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埃爾比特系統公司開發無緊固件的復合材料飛機艙門和控制面

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-05-17  來源:航空工業信息網  瀏覽次數:41
 復合材料世界網站2016年4月21日刊文稱,埃爾比特系統公司旗下龍卷風公司采用一次性樹脂轉移模塑(RTM)工藝,開發了一款沒有使用金屬緊固件的全復合材料飛機艙門。

  龍卷風公司報道其成功驗證了艙門設計的制造,使用的是自有專利的幾何鎖定的復合材料附件,實現了完全沒有緊固件的結構,對比現在使用的鋁和“黑鋁”復合材料艙門,減重和成本達到30%。
 

  RTM制作的全復合材料艙門
 

  龍卷風開發了專利的附件,替代接頭中使用的金屬緊固件,以滿足規章要求。問題在于災難性的艙門失效將危及飛行安全,因此它們是飛機中的飛行關鍵或主結構件。所有使用膠接接頭的主結構必須在載荷路徑中提供冗余,以防止連接失效。因此,當今絕大多數復合材料主結構不是僅使用機械緊固件,就是在接頭之外使用它們以滿足規章要求。不過,它們需要大量的制造后加工和裝配,而且增加了重量,因為層板必須“被增強”以容納緊固件孔同時不會弱化結構。
龍卷風在2016年的JEC世界展上展出了這個集成的全復合材料艙門。公司已經驗證了艙門的高效制造,它將繼續進行循環加壓試驗,以仿真服役壽命,并且使其開發的無損檢測手段成熟化。
 

  幾何鎖定的復合材料附件
 

  同時,龍卷風將這項技術擴展到了集成的飛機復合材料控制面上。作為一個驗證件,公司重新設計和制造了一個蒼鷺TP級無人機外副翼的1200mm根段。該段的弦長從根部的280mm到外側的250m,最大高47mm。
基線復合材料副翼由一個夾心的上蒙皮和下蒙皮、一根整體主梁、六根前肋和三根后肋組成,全部熱壓罐固化,此外還有一套三個鋁制附件及其支撐。
新結構帶有一個單一集成蒙皮,由三根梁陣列加筋增強以去除肋,經設計優化以抵抗扭矩,這是最主要的載荷。固化前的復合材料附件由非熱壓罐(OOA)的碳纖維/環氧樹脂制成,放置在干預形件層之間以實現幾何鎖定,提供冗余和抵抗平拉載荷。這個損傷容限設計旨在提升副翼的耐久性和可靠性。一個關鍵方面是最少的零件,最少的接口數量以及孔數,復合材料要盡可能地連續。
公司使用了最少量的標準材料,去除了夾心,減少了成本。選擇了先進RTM工藝在高壓下注射樹脂,以生產高質量的集成結構,可近凈成形去模,對比經典的預浸料處理來說,具有高可重復性和降低的成本。
 

  無緊固件的復合材料副翼

可行性試驗包括標準的工程和FEA載荷分析、物理拉伸、彎曲和扭矩載荷、附件拉出試驗、適合的且已驗證的NDI和生產成本分析,顯示出該方法的成功。公司共制造和試驗了20個帶復合材料附件的副翼根段零件,成功演示了:
——纖維樹脂含量比50%;
——尺寸偏差±0.3 mm;
——重量1600g,偏差1.5%;
——在顯微照片中沒有孔隙或分層;
——準備時間減少50%;
——成本降低35%。
 
 
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