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。     

B777全尺寸静力和疲劳试验

在B777的研制过程中，波音公司除了用分析方法对结构完整性和安全性进行估算外，还通过结构试验对分析结果进行了验证。结构试验着眼于新飞机的各个方面，包括用于新材料性能研究的小试片试验、机身长桥等结构元件试验、机翼上壁板等组件试验、机身部件试验乃至全尺寸静力和疲劳试验。为满足适航审查要求，验证结构分析方法，尽早发现结构缺陷，波音公司用两个完整的机体结构和一个单独的水平安定面进行了B777静力和疲劳试验。全尺寸试验大纲主要包括：飞机构型、试验硬件、载荷情况和施加方法、用于收集试验数据的仪器、试验进行中试验完…     

民用飞机桶段试验及结果分析

为了获取某民用飞机机身桶段结构承载特性以及疲劳、损伤容限性能,采用全尺寸桶段疲劳及损伤容限试验进行了验证,并对试验结果进行了深入的研究,在整体有限元模拟、结构应力及传载分析、结构疲劳问题处理、结构损伤容限性能评估、维修概念验证等多个方面进行了分析及结构优化。分析结果证明,全尺寸桶段试验试验模拟的真实性及高效性远高于结构件试验,试验整个设计及数据分析过程对后续新机型桶段试验设计及试验数据分析都有着较高的参考价值。     

复合材料盒段静力,耐久性和损伤容限一体化试验研究

本文通过某军机机翼整体油箱盒段在国内首次成功地完成了静力、耐久性和损伤容限一体化试验,给出了一整套符合结构完整性大纲要求的验证技术和工程上实用的试验程序;探索了试件上预制模拟各种低速冲击的人工损伤对复合材料结构静力、耐久性和损伤害限特性的影响程度;证实了用加重谱进行复合材料结构耐久性和损伤容限试验是解决复合材料疲劳分散性的有效技术途径;证明了复合材料盒段在引入冲击损伤后用加重谱进行耐久性试验,其密封功能仍满足国军标要求;验证了以冲击压缩破坏曲线的门槛值为基础确定设计许用应变值进行设计的复合材料结构具有“静力覆盖疲劳”和“损伤不扩展”特性。同时指出了该设计思想的保守性和局限性,提出了更新上述设计思想的研究方向。     

超大型复合材料机体部件应用技术的新进展——飞机制造技术的新跨越

从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A380为例介绍了两公司相应的技术策略：机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A350-XWB上的用量提高到52％。最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。     

波音完成787梦想飞机翼盒的破坏性试验

日前,波音完成了787梦想飞机全尺寸复合材料翼盒的破坏性试验,这也是波音首次为民用飞机制造全复合材料的翼盒。此次试验是全新787飞机认证流程的一部分。翼盒是将机翼与机身相连接的悬臂梁,能支撑前缘和后缘装置、操纵舵面、发动机以及起落架。试验结构件为机翼段的一部分,长度约为15.2m。机翼上部、下部面板和翼梁全部由与机身相同的复合材料制成。翼肋为单块铝结构,     

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式，发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术，首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人)；其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性；最后建立经试验验证的机身框段有限元模型，并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明，在6.02 m/s坠撞速度下，客舱地板上部区域基本保持完整，客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏，产生3处塑性铰；货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂，导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧，最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s²和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等，且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好，仿真结果表明机身框是主要的吸能部件，占总吸能量的40.7%；当机身框段撞击不同地面时，由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量，导致机身变形模式发生改变，并降低了传递给乘员的峰值加速度。     

面向全尺寸民机结构疲劳试验的声发射监测技术

作为一种在线、动态、实时监测技术，声发射是一种非常有潜力的航空结构疲劳损伤监测手段。然而，由于恶劣噪声环境及现有声发射监测处理及分析技术发展不足的影响，导致声发射技术目前仍无法在全尺寸民机结构中得到有效应用。本文面向全尺寸民机结构试验开展了高可靠性自动化声发射(AE)监测技术研究，提出了一种基于载荷同步的声发射损伤识别技术，该技术依托数据清洗、数据同步、数据分割提取及异常判别等环节实现，旨在解决全尺寸民机结构试验声发射损伤监测中监测效率低、损伤识别难度大和无法可靠识别等问题。通过在国内某型全尺寸民机结构疲劳试验中应用，该方法的有效性得到了证实，因而为中国型号试验提供支持，进而服务中国航空工业型号试验。     

行业新闻

直15首架机身在哈飞交付；波音天津复材工厂扩建；沈飞公司成功交付首架波音737—800尾段；湾流公司试验“无线”操纵系统；英国-加拿大成功完成全电刹车系统公务机试验；波音完成787全尺寸复合材料翼盒破坏性试验     

GCS-数字式气压控制系统

在飞机结构地面静强度试验时，为了模拟飞机的机舱、油箱在使用过程中的受力情况，通常会对机身、油箱或机身的一段（曲板）进行气体充压的静力试验、疲劳试验和气密性试验。研制的GCS-数字式气压控制系统满足了这一要求。本文详细描述了系统结构、功能、硬件以及软件。     

基于PSO-BiLSTM神经网络的机身筒段应力预测

飞机机身部件在装配对接前，通常需要使用形状控制工装调节机身筒段形状以达到对接标准，为避免出现控形过程中筒段局部应力过大损坏机身的情况，需实时监测机身筒段应力变化，为此提出基于粒子群优化算法和双向长短期记忆（PSO-BiLSTM）神经网络的应力预测方法。通过机身筒段控形历史数据对应力预测模型进行训练和测试，采用粒子群优化算法迭代优化神经网络超参数，实验结果表明，PSO-BiLSTM神经网络凭借长记忆细胞和高模型容量优势在处理序列式数据方面具有明显优势，应力预测损失在0.3%的均方根误差范围内收敛。与竞争模型循环神经网络（RNN）、标准长短期记忆（LSTM）神经网络和双向长短期记忆（BiLSTM）神经网络相比，PSO-BiLSTM神经网络模型不仅预测结果更准确，训练效率也明显提高。     

民用飞机复合材料主结构适航符合性研究

介绍了民用飞机复合材料主结构适航取证方法。该取证方法是基于试样和组合件试验支持的分析方法,符合FAA和EASA发布的指导条例。根据FAA新近发布的资讯通报AC20—107B,给出了复合材料主结构静强度、疲劳和损伤容限符合性方法需遵循的原则。最后给出了全尺寸复合材料部件静强度、疲劳和损伤容限试验流程。研究的复合材料主结构取证方法符合适航当局颁布的适航规章和咨询通报要求。     

复合材料波纹板轴向压溃仿真及机身框段适坠性分析

飞机结构适坠性是航空安全的重要关注点之一,通过材料性能试验和复合材料波纹板准静态压溃试验,获得了T700/3234复合材料力学性能参数及波纹板压溃吸能结果;基于试验数据验证了复合材料波纹板有限元模型和材料模型的正确性;建立了机身框段有限元模型,将复合材料波纹板用作机身下部吸能结构,分析机身框段有限元模型在7m/s时的坠撞动态响应。仿真结果表明:在试验条件下,建立的复合材料波纹板模型可以准确模拟渐进失效过程;复合材料波纹板布局机身框段破坏过程较为稳定,其加速度值在人体耐受极限范围内,能够有效改善飞机结构的适坠性能。     

全尺寸吸附式压气机部件试验技术刍议

为了深入探讨吸附式压气机试验方法,简要介绍国内外吸附式压气机叶栅试验和全尺寸部件级试验研究现状和成果。通过解析大流量气体抽吸和大流量气体测量2项吸附式风扇/压气机试验关键技术,并结合已有吸附式叶栅试验成果,实现在现有压气机试验器上开展全尺寸吸附式压气机试验研究,并完成阶段试验。试验结果表明:增加真空泵组进行大流量气体抽吸,能够在现有压气机试验器上完成全尺寸吸附式风扇/压气机部件试验。为了提高试验效率、节省试验资源,针对全尺寸部件级吸附式压气机试验研究,给出进一步结合吸附式叶栅试验结果完成对比试验的建议。     

机身壁板内压载荷试验研究

内压载荷是一种非常重要的重复性载荷,对机身结构疲劳和损伤容限特性产生很大影响。承受内压载荷机身壁板边界模拟困难,边界模拟的优劣决定试验件过渡区范围的大小,甚至影响试验区的应力分布和大小。为了获得承受内压载荷机身壁板更加真实的应力响应,给出一种机身壁板内压载荷试验新方法,该方法采用"D"型夹具模拟机身筒段直边结构,采用"弓"型夹具模拟机身筒段曲边结构,采用气密端板模拟机身筒段的端部结构;按照边界模拟要求,设计制造试验装置和试验件,并完成内压载荷试验。结果表明:试验件试验区蒙皮的周向应力、纵向应力明显高于过渡区蒙皮周向应力、纵向应力;试验区蒙皮周向应力、纵向应力和法向位移与理论计算结果吻合,该试验方法满足工程精度要求;该研究可为民机机身壁板内压载荷结构选型试验提供参考。     

复合材料飞机结构强度新规范要点评述

基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范,阐述了中国复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。其要点为:以承认性能表征多样性和材料与结构同时形成为基础的材料和工艺要求;以承认初始缺陷/损伤对结构静强度有影响为基础的设计许用值确定方法;以需要特别考虑湿热环境影响为特点的静强度设计和验证;以承认静力覆盖疲劳和考虑冲击损伤阻抗为特点的耐久性设计和验证;以冲击损伤及损伤无扩展为基础的损伤容限设计和验证;以全尺寸部件和由试样、元件(包括典型结构件)、组合件组成的多层次积木式设计验证方法相结合为基础的结构验证试验。     

利用做过高载试验的飞机结构进行疲劳寿命研究

某型飞机的某框下半框腹板发生严重的腐蚀损伤.为保证飞机安全,对该部位采取了补强修复.根据规范要求,需要进行全尺寸疲劳试验.但受条件限制,疲劳试验只能在做过高载试验的飞机结构上进行,为此,进行了高载对疲劳寿命的影响研究和全尺寸疲劳寿命试验等研究工作.研究结果表明,使用做过高载静力试验的飞机结构进行疲劳寿命试验是可行的.     

《飞机设计》1994年总目次

第一期高新技术是发展战斗机的基础某机副油箱液固耦合振动研究几种主要敏捷性的作战效能分析隐身复合材料的研究和发展复合材料盒段耐久性损伤容限试验研,宛机翼与机身连接设计分析试飞中分离相负载不甲衡引起电压偏离 量的方法 :,二元喷管矢量技术及其相关布局飞机屏蔽效能研究洛克希德YF一22概貌 第二期新机研制过程质量控制工作复合材料盒段静力、耐久性和损伤容限一体化试验研究动力仿真技术在结构设计中的应用起落架布局设计技术某机进气道控制系统斜坡输入的稳态误差研究某机副翼操纵系统非线性六杆机构计算 机综合的研究飞机燃油热…     

全尺寸飞机结构静力试验数字仿真

全尺寸飞机结构静力试验是飞机结构研制的重要环节,需大量的财力和时间投人。试验结果的精度和有效性主要依赖于试验实施方案设计的合理性;试验件的安全主要依赖于试验时同步地对试验测试数据的监控和与数字仿真结果的一致性评估。全尺寸飞机结构静力试验数字仿真能够辅助实现上述要求,显著提高试验效率。介绍了全尺寸飞机结构静力试验数字仿真的关键技术及解决方案并给出了应用实例。     

大型复合材料桨叶根部段抗疲劳设计研究

作为直升机的关键动部件,桨叶的抗疲劳设计技术是提高桨叶安全寿命,降低桨叶使用成本的关键。对于复合材料桨叶,特别是大型复合材料桨叶的桨根段疲劳特性的影响因素较多,关系也复杂。以本文从材料选择、总体构型、结构细节设计等方面介绍了大型复合材料桨叶根部段抗疲劳设计的思路、方法与措施,并简要描述了其试验结果。