面向某太阳能无人机机翼的梁结构设计制造与验证

太阳能无人机机翼具有典型的低翼载荷、大柔度、大展弦比特征,翼梁作为机翼的主承力结构,其承载能力与重量要求十分严格。如何提高翼梁结构承载效率,达到承载能力与重量的综合平衡,并实现大尺寸复合材料翼梁的整体化设计与制造,是太阳能无人机翼梁结构研究中的关键技术问题。本文首先针对太阳能无人机复合材料翼梁设计提出了一种快速选型及优化设计方法,该方法通过计算梁不同截面的承载能力来确定设计参数,同时考虑了铺层对称性、应变约束及稳定性约束,能够避免在方案阶段建立全机有限元模型并进行反复迭代计算,从而提高了翼梁结构的设计效率。其次,针对大尺寸复合材料圆管梁结构,提出了一种新型的专用成型方法,基于阴模成型实现了翼梁整体化制造并保证了制件成型质量,为类似的大型复合材料结构的制造工艺提供了参考。最后,开展了2 m量级圆管梁静力试验,典型截面的应变结果与设计结果误差不超过10%,验证了此快速优化设计方法的适用性。

复合材料机翼翼梁的制造及应用概况

机翼翼梁是飞机的主承力结构,西方发达国家在成熟的碳纤维复合材料制造技术的基础上,已在多种先进飞机上采用全部由碳纤维复合材料制造的翼梁;而国内在这一方面的研究才起步不久,尚未形成完善实用的制造技术。本文简述了国外几种先进飞机的复合材料机翼翼梁的制造方法,并指出了这一领域的发展趋势,以作为我国未来复合材料机翼翼梁研制的参考。

基于变角度算法的复合材料翼梁自动铺丝

在采用固定角算法的复合材料"C"型翼梁自动铺丝试验中,预浸丝在翼梁的拐角区域出现严重的屈曲与皱褶。在分析了其原因的基础上,利用翼梁的结构和受力特点,使翼梁的自动铺丝轨迹尽量向测地线方向靠近,可以显著减小预浸丝在过拐角时的偏转角度,从而消除预浸丝的皱褶和屈曲。轨迹进入非可展翼梁曲面的缘条后,相邻预浸丝束间会出现无法通过自动增减纱动作进行控制的重叠或间隙,在拐角区域采用变角度轨迹设计方法消除微小的重叠或间隙,实现了"C"型翼梁的满覆性铺放,可减少缺陷,提高构件的力学性能。

中型无人机复合材料机翼梁的成型工艺

中型固定翼无人机机翼梁为碳纤维复合材料层压结构,传统的阴模-预浸料成型虽然能极大提高外形尺寸稳定性,但该方法即使在引入硅橡胶芯模也较难以确保圆角处的正压力以及因其成型带来的架桥、气泡裹入等现象;本文利用组合式自适应均压板辅助工装及阳模-预浸料成型方法,在确保机翼梁制件外表面质量的同时不仅显著提高了机翼梁制件内表面质量,还使得工艺得到明显简化,极大地避免了因成型带来的架桥、气泡裹入等现象;并通过随炉件制作及性能测试得到单向预浸料的弯曲强度为1549 MPa,弯曲模量为110 GPa,层间剪切强度为87 MPa。

多墙翼面结构后屈曲强度试验和数值研究

采用静态试验和有限元分析相结合的方法研究了复合材料中厚蒙皮多墙翼面结构的后屈曲性态、强度和破坏过程。有限元分析取得的载荷-位移曲线和试验结果的一致性说明了有限元模型的正确性。在此模型基础上,采用非线性弧长法追踪外载-位移路径,研究了盒段在压缩和集中力两种不同载荷下的后屈曲行为。给出了屈曲临界载荷和屈曲变形性态,分析了后屈曲强度和破坏过程。

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。

某太阳能无人机翼梁设计与优化

太阳能无人机有高空、长航时、巡航速度低、铺设太阳能电池板、大展弦比等特点,这对其结构要求更加严格.本文根据气动载荷分析了主梁的受载情况,根据翼梁受载对机翼主梁进行等强度初步设计,并在此基础上,采用多目标粒子群优化方法对主梁的上、下边缘的复合材料层进行优化,并与传统翼梁结构进行比较.优化结果表明,优化后的梁可以满足翼梁的设计要求.

某型无人机碳纤维复合材料翼梁安全寿命预估

提出了一种无人机机翼碳纤维复合材料翼梁安全寿命预估的方法;首先进行了某型无人机静平衡飞行时的有限元分析,获得了碳纤维复合材料机翼的应力分布及应力集中区域;基于地面数据终端的遥测帧数据提取无人机基本飞行参数,在合理假设基础上推导了无人机机体迎角、侧滑角计算公式,再利用动力学方程反演无人机在机动载荷下的重心过载谱,进而结合机翼编制了机翼在各飞行剖面下的应力谱;然后,设计了机翼翼梁碳纤维复合材料试样,开展了试样的静力试验与疲劳试验,拟合得到了机翼翼粱碳纤维复合材料的S-N曲线;最后,基于Miner线性损伤累积原理,完成了某型无人机机翼翼梁的安全寿命评估;文章方法基于无人机地面数据终端的遥测帧数据进行翼梁应力谱编制,简单便捷,特别适用于中小型无人机装备过载谱的获取。

民用飞机复合材料机翼固定前缘结构设计研究

复合材料因其良好的抗疲劳性、抗腐蚀性、卓越的减重效率以及优越的结构可设计性,在民用飞机上的用量比例逐渐增多。机翼固定前缘作为机翼的重要部件,不仅对前缘缝翼起到支撑作用,同时还对抵抗鸟撞、安装各类系统发挥重要作用,其设计要考虑多方面的因素,具有较大的设计难度。本文从设计驱动、材料选取、成形工艺、蒙皮设计、辅助梁设计等方面来阐述机翼复合材料机翼固定前缘结构设计。

圆形太阳翼平面网格翼梁成型及性能研究

针对圆形柔性太阳翼的结构、功能特点,提出一种轻量化的碳纤维复合材料平面网格翼梁,该翼梁由M40J碳纤维/氰酸酯树脂采用缠绕工艺自动化成型,通过背靠背的双模模具结构设计、选用可膨胀的聚四氟乙烯模具材料、连续化的缠绕路径设计,解决了平面网格结构可回转缠绕成型、复材成型尺寸精度控制等难题,并对制备的工程样件进行静力试验考核,分析其力学承载性能。研究结果表明:采用自动化缠绕工艺成型的翼梁,具有较高的力学性能,能够承载太阳毯结构重量载荷,破坏形貌为下肋条断裂,多向肋条交叉节点未出现拔出脱粘,节点性能满足使用要求。

波音737NG飞机中央翼油箱后隔板复合材料腹板裂纹故障处理

波音737NG飞机的中央翼油箱后隔板左下和右下复合材料腹板裂纹是机队运行中的常见故障,本文详细介绍了在航线维护和定检修理中处理此故障的优选方案,为该类型故障的处理提供参考。