复合材料及其在飞机结构中的应用

1、 先进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先进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，将其用于飞机结构上，可比常规的金属结构减重形等许多优异特性，将其用于飞机结构上，可比常规的金属结构减重25%30%，并可明显改善飞机气动弹性特性，提高飞行性能。，并可明显改善飞机气动弹性特性，提高飞行性能。 Advanced CompositeApplicationCC22643019.pptF-4 Phantom IIBoron Epoxy RudderBoron/Epoxy RudderCC22643020.pptF-4 Phantom IICC2264302

2、0.pptCC22643020.pptCC22643020.ppt CC22643020.pptCC22643020.pptB2轰炸机复合材料轰炸机复合材料38%远程轰炸机远程轰炸机A400M复合材料应用部位复合材料应用部位大型军用运输机大型军用运输机 EC135复合材料应用复合材料应用V-22复合材料复合材料40%CC22643020.ppt将复合材料应用到飞机的次承力构件将复合材料应用到飞机的次承力构件美国：ACEE计划（19761986）成果成果复合材料应用于复合材料应用于DC-10方向舵、方向舵、L-1011副翼、波音副翼、波音727升降舵等部件升降舵等部件n针对复合材料在飞机机翼及机

3、身上的主承力针对复合材料在飞机机翼及机身上的主承力结构部件结构部件突破高损伤容限复合材突破高损伤容限复合材料主结构设计、制造和料主结构设计、制造和应用的关键技术，应用的关键技术，降低降低成本成本为运输类飞机机翼、机为运输类飞机机翼、机身大量应用复合材料提身大量应用复合材料提供技术支持供技术支持降低生产成本降低生产成本20%30%提供材料和结构性提供材料和结构性能预测的科学依据能预测的科学依据使飞机结构减重使飞机结构减重30%C-130大型运输机大型运输机复合材料中央翼盒复合材料中央翼盒复合材料广泛应用于复合材料广泛应用于F-22主承力结构件主承力结构件长达长达12.8米的缝合复合材料大型米的缝

4、合复合材料大型客机机翼试验盒段客机机翼试验盒段采用采用VARTM-PB工工艺制造的机翼壁板艺制造的机翼壁板先进的缝纫设备先进的缝纫设备nMD-90-40X飞机机翼作为缝合复合材料机翼的基准平台飞机机翼作为缝合复合材料机翼的基准平台建立材料的基本性能数据库和结构设计许用值建立材料的基本性能数据库和结构设计许用值设计和制造技术得到评估设计和制造技术得到评估分析了结构性能与成本的综合效能分析了结构性能与成本的综合效能进气道纤维铺放进气道纤维铺放Z-pin X-Cor设备设备大型整体机翼蒙皮大型整体机翼蒙皮三维编织三维编织型加筋型加筋 型连接前机身整体结构型连接前机身整体结构RTM整体尾翼整体尾翼计划

5、指出：计划指出：由于缺由于缺乏对材料蜕变、损乏对材料蜕变、损伤演化和疲劳等内伤演化和疲劳等内在物理机制的理解，在物理机制的理解，不能有效预测服役不能有效预测服役环境下结构可靠性。环境下结构可靠性。导致复合材料部件导致复合材料部件设计依赖经验和安设计依赖经验和安全系数过大等方法全系数过大等方法开展性能演化和疲开展性能演化和疲劳机理研究，为结劳机理研究，为结构可靠性奠定基础构可靠性奠定基础Workforce by Challenge Problem主要包括感知诊断、损伤演化、无损检测、主要包括感知诊断、损伤演化、无损检测、多学科交叉及综合评价系统等内容多学科交叉及综合评价系统等内容美国：美国：Av

6、SP 航空安全专项航空安全专项（2007-2016 ）材料结构重量百分比（%）机型 A380A380后压力隔框后压力隔框中央翼盒中央翼盒J-型热塑性复合型热塑性复合材料固定前缘材料固定前缘上层客舱地板梁上层客舱地板梁水平安定面水平安定面垂直安定面垂直安定面非承压后机身非承压后机身翼肋、机翼翼肋、机翼后缘操纵面后缘操纵面GLARE机身上壁板机身上壁板 复合材料复合材料25% 铝合金铝合金61% 钛合金钛合金10%舷窗的舷窗的抗裂纹扩展性能抗裂纹扩展性能维护性能维护性能舒适性舒适性大修时间大修时间A330A330波音波音7877876年年12年年A350波音波音7872708300基准基准基准基准

7、基准基准3622427900+2%+6%+8%900200420042006200620062006年底年底拟定复合材料用量增加到拟定复合材料用量增加到45称为称为“A350XWB”方案方案复合材料用量飙升到复合材料用量飙升到52碳纤维复合材料用量约为碳纤维复合材料用量约为40A350n选材特点选材特点最新公布的最新公布的A350XWB各类材料分布各类材料分布CC22643020.pptCC22643020.pptAdvantagesAutomated Tape LayingDisadvantages Greater Pounds/Hr. Very Consistent No Debulkin

8、g Required Significant Equipment Cost Recurring Maintenance Limited Contour CapabilityFiber PlacementAdvantages Concave Contours True 0 Plies Possible Consistent ProductDisadvantages Significant Equipment Cost Complex Programming Somewhat SlowLine for Vacuum Degassing ResinLine for Pressurizing Resi

9、nPressure RegulatorResin TrapTo Vacuum PumpMatched Die Mold Held TogetherWith Press Pressure, Clamps, orThreaded BoltsComposite PreformResin Transfer MoldingAdvantages Complex Structures Near Net Molding Excellent SurfacesDisadvantages High Tooling Costs Preform CostsResin Transfer Molded Part ComplexityCC22643020.ppt*- Silicone Rubber as Required Autoclave Pressure Silicone Rubber Composite Skin Tool Expansion Composite Substructure Al Steel Bond Tool Pinned RampBlock Silicone Ru