[发明专利]一种仿生飞行器舵面制备方法

说明书

本发明提供了一种仿生飞行器舵面制备方法，将钛板和铝板预先模压变形为多层钛、铝交替铺层板，在舵蒙皮的成型模具里面，进行反应热处理制备成TiAl基合金蒙皮，再与骨架连接，在模具里面进行加温加压，形成仿生飞行器舵面；或将模压变形后未反应的钛、铝交替铺层板镶嵌到舵骨架两侧，在模具里面进行加温加压，形成仿生飞行器舵面。本发明可有效减少防热层厚度，减少高温合金的使用，明显降低飞行器的结构重量，提高了飞行器的航程指标。

技术领域

本发明涉及一种飞行器空气舵面的制备方法，属于飞行器结构设计技术领域。

背景技术

在跨大气层再入或在大气层内飞行过程中，飞行器需要经受长时间的持续气动加热，同时，随着飞行器速度越来越快，飞行器需要更低的结构重量。这对飞行器空气舵面提出了更高的要求，在给飞行器提供飞行升力和偏向力的同时，需要承受复杂的空气载荷、气动加热，因此舵面需要满足低重量、高强度、耐高温的要求。

传统飞行器舵面大多是铝合金和钛合金等适合非高温环境的材料，在高速飞行器上使用的是高温合金等高密度材料，前者不适用于高温环境，后者重量太大在飞行器上重量占比过高，影响飞行器航程。在新材料里面TiAl基合金具有轻质、高强、耐高温等优点，成为了高速飞行器空气舵面的重要备选材料，但是，TiAl基合金具有本质脆性，制备TiAl板材的难度很大，在不增加高密度元素的条件下很难实现。

近几年出现的钛板和铝板多层交替反应合成制备仿贝壳结构的TiAl板材技术，给全TiAl舵面的结构设计和制备提供了希望。将仿生TiAl板材应用到高速飞行器舵面技术领域，实现仿生飞行器舵面设计与制备，提高飞行器设计水平，是未来发展的重要方向。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种将轻质、耐高温仿生TiAl板材应用到飞行器舵面的制备方法，解决现有飞行器舵面结构偏重、不适用于长航程高温环境下的使用问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种仿生飞行器舵面制备方法，采取技术方案如下：

将钛板和铝板预先模压变形为多层钛、铝交替铺层板，

将模压变形后的钛、铝交替铺层板放在舵蒙皮的成型模具里面，进行反应热处理制备成TiAl基合金蒙皮，再与骨架连接，在模具里面进行加温加压，形成仿生飞行器舵面；或将模压变形后未反应的钛、铝交替铺层板镶嵌到舵骨架两侧，在模具里面进行加温加压，形成仿生飞行器舵面。

进一步地，所述多层钛、铝交替铺层板形成方法如下：

按照舵蒙皮形面设计内外模具，通过模具对每个钛板按照舵蒙皮轮廓，在 0～1000℃温度条件下模压成型；对每个铝板按照舵蒙皮轮廓，在0～600℃温度条件下模压成型；将塑性变形后的钛板和铝板交替铺层摆放形成多层钛、铝交替铺层板。

或着，将钛板和铝板交替铺层摆放，在20℃至600℃/1MPa至200MPa条件下进行热压处理，使其不会分层脱落；按照舵蒙皮形面设计内外模具，通过模具将钛板和铝板交替铺层板进行热压变形，压力范围是1MPa至200MPa，温度范围是20℃至600℃。

进一步地，将多层钛、铝交替铺层板放到舵蒙皮的成型模具里面进行压力下反应热处理，压力范围是1MPa至200MPa，温度范围是600℃至1400℃，从而制备成TiAl基合金板材蒙皮。

进一步地，所述舵蒙皮与骨架连接选择焊接、铆接、螺接或其组合连接工艺方式，再通过模具进行加温加压，载荷范围是1MPa至200MPa，温度范围是 600℃至1400℃，空冷降温到室温后，用高温合金材料的螺钉、螺母对舵的骨架和蒙皮进行辅助连接，螺钉和螺母不凸出蒙皮表面，仿生舵面制备完成。

进一步地，通过工装夹具设备，将变形后未反应的钛、铝交替铺层板镶嵌到舵骨架两侧，然后放到模具里面进行加热加压反应和合成，工装加压位置为蒙皮与骨架的接触部位，载荷范围是1MPa至200MPa，温度范围是600℃至1400 ℃。