国产航空级复合材料热补仪开发及应用

国产航空级复合材料热补仪是响应“中国高端装备国产化替代应用”号召开发的全国产复合材料修理设备。根据国内外热补仪设备的研究进展,结合设备的开发和应用要求,对国产热补仪设备研制过程中维修适用性、温度参数、真空度、控制技术、人机交互和可靠性6项关键技术进行了研究,阐述了设备研制过程的重点和难点。通过设备指标选取、操作界面布局设计、软件结构和程序运行逻辑的构建介绍了国产热补仪的开发过程。目前国产热补仪已形成系列产品,含单区版、双区版和多功能版,产品性能指标达到并超越国外同类产品。国产热补仪采用全中文图形界面,操作简便。其多功能版产品集成了复合材料胶接修理设计与修理实施两项功能,支持外场环境下复合材料维修设计方案的高效计算和获取,为一线技术人员开展飞机复合材料结构损伤原位修理提供了技术支持与装备支撑。经空军维修厂、部队及院校前期考核应用,国产热补仪可以完全替代国外热补仪产品。

磷酸铁锂电池碳纳米管膜加热结构设计及验证

针对磷酸铁锂电池低温环境下的性能衰减问题,设计开发了一种轻质高强、低压安全、高效节能的磷酸铁锂电池抗低温纤维碳纳米管膜加热功能结构并开展了实验验证。采用热压工艺实现了碳纳米管薄膜与复合材料层合结构的一体化成形。实验验证了FCL(fiber carbon-nanotube film laminated composite)加热器良好的温度均匀性、稳定性以及抗热疲劳性能。开展了低温环境下磷酸铁锂电池加热实验,并与传统的PTC(positive temperature coefficient)加热器进行了对比分析,结果表明:相较于传统的PTC加热器,FCL加热器质量减轻了59%,能量消耗降低了3.5%,温升效率提高了26%,功率质量比提升了195%。

穿透性损伤对钛合金蜂窝口盖壁板面内压缩性能影响

钛合金蜂窝口盖壁板在实际服役过程中可能会产生穿透性损伤,从而影响口盖壁板面内压缩性能。采用试验和有限元计算相结合的方法研究了穿透性损伤对钛合金蜂窝口盖壁板面内压缩性能的影响。结果显示:含穿透性损伤的钛合金蜂窝口盖壁板的面内压缩破坏载荷要略高于无损伤钛合金蜂窝口盖壁板,且面内压缩破坏载荷随穿透性损伤直径增大而增大;有限元模型预测的破坏模式与试验结果一致,预测的破坏载荷与试验结果的最大偏差为9.33%,两者吻合较好。研究结果可以为钛合金蜂窝口盖壁板的设计及面内压缩性能的预测提供数据支持和研究方法参考。

翼面前缘共形电热除冰功能结构开发与验证

针对飞机翼面前缘的防/除冰问题设计开发了一种轻质、高效、低能耗、共形的飞机翼面前缘石墨烯复合材料电热除冰功能结构并开展了除冰性能实验验证。采用将石墨烯加热膜与复合材料层合结构集成的设计方案,使用自研开发的热压成型设备在飞机翼面前缘原位胶接固化了0.75 mm厚的石墨烯复合材料电热除冰共形加热器功能结构;通过实验比较常温和低温环境下相同功率密度时共形加热器的温升情况,验证了共形加热器的加热均匀性和稳定性;采用一种原位共形结冰技术在飞机翼面前缘表面制备了厚度可控的冰层并进行了加热器除冰性能测试,获得了不同功率密度情况下共形加热器的除冰效果,并将其与传统翼面前缘金属丝共形电热除冰结构进行对比分析。结果表明:共形加热器与翼面前缘共形胶接质量良好,面密度为0.0827 g/cm^(2),热响应迅速,加热性能稳定,加热区域温度均匀;随加热器功率密度不断增加,除冰时间缩短,除冰效果变好;功率密度为15 kW/m^(2)时可在40 s内完全融化底部界面冰层;在达到相同除冰效果的前提下,与传统翼面前缘金属丝共形电热除冰结构相比,新型电热除冰结构所需功率密度明显更低。因此开发的飞机翼面前缘石墨烯复合材料共形加热器可真正实现结构功能一体化,在不改变飞机翼面前缘气动外形和重量增加极小的情况下获得优良的电热除冰效果。