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飛機構造的概念設計創新范文

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飛機構造的概念設計創新

損傷抑制部件

損傷抑制部件即指在裂紋擴展過程中對其產生抑制作用的結構部件。通過增設如圖2所示的損傷抑制部件,裂紋能量在通過損傷抑制部件時逐步消耗,擴展速度得到抑制,從而使裂紋發生轉折、或裂紋轉型、或止裂,以實現所需結構的低疲勞裂紋擴展速率和高的剩余強度。鋁公司試驗證實了上述特點,試驗結果表明:以2099鋁鋰合金材料為例,截面積相同、壽命相同的情況下,有損傷抑制部件的壁板比普通壁板性能提高近30%。損傷抑制部件可以在有需要的地方單獨采用,也可和選擇性增強結合使用,其效果更佳。若在金屬結構上獨立應用此結構,能將抗疲勞裂紋擴展能力提高10%~15%;若與選擇性增強組合應用,能將抗疲勞裂紋擴展能力進一步提高25%,剩余強度提高15%。見圖3。

三明治混雜結構

三明治混雜結構是一種多材料綜合應用的結構。與選擇性增強相比,其不同材料間的混合程度更高。三明治混雜結構典型截面如圖4所示,通過膠接的方式將多層鋁合金板和纖維金屬層合板連接起來,鋁合金的薄板、厚板、擠壓型材和高性能纖維是先進的混雜結構的基本構成要素。三明治混雜結構是“可設計”的,可以在長度和寬度方向逐漸減薄或增厚,強度、剛度、密度等屬性也都可以通過調整鋁合金板的厚度、纖維金屬層合板的用量、以及膠粘劑的類型來進行設計。這樣,它可以用在需要提高靜強度的結構、需要提高抗裂紋擴展能力的結構、需要提高剩余強度的結構、需要抗腐蝕和抗雷擊的結構。即對結構有什么樣的需求,就可以設計出滿足該種需求的三明治混雜結構。

三明治混雜結構可應用于較厚的結構件或者曲率較復雜的結構件。在制造過程中,通過鋪層的方式成型,避免了復雜的成型工藝,并減少或消除了機械加工,使制造成本得以降低。同時,可以通過膠接鋁合金長桁,最大限度減少零件數量和緊固件數量。

總結與展望

綜上所述,金屬結構的新概念設計具有以下優點:1)提高結構抗疲勞裂紋生長的能力;2)提高整體剩余強度和結構強度;3)降低零件數量以減輕機身結構重量;4)提高耐腐蝕性能;5)提高制造工藝性;6)降低設計生產成本。

目前國際上各家民用航空公司都在大力發展并推行該類技術應用,金屬結構新概念設計的創新應用將成為現代航空技術的必然趨勢。但是,國內目前對這類新型的結構設計概念的研究才剛剛起步,若想要真正應用到我國的大型客機項目上,未來還有很長的路要走。

作者:錢敏單位:上海飛機設計研究院結構設計研究部

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