先进复合材料格栅结构与大型飞机

先进复合材料结构rtm技术现状及发展 段　宝　　杨亚文　　　　　　　王雅杰　 (沈阳航空工业学院飞行器制造工程系)　(沈阳航空工业学院计算中心) 摘　要　树脂转移模塑工艺(rtm)产生以来,以其经济性优势开始替代热压罐的成形方法。 rtm技术可生产高质量、具有复杂外形、低成本的产品。本文阐述了rtm技术在宇航工业 材料、设备及应用上的发展。并对rtm技术进行了概述,建立了流动模型。 关键词　树脂转移模塑工艺,宇航,概述 中图分类号:tp33　　　　文献标识码:a 0　引　言 经过数十年的发展,复合材料的应用已进 入航空航天器主承力结构领域。在我国的航空 工业,也将复合材料试用于多个型号上的垂尾、 外翼、前机身、筒型结构、梁、筋等构件上, 其中有些型号已进入批量生产。随着复合材料

作为在飞机结构中应用最广泛的复合型材料,它的应用前景非常好,随着社会发展对飞机结构复合材料的使用要求越来越高,飞机结构复合材料在不断的创新,不断的进步着。复合材料的设计值要跟随着复合材料的设计工艺需求可以适当的提高,它的提高可以在保障飞机结构复合材料完整的条件下,提高经济效益。本文就飞机结构复合材料设计的含义做了分析,对影响复合材料使用的因素以及使用方法和工艺做了描述,并且又对飞机结构复合材料的发展前景进行了展望。

碳纤维复合材料在飞机结构中的广泛应用已经成为当前轻量化设计的主要趋势。随着复合材料生产工艺及设计技术的发展,合理确定并逐步提高复合材料设计值,对保障复合材料结构完整性前提下提高经济性意义重大。综述对飞机结构复合材料设计值的内涵进行了阐释,围绕飞机结构复合材料设计值的影响因素及其确定方法,回顾了国内外学者的研究成果。同时,总结了国内外飞机结构复合材料设计值确定理念的发展现状,探讨了进一步提高飞机结构复合材料设计值的研究方向。

传统金属飞机天然具备良好的导电性,有利于释放闪电电流;而复合材料飞机主要使用碳纤维和玻璃纤维.它们独特的导电性、电化学腐蚀性和材料多样性,必须进行闪电防护设计.

先进复合材料的发展及展望 摘要：材料是科学技术发展的基础，复合材料作为最新发展起来的一大类新型材料，对科学 技术的发展产生了极大的推动作用。对航空航天事业的影响尤为显著。复合材料的发展近几 十年来极为迅速。从最早出现的宏观复合材料，如水泥与砂石、钢筋复合而成的混凝土，到 随后发展起来的微观复合材料：聚合物基、金属基和无机非金属材料基复合材料。各种新型 复合材料及其制备技术犹如雨后春笋般出现，同时，随着科学技术的发展，特别是尖端科学 技术的突飞猛进，对材料的性能要求越来越高，因而对复合材料也提出了更高的要求。 先进复合材料（advancedcomposites,acm）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、 其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较高强度和模量的硼纤 维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料。acm在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如， 军用飞机和

先进复合材料的发展和展望 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 近年来，随着科学技术的不断进步，材料技术得到飞速发展，其中尤以先进复合材料的 发展最为突出。 先进复合材料（advancedcomposites,acm）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、 其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、 碳纤维、芳纶等增强的复合材料。acm在航空航天等军事上的应用价值特别大。比如，军用 飞机和卫星，要又轻又结实；军用舰船，要又耐高压又耐腐蚀。这些苛刻的要求，只有借助 新材料技术才能解决。acm具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、 导热、隔热、隔音、减振、耐高（低）温，独特的耐烧蚀性、透电磁波，吸波隐蔽性、材料 性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点。 以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料，已经成为航空

与之前的飞机相比,a380在更大范围内采用了复合材料,改进了气动性能、飞行系统和航空电子设备,使之不仅成为迄今为止建造的最宽敞的民用飞机,而且还是最先进的民用飞机,为二十一世纪的第一个10年树立了标准。a380的寿命要达到40-50年,

飞机复合材料构件设计、分析和制造数据集成

与金属材料相比,复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性,越来越多地应用到飞机结构上。理论分析表明,采用复合材料制造飞机主体结构可以使结构重量减轻20%~30%。结构重量的减轻导致所需的机翼面积减小、所需推力减小,从而使发动机重量减轻,进而提高发动机燃油使用效率、减低油耗。结构重量减轻30%,燃油消耗可以降低7%~15%,直接降低了运营成本。因此,研究复合材料机翼结构优化

采用有限元方法对低速冲击后蒙皮内含有不同分层形式的复合材料格栅加筋(ags)板的分层扩展行为进行了数值模拟。采用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并以总能量释放率准则作为分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,分别研究了在压缩载荷作用下,蒙皮内具有圆形和椭圆形分层的复合材料格栅加筋板的分层扩展过程。数值研究结果表明:分层深度的变化导致了ags的分层扩展特性十分复杂,它与分层深度、初始分层尺寸、蒙皮和肋骨的刚度比、后屈曲变形模式等因素都密切相关。本文结论对ags的承载能力预测及优化设计具有一定的参考价值。

采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计。采用一种参数化的平铺等效刚度计算方法,用于分析格栅加筋板的总体屈曲。最后通过有限元分析对优化结果的有效性进行验证。设计变量为轴向和横向的筋条间距、筋条高度和厚度,筋条的布局。该方法适用于在给定板的全部可选尺寸参数,面内设计载荷,边界条件,材料属性条件下,对复合材料格栅加筋板进行质量最轻的布局优化。

本文概述了复合材料结构孔隙率的形成机理,探讨了孔隙率与复合材料力学特性的内在规律,阐述了孔隙率的检测方法并提出了孔隙率的控制措施以及未来的研究方向.

相比其他的高性能纤维材料,碳纤维的力学性能是最为优异的,这种碳素材料最为显著的特征之一就是遇到超高温的情况,其强度也不会发生任何的变化.除此之外,它所具备的导电、导热性能等都是高性能纤维材料中最优越的,所以在进行飞机制造时,碳纤维就成为了首选的材料.随着社会的不断发展,近几年研发出来的高端碳纤维复合材料也变得越来越多,其用量已经达到了50%以上.由此我们可以看出,碳纤维不仅具有十分广阔的市场需求,同时它也在一定程度上促进了航空事业的快速发展.

本文论述了碳纤维复合材料的特性，分析了民用飞机复合材料选材原则，最后重点探讨了复合材料作为飞机结构的使用特性。

由于碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、比模量高以及尺寸稳定等优点被广泛地运用到了飞机制造业中。当前全世界几乎有超过50%的大型客机已经采用了这种新型材料，但是将该材料在轻型运动飞机结构中运用还处于初步阶段。本文笔者主要从轻型运动飞机的概述入手；探讨了当前我国碳纤维复合材料的发展现状；最后就碳纤维复合材料在轻型运动飞机结构中的应用进行了简单的探讨，希望为相关领域的研究者和工作者提供参考。

本文概述了复合材料结构孔隙率的形成机理,探讨了孔隙率与复合材料力学特性的内在规律,阐述了孔隙率的检测方法并提出了孔隙率的控制措施以及未来的研究方向。

依据复合材料结构设计原则和强度设计理论，提出了某飞机舱门复合材料设计方案。并采用有限元分析方法对多种复合材料铺层方案进行仿真计算，最终获得最优设计方案。计算结果表明，复合材料舱门结构满足静强度要求，以及舱门关闭时的最大变形要求。

先进的碳纤维复合材料具有良好的比强度、高的比刚度、优异的耐高温性能和耐腐蚀性能、密度小等独特的优点，得到广泛的应用，尤其是航空业。碳纤维复合材料的应用，对飞机结构的轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用。本文总结了碳纤维复合材料在飞机结构中的应用。

中国民航飞行学院自2011年起陆续引进了数＋架以复合材料为机身蒙皮的西锐sr20飞机作为教学训练用机。由于飞行训练强度较大，且该型飞机的日常使用率较高，某些sr20飞机的飞行时间已近1200小时。在粉尘、跑道上的沙石等各种飞行环境因素作用下，飞机某些部位会出现一定程度的漆层磨损及脱落等现象，因此，一般在800小时结构大修中需要进行相关部位涂层结构的恢复工作，即喷漆施工。

虽然军机和民机规范对复合材料结构的损伤容限和耐久性均提出了要求,但迄今为止尚无成熟的设计方法可用。本文试图通过对国外经验的归纳总结,并结合自己的研究成果,提出一种切实可行的方法供参考。限于篇幅,本文仅就加筋结构蒙皮遇到的几个问题进行讨论。

复合材料飞机结构损伤容限和耐久性设计初探

在新型、高效的拉挤互锁复合材料格栅结构的制造工艺中通过格栅肋开槽克服材料堆积,而开槽处的应力集中会影响结构的破坏和疲劳,是结构设计中需要考虑的一个重要因素。建立了加帽的格栅肋应力分析模型,应用复变函数孔口问题解的结果,得到了格栅肋开槽附近的应力解。分析了格栅肋开槽处的应力集中,讨论了开槽尺寸,材料常数等因素对应力集中的影响。