新型液体成型技术在民机副翼结构的应用研究

基于传统VARI工艺开发了一种可以满足航空复合材料构件大规模生产需求的新型低成本液体成型技术。采用了多种工艺措施确保注胶口和出胶口处树脂压力和树脂流动控制,对比试验表明,采用新型液体成型技术所制备的复合材料层合板厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料层合板的水平。采用新型液体成型技术所研制的民机副翼结构件具有良好的外形和内部质量,可以满足航空复合材料结构的应用需求。     

热压罐/真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价

综合分析热压罐工艺和真空辅助成型(VARI)工艺的优缺点,并对两种成型工艺进行优势整合,开发出新型的热压罐/VARI组合工艺;对该新型工艺成型质量包括纤维体积分数及其厚度等进行评价,并与VARI成型对比.结果显示,热压罐/VARI组合工艺制件纤维体积分数可达60％以上,并且树脂固化前的保压时间越长,纤维体积含量越大,直至纤维体积分数到达一定数值.     

复合材料VARI成型夹层结构承载能力试验研究

针对先进复合材料整体成型夹层结构树脂基复合材料构件采用的预浸料热压罐成型的高工艺成本现状,引入真空辅助成型技术(简称VARI成型),以某型民机复合材料扰流板、起落架舱门结构为研究对象,根据VARI成型结构设计参数,通过试验从几何参数、材料参数、紧固件参数、预埋件类别、设置缺陷因素和环境因素多个角度分析了其对连接结构失效模式和失效强度的影响,同时研究了复合材料夹层结构局部用高锁螺栓连接(含缺陷)的承载能力和疲劳性能,为确定结构设计和做拒收处理提供依据。     

高密肋结构整体壁板VARI成型技术研究

高密肋壁板结构可采用真空辅助树脂渗透工艺（VARI）整体一次成型，但成型过程中存在加筋区预定型困难、树脂流动控制复杂等问题，导致制件尺寸精度和孔隙缺陷难以保证。为此，本文根据高密肋壁板多特征区域的特点，采用压实实验和注胶仿真模拟分析方法，优化预定型工艺参数、分区注胶方案。结果表明，选择定型剂浓度4%、温度120 ℃、压力0.1 MPa、保压时间60 min的压实参数，可有效保证纤维体积分数；采用线注射、线冒口与筋条点冒口结合的分级注胶方案，可实现壁板结构的有效浸润。优化设计的工艺方案与工装成功应用于某型号高密肋整体壁板VARI成型制造，验证了本文分析方法的有效性，研究结果对壁板类结构低成本整体成型技术在军民飞机上的应用与发展具有重要参考价值。     

液态成型复合材料在直升机上的应用

自20世纪60年代以来,高性能树脂基复合材料在直升机结构中的应用获得了迅速发展,传统的预浸料-热压罐成型复合材料在直升机结构上已取得了大量应用,对结构减重、性能提升起到了显著作用。但是,随着复合材料技术的发展以及直升机对低成本、整体成型技术的强烈需求,低成本液态成型复合材料逐渐在直升机上获得应用,其应用水平及应用效果也不断提升。以RTM、VARI两种典型的液态成型技术为主综述了液态成型复合材料在直升机上的应用,并对新型的液态成型工艺进行了介绍,以期能为直升机设计人员和复合材料工艺人员提供选材及工艺方案方面的技术支撑。     

高加筋壁板结构树脂膜渗透(RFI)技术研究

传统RFI工艺的树脂渗透原理决定了其所成型零件高度方向的尺寸必然受到限制,一定程度上限制了RFI工艺在航空领域的应用。提出了一种新的RFI工艺树脂流动控制方法,并建立了新的树脂流动模型,突破了传统RFI工艺对加筋高度的限制,降低了传统RFI工艺对树脂粘度和工作时间的过分依赖,可实现任意高度加筋壁板结构RFI工艺成型,提高了RFI工艺的结构适用性,为低成本液体成型技术在航空结构上的扩大应用奠定了基础。     

民机复合材料制造成本分析与控制

在追求先进性和经济性的过程中,越来越多的复合材料在各类民机主承力或次承力结构上得到应用,然而复合材料高昂的制造成本成为其进一步扩大应用的重要阻碍. 针对复合材料的成本控制,国内外提出了复合材料低成本制造工艺,大多为非热压罐成型工艺,包括液体成型(LCM)工艺等.但液体成型工艺由于技术成熟度等原因,在民机领域的应用还需开展进一步的研究和验证工作.因此,全球航空制造业迫切需要对于现有热压罐成型工艺进行改进,研究如何降低复合材料制造成本,实现复合材料性能与成本的平衡.     

大型复合材料壁板成型技术

复合材料以其高比强度、高比刚度、可设计性强、易于整体成型等优点,在航空业广泛应用,是航空四大结构材料之一,已成为航空产品换代式的标志.随着技术的发展,复合材料的航空应用日益广泛,尤其是大尺寸整体成型的复合材料制件越来越多.大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果,明显提升飞机的整体效能,如航程、挂载等;可提高机体结构强度和疲劳寿命,使机体结构的整体性更好;可简化装配工艺,装配型架更加简单,紧固件、零件数量也大大减少.目前国外在军、民机上已大量应用大尺寸复合材料壁板,如机翼壁板、机身壁板等,相关的成型技术也比较成熟,实现了机械化、数字化,具有规范化的材料体系、设计体系、工艺体系以及检测体系.     

三维编织碳／环氧复合材料成型工艺

从树脂体系的选择和优化、RTM工艺以及材料内部微观结构分析等方面对三维编织碳／环氧复合材料成型工艺进行了系统的研究。结果表明,在该材料的成型技术中,以TDE－85／DDS／BF3·EMA树脂为基体,同时采用RTM工艺的成型方法是合理可行的,该材料适合用在承力情况复杂的制件上。     

低温成型 Nomex蜂窝 U型夹层板研制

低温成型U型峰窝夹层板是一种新开发的低成本成型工艺。本文研究了木模成型环氧玻璃钢面板、Nomex峰窝芯U型夹层结构航空制件的三步骤工艺方案,分析解决了板芯粘接性能、抗压强度、重量控制的低温成型工艺难点。     

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。     

飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展

复合材料结构制造工艺是复合材料应用的关键,也是结构设计得以实现的关键。复合材料制造工艺的特殊性和复杂性,使其成为了结构可靠性、制件质量和成本控制的核心技术。近些年来,随着先进复合材料在航空航天领域的广泛应用,复合材料制造技术与工艺理论得到了很大发展。本文即围绕飞行器结构用复合材料,归纳作者掌握的资料,结合作者近期研究成果,介绍先进复合材料制造技术与工艺理论的国内外研究进展,阐述复合材料工艺质量控制的主要方法,展望复合材料制造新技术的未来发展方向,以期促进我国航空航天领域复合材料用量与应用水平快速提高。     

高性能树脂基复合材料轻质结构3D打印与性能研究

树脂基复合材料轻质结构具有轻质、高性能等优点,广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。通过对传统树脂基复合材料轻质结构制造工艺的综述分析,发现传统制造工艺具有过程复杂、周期长和生产成本高等缺陷,限制了树脂基复合材料轻质结构的发展。3D打印是一种先进的零件成形工艺,可实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料轻质结构的一体化制造提供了可能。介绍了树脂基复合材料轻质结构3D打印的研究进展,提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的高性能复合材料轻质结构的一体化制造工艺,并对其性能开展了初步研究。     

Composite materials for primary aircraft structures: from development phase to high volume production rate

From 1980’s decade, the introduction of carbon composite materials in structural applications has been consistently increased in the successive generations of civil aircraft from Single Aisle to Middle-long Range to achieve a culminant point with more than 50% in structure weight in recent commercial civil aircraft. This evolution, done through successive iterations, has been possible by combining in the same time the improvement of intrinsic composite material performances and its transformation into prepreg production technologies together with the development of new manufacturing process for material lay-up automation at composite shop-floor manufacturer of aircraft composite parts. New challenges are still coming to continuously develop materials and technologies in order to pursue the production more cost-effective composite parts. Associated to higher aircraft production rate for single aisle, new challenges may force material and aircraft designers and producers to furthermore drive new products and processes introduction and new ways of transformation within in next decade of composite aircraft designs. We propose to illustrate these trends using past and recent developments and our return of experience from Hexcel on Civil Aircraft programs.     

基于数值仿真的飞机雷电流传导通路评估方法

飞行器的雷电防护设计和验证是保障飞行员及飞机安全的必要措施,尤其是随着雷电防护能力较差的复合材料广泛应用。复合材料对雷电流的传导能力远弱于金属,需要为雷电流传导提供额外的通路。本文从国内相关研究极少提及的飞机内部结构电磁建模出发,提出一套飞机内部结构的电磁建模及精度控制方法;构建 F22 飞机左机翼到右机翼的内部金属结构作为雷电流传导通路,基于通用电磁仿真软件进行飞机雷电间接效应仿真;对复合材料蒙皮、金属网蒙皮、金属网蒙皮加内部金属结构三种情况下飞机内部的电磁场及线缆耦合仿真结果进行对比。结果表明:合理的雷电流传导通路设计能够使飞机内部线缆感应的电流强度减半,起到良好的雷电防护效果;该评估方法适用于固定翼飞机的雷电流传导通路设计,能够作为飞机机载设备雷电间接效应试验指标分配的参考依据,便于定位飞机雷电间接效应防护的薄弱环节。     

先进复合材料制造及过程控制技术

先进复合材料在民用飞机中的大量应用带来了突出的减重优势和经济效益,同时对复合材料制造技术和成型质量提出了高标准要求。针对先进复合材料在民用飞机中的应用,介绍了国内外先进的大型民用飞机中典型复合材料构件的制造方案,并按照过程质量控制要求,从原材料、工艺过程及产品检验三方面进行了复合材料构件制造过程质量控制分析。分析表明,发展基于自动化的先进复合材料整体成型技术并实现复合材料制造过程的高水平控制,对满足民机适航性和经济性的高标准要求、实现复合材料在民机领域的大规模应用与批产具有重要意义。     

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。     

复合材料RTM制造工艺计算机模拟分析研究

研究以计算机模拟分析技术的实际工程应用为目的,在普通 WINDOW窗口下实现各类平面构件RTM工艺过程的控制体积单元 /有限元算法 ( CV/FEM),进行工艺过程的压力场及树脂流场模拟分析。模拟分析主要工艺参数——树脂粘度、注射压力及预成型体渗透特性对 RTM工艺过程的影响规律。研究得出注射压力及渗透率与工艺充模时间的定量反比关系,以及树脂粘度与充模时间的的定量线性关系。研究还揭示了注口设计对充模时间的影响规律。实验验证表明工艺模拟分析结果与实验结果有较好的一致性。 RTM工艺过程的计算机模拟分析技术将为优化工艺设计、减低工艺实验成本及保证产品质量提供有效的技术手段     

加筋壁板VARI整体成型工艺设计与验证术

针对一种典型复合材料加筋壁板,完成模具结构及工艺流程等整体成型工艺设计,同时利用PAM-RTM软件完成流道设计优化模拟,并根据模拟结果选择合理的注射方式及流道布局,最终根据所选方案完成工艺试验验证,对构件进行超声无损检测,检测结果显示构件没有内部缺陷、树脂充分填充,最终验证了加筋壁板整体成型工艺设计及模拟分析的有效性.