民机复材结构适航设计要求和符合性方法初探.pdf

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1、d叁航空标准化与质量2012年第l期／”／民机复材结构适航设计要求和符合性方法初探／刘友丹(中航工业综合技术研究所，北京lo0028)‘＼／脯要】研究了当前最先进民用客机复合材料结构的部分适航资料，初步得出了民用客机复合材料结构适航性设计要求和符合性方法。这些适航性设计要求和符合性方法涉及民用客机复合材料结构设计19个方面的问题。【关键词】民用飞机；复合材料结构：适航性；设计要求；符合性方法【中图分类号】1巧5【文献标识码】c【文章编号】1003—6660(2012)01．0008曲5复合材料现在已经成为民用客机的主要结构材料。

2、特别是在波音B787飞机和空客A350飞机中，复合材料的用量已经超过结构材料的50％。某种程度上复合材料的用量，已经代表了民用飞机的先进程度。与传统金属材料相比，复合材料有特殊特性，导致复合材料结构的适航性工作更为困难、更为复杂。我国研制的大型客机也将较多的使用复合材料，预计大型客机复合材料适航工作将是大型客机研制中的重点和难点工作之一。本文在搜集了当前最先进民用客机复合材料结构适航资料的基础上，初步研究民用客机复合材料结构适航性设计要求和符合性方法。期望本文能对国内民用客机复合材料结构适航性工作有所裨益。1复合材料的材料和制造

3、工艺的波动性问题1．1适航要求针对复合材料的材料和制造工艺的波动性问题，适航要求为CCAR25部《运输类飞机适航标准》的25．603“材料”(a)和(b)、25．605“制造方法”和25．613条“材料的强度性能和材料的设计值”(a)和(b)等。1．2设计要求对损坏可能影响零件安全性的材料适用性和耐久性必须满足下列要求：符合经批准的标准，保证这些材料具有设计资料中规定的强度和其它性能：采用的制造方法必须能生产出始终完好的结构。如果某种制造工艺(如胶接、点焊或热处理)需要严格控制才能满足此要求，则该工艺必须按照批准的工艺规范执行；

4、材料的设计值和制造规范必须使因材料偏差而引起结构破坏的概率降至最小；对于共【收修订稿日葫r丽汀砜胶接和随后胶接的零件进行检查，保证结构完整性。对剥离层增加“胶层准备”程序，以保证不发生污染或工艺非常可靠。1．3符合性方法符合性方法为：用有代表性的材料、制造工艺和工装设备制造试验件；应当考虑材料和工艺产生的允许的缺陷；在静力和重复载荷试验件的“最不利”位置施加模拟的缺陷；进行紧固件接头的设计分析和实验室试验时，要考虑允许的最大垫片和没有垫片时的间隙；除非使用的资料很保守，否则螺接接头静力分析和试验时厚度为50％：进行耐久性分析和试

5、验的接头，用紧固件工艺规范制造。2环境对复合材料结构的影响问题2．1适航要求针对环境对复合材料结构的影响问题，适航要求为CCAR25部《运输类飞机适航标准》的：25．603“材料”(a)和(c)、25．609“结构保护”、25．613条“材料的强度性能和材料的设计值”(c)。2．2设计要求针对环境对复合材料结构的影响问题，适航设计要求为：对损坏可能影响零件安全性的材料的适用性和耐久性必须满足下列环境影响(例如：温度、湿度、化学、摩擦、腐蚀剂(民用飞机使用时可能遇到的))；极限热载荷系数为1．00；联合相关最严重情况进行分析(最严

6、重情况下的极限飞行载荷、．650F时的极限飞行载荷；1600F时的极限飞行载荷、零件假定在700F时制造。)；疲劳分析时，温度为标准大气(与疲劳载荷情况兼容)情况。(地一空-底疲劳载荷情况的温度范围是：地面时590F，最大飞行高度时．250F。地面和巡航的温度按线性进行计算。使用与温度情况一致的允许值。假定零件在700F装配。2．3符合性方法符合性方法为：复合材料进行基本材料性能、强度允许值、设计值试验时，必须考虑飞行时的环境影响；试验件必须能代表生产时的材料和工艺规范的限制情况；环境情况必须包括，但是不限于这些因素的单个或联合

7、影响(温度和／或湿度、环境循环时包括冷冻／解冻情况、制造时产生的允许的最大孔隙和、裂纹、化学腐蚀、燃油、辐射、声和振动、侵蚀。)：分析不同材料结构的热特性时，应当明确热载荷的全部影响、以及材料的局部影响。分析时使用规定的允许值。3工具掉落对复合材料结构冲击问题—小工具掉落3．1主结构设计要求针对复合材料结构小工具掉落的冲击问题，对主结构的设计要求为：承受4英尺．磅的冲击时，结构不能有可见的损伤。3．2符合性方法用直径1英寸的半圆冲击器进行冲击试验。造成的损伤应当小于工艺规范的限制。4工具掉落对复合材料结构的冲击问题——大工具掉落

8、(产生凹坑)4．1主结构设计要求针对复合材料结构大工具掉落的冲击问题，对主结构的设计要求为：进行100英尺．磅的冲击试验，或冲击损伤结果为难于发现的损伤；DSO(设计使用目标)循环试验(含环境影响)后，结构能保持极限载荷强度；在关键结构位置进行一次或多次冲击试验