高性能复合材料在直升机结构上的应用展望

出于减重和效率提升等目的,纤维增强复合材料在直升机结构上的用量日益增加。阐述了直升机结构设计特点与高性能复合材料应用的最佳比配性,介绍了国外直升机复合材料典型应用案例与发展趋势,总结了国内直升机复合材料应用现状与国外差距,展望了高性能复合材料未来技术需求。研究表明,国内直升机复合材料应用对比欧美国家存在技术代差;高性能结构复合材料、先进功能复合材料、结构功能一体化复合材料、低成本复合材料整体成型及复合材料高置信度虚拟认证技术是未来发展重点。     

“全复合材料直升机”发展中的问题与挑战

复合材料由于强度高、重量轻等优异性能,在直升机的研制中应用进展很快。如今,复合材料已成为制造旋翼桨叶及桨毂的标准材料,甚至已出现了“全复合材料直升机”。但稍加分析就不难看出“全复合材料直升机”目前还不是直升机研制行业的主流。对它的前景,也还有一定的争议。 “全复合材料直升机”一般是指复合材料结构重量占全机结构重量达到5O%以上或占机身结构重量达到8O%的直升机。     

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。     

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％。     

直升机复合材料夹层结构边用轻质高刚性SynCore胶膜应用验证研究

随着复合材料夹层结构在直升机上应用越来越广泛,其结构边设计极为重要,既要满足零件连接和气动外形设计要求,又要尽可能地实现轻量化设计目标。本文设计了典型层压板元组件试验件,通过试验与理论相结合的方法,对SynCore胶膜材料进行了应用验证研究。结果表明：HC 9823.1 K20 aero胶膜的元组件试验数据稳定可靠,用挤压强度44.8MPa可作为直升机复合材料夹层结构设计与强度校核的参考依据     

复合材料旋翼结构优化设计技术及立用

简单介绍了几种实用的直升机复合材料旋翼结构优化设计技术及其应用情况,并对相关优化技术研究和应用过程中应注意的问题进行了阐述,同时介绍了优化设计技术在复合材料旋翼结构设计中的应用前景.     

世界最轻的直升机问世

由台湾纬华直升机股份有限公司开发研制的全复合材料结构超轻型直升机ULTRASPORT系列已经问世,见图1。该公司于1990年成立并投入发展,1993年7月研制成功并首飞,单座的254型重量仅115公斤,实用的331型也仅150公斤,应该说是世界上最轻的直升机了。     

HyperWorks复合材料CAE仿真建模、分析与优化

复合材料比强度、比模量高,耐腐蚀、抗疲劳,所以在结构重量要求越来越严格的航空航天领域得到了越来越多的应用.但复合材料在设计制造中还有很多难点,设计中需要大量试验件测试,成本很高.CAE仿真及优化是相对低成本解决各种技术难题,合理设计复合材料,缩短研发周期的重要技术手段. 复合材料的大量应用是飞机结构设计中的一个主要趋势.根据空客的数据,A350XWB全机使用53％复合材料.     

直升机复合材料结构疲劳寿命评定技术的研究进展与发展趋势

针对直升机复合材料结构的服役环境和外场使用经验,分析了复合材料结构在交变气动环境下所呈现出的高周疲劳载荷特征,指出复合材料疲劳在直升机复合材料结构设计中的必要性.对直升机复合材料结构疲劳定寿体系中涉及的疲劳载荷谱编制方法、损伤失效机理、寿命预测方法及疲劳试验验证4项关键技术的研究进展进行了概述,在此基础上,根据当前复合...     

环氧树脂基直升机复合材料耐坠性性能试验研究

本文主要以目前用于国内直升机结构设计的复合材料为对象,针对不同增强材料和基体材料进行复合材料耐坠性性能的研究,了解复合材料的吸能机理与影响因素,对薄壁管形复合材料件进行了树脂基体及增强材料对吸能性能的影响的较为全面和系统的研究,并建立起评价复合材料吸能性能的三个主要指标,即峰值压溃应力、平均压溃应力和比吸能率,对满足先进军用直升机的复合材料结构的耐坠性要求,改进复合材料结构的耐坠性性能,优化耐坠性结构形式提供了参考.     

基于参数化组件定义的复合材料旋翼桨叶结构优化设计

 为提高直升机复合材料旋翼桨叶结构设计效率,依据实际工程应用情况,提出了一种基于参数化组件定义的复合材料旋翼桨叶结构优化设计方法。以C型梁复合材料旋翼桨叶为研究对象,建立以精确的桨叶组件定义参数为设计变量的剖面优化和整体优化模型,通过桨叶的剖面优化确定出整体优化的初值,再由桨叶整体优化实现桨叶结构的最优设计。最后对某型主桨叶进行结构设计实例验证,结果表明该方法能够有效地实现直升机复合材料旋翼桨叶结构优化设计。     

三维编织复合材料多次应力波冲击损伤特征

三维编织复合材料在对结构件重量和冲击强度要求较高的高/低温应用场合,有着比金属材料更明显的性能/重量比优势,在高强度和轻量化零部件设计中有极大应用潜力。采用高速摄影记录冲击变形过程,用试验测试和有限元分析方法,研究三维碳纤维增强环氧树脂编织复合材料在不同环境温度单次与多次应力波加载下的横向冲击损伤性质,揭示横向冲击加载下的热力耦合损伤机制。研究发现,在单次应力波加载下,复合材料冲击面的压缩应力大于背部的拉伸应力;而在多次应力波加载下,随着试件变形背部的拉伸应力逐渐增大,大于冲击面的压缩应力。在室温下,复合材料的绝热温升集中在断裂面;而在高温下复合材料韧性增强,基体与增强体热膨胀系数的差异导致环氧树脂和碳纤维束相互挤压,绝热温升分布受编织结构的影响,表面呈散点状分布。研究表明,编织复合材料在室温和高温下的冲击损伤结构设计,为促进编织复合材料在冲击工程结构设计等领域的应用提供了理论依据。     

某型通用飞机复合材料机翼结构的优化设计

正与金属材料相比,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     

树脂基复合材料在直升机的应用及其制造技术

树脂基复合材料由于优异的特性在直升机结构上得到了广泛的应用,已经逐渐替代了铝合金等金属材料成为直升机结构的主要材料,为提升直升机的性能做出了巨大的贡献.本文对树脂基复合材料在直升机结构上的应用及其制造技术的发展进行了回顾,介绍了国外直升机复合材料的制造应用案例,并对未来制造技术的发展趋势进行了展望.研究表明,整体化设计...     

直升机复合材料构件声与超声检测技术的应用

直升机复合材料无损检测标准体系的建立是非常有必要的,统一检测标准、统一检测技术、统一检测方法,只有形成行业标准,才会加速推动复合材料的发展。由于复合材料在直升机上的大量应用,为满足设计质量上的要求,必须有相应的超     

直升机史话(长篇连载之十)

第二十九回战火起硬甲铁鹰更受宠暗争斗先进武直再发展前面几回,咱们介绍了新型复合材料在直升机上的应用,直升机旋翼系统的新技术以及原理上全新的旋翼航空器发展的坎坷道路。从这一回开始,咱们简单介绍一下先进武装直升机在阿富汗战争和海湾战争中的使用概况,介绍一下世界上比较著名的典型专用武装直升机。     

PMI泡沫发展现状及其在直升机上的应用

对PMI泡沫的制备工艺、性能特点以及国内外发展现状进行了简要综述,重点对其在直升机上的应用进行介绍,以期为材料研究人员和直升机复合材料结构选材用材提供帮助。     

金属基复合材料在直升机上的应用

金属基复合材料的制造和使用有很长的历史,随着近代工业的发展得以迅猛的发展和进步。由于金属基复合材料可以通过两种或两种以上材料的复合来达到比重小、比强度好、比刚度高、耐疲劳、抗高温、抗腐蚀等性能要求。因而在航空工业方面得到了迅速的推广,尤其是在直升机上的应用更为广泛。     

复合材料雷击防护及电磁屏蔽技术在直升机上的应用

随着复合材料在直升机上应用的增多,人们加大了对复合材料防雷击和抗电磁干扰的研究。目前主要的防护手段是在复合材料表面增加导电结构,未来则可能将导电材料直接融入到机身结构中。     

复合材料纤维缠绕技术在直升机上的应用

自20世纪70年代以来,复合材料在航空航天结构上的应用得到了迅速发展,特别是在直升机上的应用受到很大的重视.伴随复合材料制造技术的发展,尤其是复合材料整体设计/成形技术(称大模块或融合体成形技术),如复合材料纤维缠绕整体成形技术等获得了很大发展和应用.在诸多复合材料成形方法中,缠绕技术能较好地实现低成本和高效率的结合.本文就纤维缠绕技术在直升机上的应用前景作了些探讨.