本发明涉及航空，尤其涉及一种模块化复合材料叶片及其制造方法、飞机结构。
背景技术：
1、在飞机的旋翼系统中，桨叶是提供升力的重要部件，由于桨叶工作环境的特殊性和桨叶本身的特殊性，桨叶设计过程中必须满足强度、刚度、动力学及疲劳寿命等方面的要求。
2、现有技术中桨叶采用机织物、单轴向织物或者采用预浸料铺贴成型，蒙皮和主梁均由裁切后的织物或预浸料片料拼接或搭接而成，拼接和搭接过程繁琐，精度要求高，效率低，而且由于桨叶几何形状变化较大，织物或预浸料裁切设计难度大，材料利用率低，造成桨叶制造难度大，产品一致性差，产能低，生产成本高。
3、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供了一种模块化复合材料叶片及其制造方法、飞机结构，旨在解决现有技术中桨叶采用机织物、单轴向织物或者采用预浸料铺贴成型，蒙皮和主梁均由裁切后的织物或预浸料片料拼接或搭接而成，拼接和搭接过程繁琐，精度要求高，效率低，而且由于桨叶几何形状变化较大，织物或预浸料裁切设计难度大，材料利用率低，造成桨叶制造难度大，产品一致性差，产能低，生产成本高的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种模块化复合材料叶片的制造方法，所述模块化复合材料叶片的制造方法包括：
3、将预成型好的短切纤维增强复合材料排布成型形成沿第一方向延伸的腹板；
4、将缘条材质沿第二方向排布成型，分别形成沿第二方向延伸的上缘条和下缘条，其中所述缘条材质为编织织物、经编多轴向织物、以及机织物中的一种或多种的组合；
5、将所述腹板、所述上缘条以及下缘条连接形成预成型状态的主梁结构；其中，在所述主梁结构处于预成型状态时，所述腹板设于所述上缘条和所述下缘条之间，且两端分别与所述上缘条和所述下缘条连接，所述上缘条和所述下缘条沿横向延伸；
6、将填充物设于所述主梁结构沿横向的外围且定型，形成所述芯轴结构；
7、将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构；
8、将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片。
9、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构，包括：
10、将所述芯轴结构放置在编织支架上，按照预设的第一编织路径对所述芯轴结构进行二维往复编织，并在编织层添加编织织物、经编多轴向织物、以及机织物中的一种或多种，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构。
11、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片，包括：
12、将所述内蒙皮结构、预先成型的后缘放置在编织支架上，按照预设的第二编织路径对所述内蒙皮结构以及后缘的外围进行二维往复编织，形成预成型状态的模块化复合材料叶片。
13、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片的步骤之前，所述制造方法还包括：
14、将短切纤维放置于后缘成型的模具中，定型，得到成型后的后缘。
15、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将所述腹板、所述上缘条以及下缘条连接形成预成型状态的主梁结构的步骤中，所述主梁结构在预成型状态时，所述上缘条和所述下缘条之间形成有安装空间，所述腹板具有分别位于相反两端的第一端和第二端，所述第一端安装在所述上缘条，所述第二端安装在所述下缘条；其中，
16、所述第一端不安装在所述上缘条的边缘；或者，
17、所述第二端不安装在所述下缘条的边缘；或者，
18、所述第一端安装在所述上缘条的边缘，所述第二端安装在所述下缘条的边缘，且所述第一端和所述第二端分别位于所述上缘条和所述下缘条沿左右方向的不同侧。
19、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述第一端和所述第二端分别位于所述上缘条和所述下缘条的中部。
20、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构的步骤中，所述内蒙皮包括沿上下方向依次层叠在一起的第一单层编织织物、第一多层单轴向织物、第二单层编织织物、第二多层单轴向织物、以及第三单层编织织物。
21、优选地，在所述模块化复合材料叶片的制造方法中，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片的步骤中，所述外蒙皮包括若干层单层编织织物，所述若干层单层编织织物往复编织设置。
22、为了实现上述目的，本发明还提供一种模块化复合材料叶片，所述模块化复合材料叶片采用上述的模块化复合材料叶片的制造方法制造得到。
23、为了实现上述目的，本发明还提供一种飞机结构，所述飞机结构包括上述的模块化复合材料叶片。
24、本发明至少具有如下有益效果：
25、本发明提供的制造方法，将预成型好的短切纤维增强复合材料排布成型形成沿第一方向延伸的腹板；将缘条材质沿第二方向排布成型，分别形成沿第二方向延伸的上缘条和下缘条，其中所述缘条材质为编织织物、经编多轴向织物、以及机织物中的一种或多种的组合；将所述腹板、所述上缘条以及下缘条连接形成预成型状态的主梁结构；其中，在所述主梁结构处于预成型状态时，所述腹板设于所述上缘条和所述下缘条之间，且两端分别与所述上缘条和所述下缘条连接，所述上缘条和所述下缘条沿横向延伸；将填充物设于所述主梁结构沿横向的外围且定型，形成所述芯轴结构；将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构；将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片，如此解决了现有技术中桨叶采用机织物、单轴向织物或者采用预浸料铺贴成型，蒙皮和主梁均由裁切后的织物或预浸料片料拼接或搭接而成，拼接和搭接过程繁琐，精度要求高，效率低，而且由于桨叶几何形状变化较大，织物或预浸料裁切设计难度大，材料利用率低，造成桨叶制造难度大，产品一致性差，产能低，生产成本高的问题；
26、进一步地，本发明通过将模块化复合材料叶片拆分成主梁结构、内蒙皮、后缘、外蒙皮等不同功能区域，对模块化复合材料叶片各模块预成型，再灵活组合搭建完整模块化复合材料叶片的整体制备，解决了高性能复合材料叶片规模化量产难、产品一致性差、生产成本高等问题。另外，本发明通过分模块化后，不同的模块可以根据其性能需要也可以选择不同的材料进行，如此也可以更适合该模块本身的受力，材料性能也能发挥更好。
27、进一步地，相较传统腹板采用机织物和单向织物或预浸料铺贴而成的层合板制备而成，层合板主承力方向与腹板承受压缩力和剪切方向不一致，层合板性能利用率低，本发明通过采用短切纤维增强复合材料形成腹板，材料各向性能均衡，均可作为主承力方向；
28、进一步地，采用连续纤维编织、短切纤维局部增强、轻质夹芯型材和rtm快速成型技术，利用编织织物、多轴向织物、机织物与短切纤维等原材料的不同组合对叶片模块化功能区域进行预成型；
29、如此制造得到的模块化复合材料叶片在受压缩和剪切力时，可以更好的满足抗压和抗剪刚度要求，进行满足主梁结构的整体抗弯以及抗扭性能，解决了传统桨叶的主梁由连续纤维织物或预浸料铺贴而成，其中单层由多块织物或预浸料拼接与搭接而成。由于主梁截面的变化较大，增大了织物或预浸料的裁切设计及铺贴难度，同时也限制了主梁外形的设计自由度的问题。
30、进一步地，本发明在提高模块化复合材料叶片耐疲劳寿命、降低模块化复合材料叶片重量的同时提升模块化复合材料叶片的质量稳定性和生产效率，满足模块化复合材料叶片的高效、稳定的量产需求。
31、进一步地，本发明提供的主梁结构包括上缘条和下缘条、以及腹板，分模块进行设置，降低了制造过程中的铺贴难度，另外腹板采用短切纤维增强复合材料，在受压缩和剪切力时，可以更好的满足抗压和抗剪刚度要求，进行满足主梁结构的整体抗弯以及抗扭性能。
32、进一步地，传统腹板采用机织物和单向织物或预浸料铺贴而成的层合板制备而成，层合板主承力方向与腹板承受压缩力和剪切方向不一致，层合板性能利用率低。本发明通过腹板采用短切纤维增强复合材料，且腹板设于上缘条和下缘条之间，如此腹板的自由度更大，可以自由承受压缩力和剪切力，如此结构稳定性更高。
33、进一步地，上缘条和下缘条与腹板分模块设置且上缘条和下缘条的材质为编织织物、经编多轴向织物、以及机织物中的一种或多种的组合，如此，上缘条和下缘条可自由调整宽度以满足性能及传力需求，可以自由调整厚度，调整主梁结构的弯曲刚度；同样地，上缘条和下缘条与腹板分模块设置且腹板为短切纤维增强复合材料，腹板也可以自由调整高度，以适应主梁结构截面的变化，可自由调整厚度，以满足其抗压和抗剪刚度要求，进而满足主梁结构整体抗弯及抗扭性能。
1.一种模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构，包括：
3.如权利要求2所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片，包括：
4.如权利要求1所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片的步骤之前，所述制造方法还包括：
5.如权利要求1所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将所述腹板、所述上缘条以及下缘条连接形成预成型状态的主梁结构的步骤中，所述主梁结构在预成型状态时，所述上缘条和所述下缘条之间形成有安装空间，所述腹板具有分别位于相反两端的第一端和第二端，所述第一端安装在所述上缘条，所述第二端安装在所述下缘条；其中，
6.如权利要求5所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述第一端和所述第二端分别位于所述上缘条和所述下缘条的中部。
7.如权利要求1所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将内蒙皮编织在所述芯轴结构的外围，所述上缘条和所述下缘条分别抵接在所述内蒙皮的顶部和底部，形成内蒙皮结构的步骤中，所述内蒙皮包括沿上下方向依次层叠在一起的第一单层编织织物、第一多层单轴向织物、第二单层编织织物、第二多层单轴向织物、以及第三单层编织织物。
8.如权利要求1所述的模块化复合材料叶片的制造方法，其特征在于，所述将外蒙皮编织在所述内蒙皮结构和预先成型的后缘的外围，形成预成型状态的模块化复合材料叶片的步骤中，所述外蒙皮包括若干层单层编织织物，所述若干层单层编织织物往复编织设置。
9.一种模块化复合材料叶片，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的模块化复合材料叶片的制造方法制造得到。
10.一种飞机结构，其特征在于，包括如权利要求9所述的模块化复合材料叶片。
