块2外形呈u形并分别与复合材料杆体3两端外壁贴合，每个压块2与对应的金属接头1及复合材料杆体3端部之间通过螺栓连接固定；
15.进一步的，所述复合材料杆体3的铺层角度为0
°
，保证复合材料杆体3的强度；
16.进一步的，所述金属接头1及压块2与复合材料杆体3接缝处采用胶接方式连接，增强连接位置的整体性。
17.对于复合材料杆体3，由于尺寸限制其厚度很薄，因此连杆结构的设计尤为重要。复合材料杆体3在缠绕工艺过程中的缠绕线型设计和铺层顺序设计往往先于工艺设计，造成设计与工艺脱节。铺层优化设计的结果在工艺上往往无法满足纤维稳定的要求，导致优化设计的目标无法实现，需要重新设计，并进行大量的试验工艺摸索。通过对接头位置缠绕轨迹的计算，可以确定理论优化设计的边界条件，大幅度减少试错试验的数量，降低成本的同时，可以得到可行的最优方案。
18.复合材料杆体3在纤维与金属接头1处的缠绕层由于连续纤维缠绕的原因，在接头位置附近将产生纤维堆积现象，这种纤维堆积将导致接头位置厚度出现不连续的非线性变化，接头位置附近复合材料堆高限制设计尺寸，以及复合材料在缠绕过程中纤维滑线、架空等现象。此外，如何精确预测各种缠绕线型和缠绕层分布下的接头位置附近厚度分布，对有限元建模的精确性也影响极大。因此，通过对缠绕厚度的精确预测，同时对每种线型在接头处的轨迹分布进行精确计算后，可以得到每种线型在每个单元范围内的厚度堆积情况和缠绕角精确值，然后再逐点代入有限元单元中，可进行更加精确的有限元计算。
19.在以上工作的基础上，通过联用abaqus和迭代计算程序以及缠绕线型表，设计不同的缠绕线型，进而以应变均匀为设计目标，对各种允许线型下的变形情况进行计算并优选，达到复合材料杆体3的强度和刚度优化设计，进而完成整个连杆结构的设计。采用复合
材料杆体3的结构，大大提高了结构承受拉伸载荷的能力，同时将复合材料杆体3与金属接头1利用压块2通过螺栓进行连接，提高了结构承受压缩载荷的能力，满足连杆结构要求。
20.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
21.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，其特征在于：包括复合材料杆体(3)、两个金属接头(1)以及两个压块(2)，所述复合材料杆体(3)包括并列排布的两个直臂(3
‑
1)，且所述两个直臂(3
‑
1)位于同一侧的端部分别通过弧形连接部(3
‑
2)连接为一体，所述两个金属接头(1)分别安装在复合材料杆体(3)两端，每个金属接头(1)包括并列排布的两个耳片(1
‑
1),且所述两个耳片(1
‑
1)底部之间通过连接块(1
‑
2)连接为一体，所述连接块(1
‑
2)顶部与对应的所述弧形连接部(3
‑
2)内壁贴合，连接块(1
‑
2)底部两侧与两个直臂(3
‑
1)内壁贴合，所述两个压块(2)外形呈u形并分别与复合材料杆体(3)两端外壁贴合，每个压块(2)与对应的金属接头(1)及复合材料杆体(3)端部之间通过螺栓连接固定。2.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，其特征在于：所述复合材料杆体(3)的铺层角度为0
°
。3.根据权利要求1所述的一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，其特征在于：所述金属接头(1)及压块(2)与复合材料杆体(3)接缝处采用胶接方式连接。

技术总结
一种复合材料与金属结合的飞机连杆结构，涉及一种飞机连杆结构。复合材料杆体包括并列排布的两个直臂，且两个直臂位于同一侧的端部分别通过弧形连接部连接为一体，两个金属接头分别安装在复合材料杆体两端，每个金属接头包括并列排布的两个耳片,且两个耳片底部之间通过连接块连接为一体，连接块顶部与对应的弧形连接部内壁贴合，连接块底部两侧与两个直臂内壁贴合，两个压块外形呈U形并分别与复合材料杆体两端外壁贴合，每个压块与对应的金属接头及复合材料杆体端部之间通过螺栓连接固定。能够减轻结构体的重量，并有效的承受拉压载荷，复合材料杆体和金属接头之间耐久性好。复合材料杆体和金属接头之间耐久性好。复合材料杆体和金属接头之间耐久性好。


技术研发人员：徐忠海 蔡朝灿 王荣国 赫晓东
受保护的技术使用者：深圳烯创先进材料研究院有限公司
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021/11/9