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1、纺织复合材料具有整体性能好，力学结限和显著的抵抗裂纹扩展的能力，为复合材构件提供了广阔的前景。本文介绍了美国在复合材料的应用研究情况。美国纺织复合材料在航空的应用研究(二)#$%&#()*+),&%#-+&./%&)0,%)-&121/*#3%14.%41#,&053-67!郑锡涛杨胜春 $ 中国飞机强度研究所 叶天麒 $ 西北工业大学(2 )诺斯罗普格鲁门 纺织机身结构研制十字加筋的舱窗间加筋板 诺斯罗普格鲁门公司探索了一些革新的方法来设计和制造有交 叉加筋元件的复合材料结构。这种 构形在隔框、舱门、蒙皮壁板和舱窗 间加筋结构中是常见的。诺斯罗普 格鲁门的研究目标是要通过十字加 筋复合材料结
2、构的筋条交叉来提供 结构连续性。选择了一种运输机机 身舱窗间加筋板进行技术验证。为了 评 估 这 个 方 案 ， 制 造 了 一 个965mm!1575mm(38in!62in)的试验 件。预成形件是由 2 个纵向元件、6 个横向加筋条和蒙皮组成的组合 件，用通过纵向和横向元件交会处 的连续碳丝束来实现结构的连续 性。将整个组合件缝合在一起，来固 定干预成形件和增加最终结构的损 伤容限。图 7 所示为带有 2 个舱窗 开口的已固化的舱窗间加筋板部切试验。机诺斯加筋的加该部件是机载荷设 面壁板的2286mm3099mm( 布的厚度 进行了缝 会处的丝 连续。该 具进行试 加纵向压图 & 机身舱窗
3、间十字加筋部件!+ 机(1 )诺斯先进的机成形方法 本制造方 选出的典这几种方法，。为了验证结梁进行四点弯和机器的固有机织梁的预成/90丝束的中图 & 用于机翼根部盒段的缝合 )*+, 上蒙皮。诺斯罗普用不同材料组成形件，图 9PEEK)丝束混剖面。诺斯罗造和试验以针织 / 缝合预工艺来制作这类似于前麦道图 & 机翼根部盒段的组合件料机翼盒段所中，特别强调要证实缝合的壁板能满足FAA 的损伤准则要求，以及能修复含损 伤壁板使其承受设计极限载荷。 机翼根部盒段跨长为 3.658m (12ft)和侧壁弦长为2.438m (8ft)的根部盒段的设计方案是采 用缝合的上、下蒙皮(由构成一体的蒙皮、 刀
4、型加筋条、梁帽和加强肋组成)。对于梁 和肋腹板，整体蒙皮设计允许采用比较 简单的加筋板。机翼的制造证实了缝合/RFI 工艺所采用的验证方法是成功的， 这种方法是由壁板到整体机翼蒙皮这样由小到大循序渐进进行的(见图 10)，整体 机翼蒙皮的特征是厚梁帽、加强肋和带 有斜削的加筋条。因此根部盒段集中了 壁板制造中获得的以及仍在发展的工艺 研制的经验。例如壁板预成形件用的单 向机织物(帘子布)就带来了很多操作和 铺贴问题，因此要用多向经编织物来代 替。图 11 所示为一端带有钢试验连接夹 具的根部盒段组合件。根部盒段组合件进行了一系列静载 荷试验。试验包括带有在设计关键部位 有目视易见冲击损伤的设计
5、限制载荷试 验。在进行设计极限载荷试验之前，采用 机械紧固件修理板在现场对目视可见损 伤进行修理。根部盒段在 143%设计限制的缝合机翼研制开发了缝合 / 树脂 为运输机主机翼结 用了“设计 - 制造由也 这 证 件 的 皮ld-team)的方法来设本的复合材料结构。证设计和制造均可方法的例子是：采用翼蒙皮壁板来简化列弯 的 机 要 复 计 预有同样铺层的蒙皮畸变；对蒙皮和加筋以提高损伤容限并筋条凸缘缝合到蒙度，防止面外载荷引（前麦道宇航公司），即由元件到壁板，然评估了多种环氧技改能及成本均无法与美。通过制造尺寸证实，缝合 /RFI 结，而且它们均满足 可修理性的设计要 分，制造了大的拉伸/R
6、F合超 提 机 近了试验。在技术验证!#$ %方法：! 用机器制造经 编碳织物预成形件块 和实现质量认证；! 用计算机控制 的机器来切割和安放 预成形件块；! 计算机控制的 缝纫机将按航宇的精 度要求来实现细节件 预成形件的定位，和数 千个增强缝纫线的插 入，同时给出实际缝线 位置的永久性记录；! 对今后要用的 机器人操作，工装具有 型号自适应性；! 用经过验证的 时间 - 温度 - 压力工 艺参数的三维计算机 模型指导树脂膜渗透 工艺；! 用已有的大面材钛铝化合连接 钛铝需要 0.5!1加的力，以电子束进行接区加热，图 &! 缝合 $()* 半跨机翼的设计特点可在 1 或两国 TWI 研究T
7、MS 召开绍的。新的航空波音公签订了合作研究中心的界上最先进计划得到包人、地方及图 #+ 用于缝合 $()* 机翼的主起落架的连接试验件航空航天用年 9 月。全尺寸机翼的设计构型包括左右外翼盒段，单侧外翼盒段展长 12.5m (41ft)，中央翼盒段长 3.05m(10ft)。机翼 设计目前仍在进行中，机翼设计包括材料及骨架元件的结构细节研究，骨架元件指的是梁和肋腹板、集中载荷传递细 节件等。机翼研制包括对设计研制试验 件的大量研究，以便为验证设计和制造 方法提供关键数据。未来的机翼生产 根据实际生产的要求，制造半跨和全尺寸机翼的每个步骤都反映了机翼批生产用的方法。除了缝纫机外，还需要现 代化
8、的机翼生产设备，如精密切削装置、 预成形铺贴台、激光定位装置和预成形 件搬运夹具。MDA 的成本研究表明，它们的制造 方案可以生产出具有已知复合材料优点 的运输机机翼，这些优点包括减重、高疲工艺及结构积缺陷检测机器来进行固化后的检测。100 亩的先结束语NASA 耗巨资实施的 ACT 计划，在 纺织复合材料的技术上，取得了实质性 进展。将纺织复合材料成功地用于机身 壁板的纺织组合件、纺织机身结构、机翼 大梁、机身侧壁板、半跨机翼、全尺寸机 翼等结构。同时，它也推动了全球复合材 料研究的进程。近年来在 ICCM 大会上， 纺织复合材料的设计、分析、制造文章占 整个会议文章的五分之一。在欧洲、澳 洲、美洲，纺织复合材料从基础研究已迈 向应用研究。纵观国内复合材料界，在纺 织复合材料方面的研究尚未全面开展， 只是近几年来，在纺织复合材料的研究、 制造上已开始起步，并已取得了一些阶 段性的成果。我们应该借鉴 ACT 计划成新一代飞为了改下一代波音璃设计。另外 P190 设计新玻璃系统。Herculite 撞的要求。最佳声学性制造。自行准直美国宾公司正在推来准直失配
