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大飞机复合材料机翼研制技术现状

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-05-03  来源:中国玻璃钢网  作者:中国玻璃钢网  浏览次数:826
核心提示:  复合材料因其优越的可设计性、抗疲劳、抗腐蚀以及较高的减重效率,已经成为目前各种先进飞机结构的必选材料。复合材料在国外
   复合材料因其优越的可设计性、抗疲劳、抗腐蚀以及较高的减重效率,已经成为目前各种先进飞机结构的必选材料。复合材料在国外先进飞机上的应用比例逐年提高,波音787飞机复合材料应用比例已经超过50%,空客从A310的5% 复合材料到A380的25%,最新研制的A350WB已经超越波音787的复合材料用量,达到53%。
 
  复合材料在飞机上的应用遵循由小到大、由简到繁、从次承力结构到主承力结构的规律,机翼作为飞机主承力构件,由于其结构尺寸大、受力复杂等原因,也是先在小型飞机和军用飞机上进行设计应用,在长期使用过程中积累了大量的设计、成型、使用和维护等工程经验后,才逐步在大飞机上展开应用。本文结合目前国内外大飞机复合材料机翼的研制现状,主要对大飞机复合材料机翼的结构形式、选材、成型工艺以及先进的成型技术进行分析汇总,以期为国内大飞机的研制提供借鉴意义。
 
  复合材料机翼设计及结构形式
 
  设计是复合材料的基础,先进的设计理念和思路对后续的复合材料研制至关重要,通过优化设计,可以更好地发挥复合材料的优势,发挥更好的结构效益和经济效益。
 
  目前,国外大飞机机翼多采用全复合材料整体壁板,翼盒结构布局为双梁多肋结构型式,机翼壁板采用复合材料蒙皮加筋结构形式, 筋条采用“T”形和“工”字型等形式。空客A350WB机翼长约35m,壁板采用是“T”形加筋形式(见图1),波音787机翼壁板采用“工”字型加筋形式。空客和波音在机翼壁板口框的设计上稍有区别,空客采用的是单排连续排列形式,波音采用的是双排分段连续排列形式。
     玻璃钢飞机
 
  复合材料材料体系的发展推动着复合材料在飞机主承力结构上的应用,同时先进的飞机设计理念及更高性能的结构要求又促进材料体系的发展改进。
 
  第1代复合材料呈现脆性材料性能特征,层合板对横向载荷(如冲击载荷) 引起的沿厚度方向的损伤,特别是分层损伤敏感,并不适用机翼等主承力构件。为此, 波音开发了增韧环氧树脂基体和改进结构损伤容限特性的结构设计方案,并提出采用冲击后压缩强度CAI作为复合材料结构应用性能的评价指标[1]。
 
  1982年波音公司提出了新的复合材料预浸料标准BMS82276,概述了主承力结构复合材料性能目标,根据新规范要求,波音公司提出改进碳纤维性能,要求碳纤维拉伸弹性模量提高30%、拉伸强度提高50%, 同时,开发高抗分层能力的韧性树脂基体,欲将复合材料结构设计许用应变由第1代复合材料的0.3%~0.4% 提高到0.6%~0.8%,以使新一代复合材料适合民机主承力结构应用。1989 年中模量、高强度型碳纤维T800 达到波音公司碳纤维材料标准BMS9217要求,并与同期研发的180℃固化(使用温度80~100℃) 韧性环氧树脂构成的复合材料(如T800H/ 3900-2)达到波音公司材料标准BMS82276要求。并在波音777尾翼蒙皮、桁条、翼梁和地板梁上得到了应用验证。
 
  从标准模量碳纤维(T300 级)到现在的高强中模(T800 级),以及与之相匹配的改性高韧性环氧树脂,材料的发展极大地促进了复合材料在飞机各种结构上的广泛应用。
 
  复合材料机翼的成型
 
  复合材料设计是基础,成型是关键。成型技术和设备是成型复合材料的重点,随着复合材料在飞机上的广泛使用,各种相对应的先进成型技术也迅速发展,先进的预浸料制备技术、自动铺带(丝)技术及设备、激光投影、激光跟踪仪以及工装设计和加工等都为复合材料的成型提供了坚实的基础。
 
 
关键词: 复合材料
 
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