飛機(jī)構(gòu)造的概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新范文

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損傷抑制部件

損傷抑制部件即指在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中對(duì)其產(chǎn)生抑制作用的結(jié)構(gòu)部件。通過(guò)增設(shè)如圖2所示的損傷抑制部件，裂紋能量在通過(guò)損傷抑制部件時(shí)逐步消耗，擴(kuò)展速度得到抑制，從而使裂紋發(fā)生轉(zhuǎn)折、或裂紋轉(zhuǎn)型、或止裂，以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)的低疲勞裂紋擴(kuò)展速率和高的剩余強(qiáng)度。鋁公司試驗(yàn)證實(shí)了上述特點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)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(dú)采用，也可和選擇性增強(qiáng)結(jié)合使用，其效果更佳。若在金屬結(jié)構(gòu)上獨(dú)立應(yīng)用此結(jié)構(gòu)，能將抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力提高10％~15％；若與選擇性增強(qiáng)組合應(yīng)用，能將抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力進(jìn)一步提高25％，剩余強(qiáng)度提高15％。見(jiàn)圖3。

三明治混雜結(jié)構(gòu)

三明治混雜結(jié)構(gòu)是一種多材料綜合應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。與選擇性增強(qiáng)相比，其不同材料間的混合程度更高。三明治混雜結(jié)構(gòu)典型截面如圖4所示，通過(guò)膠接的方式將多層鋁合金板和纖維金屬層合板連接起來(lái)，鋁合金的薄板、厚板、擠壓型材和高性能纖維是先進(jìn)的混雜結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成要素。三明治混雜結(jié)構(gòu)是“可設(shè)計(jì)”的，可以在長(zhǎng)度和寬度方向逐漸減薄或增厚，強(qiáng)度、剛度、密度等屬性也都可以通過(guò)調(diào)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(lèi)型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣，它可以用在需要提高靜強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、需要提高抗裂紋擴(kuò)展能力的結(jié)構(gòu)、需要提高剩余強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、需要抗腐蝕和抗雷擊的結(jié)構(gòu)。即對(duì)結(jié)構(gòu)有什么樣的需求，就可以設(shè)計(jì)出滿足該種需求的三明治混雜結(jié)構(gòu)。

三明治混雜結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于較厚的結(jié)構(gòu)件或者曲率較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。在制造過(guò)程中，通過(guò)鋪層的方式成型，避免了復(fù)雜的成型工藝，并減少或消除了機(jī)械加工，使制造成本得以降低。同時(shí)，可以通過(guò)膠接鋁合金長(zhǎng)桁，最大限度減少零件數(shù)量和緊固件數(shù)量。

總結(jié)與展望

綜上所述，金屬結(jié)構(gòu)的新概念設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）提高結(jié)構(gòu)抗疲勞裂紋生長(zhǎng)的能力；2）提高整體剩余強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；3）降低零件數(shù)量以減輕機(jī)身結(jié)構(gòu)重量；4）提高耐腐蝕性能；5）提高制造工藝性；6）降低設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。

目前國(guó)際上各家民用航空公司都在大力發(fā)展并推行該類(lèi)技術(shù)應(yīng)用，金屬結(jié)構(gòu)新概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用將成為現(xiàn)代航空技術(shù)的必然趨勢(shì)。但是，國(guó)內(nèi)目前對(duì)這類(lèi)新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的研究才剛剛起步，若想要真正應(yīng)用到我國(guó)的大型客機(jī)項(xiàng)目上，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。

作者：錢(qián)敏單位：上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究部