Cymhwyso Strwythurau Brechdanau Diliau Cyfansawdd mewn Awyrennau Sifil

Crynodeb:Defnyddir strwythurau brechdan diliau cyfansawdd mewn nifer fawr o geisiadau ym maes awyrennau sifil, sy'n cael eu nodweddu gan gryfder uchel, anystwythder penodol uchel, dwysedd isel, priodweddau cywasgol a hyblyg da, ac ati Mae'r rhannau cais yn cynnwys ffiwslawdd, cowl injan, fairing, deor, gorchudd antena, blaenllaw ac ati. Mae nifer fawr o geisiadau o strwythur brechdan honeycomb yn lleihau pwysau strwythur awyrennau yn sylweddol. Gyda chynnydd y broses fowldio a gwella priodweddau deunyddiau, mae strwythur brechdan diliau yn cael ei gymhwyso'n raddol i'r llawr a phrif strwythurau dwyn eraill. Yn gyntaf, mae'r papur hwn yn dadansoddi cynnydd ymchwil a phroses datblygu strwythurau brechdanau diliau. Yn ail, mae'n datrys y defnydd o strwythurau brechdanau diliau ar gydrannau awyrennau nodweddiadol. Yn olaf, mae'n cyflwyno statws presennol y cais o strwythur brechdan honeycomb ar lawr awyrennau sifil.

001 Rhagymadrodd

Gyda'r datblygiad economaidd-gymdeithasol, mae dwy dasg yn wynebu'r maes cludiant, yn enwedig cludiant awyr: lleihau pwysau cyffredinol strwythurau a mater buddion sy'n ymwneud yn uniongyrchol â lleihau pwysau - lleihau'r defnydd o danwydd. Mae pwysau strwythurol a defnydd o danwydd yn arbennig o bwysig yn y maes hedfan. Ar hyn o bryd, defnyddir strwythurau brechdanau diliau yn eang mewn ffiwsiau, deorau, adenydd, cynffonau, lloriau, tylwyth teg a gorchudd antena yn y diwydiant hedfan. Mae strwythurau brechdanau honeycomb yn cynnig cymhareb cryfder-i-bwysau da. O'u cymharu â chrwyn cyfansawdd, maent yn perfformio'n well o dan lwythi ochrol a phlygu oherwydd eu ffurf strwythurol, sy'n cynnwys craidd trwchus, ysgafn wedi'i amgylchynu gan ddwy haen denau, anhyblyg.

Mae'r nifer fawr o gymwysiadau o strwythurau rhyngosod diliau wedi lleihau pwysau strwythurau awyrennau yn sylweddol, diolch i'w priodweddau cywasgol a hyblyg da, cymaint fel bod strwythurau rhyngosod diliau yn symud yn raddol tuag at brif strwythurau dwyn megis lloriau. Mae cynnwys y papur hwn wedi'i rannu'n dair rhan yn bennaf: yn gyntaf, mae'n dadansoddi cynnydd ymchwil a phroses datblygu strwythur brechdanau diliau; yn ail, mae'n cyfuno cymhwyso strwythur brechdanau diliau ar gydrannau awyrennau nodweddiadol gyda'r modelau a ddefnyddir ar hyn o bryd; yn olaf, mae'n cyflwyno statws presennol y cais o strwythur brechdan honeycomb ar loriau awyrennau sifil.

002 Strwythur Brechdan Honeycomb

Mae'r strwythur brechdanau diliau, a darddodd gyntaf mewn bioneg, yn cael ei nodweddu gan gryfder penodol uchel, stiffrwydd penodol uchel, a phwysau ysgafn o'i gymharu â'r un math o ddeunydd solet, ac felly fe'i defnyddiwyd yn helaeth mewn hedfan, cludo a meysydd eraill. Gall y strwythur rhyngosod diliau cyfansawdd wella'r anystwythder plygu yn effeithiol a gwella'r gallu i wrthsefyll eiliadau a phwysau plygu gyda chynnydd pwysau bach iawn, gan ei wneud yn strwythur ysgafn mwy delfrydol ar gyfer hedfan.

Mae strwythurau brechdanau diliau cyfansawdd yn cynnwys tair cydran: paneli, craidd diliau a gludiog.

(1) Panel. Y panel yw'r prif lwyth sy'n cynnwys rhan o'r strwythur brechdanau. O'i gymharu â'r deunydd craidd, nodweddir deunydd y panel gan ddwysedd uchel, modwlws uchel a chryfder uchel. Fel arfer mae deunydd panel cyfansawdd yn aloi alwminiwm, aloi titaniwm, plastig wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr a deunyddiau eraill. Ar hyn o bryd mae'r rhan fwyaf o'r tâp un cyfeiriad neu gyfansoddion ffabrig o ffibr carbon neu ffibr gwydr yn cael eu defnyddio mewn strwythurau awyrofod.

(2) Craidd Honeycomb. Mae perfformiad strwythur brechdanau diliau a geometreg crwybr yn gysylltiedig â deunydd craidd diliau. Yn gyffredinol, mae creiddiau diliau ar gael fel craidd diliau alwminiwm, craidd diliau aramid, craidd diliau gwydr ffibr, ac ati yn ôl y deunydd. Rhennir diliau Aramid yn feta-diliau aramid a phara{6}}diliau aramid. Mae meso{8}}aramid diliau aramid yn meta-aramid a geir drwy amry-ddwysiad rhyngwynebol neu drwy-polygyddwysiad tymheredd isel o m-toluene dicarbonyl clorid (MDCL) a m-phenylenediamine (MPA). Y mwyaf cyffredin ar y farchnad yw'r meta-aramid a ddyfeisiwyd gyntaf ac a roddwyd ar waith gan DuPont yn y 1960au. Para{17}}diliau aramid yw p-phenylenediamine a p-phenylenedicarbonyl cloride polycondensation i gael para-aramid, enw masnach Kevlar. Mae'r craidd diliau aramid presennol yn meta-aramid yn bennaf, ac ychydig iawn o ymchwil i para-paramid. Dangosir y prif fodelau cais yn Nhabl 1. Mae diliau papur aramid (diliau NOMEX) wedi'i wneud o bapur aramid wedi'i wlychu â resin ffenolig. O'i gymharu â diliau alwminiwm, diliau aramid yn llawer mwy ymwrthol i ansefydlogrwydd lleol oherwydd bod y gell diliau o diliau aramid yn fwy trwchus na hynny o diliau alwminiwm.Mae paratoi diliau Nomex yn cynnwys naw proses: gludo papur aramid, lamineiddio, gwasgu, torri, ymestyn, sizing, dipio, halltu, a sleisio. Mae AVIC Composites Co, Ltd wedi gwella'r broses gludo dip o diliau aramid, wedi dod i'r casgliad o baramedrau'r broses fel trwch celloedd a phapur, ac wedi didynnu'r fformiwla empirig ar gyfer rheoli dwysedd. Mae Suzhou Fanglei Honeycomb Composites Co., Ltd. yn defnyddio papur aramid domestig i baratoi diliau, mae priodweddau cywasgol a chneifio wedi gallu bodloni gofynion HB5435-89 a BMS8{-124, mae eiddo dielectric a gwrth-fflam hefyd yn bodloni'r gofynion safonol. Mae Meishi, is-gwmni o Tsieina Yantai Spandex Group Co, Ltd wedi paratoi gwahanol fathau o greiddiau diliau o'i bapur meta-aramid trwy gyfres o brosesau aeddfed. Mae ymwrthedd cywasgu mewn awyren a gwrthiant cneifio ei strwythur craidd a rhyngosod ar dymheredd ystafell yn gallu cyrraedd y gwerthoedd mynegai yn safon Boeing BMS8-124, a gallant fodloni gofynion defnydd priodweddau mecanyddol.

Tab.1 Modelau prif gais o fath diliau

(3) Gludydd. Mae'r glud a ddefnyddir ar gyfer strwythurau brechdan honeycomb hedfan fel arfer yn adlyn strwythurol. Gludyddion strwythurol yw'r rhai a all wrthsefyll cryn rym mewn cyfnod penodol o amser, yn yr amgylchedd y cânt eu defnyddio ynddo, ac sydd â bywyd gwasanaeth cryfder a gwydn sy'n cyfateb i'r gwrthrych y glynir wrthynt. Yn ôl y matrics resin yn gyffredinol wedi'i rannu'n dri chategori mawr. Mae gan yr epocsi cyntaf, resin epocsi fanteision crefftwaith rhagorol, cyfnod cymhwyso hir, a'r ymwrthedd tymheredd uchaf o hyd at 232 gradd; Yr ail gategori yw bismaleimide, a all gyrraedd tymereddau o fwy na 232 gradd, ac fe'i defnyddir yn bennaf mewn awyrennau milwrol â thymheredd uwch; Y trydydd yw'r math o ester cyanoasid, sydd ag ymwrthedd ardderchog i dymheredd, a dielectricity, ac ymwrthedd i wres a lleithder, felly fe'i defnyddir yn bennaf mewn cydrannau â gofynion perfformiad Trydanol y cydrannau. Hedfan a ddefnyddir yn gyffredin gludiog resin epocsi strwythurol fel y dangosir yn Nhabl 2. Mae'r Unol Daleithiau Hexcel, Cytec a chwmnïau eraill wedi datblygu amrywiaeth o ddefnyddiau o'r system ddeunydd, ac yn y blynyddoedd diwethaf mae Cwmni Cyfansawdd AVIC domestig hefyd wedi datblygu system resin tymheredd canolig ac uchel, megis BA9913, BA9916, SY-24C-300 ac yn y blaen.

Tab.2 Gludyddion strwythurol hedfan domestig a thramor

003 Strwythurau brechdanau diliau ar gydrannau awyrennau nodweddiadol

Cyn belled ag y mae awyrennau sifil mawr yn y cwestiwn, cynlluniwyd y Boeing 747 (a hedfanwyd gyntaf ar Chwefror 9, 1969) gyda chanran fawr o waith adeiladu rhyngosod (Ffigur 1). Mae ganddo tua hanner arwyneb yr adain, gan gynnwys yr ymylon blaen a llusgo, wedi'u gwneud o wydr ffibr a diliau Nomex. Yn y Boeing 747, mae cragen silindrog y fuselage yn diliau diliau Nomex yn bennaf, ac mae'r llawr, paneli ochr, caniau sothach uwchben, a nenfwd hefyd wedi'u gwneud o diliau mêl. Mae'r rhan fwyaf o'r fflapiau wedi'u gwneud o'r un strwythur diliau, ond defnyddir diliau alwminiwm a chroen hefyd. Mae cymwysiadau strwythur brechdanau diliau ar y B787 yn cynnwys y llyw, yr elevator, blaen yr adenydd, a nacelles yr injan. Yn eu plith, mae nacelles yr injan a gwrthdryddion gwthiad wedi'u gwneud o diliau HexWeb a HexPly8552 / AS4 prepreg. Gyda manteision pwysau ysgafn ac anystwythder uchel, yn ogystal ag amsugno acwstig, mae holl gynhyrchwyr peiriannau mawr y byd wedi defnyddio diliau HexWeb. Ar gyfer y Boeing 707, dim ond 8% sy'n diliau, ac ar gyfer y Boeing 757/46 mwy newydd, mae 46% yn diliau mêl.

Ffig.1 Darlun o ran o gais strwythur brechdanau B747 (ardal las)

Strwythur brechdan Honeycomb wrth gymhwyso awyrennau sifil mawr yw'r cynharaf yn llyw awyrennau Airbus A310, ac yna'n cael ei ddefnyddio yn y llyw A320, A340. Y strwythur brechdan diliau mwyaf yw llyw yr A340, gydag arwynebedd o 15.3 m.²o strwythur brechdanau diliau.Y dos awyren unigol- mwyaf ar gyfer yr awyren A380, roedd cyfanswm ei strwythur brechdanau diliau yn 4,000 m², a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer cydrannau strwythurol maint mawr, gan gynnwys y ffair bol, lloriau, ac ati. Ac mae'r lloriau wedi'u gwneud yn bennaf o baneli rhyngosod Gillfab4909 o MC GillCorp. crwybr Kevlar. Mae strwythur y llawr ar yr Airbus A380 wedi'i wneud o nifer fawr o gyfansoddion brechdan diliau Nomex, sy'n ddeunyddiau rhagorol sy'n galluogi'r A380 i gyrraedd bywyd gweithredu o 20,000 awr, gan sicrhau y gall yr awyren fod mewn gwasanaeth am fwy na 10 mlynedd. Ers hynny, mae'r defnydd o gyfansoddion wedi cynyddu'n sylweddol, yn enwedig gyda'r ATR72, sef yr awyren sifil gyntaf i gael ei hardystio â strwythur carbon sylfaenol (blwch adain) (gweler Ffigur 2). Fel y dangosir yn Ffigur 3, mae cyfran y deunyddiau rhyngosod mewn strwythurau eilaidd wedi bod yn gostwng. Ar gyfer yr A380, Boeing 787 neu Airbus A350, dim ond y ffair bol, y nacelles a'r drysau glanio blaen, rhai aileronau a llyw sy'n dal i gael eu gwneud o adeiladwaith rhyngosod, a'r gweddill yn strwythurau monolithig hunan-atgyfnerthol.

Ffig{0}} Cymhwyso cyfansoddion ATR72

(a) Adeiledd rhyngosod o A380 (b) Strwythur brechdanau o set o gyfansawdd A350 a B787 strwythur

Ffig.3 Diagram o strwythur brechdanau awyrennau

O'i gymharu ag awyrennau sifil, mae cymhwyso strwythur brechdanau honeycomb mewn awyrennau cyffredinol yn cael ei amlygu'n bennaf yn y defnydd o'r fuselage, megis HawkerBeechcraf's PremierI, Hawker 4000 a "Prime Minister" awyrennau IA, awyrennau Bombardier Aerospace Learjet 85 ac yn y blaen. PremierI yw'r FAA cyntaf -ardystiedig yr holl- jet busnes jet fuselage cyfansawdd, gwneir y fuselage cyfan o baneli carbon o strwythur brechdan diliau, y trwch cyffredinol o 20.6mm, y fuselage yn rhydd o trawstiau a fframiau, na'r strwythur alwminiwm traddodiadol i leihau pwysau o 25%, a chynyddodd y gofod caban 13. Mae strwythur ffiwslawr yr awyren Hawker 4000 sy'n cael ei gynhyrchu ar hyn o bryd yn cynnwys tri strwythur casgen wedi'u cysylltu yn yr adenydd, mae'r casgenni yn strwythurau brechdanau diliau, ac mae'r croen yn cael ei osod gan ddefnyddio peiriant gosod gwifren awtomataidd Viper MAG Cincinnati. Defnyddir cydrannau cyfansawdd strwythur brechdan diliau Nomex mewn nifer fawr o geisiadau yn Rwsia ar gyfer cydrannau awyrennau fel fflapiau, ailerons, paneli wal fuselage, peiriannau, talwrn, adrannau cargo, cynffonau llorweddol, ymylon blaen yr adenydd, trawstiau cynffon rotor hofrennydd a chydrannau awyrennau eraill.

Mae cynhyrchiad domestig gan AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co, Ltd ac unedau eraill o nifer fawr o ddeunyddiau cyfansawdd matrics resin (megis drogues, padlo, cynffon fflat a rotor, ac ati) a strwythur brechdan diliau Nomex deunyddiau cyfansawdd (paneli fuselage, lloriau, trawstiau cynffon, ac ati), sy'n lleihau'n sylweddol bwysau'r cynffon, yn gwella cryfder y cydrannau, ac yn gwella cryfderau'r fuselage yn gyffredinol, ac felly'n gwella cryfder y cydrannau, ac felly'n gwella cryfder y fuselage. ansawdd hedfan yr hofrennydd. Amcangyfrifir, yn ogystal â'r injan a'r trên gyrru, bod bron i 300 o rannau awyrennau wedi'u gwneud o gyfansoddion brechdanau diliau Nomex. Mae pob rhan yn defnyddio deunyddiau craidd diliau Nomex o 3 dwysedd a 12 manyleb. Mae swm y deunyddiau craidd diliau Nomex yn y fuselage cyfan yn fwy na 200m2, ac mae ei ardal sylw yn cyfrif am tua 80% o'r fuselage cyfan, sef un o'r mathau o awyrennau sy'n defnyddio cyfansoddion strwythurol brechdan diliau Nomex mwyaf yn Tsieina ar hyn o bryd.

004 Cymhwyso strwythur brechdanau diliau ar loriau awyrennau sifil

4.1 Statws Ymchwil Teithwyr Awyrennau a Lloriau Compartment Cargo

Lloriau awyrennau confensiynol Mae lloriau teithwyr a chargo wedi'u hadeiladu o fetel. Mae gan bob llawr gannoedd o rhybedion a sgriwiau, ond mae angen hefyd i ddefnyddio padiau elastig ac ynysu strwythur fuselage, ac felly'n ddrud. A gall y defnydd o ddeunyddiau cyfansawdd wella strwythur llawr y cryfder, anystwythder, blinder a gwrthiant cyrydiad yn fawr, gall leihau'r cysylltwyr trwy orchymyn maint, a gallant leihau pwysau strwythur y llawr yn sylweddol.

Mae panel strwythur rhyngosod cyfansawdd llawr yr awyren fel arfer yn cael ei wneud o prepreg ffibr gwydr, ffibr carbon a Kevlar prepreg, a dewisir y matrics o resin epocsi neu resin ffenolig. Defnyddir creiddiau diliau'n gyffredin gyda diliau Nomex.

Ffig.4 Lloriau adran teithwyr a chargo awyrennau

4.2 Cymhwyso strwythurau brechdanau i loriau

Mae prif lawr caban hofrennydd sifil Boeing Model 234 Chinook yn mesur 2.5mx 2.2m yr un ac yn cynnwys pedwar panel. Mae'r paneli yn gyfansoddion gwydr ffibr / Kevlar49 gyda creiddiau diliau Nomex, ac mae gan y llawr rhyngosod bedair haen o osodiadau panel uchaf ac isaf yr un, sy'n gymesur â'r craidd diliau yn y canol. Yr haenau cyntaf a'r ail yw prepreg ffibr gwydr 0 gradd, ac mae'r drydedd a'r bedwaredd haen yn 0 gradd cyfeiriad Kevlar49 prepreg ffibr. Mae gan graidd Nomex uchder o 38mm, hyd cell o 2mm, a dwysedd o 48kg/m3. Mae'r paneli a'r craidd yn cael eu gludo ynghyd â ffilm gludiog EA9. Mae strwythur brechdanau cyfansawdd hefyd yn cael ei ddewis ar gyfer llawr caban Boeing 777, Boeing 787 Dreamliner a modelau awyrennau eraill.

MC GillCorp. cynhyrchu panel strwythur rhyngosod Gillfab4223 dewis o ffabrig gwydr ffibr, matrics ar gyfer y resin ffenolig, craidd ar gyfer y meta GillcoreHD diliau aramid, dewis ffilm gludiog o system epocsi. Mae trwch y strwythur rhyngosod cyfan yn 12.6mm, mae trwch y panel uchaf yn 1.27mm, ac mae trwch y panel isaf yn 0.508mm. Defnyddir strwythur rhyngosod Gillfab4223 yn Airbus A318/ A319/ A320/ A321/ A330/ A340/ A300/ A310/ A300-600. MC GillCorp. cynhyrchu panel strwythur brechdan Gillfab4505 detholiad o wregys uncyfeiriad ffibr carbon (yr haen wyneb ar gyfer y prepreg ffibr gwydr), y matrics ar gyfer y resin ffenolig, y craidd ar gyfer diliau meta-aramid GillcoreHD, detholiad ffilm gludiog o system epocsi. Mae trwch y strwythur rhyngosod cyfan yn 9.5mm, ac mae trwch y paneli uchaf ac isaf yn 0.5mm. Defnyddir strwythur brechdan Gillfab4505 yn Airbus A318 / A319 / A320 / A321 / A330 / A340.

Mae llawr cargo Fokker 100 yn strwythur cymharol syml, sy'n strwythur rhyngosod cyfansawdd gyda chroen allanol o ddalennau o gyfansoddion thermoplastig perfformiad uchel a chraidd o diliau Nomex. Mae'r croen a'r craidd yn cael eu gludo ynghyd â ffilm epocsi.

Paratowyd llawr dal cargo model penodol o strwythur brechdan diliau Nomex trwy fowldio gwasg poeth gan ddefnyddio prepreg resin ffenolig atgyfnerthu ffibr gwydr wedi'i hunan-wneud fel deunydd crai y panel gan Niu Fangxu et al. o Beijing Glass Steel Institute Composites Ltd. Gwerthuswyd priodweddau mecanyddol ac eiddo gwrth-fflam y llawr yn systematig, a dadansoddwyd effeithiau math prepreg, tymheredd halltu, a phroses fowldio ar briodweddau mecanyddol y paneli diliau, ac astudiwyd ffactorau dylanwadol priodweddau gwrth-fflam y paneli diliau. Mae'r canlyniadau'n dangos bod priodweddau mecanyddol llawr y compartment cargo a baratowyd gyda'r prepreg hunan-gwneud yn rhagorol, gyda'r llwyth eithaf o blygu trawst hir hyd at 4348N, y gwyriad o ddim ond 6.79mm ar lwyth o 445N, y perfformiad effaith hyd at 17.1J, a'r cryfder plicio rholer hyd at 61,000 a'r un amser {{{{}}) yn cwrdd â'r un cryfder plicio rholer hyd at 61,48N a'r un amser. gofynion ar gyfer arafu fflamau, a all wireddu amnewidiad lleol y deunyddiau lloriau ar gyfer ardal cargo swmp yr awyren.

005 Casgliad

Mae strwythur brechdan Honeycomb gyda chryfder uchel, anystwythder penodol uchel a dwysedd isel, sy'n elwa o'i briodweddau cywasgol a hyblyg da, wedi'i ddefnyddio mewn nifer fawr o gymwysiadau ym maes awyrennau sifil. Mae'r papur hwn yn dadansoddi cynnydd ymchwil a statws datblygu strwythur brechdanau diliau, yn cyfuno ei gymhwysiad ymhellach ar strwythurau awyrennau nodweddiadol, ac yn dod i'r casgliad, gyda datblygu a chynhyrchu awyrennau domestig C919/C929, bod gan strwythur rhyngosod cyfansawdd ar gyfer lloriau awyrennau ystod eang o ragolygon cymhwyso. (Ffynhonnell: Fiber Composites)