蜂窩夾層復(fù)合材料彈翼

1、10.6.1導(dǎo)彈復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的選擇原則1）承載較大、要求結(jié)構(gòu)剛度好的大型主受力件宜用高強(qiáng)度或高模量碳纖維樹脂復(fù)合材料桁條結(jié)構(gòu)型式。桁條和蒙皮可采用全膠接連接方式，如果采用膠—螺或膠—鉚連接方式可獲得更高的可靠性；2）承載較小的中型受力件，可采用碳纖維樹脂或混雜纖維樹脂復(fù)合材料面板、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。蜂窩有鋁蜂窩、玻璃鋼蜂窩和Nomex蜂窩。三種蜂窩都適用于全膠接的結(jié)構(gòu)型式。雖然碳纖維和鋁蜂窩之間存在介電腐蝕問題，但兩者間可用膠膜隔離，而且鋁

2、蜂窩成形前可進(jìn)行表面處理，這樣可使它們不直接接觸，即可解決介電腐蝕問題；3）剛度要求不大的小型結(jié)構(gòu)件可采用玻璃鋼面板、泡沫夾芯結(jié)構(gòu)。4）結(jié)構(gòu)要求高抗沖擊性能和斷裂韌性時可采用玻璃鋼纖維或凱芙拉纖維。若同時還要求高的比強(qiáng)度、比模量時，可采用碳纖維中加少量玻璃鋼纖維或凱芙拉纖維的混合纖維；5）雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)要求有良好的透波性，可選用玻璃鋼纖維或凱芙拉纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，也可用玻璃纖維樹脂復(fù)合材料面板、蜂窩夾心或泡沫夾心結(jié)構(gòu)，而不能使用碳纖維。

3、10.6.2復(fù)合材料彈箭身結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的有三種結(jié)構(gòu)：復(fù)合材料蒙皮桁條加筋殼、復(fù)合材料面板夾層結(jié)構(gòu)殼體和復(fù)合材料網(wǎng)格加筋整體結(jié)構(gòu)殼體。其中前兩種結(jié)構(gòu)在工程中已得到應(yīng)用，復(fù)合材料網(wǎng)格加筋整體結(jié)構(gòu)殼體正處于研制與發(fā)展階段，由于這種結(jié)構(gòu)屬于整體結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度剛度好，質(zhì)量輕，空間利用率高，加工和設(shè)計的整體化程度最高，所以是一種很有應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)型式。（1）蒙皮桁條加筋殼在這種殼體中，蒙皮厚度應(yīng)保證在使用載荷作用下不發(fā)生局部失穩(wěn)，桁條的鋪層：一般在外表

4、面全包或半包450鋪層，在中間鋪00層，這樣可大大提高其軸向剛度和強(qiáng)度。桁條與對接框連接處，可采用兩種連接方式：當(dāng)桁條剖面不大，或者承載能力不大時，可采用桁條端面與對接框內(nèi)表面直接接觸的連接形式；當(dāng)桁條面積較大，或者承載能力較大時，可采用桁條端面處增加肘板，并使肘板的外表面與框內(nèi)表面相連。（2）復(fù)合材料面板夾層殼在此種結(jié)構(gòu)中，復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。例如運(yùn)城火箭“阿里安”1的頭部整流罩倒錐高1700mm、半錐角100，是非金屬蜂窩

5、夾層結(jié)構(gòu)，上下面板厚1mm，用凱夫拉纖維制成，夾芯是玻璃鋼纖維環(huán)氧樹脂蜂窩，蜂格邊長4mm、夾層總厚40mm。此段結(jié)構(gòu)可以透過無線電波以適應(yīng)內(nèi)部設(shè)備工作的需要。又如某型號火箭的頭部有效載荷整流罩是半錐角分別為250、150的雙錐段的玻璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，上下面板厚0.8mm，用平紋玻璃布和低壓鋇酚醛樹脂制成，夾芯壁厚0.2mm，用高硼無堿布和低壓鋇酚醛樹脂制成，蜂格邊長5mm，夾層總厚20mm，實(shí)際透波率在78%～98%之間。10.6.3

6、復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)（1）單塊式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)形式是由蒙皮、筋條、肋和梁共同構(gòu)成的受力盒段。一般蒙皮較厚，筋條（相當(dāng)于長桁）較強(qiáng)，多肋。其中蒙皮主要受面內(nèi)載荷，鋪層情況由面內(nèi)載荷決定，一般采用4層合板。彎矩引起的軸向載荷由筋條、梁緣條和蒙皮組成的壁板承受，因此筋條與緣條以00鋪層為主。梁腹板可由所受剪力確定450鋪層數(shù)，再由泊松比或屈曲等其他要求確定900、00鋪層數(shù)。各元件之間有用二次固化或機(jī)械連接，也有采用共固化工藝將不同的元件直接做成整體

7、結(jié)構(gòu)。（2）多墻（多梁）式結(jié)構(gòu)因多墻（多梁）式結(jié)構(gòu)形式能提供上、下蒙皮間較大的形心間距和較大的彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度而得到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)型式蒙皮較厚，有多個墻（或梁）。復(fù)合材料多梁式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，可將其設(shè)計成一側(cè)蒙皮（通常是下翼面蒙皮）與全高度復(fù)合材料梁（或墻）共固化成1)膠接鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)由鋁合金面板和夾芯膠接而成的。適用于200C以下工作。夾芯分為側(cè)壁上帶孔的和無孔的兩種，孔是為了排除膠粘劑固化時揮發(fā)的氣體和水汽，夾芯側(cè)壁是否開

8、孔，由膠粘劑種類決定夾芯所用的膠粘劑應(yīng)有較高的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度，高的韌性，能經(jīng)受重復(fù)固化溫度影響。常用的有204膠（酚醛縮醛有機(jī)硅），JK9（酚醛丁腈）等。面板和夾芯連接用的膠粘劑，應(yīng)具有良好的綜合性能，并盡量采用膠膜形式。因受夾芯抗壓強(qiáng)度限制，固化壓力不能過高。圖10.6.4梁式蜂窩夾層彈翼1蒙皮2金屬膠3玻璃纖維紗4蜂窩結(jié)構(gòu)5翼型骨架6螺釘螺母7翼軸8加強(qiáng)板圖10.6.5蜂窩夾層結(jié)構(gòu)全動翼2）焊接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)焊接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的突出

9、優(yōu)點(diǎn)是工作溫度可達(dá)到500～8000C。通常使用不銹鋼或鈦合金做夾芯和面板。按工藝方法分為釬焊結(jié)構(gòu)和全焊接結(jié)構(gòu)。釬焊結(jié)構(gòu)應(yīng)用較早，用于較復(fù)雜的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，其耐熱能力取決于釬焊料的高溫性能。圖10.6.6為釬焊蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)例。它的蜂窩夾芯四周加工出下陷與邊緣件配合。邊緣件全部為板金件。夾芯為1Cr18Ni9Ti不銹鋼箔材，厚度為0.01mm，正六邊形格子，邊長為5mm。蒙皮及主承力件為2Cr13不銹鋼。釬焊料厚度為0.08mm。它的

10、裝配過程是：箔條預(yù)先成型，密點(diǎn)拼焊成蜂窩塊，機(jī)械加工型面及下陷，在密封容器中氬氣保護(hù)釬焊。用電熱陶瓷模完成加溫釬焊，溫度約1040。圖10.6.6釬焊蜂窩夾層舵因?yàn)殁F焊高溫的影響，零件材料退火，強(qiáng)度降低，須對主承力件作淬火、回火處理。關(guān)于熱處理工序影響主承力件的工藝方案，如圖10.6.6是多層釬焊，采用釬焊，淬火，回火同步進(jìn)行的方案，需要主承力件材料淬火溫度與釬焊溫度相適應(yīng)。若主承力件單獨(dú)熱處理后與蜂窩夾層部分連接，則會增加連接件數(shù)量及

11、質(zhì)量。楔形的蜂窩夾層部件，高度變化，可用不同厚度的釬焊料，保證蜂窩壁、蜂窩夾芯與面板的焊接品質(zhì)。圖10.6.7的釬料填滿蜂窩壁間，并形成良好的圓根。前后緣結(jié)構(gòu)形式除圖10.6.6中DD剖面形式外，還有圖10.6.8三種。其中，（b）可能出現(xiàn)面板與夾芯不貼合，導(dǎo)致連接強(qiáng)度降低。（c）工藝性好，但增加了連接件。全焊接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)比釬焊蜂窩夾層結(jié)構(gòu)有較高的比強(qiáng)度，耐更高的溫度。一種是點(diǎn)焊連接，稱“應(yīng)力蒙皮”蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。將夾芯箔材預(yù)先壓制成帶