毕业设计论文飞机的复合材料及应用.doc

毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2011.10.10至2011.10.162011.10.17至2011.10.232011.10.24至2011.10.302011.10.31至2011.11.062011.11.07至2011.11.132011.11.14至2011.11.202011.11.21至2011.12.09教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一西安航空职业技术学院 毕业设计论文 飞机的复合材料及应用【摘要】本文重点讲述了复合材料的构成、种类、性能以及在飞机上的应用复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料对于一个现代飞机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要的作用对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用。

关键词： 复合材料 层合板Application of composite materials and aircraft【Summary】This article focuses on the composition of the composite material, type, performance and aircraft applications. Composite material is composed of two or more kinds of raw materials, process methods combined into a variety of new materials. For a modern aircraft, the application of composite materials, corrosion resistance and weight loss、cost plays an important role. Light of the aircraft structure, miniaturization and high performance plays a vital role. Composite material structural characteristics and application results in high-performance fighter aircraft to achieve stealth, supersonic cruise, stall flight control, front-wing aircraft, the practical application of advanced aerodynamic layout.Keyword： Composite materials Laminates 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 目 录1概述 12复合材料的探究 12.1 复合材料的构成 12.2 材料的分类 12.2.1 增强纤维 12.2.2树脂基体 32.3 复合材料的特性 42.3.1 复合材料缺陷∕损伤特性 42.3.2复合材料的疲劳特性 63复合材料在飞机上的应用 73．1机翼上的应用 73.1.1机翼的功用 73.1.2机翼结构设计要求 83.1.3 复合材料机翼特点 83.1.4 复合材料机翼结构设计要点 103.1.5 机翼翼盒结构方案 113.1.6外翼翼盒设计实例 123.2. 整体油箱的设计 143.2.1复合材料油箱设计要求 143.2.2 油箱密封设计 143.3 机身结构设计 153.3.1 机身的功用 153.3.2机身结构设计要求 153.3.3 复合材料前机身结构设计原则 163.3.4复合材料前机身结构设计实例 163.3.5复合材料中机身结构设计 18结束语 20谢辞 21参考文献 221概述复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。

它既可以保持原材料的某些特点，又具有原材料所不具备的新特征，并可根据需要进行设计,与单一均质材料相比它具有较多的优越性复合材料飞机结构技术是以实现高结构效率和改善飞机气动弹性与隐身等综合性能为目标的高新技术,对飞机结构轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作用复合材料结构特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前翼飞机先进气动布局的实际应用，以“飞翼”著称的B-2巨型轰炸机的隐身飞行，舰载攻击∕战斗机耐腐蚀性改善和轻质化，对于客机来说复合材料的应用对减重﹑耐腐蚀和降低成本有着重要作用，如波音777和空中客车A330∕A340上的应用，标志着飞机复合材料结构设计发展已经成熟我国从20世纪80年代开始，将复合材料应用技术研究列入重点发展领域复合材料应用基本实现了从次承力构件到主承力构件的转变复合材料的垂直安定面﹑水平尾翼、方向舵、前机身等构件已在多种型号飞机上使用，可以小批量生产带整体油箱复合材料机翼等主承力结构已装机试飞成功航空先进复合材料已进入实际应用阶段2 复合材料的探究2.1 复合材料的构成复合材料是由两种或两种以上材料独立物理相，通过复合工艺组合构成的新型材料。

其中，连续相称为基体、分散相称为增强体，两相彼此之间有明显的界面它既保留原组分材料的主要特点，并通过复合效应获得原组分材料所不具备的性能通过材料设计可以使各组分材料的性能互相补充、彼此联系,从而获得优越性能2.2 材料的分类2.2.1 增强纤维增强纤维是复合材料主要组分材料之一复合材料承载主体，选定纤维品种及基体的含量，即可预估出复合材料沿纤维方向（纵向）力学性能单位体积纤维含量V,结构用复合材料单向板约为60%，织物增强板约为40%飞机结构上应用的增强纤维有碳纤维、芳纶（kevlar）、玻璃纤维和硼纤维碳纤维由于其性能好、纤维类型和规格多、成本适中等因素，在飞机结构上应用最广芳纶性能虽然上佳，但在湿热环境下性能有明显下降，一般不用作飞机主承力结构，多与碳纤维混杂使用玻璃纤维由于模量低，仅用于次要结构（整流罩、舱内装饰结构）但其电性能、透波性适宜制作雷达罩等硼纤维，因纤维直径太粗有刚性，成形和加工性不好，价格又十分昂贵，故应用十分有限几种飞机结构上常用纤维的性能比较表2-1所示2-1 几种常用纤维性能比较 纤维品种拉伸模量 GPa拉伸强度 MPa断裂伸长率%密度g∕cm3纤维直径um碳纤维T300AS4HTAT700SIM6IM7T800H230248235230300300294353040703600—430049005100540054901.501.651.5—1.82.101.751.851.901.761.801.761.801.751.801.817777555芳纶Kevler49Kevlerl49130185362035002.6201.441.471212S玻璃纤维8645004.52.498—14硼（W）纤维4003800102.50100—200铝合金70400.>52.7钛合金120710>54.5钢200420>57.8增强材料的基本形式有纤维丝束、编织布和针织布。

纤维丝束是增强材料的最基本形式纤维丝束一般以预浸渍树脂基体的按同一方向（径向）平行排列成的纤维束带即单向带，供工艺成形结构使用为了改善单向带工艺性能，将纤维丝束用少量维持纤维丝束经向排列的非承载作用的纬向纤维织成一种特殊的单向织物，又称无纬布或无纺布无纬布浸渍树脂后也成为单向带，其纤维增强作用效果与纤维丝束单向带基本相同，但其铺覆工艺性大为改善编织布（织物）是由经向纤维与纬向纤维编制而成，分平纹布和缎纹布，见图2-2平纹布的经向与纬向纤维比例为1︰1﹐布形稳定﹐不易弯折缎纹布按经线与纬线编织时相交所间隔的纬线数目4、5、8不同的编织方式﹐有4综段﹑5综段﹑8综缎等缎纹布﹐各有各自的特点如8综缎布浸渍树脂后体现了单向带特点﹐且整体性好﹐易铺贴不同纤维混合编织物﹐为设计选材提供了更多的便利，植物可制成预浸渍使用 图2-2 编织布示图 (a)平纹布 （b）5综缎布 （c）8综缎布 针织布是用非增强纤维（机线）将增强纤维编织在一起形成的织物，如图2-3所示其特点是增强纤维布扭曲，可有效传递载荷。

针织布是制作预成形件的材料，不制成预浸渍 图2-3 针织布示图2.2.2树脂基体树脂基体是复合材料另一个主要组分材料在复合材料结构构件成形过程中，树脂基体参与化学反应并固化成形为结构因此，树脂基体固化工艺决定了结构件成形工艺和制作成本，不同树脂体系有不同工艺参数，而不同工艺方法要求不同的树脂体系，树脂基体对纤维起支撑、保护作用并传递载荷因此，树脂基体性能直接关系到复合材料的使用温度和压缩性能，横向（90°）性能和剪切性能（包括层间剪切强度）等基本性能，以及耐湿热性能、抗冲击损伤性能和冲击后压缩强度CAI等，复合材料在飞机结构上应用的愈广，对树脂基体提出的要求也就愈多、愈苛刻因此，树脂的品种、类型将会不断增加，性能不断改进图（2-4树脂基体的分类） 图2-4 树脂基体分类2.3 复合材料的特性2.3.1 复合材料缺陷∕损伤特性复合材料缺陷与损伤包括﹕制造缺陷、使用损伤和环境损伤。

制造缺陷通常有两类∶一类是复合材料预浸和成型过程中产生的缺陷﹔ 另一类是机械加工组装过程中产生的缺陷典型制造缺陷有：空隙﹑富胶﹑贫胶﹑外来夹杂﹑不正确的纤维取向和铺层顺序﹑划伤﹑有缺陷孔和过紧连接等典型使用损伤有∶划伤﹑擦伤﹑边缘损伤，以及冲击引起的分层﹑脱胶﹑凹痕和穿透损伤等典型环境损伤有∶雷电冲击引起的表面。