复合材料及其在飞机结构中的应用教学内容.ppt

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1、复合材料及其在飞机结构中的应用概述先进复合材料是20世纪60年代崛起的一种新材料与铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空航天的四大结构材料概述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25%～30%，并可明显改善飞机气动弹性特性，提高飞行性能。概述先进复合材料的广泛应用还可进一步推进隐身和智能结构设计技术的发展，因此，先进复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少现已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。复合材料的应用概况从20世纪40年代玻璃/环氧树脂复合材料——操

2、纵面、整流罩和雷达罩等零部件。——直升机旋翼桨叶。刚度，特别是对高速飞机来说，是一个和强度同样重要的设计要求。AdvancedCompositeApplicationCC22643019.pptF-4PhantomIIBoronEpoxyRudderBoron/EpoxyRudderCC22643020.pptF-4PhantomIICC22643020.ppt上世纪60年代复合材料最初的应用是Boron/epoxy的F-14的水平安定面蒙皮和F-15水平与垂直安定面蒙皮。第一个Carbon/Epoxy在军机上的应用是F-15的减速

3、板，占结构重量的2%。CC22643020.pptCC22643020.ppt上世纪70年研制的F/A-18A/B，采用了Carbon/3501-5复合材料机翼、控制面、垂尾和机身蒙皮，占结构重量的12%。在上世纪70年代后期研制了AV-8B，当时使用复合材料的动力是追求性能和减重，复合材料用量占结构重量的28%，主要的材料是Carbon/3501-6epoxy，用于机翼蒙皮、控制面、前机身蒙皮前中央机身蒙皮，并开始用于机翼、控制面和机身骨架，在受热零件上使用了BMI。CC22643020.ppt在上世纪80年代复合材料在飞机结构上

4、增加应用的目的是隐身，在此期间研制的F-117和B2，复合材料用量占结构重量的40%，主要使用Carbon/epoxy，以及一些特殊的树脂和增强体。上世纪90年代复合材料在军机上的用量有所降低(F/A-18E/F和F-22的用量为22-26%)，这是由于从追求减重（性能）变为要考虑成本因素，以及从前面应用得到的经验教训。CC22643020.pptB2轰炸机复合材料38%远程轰炸机RTM整体尾翼CoRTM整体进气道进气道纤维铺放Z-pinX-Cor设备大型整体机翼蒙皮三维编织π型加筋π型连接前机身整体结构F-35战斗机复合材料用量3

5、6%A400M复合材料应用部位大型军用运输机复合材料在飞机结构中的应用直升机上复合材料的用量已达结构重量的60%～80%，如美国的武装直升机RAH-66，其复合材料用量达结构重量的50%以上。美国的垂直起落、倾转旋翼后又可高速巡航的V-22“鱼鹰”，几乎是一个全复合材料飞机。世界上已有许多小型的全复合材料飞机问世，其中著名的“星舟一号”客货两用机已通过适航鉴定；举世闻名的“旅游者”曾创下不加油、不着陆，连续9天环球飞行的世界纪录。直升机材料的发展型号H-34CH-53EUH-60AS-76RAH-66技术水平50年代60年代70年代

6、80年代90年代金属材料87%85%72%59%22%复合材料-5%12%18%50%其他材料13%10%16%23%28%EC135复合材料应用V-22复合材料40%CC22643020.ppt民机复合材料在结构中应用长期以来主要是尾翼级结构，主要原因是如何突破低成本技术。本世纪中，随着A380，Boeing787和A350在机翼和机身结构中大量应用复合材料，标志着低成本复合材料技术已有了突破，进入了新纪元，民机结构的复合材料用量得到了大幅度增加。将复合材料应用到飞机的次承力构件美国：ACEE计划（1976—1986）成果复合材料

7、应用于DC-10方向舵、L-1011副翼、波音727升降舵等部件美国：ACT计划（1988—1997）针对复合材料在飞机机翼及机身上的主承力结构部件突破高损伤容限复合材料主结构设计、制造和应用的关键技术，降低成本为运输类飞机机翼、机身大量应用复合材料提供技术支持降低生产成本20%～30%提供材料和结构性能预测的科学依据使飞机结构减重30%美国：ACT计划（1988—1997）成果C-130大型运输机复合材料中央翼盒复合材料广泛应用于F-22主承力结构件长达12.8米的缝合复合材料大型客机机翼试验盒段美国：AST计划（1992—20

8、02）进一步扩大复合材料在主承力构件的应用范围研究目标完成全尺寸复合材料机翼盒段的设计和地面试验验证为大型客机飞机复合材料机翼复合材料结构应用提高技术储备采用VARTM-PB工艺制造的机翼壁板先进的缝纫设备美国：AST计划（1992—