首页/文章/ 详情
banner

航空航天·空客H135直升机采用碳纤维增强聚合物取代铝制结构件

28天前浏览137

本文摘要:(由ai生成)

空客公司成功将H135直升机原先的铝合金环形框架替换为碳纤维增强聚合物(CFRP)制成的新框架。新设计通过特殊工艺和预成型件实现,不仅降低了重量和成本,还提高了耐腐蚀和抗疲劳性能。目前,所有新生产的H135直升机均采用了这种新型CFRP环形框架,显著提高了安全性和运维效率。

空客公司利用多片组合的预成型件和一次灌注工艺,以碳纤维增强聚合物(CFRP)为原材料,成功取代H135直升机原先的铝合金环形框架。

作为、紧急医疗服务/空中救护直升机,空客H135轻型双发直升机因其高可靠性、多功能和成本优势,成为空客公司同类产品中运维成本最低的直升机。目前,超过1350架H135在60多个国家或地区服役,为300多家运营商提供服务。然而,随着H135飞行时长的增加,相关定期运维数据表明,连接CFRP制尾梁和CFRP制尾桨护罩的铝合金环形框架容易出现疲劳和腐蚀问题,直接导致了运维检测成本的增加。为了降低成本并保证机体安全性,针对环形框架的耐腐蚀和抗疲劳需求,空客公司着手研究新的工艺设计方案。

空客公司首先考虑了基于钛合金的方案,但钛合金方案的机械加工过程和原材料都比铝制方案更加昂贵。因此,多学科研发团队利用预浸料、真空辅助灌注(VAP)和树脂传递模塑(RTM)工艺,研发了基于CFRP的全新设计方案。经过测算,新方案与铝制方案相比重量减轻25%,与钛合金方案相比成本降低50%,显著降低了检测和维护成本。

工程人员无法改变尾梁和尾桨护罩的现有设计,而环形框架是连接尾梁和尾桨护罩的主要结构,因此CFRP环形框架必须具备与原有铝制框架相同的连接面和几何尺寸,这极大限制了设计方案的自由度。工程团队与设计、应力和生产工程师通过沟通评估,最终确定利用已经在实际生产中广泛使用的标准规格材料,以保证最大程度降低研发成本和后续的批量制造成本。其中,新方案使用的美国赫氏(Hexcel)公司G0986型斜纹碳纤维已经广泛应用于空客公司其他直升机项目的灌注成型;灌注用树脂则选用了赫氏公司的单组分RTM6型环氧树脂,也早已通过空客直升机公司的树脂灌注和RTM认证。

因为环形框架几何形状的极端不可展开性,工程人员在预成型件中额外设计了一些切口和凹口,以避免模塑成型时产生褶皱。随后,工程人员测试了内法兰的抗压强度,通过静态和动态的拉伸测试验证了CFRP环形框架的展开能力,以及CFRP环形框架与无增强聚合物扣板之间的界面。测试结果表明,新的CFRP环形框架设计非常坚固,可以安全地处理预期负载。

针对树脂灌注,工程团队研发了如下图所示的四个预成型件。其中,3号预成型件包括A和B两个部分;4号预成型件就是无增强聚合物扣板,用于确保T型区域的连接。

针对四个预成型件,工程团队研发了各自对应的特殊工装,然后将所有预成型件和环形扣板一起组装成最终使用的固化工具。最终完整的固化工具均由铝合金制成,包括固定在灰色底板上的蓝色工装、多部分拼接而成的绿色环形工装以及橙色和黄色的顶部环形工装。多部份拼接工装的设计目的,是为了防止固化冷却过程中工装冷却而产生的收缩力。


在完成层合板与工装的组装以后,工程团队使用最典型的也最具有性价比的VAP工艺方案进行树脂的灌注。经过固化、冷却、脱模步骤,团队针对零件的边缘开展精加工,然后面向后续铆接工作进行高精度钻孔。为了保证环形框架与尾梁、尾桨护罩的连接精度,连接处设计公差需要控制在±0.4 毫米的区间。有限元分析结果表明,新方案的模具设计结果做到了“一次成功”,能够满足公差要求。


空客公司针对CFRP环形框架的全新设计大约在1年以前已经完成,但从铝合金转向复合材料工艺花费了较长时间。公司必须考虑设计的合理性、工艺步骤的验证和确认、批量生产的稳定性等诸多问题。此外,针对新工艺的员工培训也十分重要,必须确保每个环节的工程人员都做好了适应新设计方案的能力准备。空客公司认为,环形框架制造从铝合金工艺转为CFRP工艺,不仅仅是现有零件的简单修改,而是空客直升机部门的一次技术变革;其中,最具有挑战性的工作不是几何公差要求的满足,而是预成型件的成功研制。

目前,所有最新生产的H135直升机全部换装了新的CFRP环形框架。由于新型CFRP环形框架耐腐蚀、抗疲劳的出色性能,空客公司减轻了大约0.5千克的产品重量,而且显著提高了安全性能,降低了检测次数和成本。

来源:航空工业信息网

  特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。

广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。


来源:碳纤维生产技术
疲劳复合材料航空航天材料控制试验模具
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-22
最近编辑:28天前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
获赞 14粉丝 13文章 2442课程 0
点赞
收藏
作者推荐

复材关注·“国字号”歼-20 使用到的复合材料

歼20是中国一款独立研制的高隐身性、高态势感知、高机动性的第五代战斗机。2011年1月11日,我国自主研发的新一代隐身战机歼-20在成都黄田坝完成首飞。从研发、试训、到列装作战部队、实战实训,形成战斗力、“国字号”歼-20见证了中国航空工业和空军装备的飞速发展。 那么你知道歼-20使用了哪些复合材料吗? 高性能碳纤维复合材料 碳纤维复合材料在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用。数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。 歼20要达到超音速巡航,除了性能优异的大推力发动机外,使用碳纤维复合材料实施减重,也对性能指标的实现有极大的帮助。空重17吨的歼20战斗机如果使用30%以上的复合材料,减轻的重量可以增加载油量或载弹量。 新型碳陶复合材料 碳陶复合材料也称碳陶瓷,是指由碳纤维作为增强体,碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料。主要基体成分碳化硅决定着碳陶复合材料的硬度,碳纤维的作用是提高材料的机械强度和断裂韧度。 据报道,中国已经在近几年定型的战机——包括歼20、歼10B、歼15上应用了新的碳陶复合材料刹车。这种基于碳-碳基础上进行改性的新改进型材料,虽然是德国等西方国家在上世纪80-90年代率先展开研制的,但是至今主要应用在高档汽车上,在飞机上实用化的中国是首个。 隐形涂料 隐身涂料是可以直接喷涂覆盖机身形成一种纳米隐形镀膜层,强度和韧性远超铁氧体材料。第一代隐身涂料是黑色,第二代是银灰色,或者黑灰色。第三代是银白色,或者白色。歼20也采用了浅色调新型隐形涂料。关于隐身涂料有个说法就是颜色越浅技术越先进。歼20的在研制过程中,隐身涂料的研发脚步也没有停止。 歼20首飞距今已经有11年,歼20的出现,并不仅仅是中国战机的一个里程碑,更是中国整个基础工业、装备制造业、材料科学、电子科学等各个相关领域的一个重大突破。歼20要想在未来实现超音速巡航性能,除了大推力发动机以外,必须还要使用复合材料为战机减重,未来我们的期待也都将会实现!来源:复材网 特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈