先進復合材料結構rtm技術現狀及發展 段　寶　　楊亞文　　　　　　　王雅杰　 (沈陽航空工業學院飛行器制造工程系)　(沈陽航空工業學院計算中心) 摘　要　樹脂轉移模塑工藝(rtm)產生以來,以其經濟性優勢開始替代熱壓罐的成形方法。 rtm技術可生產高質量、具有復雜外形、低成本的產品。本文闡述了rtm技術在宇航工業 材料、設備及應用上的發展。并對rtm技術進行了概述,建立了流動模型。 關鍵詞　樹脂轉移模塑工藝,宇航,概述 中圖分類號:tp33　　　　文獻標識碼:a 0　引　言 經過數十年的發展,復合材料的應用已進 入航空航天器主承力結構領域。在我國的航空 工業,也將復合材料試用于多個型號上的垂尾、 外翼、前機身、筒型結構、梁、筋等構件上, 其中有些型號已進入批量生產。隨著復合材料

作為在飛機結構中應用最廣泛的復合型材料,它的應用前景非常好,隨著社會發展對飛機結構復合材料的使用要求越來越高,飛機結構復合材料在不斷的創新,不斷的進步著。復合材料的設計值要跟隨著復合材料的設計工藝需求可以適當的提高,它的提高可以在保障飛機結構復合材料完整的條件下,提高經濟效益。本文就飛機結構復合材料設計的含義做了分析,對影響復合材料使用的因素以及使用方法和工藝做了描述,并且又對飛機結構復合材料的發展前景進行了展望。

碳纖維復合材料在飛機結構中的廣泛應用已經成為當前輕量化設計的主要趨勢。隨著復合材料生產工藝及設計技術的發展,合理確定并逐步提高復合材料設計值,對保障復合材料結構完整性前提下提高經濟性意義重大。綜述對飛機結構復合材料設計值的內涵進行了闡釋,圍繞飛機結構復合材料設計值的影響因素及其確定方法,回顧了國內外學者的研究成果。同時,總結了國內外飛機結構復合材料設計值確定理念的發展現狀,探討了進一步提高飛機結構復合材料設計值的研究方向。

傳統金屬飛機天然具備良好的導電性,有利于釋放閃電電流;而復合材料飛機主要使用碳纖維和玻璃纖維.它們獨特的導電性、電化學腐蝕性和材料多樣性,必須進行閃電防護設計.

先進復合材料的發展及展望 摘要：材料是科學技術發展的基礎，復合材料作為最新發展起來的一大類新型材料，對科學 技術的發展產生了極大的推動作用。對航空航天事業的影響尤為顯著。復合材料的發展近幾 十年來極為迅速。從最早出現的宏觀復合材料，如水泥與砂石、鋼筋復合而成的混凝土，到 隨后發展起來的微觀復合材料：聚合物基、金屬基和無機非金屬材料基復合材料。各種新型 復合材料及其制備技術猶如雨后春筍般出現，同時，隨著科學技術的發展，特別是尖端科學 技術的突飛猛進，對材料的性能要求越來越高，因而對復合材料也提出了更高的要求。 先進復合材料（advancedcomposites,acm）專指可用于加工主承力結構和次承力結構、 其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。目前主要指有較高強度和模量的硼纖 維、碳纖維、芳綸等增強的復合材料。acm在航空航天等軍事上的應用價值特別大。比如， 軍用飛機和

先進復合材料的發展和展望 哈爾濱工業大學材料科學與工程學院，哈爾濱 近年來，隨著科學技術的不斷進步，材料技術得到飛速發展，其中尤以先進復合材料的 發展最為突出。 先進復合材料（advancedcomposites,acm）專指可用于加工主承力結構和次承力結構、 其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。目前主要指有較高強度和模量的硼纖維、 碳纖維、芳綸等增強的復合材料。acm在航空航天等軍事上的應用價值特別大。比如，軍用 飛機和衛星，要又輕又結實；軍用艦船，要又耐高壓又耐腐蝕。這些苛刻的要求，只有借助 新材料技術才能解決。acm具有質量輕，較高的比強度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、 導熱、隔熱、隔音、減振、耐高（低）溫，獨特的耐燒蝕性、透電磁波，吸波隱蔽性、材料 性能的可設計性、制備的靈活性和易加工性等特點。 以碳纖維增強樹脂基復合材料為代表的先進復合材料，已經成為航空

與之前的飛機相比,a380在更大范圍內采用了復合材料,改進了氣動性能、飛行系統和航空電子設備,使之不僅成為迄今為止建造的最寬敞的民用飛機,而且還是最先進的民用飛機,為二十一世紀的第一個10年樹立了標準。a380的壽命要達到40-50年,

飛機復合材料構件設計、分析和制造數據集成

與金屬材料相比,復合材料具有比強度和比剛度高、性能可設計和易于整體成形等許多優異特性,越來越多地應用到飛機結構上。理論分析表明,采用復合材料制造飛機主體結構可以使結構重量減輕20%~30%。結構重量的減輕導致所需的機翼面積減小、所需推力減小,從而使發動機重量減輕,進而提高發動機燃油使用效率、減低油耗。結構重量減輕30%,燃油消耗可以降低7%~15%,直接降低了運營成本。因此,研究復合材料機翼結構優化

采用有限元方法對低速沖擊后蒙皮內含有不同分層形式的復合材料格柵加筋(ags)板的分層擴展行為進行了數值模擬。采用虛裂紋閉合技術計算分層前緣的總能量釋放率,并以總能量釋放率準則作為分層擴展判據,結合自適應網格移動技術,分別研究了在壓縮載荷作用下,蒙皮內具有圓形和橢圓形分層的復合材料格柵加筋板的分層擴展過程。數值研究結果表明:分層深度的變化導致了ags的分層擴展特性十分復雜,它與分層深度、初始分層尺寸、蒙皮和肋骨的剛度比、后屈曲變形模式等因素都密切相關。本文結論對ags的承載能力預測及優化設計具有一定的參考價值。

采用遺傳算法在總體屈曲約束條件下對復合材料格柵加筋板進行布局優化設計。采用一種參數化的平鋪等效剛度計算方法,用于分析格柵加筋板的總體屈曲。最后通過有限元分析對優化結果的有效性進行驗證。設計變量為軸向和橫向的筋條間距、筋條高度和厚度,筋條的布局。該方法適用于在給定板的全部可選尺寸參數,面內設計載荷,邊界條件,材料屬性條件下,對復合材料格柵加筋板進行質量最輕的布局優化。

本文概述了復合材料結構孔隙率的形成機理,探討了孔隙率與復合材料力學特性的內在規律,闡述了孔隙率的檢測方法并提出了孔隙率的控制措施以及未來的研究方向.

相比其他的高性能纖維材料,碳纖維的力學性能是最為優異的,這種碳素材料最為顯著的特征之一就是遇到超高溫的情況,其強度也不會發生任何的變化.除此之外,它所具備的導電、導熱性能等都是高性能纖維材料中最優越的,所以在進行飛機制造時,碳纖維就成為了首選的材料.隨著社會的不斷發展,近幾年研發出來的高端碳纖維復合材料也變得越來越多,其用量已經達到了50%以上.由此我們可以看出,碳纖維不僅具有十分廣闊的市場需求,同時它也在一定程度上促進了航空事業的快速發展.

本文論述了碳纖維復合材料的特性，分析了民用飛機復合材料選材原則，最后重點探討了復合材料作為飛機結構的使用特性。

由于碳纖維復合材料具有重量輕、強度高、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、比模量高以及尺寸穩定等優點被廣泛地運用到了飛機制造業中。當前全世界幾乎有超過50%的大型客機已經采用了這種新型材料，但是將該材料在輕型運動飛機結構中運用還處于初步階段。本文筆者主要從輕型運動飛機的概述入手；探討了當前我國碳纖維復合材料的發展現狀；最后就碳纖維復合材料在輕型運動飛機結構中的應用進行了簡單的探討，希望為相關領域的研究者和工作者提供參考。

本文概述了復合材料結構孔隙率的形成機理,探討了孔隙率與復合材料力學特性的內在規律,闡述了孔隙率的檢測方法并提出了孔隙率的控制措施以及未來的研究方向。

依據復合材料結構設計原則和強度設計理論，提出了某飛機艙門復合材料設計方案。并采用有限元分析方法對多種復合材料鋪層方案進行仿真計算，最終獲得最優設計方案。計算結果表明，復合材料艙門結構滿足靜強度要求，以及艙門關閉時的最大變形要求。

先進的碳纖維復合材料具有良好的比強度、高的比剛度、優異的耐高溫性能和耐腐蝕性能、密度小等獨特的優點，得到廣泛的應用，尤其是航空業。碳纖維復合材料的應用，對飛機結構的輕質化、小型化和高性能化起著至關重要的作用。本文總結了碳纖維復合材料在飛機結構中的應用。

中國民航飛行學院自2011年起陸續引進了數＋架以復合材料為機身蒙皮的西銳sr20飛機作為教學訓練用機。由于飛行訓練強度較大，且該型飛機的日常使用率較高，某些sr20飛機的飛行時間已近1200小時。在粉塵、跑道上的沙石等各種飛行環境因素作用下，飛機某些部位會出現一定程度的漆層磨損及脫落等現象，因此，一般在800小時結構大修中需要進行相關部位涂層結構的恢復工作，即噴漆施工。

在新型、高效的拉擠互鎖復合材料格柵結構的制造工藝中通過格柵肋開槽克服材料堆積,而開槽處的應力集中會影響結構的破壞和疲勞,是結構設計中需要考慮的一個重要因素。建立了加帽的格柵肋應力分析模型,應用復變函數孔口問題解的結果,得到了格柵肋開槽附近的應力解。分析了格柵肋開槽處的應力集中,討論了開槽尺寸,材料常數等因素對應力集中的影響。

雖然軍機和民機規范對復合材料結構的損傷容限和耐久性均提出了要求,但迄今為止尚無成熟的設計方法可用。本文試圖通過對國外經驗的歸納總結,并結合自己的研究成果,提出一種切實可行的方法供參考。限于篇幅,本文僅就加筋結構蒙皮遇到的幾個問題進行討論。

復合材料飛機結構損傷容限和耐久性設計初探