几何扭转的无人机机翼复合材料结构设计

具有几何扭转的无人机机翼其机翼外形是复杂的扭曲面,给制造特别是装配协调带来难度。文中介绍了针对几何扭转的无人机机翼的复合材料结构设计,采用巧妙的工艺设计思想,利用复合材料共固化翼面结构将复杂扭曲面的协调装配简化,从而解决了几何扭转的无人机机翼的低成本制造问题。针对某型无人机所设计的几何扭转机翼已经取得成功应用。     

碳纤维复合材料轨道车辆结构的设计分析

车体的轻量化是轨道交通车辆未来发展的方向之一,碳纤维复合材料是车体轻量化设计的优选材料。本文介绍了一种全碳纤维复合材料车体的轻量化设计,包括整车结构设计和连接设计。通过有限元方法对复合材料整车结构的强度、刚度以及模态进行了校核。进一步对碳纤维复合材料的力学性能进行了评价。并按照一体化成型和模块化的思维,采用真空辅助成型工艺在烘箱环境下制备复合材料车体试验段,验证了车体的结构设计和制造技术的可行性。研究结果表明:(1)碳纤维复合材料车体的设计应综合考虑材料特性、车体结构和承载方式,减少零部件数量和连接,实现车体的一体化成型;(2)碳纤维复合材料在车体制造上能够较大幅度减少车体质量。本文设计的碳纤维复合材料车体在满足车体强度、刚度和模态标准的前提下,全碳纤维复合材料车体相比传统铝合金车体减重42%。     

复合材料多隔板框梁结构的RTM工艺成型

复合材料多隔板框梁结构复杂,内外形精度要求高,本文研究了采用树脂传递模塑成型(RTM)工艺实现该类结构的精确制造。介绍了RTM成型模具的设计、预制体的制备及其注胶工艺的改进,并讨论了它们对于RTM制件质量的影响。结果表明,整体线型注胶口利于大型复杂结构的树脂注胶;适当增大注胶压力,并进行保压,有利改善制件表面质量;控制预制体和树脂中的气泡有利改善制件内部质量;预制体转角区增加额外填充材料可以避免该区域的富树脂及其脱落引起的表面缺陷。最后对其力学性能进行了测试分析。     

注塑成型导电高分子复合材料研究进展

综述了注塑成型导电高分子复合材料(CPCs)的典型微观结构,总结了提高注塑成型CPCs力学性能和电性能的方法,提出了优化工艺并进行复合材料微观结构设计是拓宽注塑成型CPCs应用领域的关键。     

基于国产T300级碳纤维复合材料C型肋结构成型工艺

以C型肋结构为研究对象,采用国产T300级碳纤维单向带预浸料,针对C型肋结构成型过程中存在的R角厚度减薄以及外形轮廓控制等问题,开展了一系列的工艺路线设计优化,通过优化零件封装方式和成型工装固化摆放方式,R角厚度实测值合格率由4.17%提高到100%;设计工装回弹角值,制造均衡铺层和对称铺层的试验件外形轮廓均能满足工程要求。通过一系列低成本高效的优化方式,本方法成功解决了成型过程中R角厚度减薄以及外形轮廓控制等问题,为国产复合材料改进研究提供借鉴,缩短了国产复合材料应用研究周期。     

考虑机翼大变形模拟的复合材料前缘结构试验技术

在某热塑性复合材料结构的应用技术研究中,为验证全尺寸前缘强度分析方法的正确性并检验制造工艺,进行了结构静力试验。为真实地模拟复合材料机翼前缘结构的受力状态,试验需模拟机翼主盒段对前缘的支持刚度。采用理论方法设计了支持夹具的初步构型及尺寸,然后运用有限元仿真对支持夹具结构进行了优化设计。试验采用在支持夹具上施加主动载荷的方法成功模拟了支持刚度,取得了预期结果。     

变形机翼前缘柔性蒙皮优化设计与分析

绿色航空要求下一代飞机结构能够实现光滑连续的变形,以保证全包线下的飞行性能最优。现有变形结构方案难以平衡变形精度和承载的矛盾,且变形精度难以满足层流机翼飞行的要求。为了有效地解决该矛盾,本文针对CAE-AVM远程公务机提出了一种无缝光滑的变弯度机翼前缘结构方案及柔性蒙皮优化设计方法。该结构主要由复合材料柔性蒙皮和内部连杆机构组成。在优化方法中,本文提出了加权最小平方差(WLSE)的变形控制优化问题目标函数,进行变形误差的描述,采用NSGA-Ⅱ的智能优化算法实现了对复合材料铺层、连接点位置和驱动力大小等设计变量的协同优化,并分析了实现的最终外形与目标外形的变形误差,获得了变弯度机翼前缘复合材料柔性蒙皮的最优刚度分布。     

航空用复合材料异形导管技术研究

复合材料空气导管组件为碳纤维/蜂窝芯夹层结构,外形为闭环、变截面、双曲度的腔体式,其零件结构复杂、成型工艺难度大。本文从结构设计、模具加工和成型工艺等方面对复合材料空气导管进行了系统的研究,可为航空复杂结构整体成型技术提供参考。     

基于复合材料(SMC)浴缸的模具设计

通过对比分析常见浴缸制造材料,指出了复合材料浴缸的优越性。根据SMC复合材料的性能,设计出复合材料浴缸的模压模具的具体结构,并分析了模压压制成型工艺基本过程及工艺优缺点。在传统的典型的压模结构设计的基础上进行了改进和优化,把材料的优良性能和模压工艺的优点完美的结合,使设计工艺更加适用、有效。     

复合材料融合设计在安装支架上的应用

航空电子装备中广泛使用的安装支架类产品,通常采用铝合金等金属材料设计制造,在新一代装备升级改进中,提出了结构轻量化要求。安装支架结构复杂,采用复合材料替代金属作为结构轻量化的材料选择,存在设计、制造等难点。本文介绍了复合材料融合设计方法在复合材料安装支架上的设计应用,综合考虑材料、结构、工艺、模具、制造等要素,探索在实现产品结构功能和减重的同时,提高材料利用率和成品质量,并降低工艺成型难度和制造成本。通过产品制造和试验,验证了该方法的可行性和优点。     

竞赛机翼结构的优化设计与验证

要使复合材料轻质高强的优势得到充分发挥,在给定设计条件下开展复合材料结构的优化设计研究是十分必要的。以SAMPE超轻复合材料竞赛机翼为研究对象,根据给定的外形及工况,基于Hyperworks软件的Opti Struct分析和优化模块,对机翼的结构形式、铺层位置、铺层方向、铺层厚度等进行了优化设计,结合实际制造时的工艺性等,确定出了一款复合材料模型机翼的优化设计方案。基于该优化设计方案开展了模型机翼的制备与试验研究工作,并根据试验结果进行了进一步的改进,最终得到了该赛事组织以来满足承载及变形要求的最轻的一个机翼。     

复合材料壁板的数字化成型研究

以复合材料壁板类零件制造为例,介绍了数字化制造成型方法,研究了该方法在工艺仿真设计、模具设计制造、预浸料裁剪、铺贴等工艺环节中软件和数字化设备的应用过程,并对其制造精度和误差进行了定性分析。研究表明,通过复合材料数字化设计制造一体化软件(Fiber SIM)进行数字化设计与制造,打通了复合材料设计、裁剪、铺贴等数字化制造过程,改变了复合材料传统的制造模式,实现了模拟量向数字量传递,制造精度显著提高,同时缩短了制造周期,减少了人力投入。     

复合材料机翼环肋结构件的研制

以环氧树脂为基体,以玻璃布和碳布为增强材料,采用模压成型工艺制备了某型无人机机翼环肋复合材料结构件。通过优化模具结构,适当地调整固化工艺参数,解决了制件在内外圆角及拐角处脱层、发白、缺胶的现象,制造出符合设计图样要求的制件。     

泡沫填充帽形加筋结构复合材料壁板成型工艺研究

针对某型机泡沫填充帽形加筋结构复合材料机翼壁板开展了成型工艺研究。结果表明,壁板所用复合材料的性能满足帽形加筋壁板二次胶接的工艺需求;在帽形加筋长桁与蒙皮进行二次胶接前对胶接部位采用400#砂纸进行打磨,可以保证胶接性能;采用室温加压工艺可以保证复合材料构件的内部质量和厚度精度要求;在帽形加筋壁板进行二次胶接固化时采用...     

复合材料C型梁类零件变形控制工艺方法的研究

复合材料梁类零件是构成飞机骨架的主要构件,其几何外形多为C型结构,采用热压罐固化后,固化变形对零件外形精度及装配连接产生极为不利的影响。为了克服这种变形,本文选取某型机尾翼C型梁零件进行局部几何特征的提取和重构,形成特征信息,通过变形的反变形补偿方法制造特征试验件确定工艺补偿值,并最终实现模具型面的补偿修正。这是以变形预测结果为基础提出的一种变形控制方法,以成型中的反变形方式实现最终成型后的复合材料产品与期望的形状相一致。     

Nomex蜂窝夹层复合材料的成型工艺研究

针对Nomex蜂窝填充双马树脂基复合材料夹层结构在固化成型过程中易出现的蜂窝芯边缘塌陷问题进行研究。通过采用不同的成型工艺方法,以及对共固化工艺参数进行调整,研制出相应的双马来酰亚胺树脂基碳纤维/蜂窝夹层结构层板,并且对夹层结构的力学性能、内部质量以及平面拉伸性能进行测试。在此基础上分析了成型压力参数对夹层结构质量的影响。相关工艺试验表明蜂窝芯塌陷的原因主要是固化过程中蜂窝芯边缘的滑移引起的蜂窝局部失稳,通过采取分步成型、蜂窝先胶接后修型的方法能够有效地解决Nomex蜂窝夹层结构填充双马树脂基复合材料结构成型过程中的蜂窝芯塌陷问题。     

一种航空发动机涡轮叶盘预制体工艺设计方法

概述了当前涡轮叶盘预制体的结构类型，得出2D叠层极性编织结构具有力学性能优良和成型难度低的优势。预制体的结构设计对复合材料的性能有显著影响，当前涡轮叶盘预制体研究的相关文献还很少，尤其是体积分数设计方面。为此，提出了一种极性编织结构涡轮叶盘预制体的结构设计方法，推导出能满足体积分数设计要求的结构参数关系式，并通过一个实例对该关系式进行说明验证。研究表明：该种航空发动机涡轮叶盘预制体的工艺设计方法具有实用性。     

CATIA在复合材料数字化设计中的应用

随着航空工业的快速发展,越来越多的新型飞机大量采用复合材料作为结构用材。复合材料具有结构可设计性强的特点,将CATIA软件与复合材料的结构设计相结合,能够极大的提高设计效率,节省研制成本。CATIA为复合材料的设计工作提供了一整套较为完善的解决方案,包括复合材料结构的计算机辅助设计、计算机辅助分析以及数字样机可制造性分析。使用CATIA进行复合材料的结构设计还能够为后续的分析、制造等环节提供统一的数据来源,通过采用复合材料结构计算机辅助设计可能够有效的解决传统复合材料结构设计的局限性,实现复合材料的数字化设计。     

纤维编织增强酚醛树脂基热防护材料研究进展

介绍了二维织物、2.5维织物、三维织物等纤维预制件的结构特性,分析总结了各种纤维预制件的发展及研究状况,综述了三维编织增强酚醛树脂基热防护材料及其树脂传递模塑成型工艺研究进展。总结了目前研究中存在的问题,并对未来的研究趋势进行了展望。指出三维编织复合材料是不分层的整体结构,其比强度、比模量高,力学性能和功能性优异,开展编织复合材料力学性能有限元分析、结构与功能一体化设计、低成本制造工艺等研究是十分迫切的。在此基础上,开展多种编织工艺、多种纤维混合编织也是新的研究方向,特殊形状的一次性编织复合材料的力学性能研究有待进一步深入。     

一体成型复合材料空气舵模具设计技术研究

本文研究了一种蒙皮+舵芯结构复合材料空气舵的RTM成型模具方案。通过产品结构分析,确定了组装式的模具主体设计方案,进行了定位机构和合模缝结构设计,有效地解决了舵芯定位和织物缝合的问题;同时采用有限元分析方法对空气舵灌注过程进行仿真分析,对注胶口和出胶口进行了设计优化,采用舵面注射方式时,根据计算结果结合实际情况,适当设置出胶口,可避免缺胶或浸润不良的现象。进行了复合材料空气舵产品试制工作,成型产品外形尺寸较好。通过以上研究,形成了模具设计方案,并根据实际情况对模具进行了有效的优化设计,解决了复合材料空气舵的制作难题,实现了产品的一体成型。