拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的制備方法，具體是一種采用聚對(duì)苯撐苯并雙口惡唑纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制備的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行數(shù)據(jù)記錄儀是記錄和保存飛行參數(shù)信息(發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)、飛行高度、速度、航向等)的儀器，俗稱“黑匣子”。黑匣子作為一種事關(guān)飛行安全的重要航空電子設(shè)備，具有抗沖擊、抗高溫火燒、抗海水浸泡、抗深海壓力、抗腐蝕性液體浸泡等特種防護(hù)能力，能夠在飛機(jī)事故中保存其內(nèi)部存儲(chǔ)的信息。新型的拋放式黑匣子能夠在飛機(jī)墜毀時(shí)自動(dòng)與機(jī)體分離，并具備水上漂浮和無(wú)線電、衛(wèi)星定位功能，便于事故后搜尋和打撈，作為傳統(tǒng)黑匣子的備份提高數(shù)據(jù)存活率。將這種新型拋放式黑匣子安裝在在執(zhí)行海上任務(wù)的飛機(jī)上，當(dāng)飛機(jī)失事時(shí)，黑匣子通過(guò)墜毀感知傳感器監(jiān)控飛機(jī)墜海事件的發(fā)生，控制其與飛機(jī)機(jī)體自動(dòng)快速分離，并能長(zhǎng)時(shí)間漂浮在海面上，持續(xù)發(fā)射黑匣子的位置和身份信息，解決了黑匣子定位打撈困難以及飛機(jī)失事時(shí)應(yīng)急定位發(fā)射機(jī)損毀失效的問(wèn)題。極大地縮短飛機(jī)失事的搜尋定位時(shí)間。傳統(tǒng)的金屬制造的黑匣子殼體難以滿足拋放式黑匣子的特種防護(hù)能力及水上漂浮能力，需要采用新型復(fù)合材料制備拋放式黑匣子的殼體。
[0003]在申請(qǐng)?zhí)枮?015104268485的發(fā)明創(chuàng)造中，提出了一種飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體及其制備方法。在該發(fā)明創(chuàng)造中，飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體采用高硅氧玻璃纖維布，通過(guò)鋪敷的方法用樹(shù)脂粘接劑裹敷在阻燃泡沫件的內(nèi)表面和外表面，以及阻燃泡沫件的框底，并經(jīng)固化處理形成的盒形件。該阻燃泡沫件邊框上端的三個(gè)邊均向外延伸，形成了所述拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的漂浮翼；漂浮翼與該阻燃泡沫件邊框之間光滑過(guò)渡。該阻燃泡沫件的上端與下端均為敞口，并由所述上端的敞口形成了拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的開(kāi)口。該方法工藝復(fù)雜、鋪敷周期長(zhǎng)、且樹(shù)脂易分布不均勻，造成局部強(qiáng)度不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、鋪敷周期長(zhǎng)、樹(shù)脂易分布不均勻的不足，本發(fā)明提出了一種拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體及其制作方法。
[0005]所述拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體包括外殼、阻燃泡沫件、加強(qiáng)肋和上蓋。所述外殼采用PBO纖維預(yù)浸料，即聚對(duì)苯撐苯并雙口惡唑纖維預(yù)浸料，通過(guò)鋪敷的方法裹敷在所述阻燃泡沫件的內(nèi)表面和外表面，以及所述阻燃泡沫件的框底，并經(jīng)固化處理形成盒形件。然后采用砂紙對(duì)盒形件表面進(jìn)行打磨處理，表面粗糙度Ra為2?10 μ m，在打磨完的盒形件表面涂刷一層耐高溫涂層，并經(jīng)烘干處理，再在經(jīng)烘干處理后的盒形件的外表面涂刷油漆。PBO纖維預(yù)浸料的鋪敷層數(shù)為5?20層。所述外殼單面厚度為I?3mm。
[0006]所述阻燃泡沫件為盒形件；該阻燃泡沫件邊框上端的三個(gè)邊均向外延伸，形成了所述飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的漂浮翼，另一個(gè)邊為垂直邊，以便于將該殼體安裝在飛行器上的安裝架上。所述漂浮翼與該阻燃泡沫件邊框之間光滑過(guò)渡。在所述阻燃泡沫件的一個(gè)側(cè)邊上預(yù)留有加強(qiáng)肋的預(yù)埋槽，并且所述有預(yù)埋槽的側(cè)邊與該阻燃泡沫件上無(wú)漂浮翼的側(cè)邊對(duì)應(yīng)；所述阻燃泡沫件的上端為敞口，并由所述上端的敞口形成了所述飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的開(kāi)口。以方便在所述拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體內(nèi)安放電子元器件。在所述阻燃泡沫件上端的敞口有用于安裝上蓋的臺(tái)階。
[0007]所述阻燃泡沫件采用聚氨酯泡沫或聚苯乙烯泡沫或聚偏氟乙烯泡沫制成。
[0008]所述加強(qiáng)肋采用鈦合金或鋁合金或鎂合金制成。該加強(qiáng)肋鑲嵌在所述阻燃泡沫件的預(yù)埋槽內(nèi)。
[0009]所述殼體的上蓋采用采用PBO纖維預(yù)浸料，通過(guò)鋪敷的方法，按照所屬拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體的開(kāi)口尺寸制成。對(duì)上蓋表面進(jìn)行打磨處理，表面粗糙度Ra為2?10 μ m，在打磨完的上蓋表面涂刷一層耐高溫涂層，并經(jīng)烘干處理，再在經(jīng)烘干處理后的上蓋的外表面涂刷油漆。PBO纖維預(yù)浸料的鋪敷層數(shù)為5?20層。所述殼體上蓋厚度為I?3mm ο
[0010]本發(fā)明的具體過(guò)程是:
[0011]步驟1，制作阻燃泡沫件
[0012]所述的阻燃泡沫件采用聚氨酯泡沫或聚苯乙烯泡沫或聚偏氟乙烯泡沫制成。制備時(shí)，按設(shè)計(jì)圖紙，采用常規(guī)機(jī)械加工的方法將聚氨酯泡沫塊或聚苯乙烯泡沫塊或聚偏氟乙烯泡沫塊加工成為盒形的阻燃泡沫件。
[0013]步驟2，制作外殼坯體和上蓋坯體
[0014]按設(shè)計(jì)要求將加強(qiáng)肋鑲?cè)氲降玫降淖枞寂菽械念A(yù)留槽口內(nèi)。將所述的PBO纖維預(yù)浸料按照阻燃泡沫件各表面的形狀裁成片，再分別將裁好的PBO纖維預(yù)浸料逐層鋪在所述阻燃泡沫件的各個(gè)表面，鋪設(shè)完成設(shè)定的PBO纖維預(yù)浸料層數(shù)，得到拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼還體。
[0015]根據(jù)上蓋的形狀制作上蓋的鋼制模具。所述的上蓋的鋼制模具由上模與下模構(gòu)成。在所述模具內(nèi)表面均勻涂刷脫模蠟。將所述的PBO纖維預(yù)浸料按照模具各內(nèi)表面的形狀裁成片，再將裁好的PBO纖維預(yù)浸料逐層鋪敷在所述上蓋模具的上模內(nèi)表面，鋪設(shè)完成設(shè)定的PBO纖維預(yù)浸料層數(shù)后，得到飛行數(shù)據(jù)記錄儀的上蓋坯體。
[0016]步驟3，固化成型
[0017]所述的固化成型包括對(duì)拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀外殼坯體的固化成型和對(duì)拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的上蓋坯體的固化成型。
[0018]所述固化成型時(shí)通過(guò)硫化機(jī)成型或真空熱壓罐成型得到外殼半成品和上蓋半成品O
[0019]在對(duì)拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀外殼坯體的固化成型時(shí)，將得到的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼坯體置于內(nèi)表面均勻涂刷有脫模蠟的模具中。合模后進(jìn)行固化成型。所述的模具是根據(jù)拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀外殼形狀制作的鋼制模具，由上模、中模、下模及模芯組成。
[0020]在對(duì)拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀上蓋坯體的固化成型時(shí)，將得到的裝有上蓋坯體的上蓋的鋼制模具的上模與下模合模，合模后進(jìn)行固化成型。
[0021]所述固化成型采用硫化機(jī)或熱壓罐成型，拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀外殼坯體的固化成型與拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀外殼坯體的固化成型的工藝參數(shù)相同。
[0022]當(dāng)采用硫化機(jī)成型時(shí)，在成型之前需對(duì)模具內(nèi)抽真空，具體是，將所述裝有拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼坯體的模具放入真空袋內(nèi)并抽真空度至(0.005-0.01)MPa、將所述裝有拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的上蓋坯體的模具放入真空袋內(nèi)并抽真空度至(0.005-0.01)MPa，將經(jīng)過(guò)抽真空的裝有外殼坯體的模具、經(jīng)過(guò)抽真空的裝有上蓋坯體的模具分別放在硫化機(jī)上熱壓成型。熱壓的壓力為(6-10)MPa，溫度為(100-150) °C，升溫速率為0.5-5°C /min，加壓保溫時(shí)間為(l-3)h。熱壓完成后自然降溫至室溫脫模。形成外殼半成品和上蓋半成品。
[0023]當(dāng)采用真空熱壓罐成型時(shí)，將所述裝有拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼坯體的模具與裝有拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的上蓋坯體的模具分別放入真空熱壓罐內(nèi)熱壓成型。真空熱壓罐內(nèi)熱壓成型時(shí)，真空度為(0.01-0.08) MPa，壓力為(0.l_l)MPa，溫度為(100-150) °C，升溫速率為0.5-50C /min，加壓保溫時(shí)間為(l_3)h。加壓保溫結(jié)束后自然降溫至室溫脫模。形成外殼半成品和上蓋半成品。
[0024]步驟4，配制耐高溫涂層漿料
[0025]所述的耐高溫涂層由100份磷酸液體、5?20份磷酸二氫鋁粉體、10?30份磷酸鋅粉體、2?15份氫氧化鎂粉體、15?40份硼硅玻璃粉組成，所述比例為質(zhì)量份。
[0026]將稱取的磷酸二氫鋁粉體、磷酸鋅粉體、氫氧化鎂粉體和硼硅玻璃粉依次加入到稱量好的磷酸液體中，在室溫下充分?jǐn)嚢杈鶆颍纬赡透邷赝繉拥臐{料。
[0027]所述耐高溫涂層的耐溫幅度為1000?1100°C。
[0028]步驟5，制備涂層
[0029]將得到的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼半成品表面和上蓋半成品表面打磨至表面粗糙度Ra為2?10 μ m，在打磨后的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼半成品表面和上蓋半成品表面涂刷耐高溫涂層漿料，并進(jìn)行涂層烘干處理。處理溫度為120?150°C，保溫時(shí)間為I?5h。對(duì)烘干處理的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀的外殼半成品表面和上蓋半成品表面按照常規(guī)方法進(jìn)行噴漆處理，得到拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體。
[0030]本發(fā)明通過(guò)上述技術(shù)方案制備的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體，通過(guò)了重物穿透試驗(yàn)、強(qiáng)力擠壓試驗(yàn)、沖擊力試驗(yàn)、漂浮試驗(yàn)和透波試驗(yàn)。
[0031]采用PBO纖維預(yù)浸料、阻燃泡沫件和加強(qiáng)肋制成的拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體具有以下特點(diǎn):密度為0.3-0.8g/cm3，疏水角大于150°，具有長(zhǎng)期漂浮的特性；通過(guò)了重物穿透試驗(yàn)、強(qiáng)力擠壓試驗(yàn)和沖擊力試驗(yàn)；透波率在80% -85%，具有良好的透波性。
[0032]PBO纖維，即聚對(duì)苯撐苯并雙口惡唑纖維，是美國(guó)為發(fā)展航天航空事業(yè)而開(kāi)發(fā)的復(fù)合材料用增強(qiáng)材料，被譽(yù)為21世紀(jì)超級(jí)纖維。高端PBO纖維產(chǎn)品的強(qiáng)度可達(dá)到5.8GPa，模量可達(dá)到180GPa，是現(xiàn)有的化學(xué)纖維中最高的。耐熱溫度達(dá)600°C，極限氧指數(shù)68，在火焰中不燃燒、不收縮、耐熱性和難燃性高于其他任何一種有機(jī)纖維。PBO纖維的強(qiáng)度、模量、耐熱性和抗燃性，尤其是PBO纖維的強(qiáng)度不僅超過(guò)鋼纖維，還高于碳纖維；此外PBO纖維具有良好的透波性，密度小(約為玻璃纖維的0.6倍)，因此PBO纖維可替代申請(qǐng)?zhí)枮?015104268485的發(fā)明創(chuàng)造中提出的玻璃纖維，制備飛行記錄儀殼體，以減輕殼體重量，提高殼體強(qiáng)度。
[0033]本發(fā)明中將PBO纖維布與環(huán)氧樹(shù)脂加工成PBO纖維預(yù)浸料，再用所制備的PBO纖維預(yù)浸料制備拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體。與手糊法鋪設(shè)纖維布涂覆樹(shù)脂相比，將纖維布與樹(shù)脂加工成纖維預(yù)浸料，可嚴(yán)格控制纖維布與樹(shù)脂的比例、樹(shù)脂與纖維布均勻分布，采用纖維預(yù)浸料制成的產(chǎn)品可提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外纖維預(yù)浸料的可塑性好，可根據(jù)模具的做成任何形狀，成型容易，便于加工。因此，將PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂加工成PBO纖維預(yù)浸料，再用PBO纖維預(yù)浸料制備拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體可提高殼體強(qiáng)度與均勻性。
[0034]為驗(yàn)證本發(fā)明的效果，進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，包括:
[0035]重物穿透試驗(yàn):拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體需要有抵抗重物穿透能力，由高空中落下的重物砸到拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄儀殼體后，殼體最薄弱處不被