我国大型飞机研制中的关键制造技术

对大型飞机研制基本技术特征、发展趋势以及我国目前的航空工业基础进行综合分析,提出了我国现阶段实施大型飞机研制应着重攻关研究或通过需求牵引发展的关键制造技术问题,并提出了建议方案.     

飞机大型蒙皮和壁板制造技术现状综述

大型蒙皮制造应首先解决设备问题,引进或自行研制先进的大型数控喷丸设备、大型热压罐、大型铺带机;在设备上完善大型蒙皮制造的硬件环境;在工艺方面积极开展相关工艺方法和成形材料的研究.     

航空碳纤维树脂基复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲性能

开展了复合材料加筋板轴压稳定性实验,对加筋板的屈曲及后屈曲性能、破坏模式和后屈曲失效表征进行了研究.实验结果表明加筋板在轴压下具有良好后屈曲承载潜能,破坏载荷约为屈曲载荷的2.2倍;其屈曲模式为筋条间蒙皮首先发生屈曲失稳,筋条在整个承载过程中保持直线,起到“屈曲分隔”的作用.通过对加筋板屈曲及后屈曲性能的理论分析,得出的理论屈曲载荷和理论破坏载荷与实验结果相对误差均小于8%,并确定了在后屈曲过程中蒙皮中心挠度的变化规律和轴向载荷的面内分布特征.      

复合材料层合结构低速冲击后的渗漏性能

对复合材料贮箱结构进行低速冲击试验,并测试冲击后贮箱结构的渗漏性能。试验结果表明,当层板内部的基体损伤和分层损伤构成贯穿的通路后即导致贮箱渗漏,并且贮箱结构的冲击能量渗漏门槛值介于23~25J之间。在试验基础上建立了有限元模型以分析冲击后贮箱结构的内部损伤情况,并判断结构是否渗漏,计算结果与试验吻合良好。在计算模型的基础上对曲面贮箱结构的冲击渗漏性能进行分析。     

2.5维机织复杂结构件的静强度

采用宏细观结合方法,针对经纱和纬纱等材料组分可能发生的多种失效模式,分别建立了基于改进的Hashin准则的系统性的材料失效准则及不同失效模式下的刚度退化模型.引入逐渐损伤的思想,建立了2.5维机织复杂结构件静强度系统性分析方法.模拟并分析了材料经向拉伸和纬向拉伸的应力-应变曲线,与实验得到的材料应力-应变曲线相比,相同应变下应力误差不超过6.5%,具有较好的重合度;对2.5维机织压气机静子连接结构模拟件开展了逐渐损伤模拟,结果表明:结构损伤主要集中在叶根倒角附近,其中吸力面叶根处的基体压缩失效形式会引起结构大幅变形,是结构破坏的主要原因.      

Ω长桁和T长桁的工艺对比分析研究

在飞机复合材料蒙皮类构件的设计制造过程中,早期设计阶段,对不同长桁结构进行工艺对比分析研究,有助于提高加筋壁板的结构性能、便于工艺优选、节约制造成本,实现面向制造的低成本最优化设计。针对飞机复合材料蒙皮与Ω长桁、T长桁共固化的典型结构,阐述二者的制造流程及工艺特点;从制造工艺、工时、花费、产品重量和抗冲击性能等方面,对比Ω长桁和T长桁的优缺点;提出在飞机设计制造的并行工程中进行不同结构工艺分析的方法。结果表明:Ω长桁相对T长桁,具有重量轻、抗冲击性能好等优点,但其制造工艺更为复杂,报废率高,制造成本较高。     

飞机装配自动制孔刀具技术研究

碳纤维复合材料与金属材料构成的性能差异的叠层构件在飞机机翼和尾舵中应用广泛,叠层构件装配过程中需要大量的铆接或螺接孔。在这些航空产品装配制孔中,最佳的工艺是在碳纤维复合材料和金属材料叠层构件上同时加工出所需要的铆接或螺接孔,这是确保叠层材料构件产品连接强度、刚度和安全性的主要手段。然而由于碳纤维复合材料层间结构特点和2种材料性能的巨大差异,制孔质量难以保证并且刀具磨损剧烈。特别是随着飞机自动制孔技术的发展,其关键技术之一就是要求在装配过程中采用一道工序同时高效加工碳纤维复合材料和钛合金以及铝合金等完全不同性质的材料。     

复合材料加筋壁板的两步优化法

通过采用辅助层压板和添加极小弹性模量材料的复合材料加筋壁板有限元建模方法,应用MSC．PAT－RAN／NASTRAN的参数化建模与遗传算法相结合的复合材料加筋壁板的两步优化方法,对复合材料T型加筋壁板进行了从2000 N／mm到6000 N／mm压缩载荷下的结构优化分析。提出的基于参数化模型和遗传算法的复合材料加筋壁板的两步优化法分为壁板级优化和层压板级优化两部分,在壁板级优化得到最优的结构尺寸参数,在层板级优化得到最优的层压板铺层顺序。     

层合板螺栓连接结构疲劳寿命预测

为了准确预测复合材料连接结构损伤的产生和扩展,基于单向板疲劳性能预测层合板螺栓连接结构疲劳寿命。用T300/BMP-316单向板试验数据对正则化疲劳寿命与剩余强度的参数进行拟合;在复合材料基体主控失效判据基础上增加纤维失效和分层失效判据,改进基于断裂韧性的失效准则判定损伤的产生和扩展;采用二级载荷疲劳寿命等效实现损伤的非线性累积,再对相应的损伤进行材料性能退化。预测结果与试验对比表明:对不同几何参数层合板连接结构的对数寿命预测与试验误差在5%以内,对不同应力水平下层合板连接结构的对数寿命预测与试验误差在10%以内,最终破坏模式及损伤区域的预测与试验结果吻合良好。     

复合材料在商用发动机作动系统中的应用分析

先进飞机及其发动机的需求是复合材料发展的强大推动力。基于复合材料的特点以及在航空中的应用情况,提出了发动机作动系统对复合材料的需求。根据商用发动机作动系统的定义与范围,详细论述了该系统未来发展方向对复合材料的应用需求。通过对比分析复合材料在国内外发动机作动系统中的应用现状,提出了钛基复合材料、Si C复合材料、变形记忆合金复合材料、压电功能复合材料等先进复合材料的应用发展方向,为中国商用发动机作动技术的发展提供相关建议。