先进复合材料结构飞机机械连接技术现状及发展方向
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复合材料胶接技术的发展与应用我国低空领域的开放,为民用飞机提供了很大的发展空间,而研制新型高性能民用飞机也离不开复合材料和结构胶粘剂的使用,因此研制高性能耐久结构胶粘剂也是一种新的挑战。
本着“为减轻每一克质量而奋斗”的理念,越来越多的高性能轻质材料(复合材料)应用在飞机结构中,而胶粘剂也因为其结构轻、连接效率高等优点现在逐渐成为飞机设计制造中不可或缺的部分。
与各向同性的金属材料相比,各向异性的复合材料经过切割或机械加工时会受到严重损伤和弱化,其层间剪切变得更敏感。
因此,胶接比机械连接更广泛地应用于先进复合材料的连接设计中,特别对于单向的复合材料,不允许出现应力集中的现象,胶接为高载荷提供了有效方法。
在高性能的航空复合材料制件的制造过程中,复合材料预固化后对制件进行胶接装配通常是必要的,通常采用热固性胶膜对这些基材进行二次胶接。
复合材料修补通常也可属于胶接范围。
还有未固化的预浸料蒙皮采用胶膜与各种各样的蜂窝进行胶接,即共固化胶接。
结构胶粘剂1 结构胶粘剂的概念结构胶粘剂(简称结构胶),按ASTM的定义是能在预定时间内,在使用环境中能承受相当的力,并具有与被粘物相匹配的强度和耐久的使用寿命。
结构胶粘剂一般以热固性树脂为基料,以热塑性树脂或弹性体为增韧剂,配以固化剂等组成,有的还加有填料、溶剂、稀释剂、偶连剂、固化促进剂、抑制腐蚀剂和抗热氧化剂等。
结构胶粘剂的特点在于不论用于什么粘接部位,均能承受一定的应力,并具有较好的不均匀扯离强度和疲劳强度。
胶粘剂的粘接强度主要取决于胶粘剂本身的内聚力及胶粘剂与被粘接材料之间的粘附力。
2 结构胶粘剂的种类结构胶粘剂的品种繁多,从不同角度对胶粘剂有不同的分类。
胶粘剂可按形态分为膜状、带状、液状、糊状等;可按固化温度分为中温固化结构胶、高温固化结构胶和室温固化结构胶;也可按化学成分分为改性环氧、改性酚醛、聚酰氩胺等;还可按使用特性分为板- 板胶、面板胶、芯条胶、发泡胶等。
机械设计中的材料发展与应用研究近年来,随着科学技术的不断进步和人们对高效、可持续发展的需求增加,机械设计中的材料发展与应用研究变得日益重要。
材料作为机械设计的基础,直接影响着产品的性能和可靠性。
在这篇文章中,我们将探讨机械设计中材料发展的几个重要领域。
1. 先进复合材料的应用先进复合材料是目前机械设计中的热点之一。
与传统材料相比,先进复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀等特点,被广泛应用于飞机、航天器、汽车等领域。
例如,碳纤维增强塑料(CFRP)作为一种常见的先进复合材料,其强度比钢材还要高,却只有它的1/4重量。
这意味着使用CFRP可以显著降低整车重量,从而提高燃油效率和减少碳排放。
因此,先进复合材料的应用研究具有重要的意义。
2. 高温合金的研发与应用在高温环境下,传统材料容易受到热膨胀、热疲劳等问题的影响,从而降低机械设备的可靠性和寿命。
为了应对这一挑战,高温合金的研发与应用成为一项重要任务。
高温合金具有良好的高温强度和耐腐蚀性能,被广泛用于航空、航天、能源等领域。
例如,涡轮发动机的关键部件通常采用镍基高温合金,能够在极端的高温环境下保持稳定的性能。
3. 纳米材料的发展与应用纳米材料作为一种新兴的材料,具有独特的物理、化学和力学性质。
由于纳米材料的颗粒尺寸在1-100纳米范围内,颗粒间的相互作用较大,导致材料的性能具有显著差异。
因此,纳米材料在机械设计中的应用研究备受关注。
例如,氧化锌纳米颗粒可以用于制备纳米传感器,具有高灵敏度和快速响应的优势。
此外,纳米银也被广泛应用于制备导电胶粘剂和导电墨水,用于电子元件的可靠连接和导电。
4. 可再生材料的开发与利用随着环境保护和可持续发展的重要性日益增加,可再生材料的开发与利用成为机械设计中的重要课题。
可再生材料是指能够自然循环、可替代传统能源的材料,如生物质材料、再生塑料等。
这些材料具有可降解性、低碳排放等优点,能够减少对有限资源的依赖。
例如,生物质材料可以用于制备生物降解塑料,用于替代传统塑料,减少对化石燃料的需求。
航空复合材料的分类,工艺技术以及在航空领域的应用情况研究近几十年来,随着复合材料技术的进步,复合材料因在航空领域的广泛应用,继铝、钢、钛等金属材料之后成为四大航空基本结构材料之一。
用复合材料去带取代传统的机械金属结构能够减轻20%~30%的结构重量,减低飞机制造成本。
本文通过研究了航空复合材料的分类、制造航空复合材料的工艺技术、复合材料在航空领域的应用情况等角度分析航空复合材料的性能特点在飞机上的应用,复合材料的制备技术对航空结构的影响、航空复合材料在飞机上的应用发展情况。
关键词:航空;复合材料;航空运用;研究一、航空复合材料1.1树脂基复合材料树脂基复合材料,具有良好的化学稳定性、超高韧性和高耐热性;碳纤维是一种基于有机聚合物的纤维增强材料,具有质量轻、强度高、韧性强、机械性能优良等优点,是一种能够灵活设计结构的理想材料。
1.2陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是一种耐热结构复合材料,具有高强度、比重大、体积小、抗氧化、耐高温性能好、热膨胀系数低、抗腐蚀能力强,其缺点是受力易产生裂纹,脆性大[1]。
通过采用高强度、高弹性的纤维和基体复合,得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料能够解决应力状态下会产生裂纹的问题。
硼化物陶瓷基复合材料具有优异的性能,如熔点高、硬度高、导热率高等,广泛应用在超高温的发动机部位,美国空军将其应用在液体火箭发动机高温静止部件上[2]。
二、航空复合材料技术随着飞行器向更高、更快、智能化、无人化、低成本化演变,航空复合材料技术研究的目标是扩大复合材料在航空结构中的应用范围,以尽可能低的使用成本生产高性能的航空零部件。
复合材料制造技术的不断突破和性能不断提高在解决复合材料过高的制造成本起着重要作用,这是目前复合材料在应用上的一个大难题。
复合材料的制造技术分为以下几种。
2.1零件成形技术(1)树脂传递模塑成型技术(RTM)自上世纪90年代之后,已经开发了应用于高强度主承力结构技术的低成本制造技术,如今已应用在F-35战斗机的垂尾上。
复合材料结构装配过程中的制孔和连接作者:程健男来源:《经济技术协作信息》 2018年第10期在目前的社会发展中,许多科研人员研发出了性能优良的新型建设材料。
高性能材料应用的范围比较广。
在进行飞机的制造中,也使用了多种高性能的材料,其中,复合材料在飞机的研制中比较常用。
在使用的过程中一定要注意复合材料的装配问题,相关单位需要加强对这方面的重视,提高复合材料的装配水平,这样才可以保证飞机的制造水平。
因此,本文对复合材料结构装配过程中的制孔和连接进行了探讨。
一、复合材料结构装配的特点飞机复合材料零件装配与金属零件装配相比,具有以下的特点:1.复合材料的零件使用的加工技术要求是非常高的,复合材料自身的性质比较特殊,很容易在加工的过程中出现各个部位的尺寸与实际要求相差过大的情况,在零件加工和配置的过程中一定要注意这个问题,并才有效的措施去处理。
2.许多复合材料与其他零件接触的过程中,很容易产生化学反应,严重的化还会造成腐蚀。
比如碳纤维复合材料就非常容易与铝发生化学反应,放置的过程中要注意每个零件的性质。
比较常用的复合材料玻璃纤维,由于其本身具有不导电的性质,就不会与其他的材料产生化学反应。
3.复合材料在实际应用的过程中比较脆,许多复合材料在使用很容易出现断裂,所以在装配的过程中,会对装配操作有极大的要求。
装配间隙不同,需要使用不同的垫片进行防护作用,避免对复合材料造成影响,出现断裂现象。
4.不同种类的复合型材料都是多种材料组合而成的,材料的层数也非常多,这些材料的单面强度比较高,中间间隔的强度比较小,在进行制孔的过程中很容易出现时孔处断裂的现象。
5 .复合材料与金属材料一起进行制孔的过程中,要注意制孔的顺序,如果从复合材料这一面进行打孔作业,很容易对金属材料造成损坏,不能保证制孔的质量。
6.由于复合材料的层数比较多,各层间隙中的强度比较弱,在外力的作用下很容易出现分层的现象,在进行装配的过程中,不建议使用冲击力较强的方式。
复合材料制作飞机机翼工艺复合材料制作飞机机翼是现代航空制造中的重要工艺。
复合材料通常由纤维增强树脂或金属基体组成,具有高强度、轻质和耐腐蚀等优点,因此在飞机制造中得到广泛应用。
下面我将从几个方面介绍复合材料制作飞机机翼的工艺。
首先,复合材料制作飞机机翼的工艺包括材料选择和预制。
在材料选择方面,通常会选用碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维等作为增强材料,再配以环氧树脂、酚醛树脂或者聚酰亚胺等作为基体树脂。
这些材料需要经过精确的配比和预处理,以确保制成的复合材料具有理想的性能。
在预制阶段,通常会采用手工层叠或自动化纺织工艺,将纤维与树脂浸渍后叠压成型,形成所需的复合材料构件。
其次,复合材料制作飞机机翼的工艺还包括模具制作和成型。
模具是制作复合材料构件的关键工具,通常采用金属或者复合材料制成。
在成型过程中,预制的复合材料会被放置在模具中,并经过加热和压力处理,使其固化成型。
成型工艺通常包括热压成型、自动纺织成型、注塑成型等多种方法,以满足不同形状和尺寸的机翼构件需求。
另外,复合材料制作飞机机翼的工艺还涉及到后续加工和连接。
制作好的复合材料构件需要进行表面处理、修整和加工,以满足飞机机翼的设计要求。
同时,这些构件还需要与其他部件进行连接,通常采用粘接、螺栓连接或者机械连接等方式,确保机翼的整体性能和稳定性。
总的来说,复合材料制作飞机机翼的工艺涉及材料选择、预制、模具制作、成型、后续加工和连接等多个环节。
这些工艺需要严格控制每个环节的质量和工艺参数,以确保最终制成的飞机机翼具有优良的性能和可靠的质量。
同时,随着航空制造技术的不断进步,复合材料制作飞机机翼的工艺也在不断创新和改进,以满足飞机制造的需求并提升飞行器的性能和安全性。
关于复合材料结构用紧固件及机械连接技术探讨摘要:本文对复合材料结构用紧固件类型分析,并对复合材料机械连接技术应用要点加以阐述,希望能为提升连接接头质量提供有效建议。
关键词:复合材料;紧固件;机械连接技术引言:因复合材料性能优势,被大量投入在飞机零部件装配中,因复合材料结构特殊性,也极易促使复合材料结构在运用过程中出现诸多影响连接接头质量的问题。
在明确各类型复合材料结构用紧固件性能前提下,如何有效应用机械连接技术,是目前各相关人员需要考虑的问题。
1.复合材料结构用紧固件类型分析1.1铆接类紧固件出于对复合材料结构抗冲击能力较差综合考虑,在利用铆接工艺紧固件干部时,需要特别注意因膨胀作用而导致孔边出现分层问题,难以确保接头质量。
就铆接工艺而言,手工铆接工艺对一致性紧固件夹紧力矩的获取相对较难,因此,当规格超出4mm,一般情况下,将选择可控拧紧力矩的紧固件,相较于安装其他类型紧固件,铆钉安装操作简单,且质量又轻,被广泛应用于规格4mm以下的铆钉连接场合中。
例如,A286铆钉、钛铌铆钉以及双金属铆钉等是飞机复合材料结构中常常运用到的铆钉,其中F-14战斗机复合材料尾翼装配中大量A286铆钉投入使用;钛铌铆钉被运用于现下复合材料壁板件装配上,碍于复合材料板壁较薄,通过采用钛铌铆钉对其进行铆接,在一定程度上能够确保接头质量,在具体操作过程中,需要将垫圈加设在铆接形成头部位,避免孔壁分层问题出现;钛合金结构与复合材料承剪结构有专用紧固件,即双金属铆钉,由于杆部强度较高,且尾部可塑性佳,将抗剪型钛高锁螺栓进行替代,在铆接过程中,钉杆和钉尾所形成的交界面应在最大夹层内部[1]。
1.2螺栓类紧固件钛合金螺栓/自锁螺母、钛合金高锁螺栓/高锁螺母、艾迪2型螺栓紧固系统等主要使用在复合材料结构开敞部位,在具体安装操作时,为防止连接后的复合材料自身承载能力降低,作业人员需要对力矩加以控制,可有效规避此方面问题发生。
复合材料结构中安装钛合金螺栓/自锁螺母时,鉴于复合材料钉载分配能力低,为科学有效控制力矩,可采用限力矩扳手来辅助安装,既能获得一致性的安装力矩,又能最大程度上规避因不一致力矩而造成复合材料结构性能降低问题出现。
飞机复合材料结构的装配连接技术◎陈健(作者单位:中航通飞华南飞机工业有限公司)与普通的材料相比,复合材料有较高的强度、很好的比模量及较小的热膨胀系数,且复合材料的抗震性及抗疲劳能力很强,相对来说有很高的延展性,并且可设计性十足。
所以在飞机制造领域,复合材料得到高度认可和广泛应用。
一、基本装配连接技术分类1.胶接技术。
胶接技术顾名思义就是用胶粘剂将复合材料的零件连接起来,从而使复合材料变成不可以拆分的牢固的整体,相对于其他连接技术来说,此种方法比较简单实用,在很多领域的应用也比较广泛。
胶接的工艺也具备很多优势,如生产周期短、工艺较简单,且其拥有美观大方及光滑的外表。
可以减少符合材料由于钻孔施工等产生疲劳龟裂的现象,且胶接之后会有胶层,可以防腐蚀和绝缘。
与其他材料相比,胶接技术使用的材料阻尼较高,且具备很强的防振和降噪功能。
但是此种方法也存在一定缺陷,主要包括无法检测胶接的强度、胶接材料容易老化等,且其受环境影响比较大,连接质量无法得到有效保证。
2.机械连接技术。
机械连接技术的种类有很多,主要包括铆接、螺接及专用的紧固件连接等,原理是将复合材料按照设计进行开孔,之后与对应的零部件连接到一起。
此种技术的应用优势有连接之后强度较大,而且可以承担的载荷很高,具有一定的抗剥离性,从而安全性更高。
机械连接之后的连接件可以进行拆分,对于重复性装配来说比较容易,后期维修更加便捷,并且可以随时检查连接质量。
但是机械连接法也有一些缺点,如钻孔困难,对道具的磨损速度很快,在出口部位容易出现分层的现象,钻孔周围的强度降低。
同时在对复合材料进行连接时,容易造成其不同程度的损伤,且技术紧固件容易被腐蚀,需要采取有效措施对其进行保护。
3.混合连接技术。
混合连接技术是胶接技术与机械连接技术的结合,以上两种技术的融合使用要求其保持高度一致的变形,从而可以同时承受载荷,使经过连接的部位可以拥有更强的耐久性和承担载荷的能力。
两种技术的结合使用可以很好地规避各自存在的缺点,能使连接件的安全性得到有效提升,通常情况下,两种技术的结合经常被用来对胶接剥离性进行改善及胶接维修等。
异种材料先进连接技术及在航空航天发动机中的应用引言航空航天工业的发展一直处于技术创新和发展的前沿。
随着技术的不断进步,航空航天发动机的设计和制造也在不断更新换代。
先进的材料和连接技术在航空航天发动机中的应用越来越普遍,它们不仅可以提高发动机的性能和可靠性,也可以降低发动机的重量和成本。
本文将重点介绍异种材料先进连接技术的最新发展及其在航空航天发动机中的应用。
一、异种材料先进连接技术概述1.1 异种材料连接技术的发展历程异种材料连接技术是指将不同种类的材料通过连接设备、连接件或连接工艺进行组合,在实现功能联合的同时实现材料连接的技术。
随着航空航天技术的发展,对材料连接技术的要求也不断提高。
传统的连接技术已经无法满足发动机的性能和可靠性要求,因此异种材料连接技术应运而生。
异种材料连接技术的发展历程可以分为以下几个阶段:早期的手工焊接和黏接、自动化焊接和黏接、机械连接技术、化学连接技术和结构胶连接技术。
每一种连接技术都有其特定的应用领域和优势,但也存在一定的局限性。
近年来,随着先进材料的发展和制造技术的进步,异种材料连接技术也在不断创新和完善,为航空航天发动机的设计和制造提供了更多的选择和可能性。
1.2 异种材料连接技术的分类根据连接材料的性质和使用条件的不同,异种材料连接技术可以分为以下几类:焊接技术、黏接技术、机械连接技术、化学连接技术和结构胶连接技术。
每一种连接技术都有其独特的优势和适用范围,可以根据实际的应用需求和条件进行选择。
1.3 异种材料连接技术的研究热点目前,异种材料连接技术的研究热点主要包括以下几个方面:高温高压环境下的连接技术、复合材料的连接技术、新型材料的连接技术、数字化设计和制造技术在连接工艺中的应用。
这些研究方向将为航空航天发动机中的异种材料连接技术提供更多的创新和突破契机。
二、异种材料连接技术在航空航天发动机中的应用2.1 轴承系统的连接技术发动机的轴承系统是发动机的重要组成部分,直接影响着发动机的运转性能和寿命。
客机复合材料APU舱门结构设计及分析摘要:按照结构布局、适航要求及APu门载荷水平,对复合材料APu舱门结构进行设计研究。
为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构。
利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求。
关键词:APU舱门;结构设计;复合材料;夹层结构随着航空科掣技术曲不断进步.新材科飞速发展.其中尤以先进复合材料的发展最为突出。
先进复合材辩主要包括较高强度和横量的玻璃纤堆、碳纤维、芳纶纤维等增强的复台材抖,耐高温的纤雏增强陶瓷基复台材科、隐身复合材料、梯度功能复台材料等。
一、国内外复合材料发展现状与趋势过去一个世纪,航空用复合材料经历了很大的发展变化。
2O世纪60年代以硼、环氧为代表,先进复合材料问世,源于军机结构减重需求。
此后,碳纤维成为主要增强纤维,民机着重研究了与安全性、可靠性、经济性相关的复合材料性能和设计、工艺技术。
日本东丽公司00碳纤维(基准型碳纤维)达到波音公司碳纤维材料规范BMS9—8要求。
T300/环氧(采用未改进胺类固化剂)复合材料符合波音公司复合材料预浸料标准BMS8—256要求(含复合材料性能指标要求),为民机结构用第1代复合材料,用于操纵面和尾翼结构。
波音公司提出了新的复合材料预浸料标准BMS8—276,概述了主承力结构复合材料性能目标。
波音公司提出改进碳纤维性能,要求碳纤维拉伸弹性模量提高30%、拉伸强度提高50%,同时,开发高抗分层能力的韧性树脂基体,欲将复合材料结构设计许用应变由第1代复合材料的0.13~0.14%提高到0.16~0.18%,以使新一代复合材料适合民机主承力结构应用。
NASA发布RP1142碳纤维/热固型韧性树脂复合材料标准规范。
中模量、高强度型碳纤维T800达到波音公司碳纤维材料标准BMS9217要求,并与同期研发的180~C固化韧性环氧树脂构成的复合材料(如T800H/3900—2)达到波音公司材料标准BMS8—276要求。
飞机设计的现状与发展趋势研究一、绪论随着航空产业的迅猛发展,飞机设计也进入了一个高速发展的阶段。
如何实现更高的安全性、更高的经济性、更低的能耗以及更加舒适的乘坐体验,是飞机设计所面临的挑战。
本文将从飞机设计的现状和未来发展趋势两个方面进行研究,以期为飞机设计提供更为科学的指导。
二、飞机设计现状分析1. 结构设计目前,飞机结构设计已经从传统的加强肋骨设计发展到针对塑料材料的桁架设计和碳纤维复合材料设计。
这种结构设计模式不仅能够降低飞机的重量,也能使其更加牢固,提高安全性。
但是,为了保证飞机在高度和低温环境下的运行安全,结构设计必须充分考虑材料的强度和耐候性。
2. 升降舵设计在传统设计中,升降舵是由螺旋桨拨拉机械连接,通过连接机构进行运动。
在现代飞机设计中,升降舵通常与机翼一体化设计,利用舵面的形变来生成提升力和俯仰力。
这种设计不仅能够增加飞机的机动性,并且还能减轻质量,提高效率。
3. 燃油管理系统设计为了提高飞机的经济性和能量效率,燃油管理系统必须设计得更加精细和高效。
目前,燃油管理系统已经在飞机设计中得到广泛应用。
系统不仅可以准确地计算油耗,还可以自动调节油泵的油流量和压力,以适应高速飞行和低速滑行等不同的工作状态。
4. 操纵系统设计目前大部分飞机的操纵系统通常采用一种液压助力系统,飞行员使用操纵杆来控制飞机的活动。
随着技术的发展,电子控制系统的发展也被广泛应用于飞机设计。
通过电子控制系统,操纵操作可以实现更加精确、快速和安全的控制。
三、发展趋势分析1. 新材料的应用目前,新材料的应用已经成为飞机设计的主流趋势。
特别是一些先进材料,如碳纤维复合材料、铝合金和钛合金等,具有更高的强度和轻质化特点,能够有效降低飞机的重量,进而提高飞机的经济性和能源效率。
2. 自主驾驶技术的应用自主驾驶技术的发展正在成为未来飞机设计的重要趋势之一,因为它可以有效提高飞行安全性、降低事故率和提高效率。
通过引入先进的传感器和控制系统,飞机可以实现自动驾驶、自主预警、自主调节等多项功能,能够更加平稳、安全地飞行。