(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010187916.8
(22)申请日 2020.03.17
(71)申请人 南京航空航天大学
地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人 吴东润 彭锦峰 高文淼 吕超杰
蔡登安 周光明
(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237
代理人 王慧颖
(51)Int.Cl.
G01M 9/08(2006.01)
B29C 65/48(2006.01)
B64F 5/60(2017.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种3D打印夹芯复合材料模
拟冰型，属于飞行器适航测试技术领域，模拟冰
型为使用3D打印材料固化成型的模拟冰型，具体
包括模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮；所述
的模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮之间为
3D打印夹芯填充，所述的3D打印夹芯为3D打印塑
料为夹芯结构，采用双向高强玻璃纤维与树脂基
体复合固化后形成层合复合材料，将夹芯结构包
裹在内侧形成复合材料模拟冰型，通过模拟冰型
内蒙皮整体与机翼前缘蒙皮粘接即可；本发明提
供了一种结构简单、测试能力强、稳定性良好、整
体结构密度近似于真冰的民航试飞用复合材料
的模拟冰型。权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 111351630 A 2020.06.30
C N 111351630
A
1.一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，其特征在于，所述的模拟冰型为使用3D打印材料固化成型的模拟冰型，具体包括模拟冰型外蒙皮（1）以及模拟冰型内蒙皮（2）；所述的模拟冰型外蒙皮（1）以及模拟冰型内蒙皮（2）之间为3D打印夹芯（3）填充，所述的3D打印夹芯
（3）为3D打印塑料；所述的模拟冰型为整体式结构，以3D打印塑料为夹芯结构，模拟冰型外蒙皮（1）以及模拟冰型内蒙皮（2）采用双向高强玻璃纤维与树脂基体复合固化后形成层合复合材料，将夹芯结构包裹在内侧形成复合材料模拟冰型，通过模拟冰型内蒙皮（2）整体与机翼前缘蒙皮粘接即可。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，其特征在于，所述的3D打印夹芯复合材料模拟冰型的铺层布置顺序为[(±45)(0/90)H(0/90)(±45)]，H为3D打印夹芯。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，其特征在于，所述的模拟冰型外蒙皮（1）以及模拟冰型内蒙皮（2）均为两层，单层厚度为0.2mm。
权 利 要 求 书1/1页CN 111351630 A
一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型
技术领域
[0001]本发明涉及一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，属于飞行器适航测试技术领域。
背景技术
[0002]针对飞机积冰，美国联邦航空法规（FAR）在第25部分附录C定义了结冰条件“飞机防冰系统必须通过试验来演示在确定的最大连续大气结冰条件和最大大气结冰条件下飞机能够安全运行”。在39届航空航天科学会议（AIAA）上，Papadakis等人采用木质的模拟冰型对不同参数（包括冰型高度、表面粗糙度以及冰型截面形状）的冰型进行了研究，研究表明位置和高度不变的情况下，矩形形状的冰型对飞机气动影响最大，此外，表面粗糙度越大，气动性能越差；在42届航空航天科学会议（AIAA）中，Papadakis等人采用模拟冰型研究了冰型对掠翼模型气动性能的研究，研究表明冰的形状以及弦向位置对飞机气动性能影响特别大，同时得到了对最大力系数影响最大的冰型形状和弦向位置；Raab等人通过塑性材料料制成的模拟冰型研究了过冷液滴结冰对飞机的气动性能包括升力、阻力、失速迎角等的影响，同时得到了积冰对飞机横向和纵向轴的影响。Broeren等人通过在NACA 23012机翼前缘上全尺寸安装符合美国宇航局（NASA）IRT结冰测试标准的高保真冰铸件，对全尺寸机翼各项气动性能进行了研究，同时得到了不同雷诺数和马赫数对气动性能的影响。[0003]适航取证是所有民用飞机走向市场投入使用的必经阶段，而模拟冰型试飞是必须进行的Ⅰ类风险试飞课目，且模拟冰型试飞难度大风险高，因此开展模拟冰型的研究设计是十分迫切的。为解决该类问题，本发明提供了一种可供试航用的3D打印夹芯复合材料模拟冰型。 发明内容
[0004]本发明针对现有技术中课题研究的进展，公开了一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，该模拟冰型的结构简单、测试能力强、稳定性良好、整体结构密度近似于真冰的民航试飞用复合材料的模拟冰型。
[0005]本发明是这样实现的：
本发明的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，包括模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮；所述的模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮之间为3D打印夹芯填充，所述的3D打印夹芯为3D打印塑料；所述的模拟冰型为整体式结构，以3D打印塑料为夹芯结构，模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮采用双向高强玻璃纤维与树脂基体复合固化后形成层合复合材料，通过模拟冰型内蒙皮整体与机翼前缘蒙皮粘接即可。该3D打印材料固化成型的模拟冰型为仿制冰结构，该结构的工作原理为：因为水滴与飞机结构表面接触时，有顺气流方向流动的趋势，这类冰是由较大的水滴在结冰速度相对较慢的情况下形成的，所以明冰通常呈结构表面的形状。由于自然结冰下的飞行测试成本较高，且自然结冰形状多样化，单次飞行测试难以达到要求，因此在飞机关键位置安装相应的临界模拟冰型（临界冰型指导致飞机飞行性能下降最严重情形下的积冰形状），在干空气条件下进行飞行试验，得到飞机结冰状态下
的气动特性，从而验证该飞行器是否适合航行。
[0006]进一步，所述的3D打印夹芯复合材料模拟冰型的铺层布置顺序为[(±45)(0/90)H (0/90)(±45)]，H为3D打印夹芯。
[0007]进一步，所述的模拟冰型外蒙皮以及模拟冰型内蒙皮均为两层，单层厚度为0.2mm。
[0008]本发明与现有技术的益效果在于：
本发明的模拟冰型加工精度极高，可加工性极强，尺寸稳定性好且具有一定刚度和强度，同时也易于保存和运输，具有良好的胶接性能；这种模拟冰型能够较好的模拟真实结冰状态，以达到适航测试的目的。
[0009]本发明中采用双向高强度玻璃纤维增强复合材料，该种复合材料具有较高的性价比和稳定的力学性能，使用范围广泛，取材便利。高强度玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，单层厚度为0.2mm。将其用作增强材料的优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。具有比重小、比强度和比模量大和可设计性强等优点。用在3D打印夹芯复合材料模拟冰型内外蒙皮，可实现承载能力强、结构重量轻、稳定性的优良效果。
附图说明
[0010]图1为本发明实施例中的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型端部结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型中部结构示意图。[0011]其中，1-模拟冰型外蒙皮，2-3D打印夹芯，3-模拟冰型内蒙皮。
具体实施方式
[0012]为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0013]如图1所示，一种3D打印夹芯复合材料模拟冰型，包括：模拟冰型外蒙皮1和3D打印夹芯3以及模拟冰型内蒙皮2。3D打印夹芯复合材料模拟冰型上侧端部结构和中部结构如图2和图3所示。模拟冰型整体以3D打印塑料为夹芯结构，采用双向高强玻璃纤维与树脂基体复合固化后形成层合复合材料，将夹芯结构包裹在内侧形成复合材料模拟冰型，通过内蒙皮与机翼前缘蒙皮粘接，从而达到试航飞行使用目的。
[0014]3D打印夹芯复合材料模拟冰型的铺层布置顺序为[(±45)(0/90)H(0/90)(±45)]，H为3D打印夹芯，内外层蒙皮均为两层。模拟冰型内蒙皮2整体粘接于机翼前缘，完成模拟冰型的安装。进一步外蒙皮可以增强模拟冰条的自身强度，并将增强面板的胶接区域沿弦向扩大以提高模拟冰条的胶接强度，达到适航测试测试的条件。
[0015]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
图1
图2
图3
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