飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势

先进复合材料自20世纪70年代就以比重小、强度高、疲劳性能好等优点在飞机中得到应用,大型客机大量采用先进复合材料结构已经成为航空领域发展的重要态势。随着先进复合材料在新机结构上应用比例的大幅度提高,更多的复材装配协调与应力控制的问题因此产生,复材构件装配协调与应力控制技术已成为我国飞机制造的关键技术之一。在总结先进复合材料装配协调技术研究现状的基础上,分析了飞机先进复合材料装配协调、应力控制技术的发展趋势,以对我国飞机先进复合材料装配协调理论与技术提供借鉴。     

飞机复合材料结构装配连接技术

随着复合材料在飞机结构上应用比例的大幅度提高,复合材料结构装配连接方面存在的问题逐渐突出。与国外飞机制造公司相比,我国复合材料结构制造装配基础差、技术水平低,复合材料结构装配连接技术已成为我国飞机研制过程中的关键技术之一。     

飞机结构中柔性件装配偏差分析与控制研究进展

飞机柔性结构的装配偏差分析与控制一直是飞机装配中的难点,随着复合材料在飞机结构中的广泛应用,这一问题越发明显。采用预浸料固化工艺的复合材料零件具有制造偏差大、非主应力方向在装配过程中容易损伤等特点,对柔性件装配中的偏差分析和控制提出了更高的要求。如何合理地进行容差分配、工艺补偿、过约束装配以满足装配后的性能要求,是目前困扰复合材料柔性件装配的一大难题。基于此,阐述和总结了国内外对于飞机结构中柔性件装配偏差分析与控制的研究进展,为飞机柔性件装配提供参考。     

2.1装配应力产生过程2.2装配应力对强度影响分析

飞机装配本质上是按照设计和技术要求,将大量飞机零件和紧固件进行组合、连接,逐步装配为组合件、部件及整机的过程。由于零件数量巨大、构型多样,装配关系复杂,而且,由于零件加工过程尺寸公差、装配过程中的形位公差,零件加工过程中残余应力释放,在飞机主机装配过程中,各类误差累积,导致结构间存在装配间隙。在紧固件作用下,产生装配应力。装配应力作为预应力一直存在于飞机结构中,改变结构应力状态,使其偏离设计点,进而影响飞机结构完整性,甚至危及飞行安全。本文基于飞机结构应力状态,分析了装配应力对结构强度的影响,主要在于降低疲劳寿命和导致应力腐蚀开裂两方面,并进行了试验验证。试验表明,随着装配间隙增加,结构产生应力腐蚀裂纹概率及裂纹数量急剧增加,实际工程中,应考虑工艺水平及成本等因素,严格控制装配间隙以降低由此产生装配应力影响飞机结构强度品质。     

复合材料结构装配过程中的制孔和连接

国内飞机型号的研制已逐步加大复合材料用量,也必然会存在复合材料结构装配问题。加强复合材料装配相关技术的研究,对于提高飞机制造水平,加快和促进复合材料在国内航空制造业的应用具有重要作用。     

飞机复合材料水平尾翼装配技术

当今国际飞机制造业水平迅猛发展,材料、加工、装配等各个环节都不断有新的先进技术产生和投入实际应用.其中,复合材料技术在飞机结构和装配中的应用越来越广泛,地位也越来越重要.     

无余量装配技术在复合材料机身结构部段上的应用

提出了在复合材料飞机部段装配过程中采用无余量装配的方法。在产品设计和制造过程中采用数字量传递的方式可减少误差积累,提高协调精度。关键零部件的装配、工装制造等采用激光跟踪仪等数字化测量设备可以确保精确性,并能在装配工艺设计阶段就考虑零部件间的协调安装精度及公差分配要求。通过分析复合材料部段装配特点,并以复合材料机身典型结构为例进行应用研究,阐述了在三维数字化装配过程中具有协调关系的关键零部件无余量装配的工艺流程、方法,从而可实现零部件一次装夹、加工及无反复装配,使装配质量具有良好的稳定性。     

大型复合材料构件连接装配二次损伤及抑制策略

在分析复合材料构件成型和制孔过程中产生缺陷的基础上,从构件成型质量、连接孔加工质量和连接孔配合质量3个方面研究了影响装配应力分布的主要因素及其影响规律。研究发现,装配间隙为1.0mm时,连接区最大应力可达537MPa;垂直度误差为1°时,连接区最大应力超过300MPa;连接孔同轴度误差为0.03mm时,连接区最大应力可达443MPa。装配应力过大引起材料内部成型缺陷和制孔损伤的进一步扩展,形成二次损伤,严重影响装配质量。通过合理设计结构和铺层、优化成型工艺和制孔参数,可以减少初始损伤;采用自动化装配技术、优化工装结构、合理安排装配工序和应用填隙补偿工艺降低装配应力,进而有效抑制二次损伤的诱发与扩展,为实现大型复合材料承力构件的高质量精准连接装配提供理论方法和技术支持。     

飞机大部件自动对接装配技术

飞机研制不断向大型化、高可靠性、长寿命、隐身和轻量化、快速研制的方向发展,飞机部件结构中大量应用钛合金、复合材料等难加工材料和锯齿蒙皮对缝,对飞机各大部件的对接装配提出更高的要求,迫使国内飞机大部件对接技术由模拟量协调、固定专用工装手工调姿装配向数字量协调、柔性化工装自动调姿装配方向发展,研究和应用基于数字量协调的飞机大部件自动对接装配技术势在必行。     

复合材料无损检测

随着复合材料在飞机重要结构上的应用比例不断提高,复合材料的无损检测技术也越来越受到人们的关注。复合材料无损检测技术已经贯穿于复合材料结构成型、装配、试验、维护和使用的全过程中。本期就复合材料无损检测的应用案例从多角度展开论述。     

复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计研究

在先进的复合材料飞机结构上大量采用复合材料加筋板这种结构形式。因此,本文着重研究了复合材料变厚度加筋板后屈曲、冲击损伤与冲击损伤对承载能力的影响,以及复合材料变厚度加筋板冲击损伤、后屈曲、耐久性/损伤容限设计一体化综合试验方法。最后,作者根据多年从事飞机型号结构设计经验,并结合本文的研究结果,总结出15项复合材料变厚度加筋板后屈曲耐久性/损伤容限一体化设计技术,以期对我国预研新机的复合材料飞机结构设计,对已研飞机的复合材料飞机结构改进、评定有所启示。     

大型民机增升装置噪声分析

随着低噪声发动机的使用,飞机机体噪声所占比例日益增大。尤其在飞机进场阶段,机体噪声中的增升装置噪声不容忽视。着重讨论了大型民机增升装置的噪声原理、降噪技术和预测方法,分析了增升装置前缘缝翼和后缘襟的流动特性,并阐述其噪声特性。然后对几种增升装置降噪技术的应用和发展进行了总结。最后介绍了气动噪声的几种预测方法。     

复合材料结构的适航符合性分析研究

针对复合材料应用于大型民用飞机主结构件,从材料、工艺、设计、分析、制造、验证与维护修理等方面要求进行分析研究,给出了复合材料结构的适航符合性验证思路和试验规划的建议,为民机机体采用复合材料结构件提供技术支持。     

Control strategies for aircraft airframe noise reduction

With the development of low-noise aircraft engine, airframe noise now represents a major noise source during the commercial aircraft’s approach to landing phase. Noise control efforts have therefore been extensively focused on the airframe noise problems in order to further reduce aircraft overall noise. In this review, various control methods explored in the last decades for noise reduction on airframe components including high-lift devices and landing gears are summarized. We introduce recent major achievements in airframe noise reduction with passive control methods such as fairings, deceleration plates, splitter plates, acoustic liners, slat cove cover and side-edge replacements, and then discuss the potential and control mechanism of some promising active flow control strategies for airframe noise reduction, such as plasma technique and air blowing/suction devices. Based on the knowledge gained throughout the extensively noise control testing, a few design concepts on the landing gear, high-lift devices and whole aircraft are provided for advanced aircraft low-noise design. Finally, discussions and suggestions are given for future research on airframe noise reduction.     

新一代大型客机复合材料

 大量采用复合材料结构是新一代大型客机机体结构设计的突出特点,用量已达结构重量50%。复合材料结构不仅带来了明显的减重效益,而且带来了结构耐腐蚀、疲劳和维护等性能的改善提高。波音787飞机人性化设计的全复合材料机身使乘坐舒适性和便利性得到显著改善。民机复合材料结构技术重点研究解决了复合材料自然环境老化、大型翼面壁板整体成型、机身大开口区载荷重新分布和应力集中、地面维护装备冲击损伤、健康检测等关键技术问题,并且建立了以中模高强碳纤维/韧性环氧树脂复合材料热压罐成形工艺为主的大型客机复合材料结构材料体系。对复合材料机翼和机身结构的设计和工艺关键技术问题做了较为详尽的介绍。     

旋翼/机身气动干扰的数值模拟

通过求解粘性非定常可压缩N-S方程,发展了旋翼/机身气动干扰的数值模拟方法,主要技术措施包括:(1)通过ADT数据结构,建立了高效的多块对接网格动态重叠技术;(2)在可压缩方程求解中引入低速预处理方法,克服低速流场求解时的刚性问题;(3)加入了多重网格方法,提高收敛效率;(4)湍流模型方程求解需要反复计算壁面最近距离,采用Wigton的优化算法很大程度上提高了计算速度。利用建立的计算方法对佐治亚大学(GIT)旋翼/机身干扰模型进行了数值模拟,分别比较了机身表面的平均压力分布、旋翼的下洗流场以及非定常压力脉动,对干扰现象及其流动机理进行了分析。     

大量程MEMS陀螺仪在高速旋转导弹上的应用

弹旋频率是影响旋转导弹制导精度的主要因素之一.本文提出了一种弹旋频率测量用大量程MEMS陀螺仪技术方案,开展了大量程MEMS陀螺仪在旋转导弹上的应用研究,解决了大量程MEMS陀螺仪在偏心安装、较大力学环境下提高测量精度等问题,通过了飞行试验验证,实现了旋转导弹弹旋频率的精确测量.     

复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型发烟性能研究

回顾了国内外复合材料热特性相关领域的研究,梳理了这些研究的相似点和不同点,并指出了研究方向存在的空缺和不足,尤其是在适航层面研究的部分缺失。试验件为复材壁板和隔音棉相关衍生结构,并根据CCAR-25-R4和GB/T10671-2008固体材料产烟的比光密度试验方法,系统测试了复合材料、隔热隔音棉及其组合衍生构型的发烟特性,分析了隔热隔音棉对发烟特性的影响,探讨了现有适航条款及符合性验证方法的适用性。结果表明:复合材料机身壁板和隔热隔音棉衍生构型能够满足当前适航条款验证方法提出的符合性判据,隔热隔音棉有效降低了复材壁板的烟比光密度和烟气释放速率。     

面内弯曲载荷作用下两边简支两边固支复合材料层合板的屈曲

为扩充航空复合材料结构稳定性设计手段,基于Levy形式级数和有限差分法,提出了面内纯弯曲载荷作用下两边简支两边固支（SSCC）复合材料层合板临界屈曲载荷的数值解法。首先,应用有限差分法将挠度函数进行离散化处理;然后利用边界条件扩充方程组,最后将临界屈曲载荷的求解转化为广义特征值问题。通过数值算例分别在各向同性板和复合材料层合板上验证了本文方法,并与有限元方法（FEM）进行了比较。结果表明,本文方法具有很高的精度,为复合材料层合板的屈曲分析开辟了新的途径。