《复合材料及其在飞机结构中的应用》.ppt

It is applicable to work report, lecture and teaching 复合材料及其在飞机结构中的应用 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 飞机结构设计的研究和发展一直与采用性能优越的新材料密切相关。20世纪30年代铝合金的问世，取代了帆布和木材，曾给飞机结构设计带来了一次革命性的飞跃。今天，先进复合材料的应用，同样引起了一场飞机结构设计上的重大技术变革。 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。 Advanced CompositeApplication Cppt F-4 Phantom II Boron Epoxy Rudder Boron/Epoxy Rudder Cppt F-4 Phantom II Cppt 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 的减速板，占结构重量的2%。 Cppt Cppt 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/3501-6 epoxy ，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。 Cppt 在上世纪80年代复合材料在飞机结构上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。 Cppt B2轰炸机复合材料38% 远程轰炸机 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-34 CH-53E UH-60A S-76 RAH-66 技术水平 50年代 60年代 70年代 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% Cppt 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