微量碳纤维/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平行和正交排布碳纤维复合材料的微波吸收特性,并对碳纤维的吸波机理和吸波性能的影响因素(纤维间距、支数)作了初步探讨。结果表明:碳纤维平行排布吸波材料只在入射电场方向与纤维排布方向平行时具有吸波性能;随纤维间距的减小,其反射衰减曲线的最大吸收峰向高频方向移动;纤维支数增大,吸波性能增强。正交排布碳纤维的吸波性能与纤维的间距密切相关。本实验条件下当纤维间距为8mm时,可获得有效带宽4.7GHz、最大吸收峰值-21.6dB的反射衰减。

民机复合材料结构适航审定现状

随着民用飞机上复合材料结构所占比例的不断增加,在适航审定领域,复合材料航空件占有了越来越大的比重。阐述了复合材料在民用飞机结构中的应用情况,重点评述了国内外民机复合材料结构适航审定技术的现状和发展趋势,在此基础上指出了我国民机复合材料结构适航审定中存在的问题。

吸波材料吸波性能的计算及其优化设计

吸波材料是现代武器系统隐身技术的关键材料,随着近年来隐身技术的迅猛发展,吸波材料的研究已经受到世界各国的高度重视。本文较详细地阐述了目前常用的涂覆型吸波材料和结构型吸波材料吸波性能的基本计算方法,并且对吸波材料的优化设计进行了简要的介绍。

制备工艺对活性碳纤维微观结构和吸波性能的影响

以粘胶纤维为原料,通过碳化、活化处理工艺制备活性碳纤维,采用XRD对其微观结构进行表征,并对其吸波性能进行测试,分析了纤维的微观结构与吸波性能的关系。结果表明,制备工艺对活性碳纤维的微观结构和吸波性能有较大影响。在其它工艺参数保持不变的条件下,随碳化温度的升高,活性碳纤维的石墨化程度和吸波性能均先提高后降低;随活化时间的延长,活性碳纤维内部结构趋向不规整化,对电磁波的损耗能力增强。在活化时间为18min、活化温度为900℃、碳化时间为60min、碳化温度为425℃条件下制备的活性碳纤维的吸波性能最佳,含0.6%(质量分数)纤维的树脂基复合材料在6.3～13.4GHz频率范围内对电磁波有-10dB以下的吸收,在8.5GHz时取得的最大反射衰减为-27.3dB。

斜撑杆对复合材料机身段适坠性能的影响研究

适坠性已经并将继续是飞机安全的主题。针对典型的运输类飞机复合材料机身段,研究斜撑杆对机身框段适坠性能的影响。建立复合材料机身段有限元模型,通过改变斜撑杆角度和刚度,分析复合材料机身结构在坠撞速度为6.67 m/s时的坠撞特性。对比分析各种情况下座椅与地板连接处的加速度—时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明,选取合适的复合材料机身段斜撑杆角度和刚度,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身框段适坠性能。

活性炭纤维/树脂复合吸波材料的研究

研究了活性炭纤维/树脂吸波复合材料的微波吸收特性。实验结果表明：活性炭纤维吸波材料的吸波性能与吸波层中纤维的含量、分布方式密切相关。在本实验条件下吸波层中四个结构层纤维含量（质量分数）分别为0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时,材料在4.2-18GHz频率范围内对电磁波有-10dB以下的吸收,7.12GHz时取得最大反射衰减-26.6dB。

搭接长度对钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备不同搭接长度的单搭接接头。利用数字图像相关技术(DIC)、万能试验机等表征方法,对接头拉伸应变与极限载荷进行表征,研究了搭接长度对异质材料单搭接接头胶接性能与破坏模式的变化规律。结果表明,随着搭接长度的增加,单搭接接头极限载荷提升,胶接强度降低,高搭接长度接头出现渐进损伤;偏心弯矩引起的接头偏移减少,搭接部位纵向应变区域面积占比降低;芳纶纤维复合材料层间破坏模式增多,钛合金‑胶层界面破坏模式减少,剥离复合材料层数增加。

滚转角度对民机机身结构耐撞性能的影响

适坠性已经并将继续是飞机安全的一个重要关注点。为了研究不同滚转角度对机身结构动态响应特性的影响,针对典型的运输类飞机机身结构,建立货舱地板下部为波纹板布局形式的机身段有限元模型,分析该机身段在0°、5°、10°和15°的滚转角度下,以6.67 m/s的坠撞速度撞击刚性地面时的坠撞特性,对比分析不同滚转角度下机身段的破坏模式和座椅与地板连接处的加速度—时间历程曲线。结果表明:不同滚转角度会对机身结构的变形以及座椅处加速度响应产生显著影响,采用合适的应急着陆方式可以有效提高飞机的适坠性能。

含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能研究

研究了含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的微波吸收特性,并对电路屏的吸波机理进行了初步探讨。结果表明,含同轴线活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能与电路屏阵列单元的尺寸和间距密切相关,经合理设计,复合材料在7～18GHz频率范围内有-10dB以下的吸收,有效带宽达11GHz。复合材料对电磁波的主要吸收机制是电磁波在电路屏和反射板之间的多次反射、衰减。

含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能研究

研究了含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的微波吸收特性,并对电路屏的吸波机理进行了初步的探讨。结果表明,含Minkowski活性碳毡电路屏复合材料的吸波性能与电路屏阵列单元的尺寸密切相关,经合理设计,复合材料在5.3～18GHz频率范围内有-10dB以下的吸收,有效带宽达12.7GHz。复合材料对电磁波的主要吸收机制是电磁波在电路屏和反射板之间的多次反射、衰减。

基于多智能体和元胞自动机民机应急撤离仿真

为保证民机乘员应急撤离时客舱的安全,要求应急出口路径设计合理。提出根据元胞自动机和多智能体理论,建立典型的民机客舱模型和满足适航规章CCAR25部附录J要求的人员模型,对四种不同出口打开方式的模型进行应急撤离仿真,获得应急撤离时间及最优性能统计(OPS),通过分析其撤离性能,确定最优的应急撤离出口打开方式。仿真结果表明,不同出口打开方式对应急撤离性能具有显著影响,当撤离出口全部选择机身同侧时,撤离时间最短,为此类飞机应急撤离适航验证提供出口且通过合理设计应急撤离程序,可以提升撤离效率。

活性碳毡对称振子阵列/树脂复合吸波材料的研究

研究了含活性碳毡对称振子阵列吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:含振子阵列吸波材料的吸波性能与入射电场方向、振子两臂间的电阻、振子间的距离和阵列的位置密切相关。对称振子阵列对电磁波的吸收呈各向异性,振子与入射电场平行时,吸波性能较好;随振子两臂间电阻或振子间距的增大,材料的吸波性能先提高后降低,电阻和振子间距均存在最佳值;随振子阵列和试样下表面距离的减小,材料的吸波性能提高,振子与入射电场平行时,本实验条件下可获得有效带宽13GHz,最大吸收峰值-30.3dB的反射衰减。

高强铝合金增材制造技术的研究进展

增材制造技术是实现高端航空航天产品功能优化设计及轻量化制造的重要途径。高强铝合金作为航空航天业使用最广泛的金属材料,其增材制造结构应用潜力巨大。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化,含大量易烧损合金元素,而且有很强的热裂倾向,成形难度极大,目前其增材制造成形技术远落后于其他合金材料,已成为各国竞相发展的科研领域。根据近年高强铝合金增材制造技术方面的主要研究进展,结合国内外激光选区熔化成形（Selective Laser Melting, SLM）和电弧熔丝增材制造成形（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）的研究现状,综述了高强铝合金增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题。

激光选区熔化AlSi7Mg合金的微观组织和力学性能

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术对AlSi7Mg合金成形工艺进行研究,并对最佳工艺参数成形沉积态和热处理试样微观组织和力学性能进行分析。结果发现:沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率均明显高于铸态性能,横向试样分别达到435.78 MPa、299.23 MPa和14.36%。热处理对SLM试样的微观组织和力学性能影响很大,350℃、3 h退火工艺下,试样延伸率增加到30.83%,抗拉强度和屈服强度分别下降到210.35 MPa和152.01 MPa。本工作表明,可以通过改变工艺参数和热处理控制晶粒尺寸和形状,以获得所需微观组织和力学性能的合金。

Ti-AFRP胶接接头失效过程实验和仿真分析

制备搭接长度为60 mm的钛合金-芳纶纤维编织复合材料单搭接接头,利用DIC、万能试验机等对接头极限载荷与拉伸应变进行表征,同时采用VUMAT子程序模拟芳纶纤维编织布层内损伤和演化,使用Cohesive Zone Model模拟胶层和层间失效。将试验和仿真方法相结合,研究钛合金和芳纶纤维编织复合材料胶接接头表面和内部应变规律,了解异制材料接头失效过程及特征。结果表明,钛合金和芳纶纤维编织复合材料接头失效首先发生在刚度较小的复合材料端头;由DIC和仿真应变云图可知,复合材料的端头出现高应变区,随着时间延长,高应变区域逐渐向钛合金端头扩展,直到接头突然断裂;接头失效部位的两侧为剪切应力导致的失效,中间区域为剥离应力导致的失效。

平面等角螺旋天线阵列/树脂复合材料的吸波性能研究

研究了含平面等角螺旋天线阵列复合材料的微波吸收特性,并对天线阵列的吸波机理进行了初步的探讨。结果表明:含平面等角螺旋天线阵列复合材料的吸波性能与天线的起始半径、外半径和两臂间电阻阻值密切相关,经合理设计,吸波材料的有效带宽达6.64GHz,最大吸收峰值-19dB。

铺层方式对CFRP-铝合金单搭接胶接接头低速冲击损伤及剩余拉伸性能的影响

采用热压罐成型方法制备铺层方式为[+45/-45]_(4s)、[0/+45/-45/90]2s和[0/90]_(4s)的碳纤维复合材料层合板,通过胶黏剂与铝合金板进行粘接获得异质材料单搭接胶接接头。利用落锤冲击试验机和万能电子试验机分别对三种接头进行低速冲击与冲击后静态拉伸测试,获得接头接触力-时间曲线和拉伸强度。通过CT扫描技术和数字图像相关(DIC)方法表征接头冲击损伤模式及表面应变演化过程,研究了铺层方式对接头抗冲击性能、冲击损伤模式以及剩余拉伸性能的影响。结果表明,复合材料铺层方式为[+45/-45]_(4s)时,接头在冲击载荷作用下具有较高的抗冲击性能,但胶层界面脱粘损伤较为严重。与胶层界面脱粘相比,接头剩余强度对层合板分层损伤更为敏感。相较于[+45/-45]_(4s),[0/+45/-45/90]2s和[0/90]_(4s)铺层方式接头的胶层界面脱粘范围与冲击后失效载荷退化程度较小,同时接头冲击后拉伸载荷主要集中于临近胶层的0°铺层且失效模式较为复杂。此外,在冲击载荷作用下,层合板中的±45°铺层变形程度较小具有较强的抗剪切能力,能够有效减轻层合板的冲击损伤,提高接头的抗冲击性能;0°铺层变形程度较大且具有较高的抗拉强度,能够一定程度上减轻胶层与铝合金表面脱粘损伤并提高接头拉伸强度。

活性碳毡电路屏(直立碳纤维)/树脂复合吸波材料

研究了含活性碳毡电路屏和直立碳纤维吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明：含碳毡电路屏吸波材料的吸波性能与电路屏的种类（感性、容性）和尺寸密切相关。含感性屏的吸波材料，当毡条间距、宽度分别为7mm、5mm时，材料在整个雷达波段（8～18GHz）有-10dB以下的反射衰减。含容性屏的吸波材料，随电路屏中碳毡块间距和边长的减小，吸波性能提高。含直立碳纤维材料的吸波性能与纤维间距有关，间距为4mm时可获得有效带宽7．6GHz的吸波材料。用分块设计的思想设计吸波材料，可提高其吸波性能。分块中心对称的感性电路屏（毡条宽5mm，间距10mm）和直立碳纤维（间距8mm）混杂吸波体在11．8～18GHz频带内有低于-20dB的反射衰减，最大吸收峰值-30dB。

碳纳米管和氧化铝混杂增强铝基复合材料的制备及力学性能

采用化学气相沉积结合机械球磨的方法制备了碳纳米管(CNTs)和Al_2O_3颗粒混杂增强铝基复合材料,研究了球磨时间、Al_2O_3含量对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:本方法可以获得CNTs和Al_2O_3颗粒在铝基体内的均匀分散。随球磨时间的增加,复合材料的硬度随之增大;当球磨时间为180min时,复合材料硬度达纯铝的2.1倍。此外,随Al_2O_3颗粒含量的增加,复合材料的硬度和压缩屈服强度均不断提高。当Al_2O_3的质量分数为4%时,CNTsAl_2O_3/Al复合材料的硬度达112.1HV,为纯铝的2.8倍;压缩屈服强度达416MPa,为纯铝的4.6倍,说明CNTs和Al_2O_3的混杂加入发挥了良好的协同增强效果。

复合材料波纹板轴向压溃仿真及机身框段适坠性分析

飞机结构适坠性是航空安全的重要关注点之一,通过材料性能试验和复合材料波纹板准静态压溃试验,获得了T700/3234复合材料力学性能参数及波纹板压溃吸能结果;基于试验数据验证了复合材料波纹板有限元模型和材料模型的正确性;建立了机身框段有限元模型,将复合材料波纹板用作机身下部吸能结构,分析机身框段有限元模型在7m/s时的坠撞动态响应。仿真结果表明:在试验条件下,建立的复合材料波纹板模型可以准确模拟渐进失效过程;复合材料波纹板布局机身框段破坏过程较为稳定,其加速度值在人体耐受极限范围内,能够有效改善飞机结构的适坠性能。