一種高速率飛行器用鈦合金筒形輕量化結構件的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高速率飛行器用鈦合金筒形輕量化結構件，屬于機械技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著航空航天飛行器的發展，其獨特的力學環境和服役需求對結構設計提出了新的要求:結構輕型化、最佳構型設計、構件多功能化。點陣夾層結構是一種復雜的空間網絡結構，其特點是輕質、高強、吸波，符合現代化飛行器的發展需求。輕量化對于飛行器的裝載、運輸以及射程、飛行速度等方面均有較大影響。隨著研究人員不斷的創新探索，已提出諸多適用于航空航天領域的輕量化結構設計，主要包括:波紋板結構、蜂窩結構、瓦楞結構、拓撲優化結構、泡沫夾心結構和點陣結構等。其中點陣結構具有極佳的輕質高強性能，是當前國際學術界公認的最有前景的新一代超輕質高強結構之一，相比于其他輕量化結構，點陣結構更適用于航空航天飛行器高承載、輕重量的關鍵部件中。
[0003]目前，針對筒形件點陣輕量化結構設計，主要有以下幾種:四面體點陣、Kagome點陣、單層金字塔點陣、雙層金字塔點陣、二維重復加筋、三維類桁架結構等。采用均勻化方法對以上點陣結構多孔胞元類芯子進行數值模擬，得到各種結構的等效本構模型，綜合分析其承載能力、失效形式、減重收益等，發現金字塔結構與帶有金字塔子結構的Kagome型芯層為最優構型，其承載能力高于同尺寸的其他點陣結構，而具有最輕的重量。
[0004]金字塔型點陣結構形式復雜，僅在復合材料領域得到了應用，其主要結構形式為桿件周期拼接。該種結構難以在金屬材料中推廣應用。
[0005]目前，點陣結構因其結構過于復雜，僅在復合材料領域應用廣泛，但復合材料在飛行器與空氣劇烈摩擦產生的高溫高壓下易發生失穩壓潰。因此，亟需一種在復雜嚴酷的環境下能夠承載高強載荷的輕量化結構產品。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型提供了一種高速率飛行器用鈦合金筒形輕量化結構件，可用于制造高尺寸精度、無殘余應力的三維復雜結構產品，解決了目前市場該類產品短缺的現狀。
[0007]為了解決上述問題，本實用新型的技術方案如下:一種高速率飛行器用鈦合金筒形輕量化結構件，該結構件包括外層直筒蒙皮1、芯層2和內層直筒蒙皮3 ;其中:外層直筒蒙皮1、芯層2和內層直筒蒙皮3構成三層夾心結構，芯層2位于結構件最里層，芯層2位于結構件中層，外層直筒蒙皮1位于結構件最外層；所述芯層由連接筋與弧頂周期排列組成三維點陣結構，弧頂曲率半徑與其連接蒙皮曲率半徑相同。
[0008]優選地，所述外層直筒蒙皮1，直徑為50mm-150mm，高為100mm-300mm，壁厚為0.lmm-0.3mm。
[0009]更優選地，所述外層直筒蒙皮1，直徑為80mm，高為100mm，壁厚為0.1mm。
[0010]優選地，所述外層直筒蒙皮1，為TC4鈦合金、TA15鈦合金、Τ?55合金或Ti2AlNb直筒蒙皮。
[0011]優選地，所述芯層2，為TC4鈦合金、TA15鈦合金、Ti55合金或Ti2AlNb芯層，壁厚為 0.0Bmm-Q.2mm。
[0012]優選地，所述內層直筒蒙皮3直徑為40mm-140mm，高為100mm-300mm，壁厚為
0.lmm-0.3mm,。
[0013]更優選地，所述內層直筒蒙皮3直徑為70mm，高度為100mm，壁厚為0.1mm。
[0014]優選地，所述內層直筒蒙皮3，為TC4鈦合金、TA15鈦合金、Τ?55合金或Ti2AlNb直筒蒙皮；所述內層直筒蒙皮3為整體直筒或與點陣結構相配合的鏤空直筒。
[0015]優選地，所述芯層2，與外層直筒蒙皮1和內層直筒蒙皮3通過釬焊連接形成整體結構件。
[0016]優選地，所述三維點陣結構，為金字塔點陣、四面體點陣、Kagome點陣結構。
[0017]本實用新型提出了一種鈦合金筒形點陣結構件，其具有以下結構特征:
[0018]1.結構件材質為輕質高強的TC4鈦合金材料；2.結構件為三層夾心結構，最優選內外分別為Φ80*100πιπι、Φ70*100πιπι的直筒蒙皮，蒙皮壁厚為0.1mm ;芯層壁厚為0.06mm，3.芯層由連接筋與弧頂周期排列組成復雜三維點陣結構，弧頂的曲率半徑與其連接蒙皮曲率半徑相一致；4.將芯板蒙皮經釬焊連接形成整體結構件；5.整體尺寸公差控制在±0.2_以內。本實用新型的結構特征決定其優異的力學性能，在抗壓與抗彎曲方面尤為明顯。
[0019]2.該結構件的結構特征決定其優異的力學性能，尖端弧頂為芯層與蒙皮連接的接頭位置，四周連接筋板起到主要承載和傳力作用，為結構件提供了優異的強度和剛度。在壓力載荷作用下，蒙皮將力傳導給金字塔連接筋，連接筋將集中力分散到各個陣點，各陣點將力均勻分布在另一側蒙皮，利用圓筒外載抗壓能力極強的特點為結構件提供整體強度。在彎曲載荷作用下，連接筋一側受壓、一側受拉，在兩種應力的聯合作用下，為結構件提供良好的剛度。
[0020]本實用新型的有益效果:
[0021]本實用新型提出了一種有利于金屬材料成形的金字塔點陣輕量化筒形件。本實用新型的鈦合金點陣輕量化筒形結構產品，其高溫承載能力遠高于復合材料，重量僅為同類型波紋板結構件的60%左右，是一種有效提升高速率飛行器性能的產品，極具前瞻性。
【附圖說明】
[0022]圖1為鈦合金金字塔點陣結構零件示意圖；
[0023](al，立體圖；a2，俯視圖；1，外層直筒蒙皮；2，芯層；3，內層直筒蒙皮)。
[0024]圖2為鈦合金金字塔點陣芯層結構示意圖；
[0025](al，立體圖；a2，正視圖；2，芯層)。
[0026]圖3為鈦合金金字塔點陣結構零件示意圖；
[0027](1，外層直筒蒙皮；2，芯層；3，內層鏤空直筒蒙皮)。
[0028]圖4為鈦合金四面體點陣結構零件示意圖；
[0029](al，鈦合金四面體點陣結構零件立體圖；a2，鈦合金四面體點陣結構零件俯視圖；a3、a4，鈦合金四面體點陣芯層結構立體圖；1，外層直筒蒙皮；2，芯層；3，內層直筒蒙皮)。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本實用新型做進一步說明，以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。
[0031]在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內”、“外”和“豎著”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0032]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接連接，亦可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個部件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0033]此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”、“多組”、“多根”的含義是兩個或兩個以上。
[0034]實施例1
[0035]結合圖1-2說明本實施方式，本實施方式的一種高速率飛行器用鈦合金筒形輕量化結構件，包括外層直筒蒙皮1、芯層2和內層直筒蒙皮3 ;其中:外層直筒蒙皮1、芯層2和內層直筒蒙皮3構成三層夾心結構，芯層2位于結構件最里層，芯層2位于結構件中層，夕卜層直筒蒙皮I位于結構件最外層；所述芯層由連接筋與弧頂周期排列組成復雜三維點陣結構，弧頂曲率半徑與其連接蒙皮曲率半徑相同。
[0036]外層直