复合材料在f-22上的实际应用课件

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1、复合材料在Ｆ-２２上的实际应用美国Ｆ-２２“猛禽”飞机将于２１世纪初服役,它爬升更快、机动性更好、能清楚地观测更远目标,不用加力燃烧室可作超音速巡航飞行,具有优良的隐身性能。这些优异的作战性能是与其飞机结构使用了先进材料分不开的。Ｆ-２２大量使用了钛合金和复合材料,钛合金占结构重量的４２%,复合材料占２４%,传统飞机材料铝和钢只有２０%。1.大量采用高性能树脂基体第一,仅就复合材料用量讲,Ｆ-２２并不很高,只占结构重量的２４%，但与以往其他飞机相比,它的应用水平提高到了另一级别。复合材料不只是用于蒙皮,而且用于机翼梁和垂尾梁。复合材

2、料不只是用于蒙皮,而且用于机翼梁和垂尾梁。该机机体上应用复合材料的部件很多,主要有以下几方面:前机身:蒙皮和骨梁、部分隔框和构架、燃油箱骨架和箱壁。中机身:中机身结构重量的３５%为铝合金,２３．５%为复合材料,３５%为钛合金。其中部分蒙皮、部分隔框和构架、燃油箱地板、武器舱门的蒙皮和帽型加强筋由复合材料制造。后机身:结构重量的２２%为铝合金,１１%为复合材料,６７%为钛合金。复合材料主要用于其中的龙骨腹板。机翼:结构重量的２３%为铝合金,３５%为复合材料,４２%为钛合金。其中蒙皮、中间梁和部分后梁用复合材料制造。尾翼:蒙皮和前后缘、

3、梁和肋、水平安定面枢轴。第二,Ｆ-２２使用的复合材料大都为高性能树脂基复合材料。2.创新工艺获得实际应用Ｆ-２２不仅使用了较多的高性能树脂基复合材料,还使用了一些新颖的复合材料结构制造工艺,如树脂转移成形、纤维束自动铺放和超级隔板成形。。使用这些新工艺的目的主要是为了实现结构设计意图、减少零件数量和制造成本,以及减轻结构重量.2.1树脂转移成形(ＲＴＭ)ＲＴＭ过程很简单,先将增强纤维预形如Ｉ-型碳纤维编织物或缝合织物放入模具,闭模后将加压的热树脂注入闭合模具型腔,使其浸渍预形,再加热固化,零件就可出模。ＲＴＭ工艺的优点是可经济地生产

4、复杂形状的复合材料制件,制件尺寸精确、重复性好,使装配工作减少。Ｆ-２２是首例大量利用ＲＴＭ复合材料件优点的飞机,它有４００多个件使用了ＲＴＭ,应用范围从进气唇口到机翼中承载的正弦形波纹梁,如前机身的部分隔框和构架、燃油箱骨架和箱壁。中机身的武器舱门帽型加强筋、机翼中间梁、尾翼的梁和肋等。Ｆ-２２的双垂尾集中了许多ＲＴＭ件,每一垂尾含有１０个复合材料Ｉ-型梁,每侧又含有１５个复合材料肋,它们全由ＲＴＭ制造,只是在高应力处有的用铸钛小梁支撑。波音公司使用ＲＴＭ法使成本减少２０%,安装梁时机翼中所需的加强件减少一半。2.2纤维束自动铺放

5、技术Ｆ-２２水平安定面的枢轴是最重要的关键复合材料件,它是用计算机控制的纤维束铺放技术制造的。纤维束自动铺放是一种新型的成本有效的复合材料结构制造工艺,它综合了纤维缠绕工艺和自动铺带工艺的最佳特点。此种工艺的成本优势在于:不像手工铺贴那样限制制件尺寸,可用于由许多小件构成的整体件,因此大大节省了制造和装配成本;随制件的模具形状铺放纤维束,减少了原材料废边料,因而节省了原材料成本;纤维束可随需要释放和增加,能控制预浸束数和将纤维束准确放到所需位置,制件纤维铺层可按工程要求设计,设计者可在制件任何地方改变纤维方向,可充分利用材料和减轻结

6、构重量。2.3超级隔板成形Ｌｕｘｆｅｒ集团超级成形分部开发了一种新的工艺来制造Ｆ-２２的腹部门和口盖,这种工艺称为隔板成形。该工艺是将纤维增强ＰＥＥＫ热塑性塑料板置于两块金属隔板之间,加热加压使其慢慢成形到所需形状。如同ＲＴＭ,概念很简单,但要制造出好产品必需排除空隙和防止纤维滑动,这是此工艺的关键。