直升机复合材料波纹梁结构抗坠毁设计技术研究.pdf

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1、总第185期2015年第3期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．185No．32015文章编号：1673—1220(2015)03-014-06直升机复合材料波纹梁结构抗坠毁设计技术研究卢致龙，常成(中航工业直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要复合材料波纹梁作为吸能元件，应用到直升机抗坠毁设计中，由于其在直升机设计中的重要性和复杂性，对复合材料波纹梁结构元件的研究在提高直升机抗坠毁性能方面仍是一个重点。从材料特性、波纹梁结构尺寸、薄弱环节的设置以及铺层对吸能的影响等角度出发，阐述了波纹梁结构元件的设

2、计思想以及设计之初需重点考虑的几个方面，分析了诱角设置、铺层等对提高比吸能能力的贡献。关键词直升机；抗坠毁设计；复合材料；波纹梁中图分类号：V229+．7文献标识码：AStudyofHelicopterCompositeWaveBeamStructureAnti——CrashDesignTechnologyLUZhilong，CHANGCheng(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)AbstractCompositewavebeamh

3、asbeenusedinhelicopteranti—-crashdesignasendergoniccom--ponent．Studyingcompositewavebeamstructurecomponentisstillapivotondevelopinghelicopteranti—crashcapabilityaspect，asitsessentialityandcomplexityinhelicopterdesign．Thispapersetoutfrommaterialcharacteristic?wavebeamstru

4、cturedimension1weaknesstachesettingandlayerineffectonenergyabsorptionaspects，expatiatedwavebeamstructurecomponentdesignpenseeandsomeaspectsondesignbegin．Analyzedinducementangleandlayercontributetoadvanceenergyabsorptioncapability．Keywordshelicopter；anti—-crashdesign；comp

5、osite；wavebeam0引言复合材料一般是脆性材料，材料自身的能量吸收能力相对比较弱，碳纤维增强复合材料的失效应变是铝合金的4％，能量吸收能力仅为铝合金的2％左右‘1

6、。复合材料结构吸能主要是依靠选用一些特殊的结构型式来实现，如波纹梁、开缝圆管、方管以及蜂窝结构等。根据国外相关研究，设计良好的复合材料结构元件的抗坠吸能效果优于铝合金材料结构件。同样几何尺寸的试件试验对比，每千克复合材料试件吸收的能量是铝合金试件的2．7倍，每单位长度吸收的能量是铝合金试件的1．33倍心]，如收稿日期：2014—10—16作者简介：卢致龙(1989一

7、)，男，江西赣州人，硕士研究生，主要研究方向：直升机结构设计。2015年第3期卢致龙，常成：直升机复合材料波纹梁结构抗坠毁设计技术研究’15·图l所示。因而，通过合理的复合材料吸能结构设计可以替代金属材料满足直升机上抗坠毁设计的需求，并达到减重效果．碳／环氧玻纤／环氧铝玻纤，环氧混杂铝合金020406080100120吸能能力／(k-kJ。)图l材料比吸能能力对比图波纹梁结构作为典型的抗坠毁设计，在直升机抗坠毁结构设计中具有重要的使用价值，已经应用到国内外相关型号的直升机抗坠毁设计中。因此，研究波纹梁的设计技术对直升机结构的抗坠毁设计具

8、有重要意义。1波纹梁结构型式“波纹形”复合材料梁作为目前直升机下部机身复合材料抗坠毁结构中的重要抗坠毁元件，其构型为类正弦波腹板与上下缘条结合型式，由于其法向刚度好，有利于在其上面安装其他系统件，以及连接性较好等优点，在工程实际中应用较多，目前国内外已有波纹梁吸能能力试验研究的相关报道日。1。典型的波纹结构型式及波纹梁型式如图2、图3所示。图2波纹结构型式2复合材料波纹梁吸能特性概述复合材料的力学性能比较复杂，失效形式多种多样，导致影响复合材料结构吸能性能的因素很多，其吸能机理是通过发生多种形式的宏细观损伤破坏来吸收能量，包括纤维折断、

9、屈曲，基体破碎，层间分离等。通常，设计中通过控制宏观设计值来达到波纹梁的吸能要求，这包括波纹梁结构的几何尺寸(如波纹梁结构中波长／幅值比、波长／高度比等)、铺层角度及铺层顺序、诱发角大小及材料体系的选择等对