整体成型复合材料模型机翼设计、制造与验证

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1、第31卷第4期航空材料学报Vol.31，No.42011年8月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSAugust2011整体成型复合材料模型机翼设计、制造与验证1，222222罗楚养，益小苏，李伟东，周玉敬，朱亦钢，刘刚(1．北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191;2．北京航空材料研究院先进复合材料重点实验室，北京100095)摘要:根据给定的外形设计了四种不同结构形式的复合材料模型机翼，通过对所采用树脂基体的化学流变特性的研究，确定其最佳固化工艺条件。采用整体成型技术制备了四种全复合材料模型机翼，并进行了三点弯曲试验。结果表明，工字梁结

2、构形式的模型机翼具有最高的载荷重量比，其次为C型梁机翼，而蒙皮-夹芯机翼的载荷重量比最小。其中，蒙皮-夹芯模型机翼在测试中表现为加载点上蒙皮压缩破坏;蒙皮-加筋机翼则表现为支点处的剪切破坏;梁式结构机翼均表现为支点与加载点中间的前缘剪切破坏。采用有限元分析模型机翼的强度与破坏过程，其结果与试验结果吻合良好。关键词:复合材料机翼;整体成型;三点弯曲;有限元分析;泡沫夹芯DOI:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.4.011中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1005-5053(2011)04-0056-08先进复合材料具有优异的比强度、比刚度

3、、抗疲提高了复合材料机翼的颤振速率，并实现了减重。［8］劳性能和刚度可设计性等优点，已经广泛应用于航在成型工艺方面，Ahopelto采用低温固化预浸料空航天结构中，大量采用复合材料是未来飞行器结和真空袋法成型了复合材料机翼，研究发现，对于机［1，2］构设计的突出特点。自20世纪60年代末首次翼蒙皮和前缘采用此方法可实现低成本，但对于翼［9］在机翼操纵面和方向舵上采用复合材料以来，复合梁和翼肋等承力结构则不适用。Madan和Sutton［3～7］［8～22］材料机翼的设计与成型技术一直是国内设计并测试了胶接成型复合材料蒙皮加筋壁板的损［3］外研究的重点。Seresta等提出了

4、一种用于复合伤容限，结果表明，加强筋的弯曲刚度与蒙皮刚度的材料翼盒结构优化设计的混合约束方法，该方法考匹配是这种结构设计的重点。Anderson和Holzwar-［10］虑铺层的连续性，将铺层角度和总厚度作为优化变th研究胶接技术在机翼上的应用，结果表明该技［11］量，得到一种相对安全的设计，从而实现减重。术可以实现机翼低成本成型。Kong等采用共固［4］Chang等针对后掠复合材料翼盒的颤振和刚度问化和二次胶接技术制备了一个复合材料翼盒的缩比题进行了优化，研究发现通过优化铺层角度可以显模型，并测试了其弯曲力学性能，有限元预测的上蒙著提高翼盒的颤振速率。Perera等［5］

5、对无缝气动弹［12］皮屈曲模态与试验结果一致。Klein和Kosmatka性机翼的重量、结构外形和气动弹性剪裁进行了优采用共固化和二次胶接技术制备了无人机复合材料化，使该机翼减重近30%，同时改善了翼盒的刚度机翼。随着航空复合材料低成本化制造的迫切要和气动弹性稳定性。Haddadpour等［6］综合考虑了［13］求，整体成型技术和考虑制造与成本的多学科优材料各向异性、横向剪切、翘曲抑制、非均匀扭转模［14］化设计成为未来复合材料机翼的发展方向。整型和转动惯量的影响，建立了复合材料单盒梁机翼体成型可一次成型大型复杂的复合材料结构，如机气弹分析模型，并利用该模型研究了复合材料机

6、翼身舱段、翼盒、整体油箱、大梁和加强框等，大量减少［7］在不可压缩流中的气动弹性稳定性。Guo采用有连接件，提高制件性能，降低装配成本，是目前世界限元法对复合材料机翼进行了气动弹性剪裁优化，［15～17］上复合材料领域发展的关键技术。Musicman［18］和Reinert首次提出了翼身融合整体成型概念，试收稿日期:2010-12-27;修订日期:2011-04-08验表明整体成型可降低成本，提高制件性能。Jeg-基金项目:国家自然科学基金资助项目(E050603)，航空科［19］［20］［21］［22］ley，Scott，Teufel和Takahira等也分别研学基金资助

7、项目(20095251024)作者简介:罗楚养(1984—)，男，博士，主要从事复合材料结究了树脂膜渗透(RFI)、树脂传递模塑(RTM)、共固构设计的研究，(E-mail)cyluo@ase．buaa．edu．cn。化(Co-Curing)和共胶接(Co-bonding)等成型技术在第4期整体成型复合材料模型机翼设计、制造与验证57复合材料机翼上的应用，结果表明这些技术可实现截面尺寸。模型机翼的性能通过三点弯曲试验复合材料机翼的低成本化。来考核，以载荷重量比为标准对其力学性能进行尽管整体成型可获得优异的力学性能，