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    近幾年，國外對低成本、高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在大型飛機上的工程應(yīng)用進行了廣泛深入研究，取得了大量有工程應(yīng)用價值的研究成果，具體體現(xiàn)在新設(shè)計飛機主要承力部件大量應(yīng)用先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如A380復(fù)合材料機翼、A400M復(fù)材翼面與機身、波音787復(fù)合材料機翼等。

復(fù)材結(jié)構(gòu)在A380上的應(yīng)用

   

A400M的復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)

     A380飛機已經(jīng)交付數(shù)家用戶，其優(yōu)良性能和舒適性被廣為稱道。復(fù)材用于該機的部件有翼盒結(jié)構(gòu)，尾翼結(jié)構(gòu)，襟翼、副翼結(jié)構(gòu)，擾流板結(jié)構(gòu)，機身上壁板、機身地板梁（跨度6m）、機身后體球框（6.2m×5.5m，樹脂膜溶塑成型工藝RFI）、整流罩結(jié)構(gòu)等。

    A380的復(fù)材用量約占結(jié)構(gòu)重量25%，其大設(shè)計特點就是次將復(fù)材用于翼盒，并達(dá)到減重1.5t的效果。另外它的碳纖維復(fù)材水平尾翼整體油箱的結(jié)構(gòu)半展長達(dá)到19m，超過了A320 的機翼半展長，號稱是上正在飛行的大復(fù)材整體油箱。機身上使用的Glare層板達(dá)到470m2，與傳統(tǒng)鋁合金相比，減重25%以上，疲勞壽命提高10~15倍。垂尾前緣更是使用長達(dá)14m的Glare層板結(jié)構(gòu)，大型整體結(jié)構(gòu)的使用可見一斑。

    復(fù)材結(jié)構(gòu)在波音787上的應(yīng)用波音787飛機已經(jīng)飛成功，正在鑒定試飛中，交付用戶指日可待。該機的主要結(jié)構(gòu)均為復(fù)材結(jié)構(gòu)，其復(fù)材用量占全機重量50%，有里程牌意義的是使用了復(fù)材機翼、機身結(jié)構(gòu)，并在結(jié)構(gòu)維護上做出了實質(zhì)性進展，其目標(biāo)是做到比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的波音767降低使用維護成本30%。同時，TiGr層板（碳纖維增強的鈦板）、耐高溫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)也在機翼前緣、發(fā)動機吊艙上獲得應(yīng)用。

復(fù)材結(jié)構(gòu)在大型飛機上用量迅速上升分析

（1）表明復(fù)材的基礎(chǔ)研究取得了實質(zhì)進展，安全性已經(jīng)不再阻礙其擴大應(yīng)用。

    AC20-107A、B(FAA 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性要求) 要求的內(nèi)容都得到了貫徹與驗證，包括積木式試驗驗證，尤其是在結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計技術(shù)研究，材料應(yīng)用規(guī)范（如波音BMS 8-276）、制造工藝、試驗驗證等方面（如美國的ACT計劃和歐洲的TANGO計劃）。正是從這些預(yù)研中探索并實踐了設(shè)計、制造、試驗驗證流程，汲取了經(jīng)驗，才有了在飛機上工程化應(yīng)用的底氣。其主線是大型整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，將結(jié)構(gòu)的強度、剛度和損傷容限結(jié)合在一起通盤考慮。這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)，減少了結(jié)構(gòu)連接，提高了使用壽命，也便于成型裝配，更易于保養(yǎng)維護。

A350的復(fù)合材料機翼蒙皮

（2）表明結(jié)構(gòu)設(shè)計手段與驗證技術(shù)的進步。

    如A380翼盒結(jié)構(gòu)層板厚度達(dá)到50mm 以上，對接區(qū)更是有100mm以上的整體結(jié)構(gòu)，這都是一般分析方法和制造工藝難以企及和驗證的。未經(jīng)詳細(xì)分析試驗比對，是不可能應(yīng)用的。還有比如A380的平尾整體復(fù)合材料油箱，也是需要大量試驗驗證其密封和防雷擊設(shè)計。波音787的發(fā)動機吊艙結(jié)構(gòu)長期工作在高溫、高噪音的振動環(huán)境，細(xì)節(jié)分析與驗證也必不可少，尤其是要弄清楚材料的設(shè)計許用值與構(gòu)件設(shè)計許用值、連接區(qū)損傷與應(yīng)變控制關(guān)系等。

    作為新設(shè)計飛機結(jié)構(gòu)，在權(quán)衡結(jié)構(gòu)整體性能并關(guān)注局部和細(xì)節(jié)，按部件受力形式選擇材料和成型方式，關(guān)注制造、使用維護乃至全壽命成本始終是設(shè)計追求的目標(biāo)。例如將結(jié)構(gòu)分為按強度設(shè)計的部件、按剛度設(shè)計的部件和按功能設(shè)計三大類型，其關(guān)注核心依然是強度設(shè)計件。所有的結(jié)構(gòu)問題大都出于細(xì)節(jié)設(shè)計，因而對細(xì)節(jié)設(shè)計的方法與驗證更是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的焦點，如長桁末端、開口周邊、對接搭接區(qū)、集中載荷傳遞區(qū)等。

    如果還走不出大量使用±45°鋪層、在薄壁構(gòu)件上強調(diào)均衡對稱、不差別使用部件設(shè)計控制應(yīng)變的思路，也就是說設(shè)計部件的主次方向剛度差異不大，沒有凸顯復(fù)材構(gòu)件的基本特性，也就說明細(xì)節(jié)設(shè)計上還不能駕輕就熟。不大量使用自動鋪帶（絲）設(shè)備、不在主要部件上使用液體成型工藝和非熱壓罐成型工藝，就不可能實現(xiàn)復(fù)材部件的低成本制造。

    實際上，相對層板結(jié)構(gòu)而言，蜂窩結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性更大，發(fā)展?jié)摿σ哺蟆Ｓ绕涫菍w功能的結(jié)構(gòu)，如隱身、閃爍蒙皮、保形陣列天線、導(dǎo)電、隔音、降噪等，蜂窩結(jié)構(gòu)都顯示了獨特的特性，有廣闊發(fā)展前景。

    簡單的復(fù)材結(jié)構(gòu)設(shè)計的判據(jù)是，與同樣的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減重20%以上相比，全壽命綜合使用（維護）成本相當(dāng)。之所以將減重指標(biāo)定在了20%以上，是考慮了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制造生產(chǎn)過程，需要重新進行設(shè)備、工裝投資，還有復(fù)材結(jié)構(gòu)的不可再生循環(huán)（熱塑性復(fù)合材料除外）、對環(huán)境的非友好等因素都是進行遠(yuǎn)期收益作風(fēng)險決策的主要參考因素。但復(fù)材結(jié)構(gòu)在抗疲勞、耐腐蝕、阻止裂紋擴展、隔音降噪、吸波透波等方面的功能是不可替代的，未來發(fā)展趨勢是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與復(fù)材結(jié)合而成的混合結(jié)構(gòu)。