大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。     

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     

航空快递

<正>C919大型客机首架机后机身后段交付2015年2月11日,C919大型客机首架机后机身后段由中国航天科工三院航天海鹰(镇江)特种材料有限公司完成制造并通过适航检查,正式交付中国商飞公司。中国民航局上海审定中心副主任侯慧卿,镇江市委常委李小平,中国航天科工集团公司副总经理魏毅寅,中国商飞公司副总经理,C919大型客机总设计师吴光辉在现场指导交付。C919大型客机后机身后段是水平尾翼和辅助动力设备(APU)的安装区,使用环境较为特殊。该部段是全机复合材料应用占比最大的部段之一,包含37个复合材料零组件。复合材料的运用有助于降低机体结构重,提升飞机经     

复合材料与B7E7"梦想"飞机

美国波音飞机公司正在发展研制B7E7"梦想"飞机(Dreamliner),现已公开宣布该机将大量采用先进复合材料,其用量将占全机结构总重的50％以上。机翼、机身等主承力结构均由复合材料制成,这将是世界上第一个采用复合材料机翼、机身的大型商用喷气客机。 波音原拟研制"音速巡航者"(Sonic Cruiser),后经论证认为对未来的客机关键是要求效率而非速度,     

低成本缝合复合材料在次承力结构中的应用

针对采用低成本缝合复合材料而带来的结构细节设计、连接设计、分析、验证等问题,以支线客机副翼为背景,采用低温固化材料体系、VARI工艺、结合缝合提高结构整体化程度等途径,论述了具有显著低成本特征的复合材料次承力结构部件研制过程,验证了工程应用的可行性及应用效果.     

复合材料机身壁板的强度分析与试验验证

复合材料在大型客机机身主承力结构应用是近年来的发展趋势，通过分析与大型壁板试验结合的方式研究了复合材料机身壁板的静力承载能力，以及疲劳与损伤容限特性。采用理论公式、半经验公式、有限元模态分析研究了蒙皮的屈曲载荷、壁板的承载能力。依靠创新的机身壁板多轴载荷试验系统，模拟机身壁板的实际受载情况，实现充压载荷、拉伸/压缩、剪切载荷的独立施加与组合施加。通过静力试验验证蒙皮屈曲的工程及有限元分析方法和壁板的剩余强度承载分析方法。引入预埋缺陷、BVID、VID冲击损伤，通过试验研究了损伤对应变分布的影响，并通过疲劳、损伤容限试验，验证了壁板的设计以及损伤的无扩展特性。     

简讯

正CR929飞机全尺寸复合材料机身壁板工艺件试制成功日前,CR929飞机首件全尺寸(15m×6m)复合材料机身壁板工艺件试制成功,标志着CR929飞机复合材料机身攻关项目进入新的提升阶段。为突破复合材料机身结构研制的关键技术,     

复合材料整体结构在大型民机上的应用

复合材料整体结构一般指一次成型的大型复杂复合材料结构,如机身舱段、翼盒、整体油箱、大梁和加强框等.大面积整体成型是复合材料独有的优点,是目前世界上复合材料领域重点发展的关键技术.     

自动铺带技术在航空复合材料制造领域的应用

目前,复合材料已经成为航空航天领域的重要材料,航空工业的复合材料时代已经来临.以波音和空客为代表的大型客机波音787和空客A350,复合材料应用比例分别已达到和超过了50％,整个机身、机翼结构几乎全部采用了碳纤维复合材料,取得了显著的经济效益.这些大尺寸复合材料构件,均采用了自动化制造技术,机身采用自动铺丝技术,机翼采用自动铺带技术.自动铺带技术在加工翼面类小曲率复合材料构件和某些梁、长桁等复合材料构件方面具有很强优势.     

C919前机身在中航工业洪都下线

5月15日,由中航工业洪都研制的C919大型客机前机身大部段在江西南昌下线。在前机身大部段的研制过程中,洪都突破了第三代铝锂合金先进材料应用及制造、大尺寸飞机蒙皮数控铣切和镜像铣切制造等一系列关键技术,培养了一支高水平的工艺制造团队,为C919的后续攻关打下了基础。     

翼身融合布局民机非圆截面机身结构设计研究综述

翼身融合布局飞机具有大升阻比、低阻力、低噪声等优点，是未来民机最具潜力的发展方向之一；但由于特殊布局所采用的非圆截面增压机身，给翼身融合布局民机结构设计带来了巨大挑战。为了降低非圆截面机身承受增压载荷时产生的高弯曲应力、提高机身结构稳定性及承载效率，翼身融合民机机身结构设计先后经历了圆柱组合式多舱室机身、双蒙皮多舱室机身、带加强支撑的盒式机身、基于拉挤杆缝合高效一体化结构（Pultruded Rod Stitched Efficient Unitized Structure，PRSEUS）的盒式中央机体等发展阶段，其中最具承载优势和可实现性的是由美国国家航空航天局NASA和波音公司共同提出的基于PRSEUS盒式中央机体结构设计方案。PRSEUS结构不仅充分利用了复合材料一体化缝合、整体共固化、低成本等制造优势，而且具有抗拉伸/压缩、多路径止损/止裂、刚度和稳定性裕度大、承载效率高、易金属修补等优异的力学特性，已被拓展应用到了翼身融合民机机翼等结构设计中。本文以非圆截面机身结构设计为重点，回顾了翼身融合民机结构设计发展历程；从整机身结构、关键部件结构、整机优化设计等方面详细阐述了翼身融合民机结构设计的研究进展与发展现状，基于国外相关技术研究发展趋势，提出了中国翼身融合民机机身结构设计研究未来需要重点关注的方向。     

大展弦比飞机翼身结构不同刚度对结构响应的影响

为了研究大展弦比双机身布局无人机翼身结构不同刚度对结构响应的影响,本文采用有限元分析与满应力优化相结合来探讨这一问题。计算结果表明:机翼与机身之间不同刚度对结构响应存在影响。建议结构设计时注意这一现象并加以利用,从而得到轻量化的结构设计。针对算例进一步计算与分析表明:采用本文方法得到的结构优化方案,同样也能够满足该飞机的静、动气弹要求。结论:采用本文方法,不仅可以研究飞机部件之间不同刚度对飞机结构响应的影响,还可以进行全机的结构方案设计,并对此方案进行刚度、强度、颤振和控制面效率的分析与评估。     

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。     

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。     

浅谈民用大飞机结构技术的发展

 在分析了世界上先进的大型民机发展和研究计划后，分析和总结了大型民用飞机结构技术发展的总体趋势。介绍了用于先进大型飞机中选材、结构设计、先进的制造技术、机构强度分析、防雷击技术的现状和趋势。结论是复合材料将代替金属结构,而金属结构的设计、制造也将随之发展，以解决采用复合材料带来的新挑战；先进的数字化结构设计和仿真正代替传统的图纸设计。相应的分析和仿真工具如CFD等将应用到数字化设计中，在新型飞机设计中，将大大减少试验并改善质量；一些新概念的结构将广泛应用到飞机结构中，如智能材料结构在机翼上的应用，以改善空气动力、飞机的气动弹性控制和结构的健康监控。     

M2飞机的复合材料机翼静强度载荷及试验研究

M2轻型运动飞机机翼结构采用复合材料,通过静力试验对其机翼强度进行验证,对发现机翼结构设计薄弱环节以及结构改型和发展具有重要意义。首先分析ASTMF2245-16机翼强度适航条款的要求;然后通过对M2飞机载荷包线、环境影响系数、限制载荷和极限载荷的研究,计算得到复合材料机翼载荷;最后进行机翼限制载荷静力试验、机翼极限载荷静力试验和机翼破坏载荷静力试验,并对试验结果进行分析。结果表明:M2飞机的极限载荷满足试验要求,复合材料机翼试验破坏载荷相对设计极限载荷的偏差为2%,M2飞机的复合材料机翼结构设计满足静强度设计要求。     

Improvement of numerical methods for crash analysis in future composite aircraft design

Recent aircraft as well as rotorcraft design technologies include more and more composite materials. Their high mechanical characteristics and high mass specific energy absorption capability motivate their use in large primary structures as well as in sub-floor structural and crashworthy components in preference to metals. Due to the increased performance of computers and new explicit finite element (FE) software developments industry now considers using crash simulation technologies to study the crashworthiness of new aircraft design. In order to address the crash analysis of composite structures, which is much more difficult than the behaviour of ductile metallic structures, a German/French research co-operation was set up between ONERA and DLR. This paper summarises results from the first 3 years collaboration and some work performed within a European research project on composite fuselage structures. In the first part of the paper, ONERA presents its contribution to the characterisation of composite materials from 10⁻⁵ s⁻¹ up to 100 s⁻¹ on hydraulic machines. Simulations have been undertaken to model the tests and evaluate the FE codes. In the second part DLR studies are presented on the application of a commercial explicit FE code to simulate the behaviour of generic energy absorbing composite sub-floor elements, representative for helicopters and general aviation aircraft, under low velocity crash conditions (up to 15 m/s). This includes some comparisons between predicted structural response and failure modes with observed test results.     

民用飞机机翼根部连接与柔性补偿设计

民用飞机机翼根部连接区是机翼和机身载荷交换平衡的关键部位,结构强度和耐久性、结构传载效率、装配协调要求、细节处理等设计要求很高。给出了民用飞机机翼根部连接设计的难点分析、传载特性分析、根肋布置方法及其特点分析、不同根部对接方案设计对比分析;提出了一种减缓结构装配应力的柔性补偿设计方法,并通过试验结果验证了相关柔性补偿设计方法的可行性;讨论了考虑复合材料承载特性的复材机翼结构根部对接考虑要点和设计建议。     

Analysis of thin-walled stiffened rods using the beam theory

The stress-strain state of thin-walled aircraft structures such as a wing or fuselage made of composite materials is determined based on the beam theory. The laminated skin is orthotropic. The solution was obtained without using the centroidal principal section axes and subdividing the problem in shear and torsion. A calculation variant with skin discretization along the section contour was studied.     

考虑复合材料蒙皮稳定性的飞机翼面结构布局优化设计

 复合材料蒙皮稳定性是飞机翼面结构设计需要考虑的重要方面。由于翼面结构稳定性理论分析的复杂性,工程中,通常采用与理论分析相比拟的简化方法、使用简便可靠的经验公式在设计过程中进行稳定性校核。多墙式结构是当前翼面结构中普遍采用的结构形式,墙的布局和蒙皮的厚度对复合材料蒙皮的临界屈曲载荷有着重要影响。因此,针对多墙式翼面结构,以工程经验公式为基础，以蒙皮单位长度上的的重量为优化目标,以墙的布局参数和蒙皮厚度为设计变量,以临界失稳载荷为约束,建立了一种考虑复合材料蒙皮稳定性的翼面结构布局优化问题的数学模型,导出了目标函数敏度计算的解析式,并提出了优化问题的求解方法。以翼盒结构为例,验证了该方法的有效性。