发展我国航空复合材料应用的途径

 随着复合材料在航空、航天界使用历史的延续,它的优越性日益为人们所认识。复合材料比强度、比刚度高,耐疲劳性能好,具有可设计性,可以整体成形,从而可以减轻飞机重量,节省燃油消耗,提高飞机性能,延长飞机寿命,减少制造工时,降低维修费用。这不仅给航空界带来技术效益,也带来了经济效益,使复合材料在航空上的应用具有很大潜力。预期到九十年代,复合材料在军用飞机上的用量将占飞机结构重量的40～50％,在民用机和直升机上的用量将分别占60％和80％。     

一代材料技术，一代大型飞机

 介绍了用于大型飞机的新材料的发展现状和趋势。当前,欧美大型飞机机体的材料结构正从以铝合金为主过渡至以复合材料为主,50%复合材料用量是未来飞机的起点。新一代大型飞机的材料技术特色首先是复合材料和钛合金用量创历史新高,以大幅度减轻飞机结构重量和降低燃油消耗;其次反映于一些具有新意的材料技术的成功推出,其中包括复合材料整体机身段、全钛发动机挂架、纤维金属层板、第3代铝锂合金、新型高强铝合金7085、新型高强高韧钛合金Ti-55531等。最后,对中国刚立项研制的大型飞机的选材原则提出了建议。     

MRJ70/90喷气式支线客机

MRJ是日本三菱重工业公司正在研制的70～90座级双发喷气式支线客机。MRJ70座级和MRJ90座级飞机使用相同的机翼、尾翼和飞机系统;驾驶员机型等级、维修程序和备件具有通用性;通过使用复合材料和先进的气动力技术以及新研发的发动机减轻了飞机重量、降低了油耗和维修费用,     

复合材料越多,所需培训量越大

随着民用飞机上复合材料部件数量的增加,对于机械师相关的技能要求也会增加,未来可能会出现与焊接工种类似的复合材料维修资格证书。波音公司高级副总裁迈克·拜尔称,波音7E7的飞机结构将大量采用复合材料,其中包括货舱门,因而波音7E7飞机所需维修费用比传统的金属蒙皮飞机低很多。如果波音7E7项目取得成功,它将成为复合材料应用的领先者。波音7E7有50%的飞机结构(按重量计算)采用复合材料,而波音777只有10%。据称,除了机身(包括桁条、隔框和蒙皮)由复合材料制造外,波音7E7机翼的桁条、翼梁和蒙皮也采用复合材料,甚至翼肋也要采用复合材料…     

大型碳纤维复合材料冂形梁的制造

全复合材料垂直尾翼是我国将碳纤维复合材料用于产品主要构件的首次尝试。全复合材料垂直尾翼由碳/环氧蒙皮、长桁、肋和梁组成,它的采用可以使垂尾减轻结构重量15%以上。这种材料的采用将使产品的性能得到一定的改善。 碳纤维复合材料具有可设计性,为大展弦比的机翼、整体机身及高推重比发动机的零件设计提供了可能性。但复合材料的各向异性给设计和制造工艺带来了许多麻烦。大型碳纤维复合材料门形梁的制造涉及到模具、制造工艺、变形等许多问题,必须在分析的基础上,用实验的方法,逐一确定     

大型复合材料构件数字化加工工装与装置的开发与应用

复合材料是由2种或2种以上不同性质的材料,通过物理或化学方法复合而成的一种综合性能优于原各组成材料性能、能克服单一材料缺陷的新型材料.根据材料的结构、性能或组成,复合材料可分为多种类型.其中,碳纤维/树脂复合材料(简称C/E复合材料)作为一种典型的先进复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大和耐腐蚀等一系列优点,在诸如飞机机翼、大型运载火箭舱段、航天飞行器舱体等航空航天与国防军工产品的研制与生产中得到越来越广泛的应用.例如,波音787"梦想"飞机为大幅度减轻结构重量,大量采用了复合材料,所用复合材料占50％左右,提高燃油效率20％[1].     

美国B-2轰炸机的发展历程(下)

B-2飞机的结构特点B-2飞机的机翼主要由一根钛合金翼梁和一个在中央段/内翼段贯通的钛合金盒式结构构成。该结构为简单的承力结构件。外翼段为独立的复合材料组件,长19.8米。整体加强蒙皮厚23毫米。左右机翼内形成若干整体油箱,总燃油容量达74844千克。机体后段部分长15.2米,也由复合材料制成。机翼前缘内部是锲形隔板,内填蜂窝状雷达吸波材料,能使电磁波能量在反复折射中消耗掉。整个机翼前缘复盖绝缘材料,发动机舱四周采用耐高温复合材料以使发动机能够埋藏在机翼的中翼段内。这些材料能承受232℃的高温。进气道呈S形,以     

西门子先进技术在复合材料加工中的应用

在现代飞机结构中,铝质部件正在大量被强化纤维材料制成的复合材料零件所替代,其中多数是机身和机翼上的部件,这样大大地减轻了飞机重量,简化了装配和物流环节.     

机翼重量分配方法在轻型飞机中的应用

针对目前飞机初始设计阶段的机翼重量估算公式变量较多，条件限制因素较复杂的情况，提出了一种按照机翼重量分配来估算重量的方法。把机翼重量分配到：承弯结构、承剪结构、分布气动载荷结构、起落架影响结构、前后缘结构、襟副翼机构，燃油影响结构、以及其它附属结构。此方法已经在大型飞机的机翼重量估算上取得了良好的效果。通过与一系列常用机翼重量估算公式的对比分析，并且利用已知的10种轻型飞机完成了算例，结果证明此方法有很强的适应性。     

民机吊挂保险销循环载荷下的疲劳寿命预测

<正>民用飞机的发动机吊挂应急断离技术是指飞机在应急着陆等极端情况下发动机吊挂与机翼有效断离的技术。其设计思想是将吊挂与机翼间的连接件设计成应急断离构件(保险销),通过调整吊挂各接头应急断离保险销的结构强度来控制吊挂应急断离的失效路径和断离姿态,使发动机和吊挂能够安全有效地与机翼分离,从而达到保护机翼油箱、避免燃油泄漏失火和降低乘员伤亡的目的。1992年10月4日,一架波音747-200货机在机场起飞后10 min,飞机右翼内侧发动机与吊挂、     

飞机复合材料构件成本问题的技术分析及改进措施

复合材料构件的大量采用对减轻飞机重量、降低燃油消耗、延长飞机维修周期,以及改善飞机性能方面作用显著.但是其发展也受到了一定的限制,主要原因是技术问题和成本问题.     

基于强度约束的复合材料机翼翼盒设计优化

提出了一个大型飞机复合材料机翼受强度约束条件下的优化问题,基于机翼结构的初步设计进行了设计优化。通过OptiStruct商业软件来完成优化过程,OptiStruct是一个效率高、精确独立的有限元求解器,目前也被广泛应用于航空航天工业中。根据设计目标,优化过程中将机翼上下蒙皮复合材料的层压厚度作为设计变量,优化后的结构重量减少了25.07%。在实际生产限制条件下,为了使设计结果趋于保守,对优化后的层板厚度进行了调整,适当增加了厚度,导致结构重量略有增加,但是最终的重量减少仍然超过20%,证明该方法在实现复合材料机翼结构的轻量化设计中具有实用性,可在机翼设计阶段的静强度评估中进行应用。     

大型客机先进翼尖装置综合特性研究

 翼尖装置由于其良好的气动特性在航空界得到了广泛应用,然而它也使飞机的颤振及结构重量特性发生了变化。为了探求翼尖装置的综合特性,利用数值模拟方法对大型客机上最先进的3种翼尖装置(融合式、鲨鱼鳍式和阶梯式)进行了气动、颤振及重量3个方面的综合研究。3种翼尖装置减阻效果明显,但同时结构重量亦增加。翼尖装置均降低了机翼颤振速度。研究结果表明:加装翼尖装置后机翼颤振形态取决于翼尖装置的形式。相对于机翼颤振速度,翼尖装置形式对机翼颤振速度的影响是小量(1%~7%),且翼尖装置减阻和机翼压心外移的综合重量增益,为机翼结构设计提供了一定的设计空间。     

航空用缝编复合材料结构

复合材料日益广泛用于军民用飞机以减轻结构重量.结构重量的减轻就意味着燃油成本的降低或有效载荷的增加.以空中客车公司最新的大型客机A380为例,A380上3/4的结构用的是碳纤维增强塑料,主要用于中央翼盒、机翼的襟翼、整个后机身段(后机身段包括垂直及水平安定面和后压力隔框).压力隔框将座舱后端封闭,在飞行时承受内增压舱的力.     

飞机燃油系统先进技术及流体交联解耦研究

文中主述飞机燃油系统由液压传动方式供输油取代现有的电动燃油泵供输油。对管内流体相互交联问题,提出了解决方法。发动机的状态不同,通过子程序能寻找任意位置涡流泵的压力P与流量Q的函数关系。新型燃油系统优点有：重量方面,采用数百克的涡流泵、引射泵取代约10 kg的电动燃油泵,飞机越大,燃油系统的重量减轻就越多;效能方面,现有燃油系统用电量占飞机用电量30%以上,新型燃油系统用电量约占飞机用电量的4.5%。求解方程时,先梳理方程式,尽量使矩阵主对角线元素占优;引入松驰因子wn,利于方程收敛;误差控制常数尽可能小。本课题以某歼击机燃油系统为模型,对其进行分析研究,经燃油系统地面模拟试验验证,研究获得成功。     

热气防冰腔优化设计

<正>飞机在穿越云层飞行时,云层中的过冷水滴撞击到飞机表面,会出现结冰现象,对飞行安全形成极大隐患,因此防冰系统是必要的保护装置。飞机在飞行中因结冰问题而导致空难事故的概率超过15%~([1])。常见的容易结冰的部件有:机翼前缘与尾翼、发动机进气道等。机翼和尾翼结冰会影响升力表面,导致翼型阻力增加、升力下降、临界攻角减小,严重影响飞机的操纵性和稳定性;发动机进气道入口的保护栅网结冰会减少引气量、降低发动机推力,     

波音787技术发展解析

波音在787项目中注重技术创新和供应商管理的改革。它一方面通过大幅度提高复合材料在机体结构中的用量,采用先进的发动机、新型航电和电气系统,使波音787的燃油消耗和座英里成本比现有飞机分别降低20%和10%;另一方面大大提高了系统一级供应商所要完成的系统综合化水平,使供应商数量从波音777项目的数百个减少到近50个,使之实现了向大规模系统综合商角色的转变。     

基于STL模型处理的飞机燃油质量特性计算

飞机燃油系统是飞机不可或缺的系统,燃油量占据了飞机近50%的重量和机翼翼盒80%多的空间,而且现代飞机愈加依赖燃油质量特性来调整重心,机电系统必须基于实时的燃油量状态和系统状态的精确获取,因此现代先进飞机复杂燃油箱中的燃油量测量和燃油质量特性计算成为燃油系统最为关注的基本问题。本文给出了以STL模型为基础的飞机燃油箱燃油量、燃油质量特性计算的主要实现方法和优点。     

机翼盒段结构优化分析

机翼在飞机飞行过程中产生升力,是飞机能够飞行的根本保障。翼盒是机翼的主要承力部件,承受机翼上产生的所有载荷。所以翼盒的结构设计,对机翼甚至整个飞机的影响有着至关重要的作用。好的结构设计不仅能够保证机翼产生正常的气动升力,以及机翼内系统的正常运作,而且能够充分发挥材料的性能优势,减轻结构重量。因此,结构优化设计技术开始广泛被使用。总结翼盒优化的工作,包括不同的结构布局形式,不同的气动压心位置,不同的发动机吊挂位置以及翼盒不同位置的结构尺寸优化,分析影响翼盒结构设计的因素,为机翼结构的初步设计打好基础。     

基于STL模型处理的飞机燃油质量特性计算

飞机燃油系统是飞机不可或缺的系统,燃油量占据了飞机近50%的重量和机翼翼盒80%多的空间,而且现代飞机愈加依赖燃油质量特性来调整重心,机电系统必须基于实时的燃油量状态和系统状态的精确获取,因此现代先进飞机复杂燃油箱中的燃油量测量和燃油质量特性计算成为燃油系统最为关注的基本问题.本文给出了以STL模型为基础的飞机燃油箱燃油量、燃油质量特性计算的主要实现方法和优点.