随着航空制造技术的飞速发展，大型飞机结构中复合材料用量越来越大，其应用部位已从尾翼等次承力结构迅速扩展到机翼、机身等主承力结构，复合材料制件趋于大尺寸、大厚度、整体化，随着复合材料机翼壁板的应用，复合材料翼梁也得到应用。复合材料翼梁的应用不仅实现减重，更保证其热膨胀系数和复合材料机翼壁板的热膨胀系数匹配[1]。复合材料制件几何尺寸的增大，热膨胀、固化变形、制件厚度等因素对制件外形造成影响。梁类零件作为飞机的骨架结构，装配工序对梁类零件外形尺寸的要求较高，大型复合材料制件的成型精度成为其制造的关键技术。
国内外研究人员研究了大尺寸复合材料制件的制造工艺。Elaldi等[2]研究J型复合材料加筋壁板的制造；杨博等[3]采用共固化的成型方案，研制大尺寸复合材料“工”形加筋壁板。Sarrazin[4]、Andrew[5]、张纪奎[6]等研究大尺寸复合材料制件固化变形的影响因素。韩培培等[7]依据生产经验取1°回弹补偿角以保证U形梁的尺寸精度。波音787的翼梁是首次在民用飞机上使用复合材料翼梁的飞机[8]。大尺寸h型复合材料翼梁的研制可以实现机翼整体化成型，目前此方面研究较少。h型复合材料翼梁成型时，在梁拐角处出现三角形空隙，导致翼梁性能下降。如何避免存在的这种安全隐患成为工程应用中需要解决的问题[9]。解决h型梁三角形空隙问题，航空企业中普遍采用复合材料0°纤维束填充的方法。Wang[10]中探索了复合材料0°纤维束的制备方法，并建立了0°纤维束质量评价标准。
本文以大尺寸h型复合材料翼梁为研究对象，在分析了成型过程特点的基础上，从工程实际应用出发，通过典型试验，分析了工艺方案对h型成型质量的影响。为工程实践选择合理有效的方法提供科学依据。
1实验
1.1 h型梁简介
1.1.1 h型梁结构
h型梁是飞机翼面类结构的主承力构件，通常由受剪切载荷的腹板及受轴向拉、压载荷的缘条构成。厚度变化跨度大，从1.5mm到6mm，变厚台阶多达26处，变厚坡度大。
1.1.2原材料
材料为中温固化环氧树脂单向带预浸料，单层厚度为0.125±0.01mm。
1.2 成型工艺
h型梁制造采用真空袋-热压罐零吸胶工艺，将h型梁分解为Z 型部分、C 型部分、平板部分及0°纤维填充部分，分别铺叠再组合为h型梁。C 型部分采用钢制的工装，在Z 型部分的外侧设置软质工装；C 型部分采用硬模工装，优势在于可以从整个h 型筋条的外部均匀施压，简化了封装真空袋的难度，降低了架桥等风险。工艺参数为，全程真空-99kPa，；开始即加压600±20kPa；升温速率1.6℃/min，升至120℃-125℃，保温120min；降温速率1.3℃/min，降至50℃；卸压。
1.3 质量表征
固化成型后，对h型梁的不同厚度区进行厚度测量。采用超声A扫检测设备对固化的h型梁进行检测。从外形尺寸方面对不同0°纤维填充量和填充方法制备的h型梁0°纤维填充区进行对比表征。
2结果与讨论
2.1 成型工艺方案
h型梁的R角区是曲率突变的区域，在成型时压力不易施加到R角区和0°纤维填充区，易产生纤维不密实、孔隙、富树脂等内部缺陷。因此，制定工艺方案时，需要考虑如何使成型模具与预浸料始终紧密贴合，保证R角区和0°纤维填充区。针对以上原则，设计了四种工艺方案，即为无盖板方案、硬盖板方案、软盖板方案和局部硬盖板方案，如图1所示。
2.2成型质量分析
采用无盖板方案、硬盖板方案、软盖板方案和局部硬盖板四种工艺方案分别成型了h型梁，并沿筋条长度方向(图l中垂直于XOY平面方向)，测量h型梁上缘条、下缘条和腹板的厚度。固化成型后，无盖板方案制造的零件厚度较为均匀，R角区域的坯料滑移形成R角厚度偏薄，如图2（a）所示；硬盖板方案制造的零件缘条厚度较厚，存在加压不足形成的富树脂缺陷；软盖板方案制造的零件R角位置厚度过厚，超出理论范围，缘条和腹板区域厚度不均匀，存在局部厚度超差；局部硬盖板方案制造的零件厚度较为均匀。无盖板方案时，罐压将通过真空袋、透气毡等封装材料直接传递至铺层，在成型过程中几乎没有树脂流出，纤维含量变化很小。硬盖板方案时，因未固化时预浸料坯料厚度较厚，硬盖板不能达到理论位置，固化加压时，硬盖板不同方向压力相同，继续保持原来位置，造成缘条区域加压不足，最终形成厚度超差；软盖板方案时，压力实施过程中有效传递，因R角区域坯料存在架桥情况，如图2（b）所示，软盖板未能达到理论位置，造成整体厚度不均匀，局部厚度超差；局部硬盖板可有效的保证下缘条区域厚度，及R角区域的外形尺寸，固化过程中预浸料坯料承受的压力较为均匀，因此厚度比较均匀。
经超声检测，无盖板方案和局部硬盖板方案制造的h型梁未出现内部质量缺陷，硬盖板方案和软盖板方案制造的h型梁在缘条和R角区域出现空隙密集缺陷。这与模具传压效率有关，无盖板方案和局部硬盖板方案受压更均匀，有利于抑制孔隙的形成。另外，因预浸料层数不一致，硬盖板方案和软盖板方案与金属工装匹配性不好，更容易产生空隙密集缺陷。
3结论
无盖板方案和局部硬盖板方案制造的h型梁未出现内部质量缺陷，硬盖板方案和软盖板方案制造的h型梁在缘条和R角区域出现空隙密集缺陷。在外形尺寸方面，采用局部硬盖板方案h型梁受压均匀，密实程度较好。局部硬盖板方案为最佳方案。
参考文献(References)
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