. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)應解決其工藝實現(xiàn)的可行性問題。圖 8描述了目前正在開展的課題的研究結(jié)果 ,將復合材料優(yōu)化后板的鋪層通過 CAD軟件 ,實現(xiàn)鋪層自動化。
圖 8 復合材料板優(yōu)化后鋪層通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)自剪裁 Fig1 8 Auto2lamination software for composite ma2 terial panel tailor
(6)采用先進復合材料制造技術(shù)的設(shè)計
目前在復合材料結(jié)構(gòu)中廣泛采用適應復合材料的新技術(shù) ,這樣在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也要考慮采取適當?shù)脑O(shè)計考慮。下面給出幾種常用的新制造技術(shù)。
①共固化技術(shù)。復合材料采用這一技術(shù)可以大大減少零件數(shù)量和裝配連接的工作量 ,在重量、成本上也帶來好處。對于采用共固化的結(jié)構(gòu)設(shè)計應考慮到共固化的工藝可行性和經(jīng)濟性。
② R TM樹脂基轉(zhuǎn)移技術(shù)。采用這種技術(shù)的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)先編制后成形的制造過程。這樣有利于制造十分復雜的三維曲面零件 ,提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊損傷能力 ,但要保證這種結(jié)構(gòu)有高承載能力 ,必須在設(shè)計上采取措施 ,以保證注塑工藝性好。對于該工藝所需較高價格的模具所帶來的成本問題 ,也應予以考慮。
③RFI樹脂膜熔滲成形方法和 R TM有類似之處 ,但是其對模具的要求較低 ,給成本帶來好處。但是該結(jié)構(gòu)也可采取鋪層和縫紉的方法 ,這樣在一些雙曲面的結(jié)構(gòu) ,如 A380飛機機身后增壓框在采用這種工藝方法制造時 ,設(shè)計中采用了只有 0°和 ± 45°的“無皺褶”鋪層方式。最后成功地用 RFI成型了雙曲面的框結(jié)構(gòu) (見圖 9)。
41 2 金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展
復合材料在飛機結(jié)構(gòu)中的應用越來越廣泛情況下 ,金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)也在不斷發(fā)展。空客 A380飛機就體現(xiàn)了這一點。
圖 9 共固化成型的波音 787復合材料機身壁板結(jié)構(gòu)和
用無皺布通過
RFI成型的 A380機身后增壓框 [10 ] Fig1 9 Co2cure body structure for Boeing 787 and resin
film infusion (RFI) with non2crimped fabrics for
A380 rear pressure bulkhead[10]
(1)高強度鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的首次大面積應用
在 A380機身的壁板首次采用了高強度鋁合金 6056 (7075系列 )激光束焊設(shè)計。該結(jié)構(gòu)形式可以省去加筋條用于與蒙皮連接的彎邊 ,可以減輕 5%～10 %的結(jié)構(gòu)重量 ,同時也提高了機身結(jié)構(gòu)的密封性能 ,而且比傳統(tǒng)的鉚接連接法速度更快 ,每分鐘可用激光束焊接 8m長的桁條。這種方法包括了一個內(nèi)置的自動檢測單元。在焊后的結(jié)構(gòu)上進行測定疲勞和損傷容限的特性。檢驗已證實它具有常規(guī)的合金結(jié)構(gòu)設(shè)計需要的性能。這種技術(shù)的優(yōu)勢之一是取消了緊固件 ,從而消除了腐蝕和疲勞裂紋的主要來源之一。
鑒于激光焊接結(jié)構(gòu)在焊縫處出現(xiàn)的局部退火現(xiàn)象和焊接對材料的疲勞性能的降低 ,A380飛機將該結(jié)構(gòu)形式用于機身的受壓面。為了該技術(shù)的應用 ,空客公司曾進行了激光焊接結(jié)構(gòu)的大量疲勞斷裂的力學特性的研究 ,以確保該結(jié)構(gòu)能夠安全的在飛機上使用。
(2)混雜結(jié)構(gòu)的應用
在空客 A380飛機的襟翼滑軌上采用了“混雜結(jié)構(gòu)” (圖 10)。其特點是將復合材料、鈦合金、鋼和鋁合金等多種材料混雜地應用在一個飛機的結(jié)構(gòu)上。主要優(yōu)點是在不同的受力部位可以充分利用各種材料的特點和優(yōu)勢 ,有效減輕結(jié)構(gòu)重量 ,
同時提高結(jié)構(gòu)的耐用性 ,如鈦合金用于滑軌面 ,可以提高結(jié)構(gòu)耐磨性。該技術(shù)的應用 ,要解決以下問題 :①不同材料間的電化腐蝕問題。 ②不同材料應力應變不協(xié)調(diào)問題。例如鋼比鋁合金的模量高 3倍 ,強度也高 3倍 ,所以混雜使用時可以協(xié)調(diào)的承載。但鈦合金的模量是鋁合金的 11 3倍 ,但
. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
強度是其 3倍左右 ,兩種材料簡單的混雜使用時 ,必然造成鋁合金不能充分承載。
圖 10 空客 A380飛機襟翼滑軌采用的混雜結(jié)構(gòu)技術(shù) [10 ] Fig1 10 Hybrid materials flap track for A380[10]
(3)與新工藝結(jié)合的其他結(jié)構(gòu)技術(shù)
在 A380飛機的金屬結(jié)構(gòu)上還采用了以下的新技術(shù) :高強度鋁合金的時效成型技術(shù)。在 A380飛機機翼的受壓下壁板 ,采用了高強度鋁合金 (7075系列 )的時效成型 ,即在 150℃情況下 ,壁板在模具上 ,經(jīng)過 24 h的蠕變成型。其關(guān)鍵技術(shù)是準確地計算出壁板的回彈量 ,在模具設(shè)計中給予補償。這種方法可以消除壁板成型過程中的內(nèi)應力 ,有利于結(jié)構(gòu)的疲勞特性。同時 ,該方法也可以節(jié)省加工成本和提高成型精度。 A380飛機只用這種成型方法去成型受壓結(jié)構(gòu)的壁板。該機翼的受拉壁板還是采用噴丸成型方法 ,因為通過噴丸 ,可以提高受拉壁板的疲勞特性。
空客飛機的機翼從 A300開始就采用自動壓鉚技術(shù)。即在機翼壁板與加筋條連接中 ,利用數(shù)控定位進行全自動的鉚接。該設(shè)備實現(xiàn)采用無排削的鉆孔技術(shù)、無頭鉚釘?shù)碾p面成型釘頭的鉚接、銑切掉外表面釘頭一次完成。在 A380飛機機翼的連接上 ,進一步采用了電磁鉚接代替了以前的機械壓鉚 ,同時采用了一套依靠鉚接參數(shù)確定鉚接質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。使得百萬量級的鉚接可以自動進行質(zhì)量控制。空客飛機的機翼的全部采用鈦合金螺栓 ,替代了所有的鋼螺栓。其中 80 %采用的是過盈螺栓 ,以提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞特性。
中國航空網(wǎng) www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：航空學報08大飛機專刊(98)
