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大展弦比复合材料机翼的有限元分析

2021-11-16刘嘉罗文东吴江

橡塑技术与装备 2021年22期
关键词:碳纤维复合材料有限元

刘嘉,罗文东,吴江

(重庆航天职业技术学院,重庆 400021)

随着复合材料及其成型工艺技术的快速进步,在飞机结构设计中先进复合材料的应用比例也越来越高。相对于大型商用飞机和军机而言,通用飞机最大起飞重量、最大巡航速度和翼面气动载荷均较小,因此降低了复合材料在通用飞机上的使用难度。新型通用飞机使用先进复合材料的比例开始逐年提升,统计数据表明,2020年复合材料在通用飞机结构设计中的使用比例高达69%,某些小型飞机的复合材料用量甚至超过了飞机总重量的90%以上。

目前复合材料成型工艺主要有手糊成型法、纤维缠绕成型法、热压罐成型法、模压成型法、喷射成型法、真空袋压成型法、RTM成型法等等。国内自20世纪50年代开始采用真空袋压法来制作飞机的雷达罩,70年代初又采用热压罐成型法制作碳纤维复合材料机翼后缘板和硼纤维复合材料起落架后舱门等[1]。真空袋压法是目前在航空领域应用比较成熟的技术,通过将被压紧件用封闭的真空袋包裹起来,再对真空袋内部抽真空去气泡,使大气压力传递到被压复材件的表面,从而达到胶接固化的目的。

本文介绍了一种双发通用飞机复合材料机翼的真空袋压成型制作方法,根据制作工艺铺层设计在CATIA软件中建立了该机翼的三维模型,在确定材料属性、气动载荷分布及其大小的基础上,利用有限元分析软件MCS.Patran对机翼结构进行铺层设计和静力强度分析[2],获得了机翼的应力分布及变形量的大小,为后续的静强度试验提供了数据参考。……

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