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1、某型机全复合材料进气道设计某型机全复合材料进气道设计航空与航天 2004 年第 2 期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉某型机全复合材料进气道设计何秋蓉摘要本文针对某型机进气道的设计要求,进行了合理的结构设计,突破了某型机高机动,大过载等特殊要求下进气道结构设计的关键技术.采用透波率好的复合材料进气道设计技术,实现某型飞机进气道隐身功能.关键词复合材料进气道预浸料隐身技术1 引言先进复合材料具有隐身功能,已应用在 F 一 117,B 一 52 隐形飞机上,而制造全复合材料的飞机已成为各国竟相研究的热点.某型机进气道为形状复杂,大曲度管道形状,用普通的复合材料体系成型困难,一般均采用铝合金材料.通
2、过设计新颖的结构形式,选用透波率好的先进复合材料,采用合理的工艺制造方法,成功地研制出具有隐身功能的全复合材料进气道.2 技术要求进气道内管道是把亚音速气流进一步减速到发动机进口所需要的速度,进气系统是要以高的效率向发动机提供足够量的空气,它对发动机和飞机的性能影响很大.某型机进气道为具有气动双曲面复杂外形的管道形状,要求内外表面平整光滑,进气道出口与机身纵轴线的同轴度 0.25,垂直度 1.0,出气口的圆度 1.OI 变形量小于 3ram.满足功能和使用要求;满足强度和尉度要求 I 满足气动要求 I 具有隐身要求.由于进气道表面粗糙度要求高,同轴度要求高,变形要求小.对于复合材料进气道要求太
3、高,设计,制造很难达到.3 结构方案前,中机身通过 3 框,3B 框对接 I3B5 框为 1 号油箱;58 框为 2 号油箱 I811 框为 3 号油箱 I12A框与后机身的 12 框对接.6,7 框连接机翼 I38 框下部为回收伞带舱.8 框后机身下部连接进气道唇口.在 6 框上部设有吊挂接头和发射滑轨,在 l1 框处设有发射滑轨.根据其功用,中机身包括机身 3 个整体油箱,进气道,回收伞带舱,翼身连接等部件.机身结构选用全金属的半硬壳式密封结构形式.应用综合隐身技术,进气道采用降低可探测性的几何形状,材料选用吸波性能好的复合材料.4 结构形式根据总体布置,进气道上部为 3 号整体油箱(如图
4、 1).由于采用火箭助推发射和降落伞回收,其纵向冲击载荷的过载分别达到 8 和 7.5.加上结构曲率大,结构复杂,这对进气道结构要求更高.图 1 进气道与中机身后段进气道为腹部进气,唇口位于 8 框下部.进气道与机身交接处设有附面层分离隔道,以防止附面层气流进入进气道,进气道在 12 框后与发动机进气口对一25航空与航天 2004 年第 2 期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉接.为了维护 3 号油箱,采用 3 号整体油箱和进气道之间隔出 50ram 的结构空间.以便于工艺施工和维护.同时又将进气道与机身连接为一体.唇口设计为一整体零件.进气道分为两半,再组合成整个进气道.进气道内无连接件.内外
5、气动表面平整光滑.尺寸及性能满足使用要求的复合材料进气道.并且进气道两侧口盖和中间隔板均采用复合材料.复合材料吸收和散射雷达波的能量,使雷达的回波跛弱甚至消失.从而大量减缩飞机进气道的 RCS值,达到隐身的目的及要求.图 2 复合材料进气道结构5 材料选择机身 3 号油箱结构采用成熟的铝合金材料和密封材料.进气道结构采用先进的复合材料.选择的材料应有高的比强度和比刚度;应满足结构使用环境要求.如具有较好的耐高温性能.长期使用温度不得低于 1o0,同时为了满足进气道复杂的外形.材料必须具有良好的锦叠性能.中温固化玻纤维增强环氧树脂体系因为软化点低,易溶于低沸点,低毒溶剂丙酮.具有成型工艺性能优越
6、,介电性能好,比强度比模量高等优点,得到了越来越广泛的应用.尤其是在航空,航天上.5224/823 高温固化环氧玻璃布预浸料体系中,树脂为 5224 高温固化改性环氧树脂体系,该体系的长期使用温度可以达到 1201.短期使用温度可以达到 200.可满足工作要求;且该树脂软化点低于3O?成型工艺性和铺叠性好.增强织物采用 823 缎纹玻璃布以保证铺叠过程中材料有良好的变形而避免较多的拼接.该材料弯曲强度达 500Mpa,层问剪切强度为 50Mpa2,具有优异的力学性能,良好的耐漫热性能,优异的抗疲劳性能【“,适合于成型先进复合材料制件.5224/823 与我国航空工业上广泛使用一26 一的酚醛缩
7、醛胶液 SC 一 13/EW 一 290 性能对照如表 1所示,从表中可以看出 5224/823 环氧树脂体系物理机械性能远远高于 SC 一 13/EW 一 290 体系.表 15224/823与 SC 一 13/EW 一 290层压板性能比较5224/823SC 一 13/EW 一 290拉伸强度(MPa)500274弯曲强度(MPa)400294软化点()30306 工艺可行性使用 5224/823 高温固化环氧 823 缎纹玻璃布预浸料,石膏阳模铺叠真空袋/烘箱 12O/小时预固化,金属阴模,软阳模真空袋/热压 0.3MPa 固化 1.5小时制造.完全能够制造成内外气动表面平整光滑,尺寸
8、及性能满足使用要求的复合材料进气道.进气道强度,刚度计算分析应用 MSC.Nastran 软件建立了进气道结构的有限元计算模型,进行静力分析计算,得到了直观的应力与位移云图.为了计算在发动机工作时的变形及应力,对进气道加 06 大气压进行有限元分析.计算结果的位移云图见图 3,应力云图见图 4.从位移云图可见最大位移出现在唇口下部通过显示结构的应力云图可知最大应力出现在第 9 框进气道左上部.均满足设计要求.对进气道在气压下的变形和强度进行了分析计算,某型机进气道满足强度要求.通过全机静力试验的验证,说明应用 Nastran 软件建立的有限元模型和计算结果是合理可信的.8 结论某型飞机进气道采
9、用降低可探测性的几何形状,合理,新颖的结构形式,采用吸波性能好的复合材料进气道.经过静力和飞行试验证明某型机全复合材料航空与航天 2004 年第 2 期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉IM 兰:F_fnneSt:Y图 3 进气道位移云图一(c-?:rNd31577图 4 进气道应力云图进气道符合设计要求,进气道的流场满足了发动机进气要求.满足了隐身,减重要求.结构设计思路新n113?Nd31263颖,合理,突破了高机动,大过蠢等特殊要求下进气遁结构设计的关麓技术.(下转 I32 页)一27航空与航天 2004 年第 2 期四川省航空宇航学会 2004 年度联络员工作会议纪要四川省航空宇航学会
10、2004 年度联络员工作会议纪要四川省航空宇航学会 2004 年度联络员工作会议于 2004 年 3 月 28 日至 29 日在广汉召开,参加会议的有 17个会员单位的联络员,学会专委会秘书长和学会秘书共 30 人.学会理事长杨廷阔,副理事长刘铁锭和中航二集团 241 厂总工程师勾春宇亲临会议指导并作了重要讲话.会议由洪建胜秘书长主持.241 厂勾总首先热烈欢迎大家来广汉参加会议,接着介绍了工厂近几年来的发展,产品开发和技术创新的情况.241 厂拥有一支优秀的人才队伍,竞争力强的产品和良好的地理位置,这些都为工厂的发展奠定了坚实的基础.他还表示今后要多参加和支持学会的工作.会议对学会 2003
11、 年的工作进行了总结和回顾.过去的一年,在学会各成员单位的支持和共同努力下,经过全体联络员和专委会秘书长的辛勤工作,我们利用航空百年纪念活动这一契机,大力宣传新中国航空事业的伟大成就,普及航空知识,扩大了学会的影响力.学会先后组织参加了“百年航空的回顾“科普宣传展,“雪鹗杯“未来飞行器设计大赛,“哈飞杯“知识竞赛和“百名航空优秀少年“评选活动,收到了良好的社会效益,并受到航空百年组委会的表彰和奖励.学会在组织好内部学术交流的基础上,还积极组织参加地方科协举办的学术交流和相关活动,扩大了横向交流,提高了知名度.学会被四川省科协授予“2003 年四川省中青年学术大会优秀组织奖“,评为“200220
12、03 年度学会工作先进集体“.在总结成绩的基础上,也对去年工作的不足和有待改进的地方作了检讨.会议提出了 2004 年学会工作的基本思路和计划建议:以中国航空学会“七大“的召开和成立四十周年庆祝活动为主线,认真落实中国科协和四川省科协有关学会改革的精神,积极进取,民主办会,做好学会组织建设,学术交流和科学普及等各项工作.会议要求各单位联络员在做好本职工作的基础上,一如既往地关心学会的发展,积极提出好的建议意见,热心为会员服务,宣传学会工作的意义,联系广大会员为本单位的科研生产和我国的航空航天事业的发展多作贡献.副秘书长陈英传达了中国科协领导在 2003 年学会改革工作座谈会上的重要讲话.副理事
13、长刘铁锭传达了四川省航空宇航学会六届三次理事会会议精神.理事长杨廷阔传达中国航空学会六届九次常务理事会会议精神后作了总结性讲话,他首先向会议承办单位241 厂表示感谢,感谢他们为本次会议提供了良好的服务和条件.杨理事长要求学会充分发挥人才优势,争取在新一代战斗机,大型运输机,航空发动机,机载设备,民用航空和通用航空等方面的咨询和论证中提出前瞻性的建议意见,让航空技术在国家“十一五计划“和“2020 年规划“中占有一席之地.他还要求学会积极参与地方经济建设.杨理事长最后希望学会联络员要转变观念,加强学习,努力成为学会工作的行家.会议还组织参观了 241 厂和中国民航飞行学院,受到了热情接待和介绍,在此向241 厂和中国民航飞行学院表示衷心感谢!四川省航空宇航学会2004 年 4 月 5 日(上接第 27 页)参考文献13 复合材料结构损伤修理.化学工业出版社,2001.28.一32 一2北京航空材料研究院标准.5224/823 高温固化环氧玻璃布预浸料,2001.433HB529684.SC 一 13 玻璃布层压件用粘接剂.航空工业部,1987.1E43 飞机设计手册(第 lO 册).航空工业出版社,2000.】O
