某型机全复合材料进气道设计.docx

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某型机全复合材料进气道设计

某型机全复合材料进气道设计

航空与航天2004年第2期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉

某型机全复合材料进气道设计

何秋蓉

摘要本文针对某型机进气道的设计要求,进行

了合理的结构设计,冲破了某型机高机动,大过载等

特殊要求下进气道结构设计的关键技术.采用透波率

好的复合材料进气道设计技术,实现某型飞机进气道

隐身功能.

关键词复合材料进气道预浸料隐身技

术

1引言

先进复合材料具有隐身功能,已应用在F一117,

B一52隐形飞机上,而制造全复合材料的飞机已成为

各国竟相研究的热点.某型机进气道为形状复杂,大

曲度管道形状,用普通的复合材料体系成型困难,一

般均采用铝合金材料.通过设计新颖的结构形式,选

用透波率好的先进复合材料,采用合理的工艺制造方

法,成功地研制出具有隐身功能的全复合材料进气

道..

2技术要求

进气道内管道是把亚音速气流进一步减速到发

动机入口所需要的速度,进气系统是要以高的效率向

发动机提供足够量的空气,它对发动机和飞机的性能

影响专门大.

某型机进气道为具有气动双曲面复杂外形的管

道形状,要求内外表面平整滑腻,进气道出口与机身

纵轴线的同轴度0.25,垂直度1.0,出气口的圆度1.

OI变形量小于3ram.知足功能和利用要求;知足强度

和尉度要求I知足气动要求I具有隐身要求.

由于进气道表面粗糙度要求高,同轴度要求高,

变形要求小.对于复合材料进气道要求太高,设计,制

造很难达到.

3结构方案

前,中机身通过3框,3B框对接I3B～5框为1号

油箱;5～8框为2号油箱I8～11框为3号油箱I12A

框与后机身的12框对接.6,7框连接机翼I3～8框下

部为回收伞带舱.8框后机身下部连接进气道唇口.

在6框上部设有悬挂接头和发射滑轨,在l1框处设

有发射滑轨.

按照其功用,中机身包括机身3个整体油箱,进

气道,回收伞带舱,翼身连接等部件.机身结构选用全

金属的半硬壳式密封结构形式.应用综合隐身技术,

进气道采用降低可探测性的几何形状,材料选用吸波

性能好的复合材料.

4结构形式

按照整体布置,进气道上部为3号整体油箱（如

图1）.由于采用火箭助推发射和降落伞回收,其纵向

冲击载荷的过载别离达到8和7.5.加上结构曲率大,

结构复杂,这对进气道结构要求更高.

图1进气道与中机身后段

进气道为腹部进气,唇口位于8框下部.进气道

与机身交接处设有附面层分离隔道,以避免附面层气

流进入进气道,进气道在12框后与发动机进气口对

一

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航空与航天2004年第2期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉

接.为了保护3号油箱,采用3号整体油箱和进气道

之距离出50ram的结构空间.以便于工艺施工和维

护.同时又将进气道与机身连接为一体.

唇口设计为一整体零件.进气道分为两半,再组

合成整个进气道.进气道内无连接件.内外气动表面

平整滑腻.尺寸及性能知足利用要求的复合材料进气

道.而且进气道双侧口盖和中距离板均采用复合材

料.复合材料吸收和散射雷达波的能量,使雷达的回

波跛弱乃至消失.从而大量减缩飞机进气道的RCS

值,达到隐身的目的及要求.

图2复合材料进气道结构

5材料选择

机身3号油箱结构采用成熟的铝合金材料和密

封材料.进气道结构采用先进的复合材料.

选择的材料应有高的比强度和比刚度;应知足结

构利用环境要求.如具有较好的耐高温性能.长期使

用温度不得低于1o0℃,同时为了知足进气道复杂的

外形.材料必需具有良好的锦叠性能.

中温固化玻纤维增强环氧树脂体系因为软化点

低,易溶于低沸点,低毒溶剂丙酮.具有成型工艺性能

优越,介电性能好,比强度比模量高等长处,取得了

愈来愈普遍的应用.尤其是在航空,航天上.

5224/823高温固化环氧玻璃布预浸料体系中,

树脂为5224高温固化改性环氧树脂体系,该体系的

长期利用温度能够达到120℃[1].短时刻利用温度能够

达到200℃.可知足工作要求;且该树脂软化点低于

3O℃?

成型工艺性和铺叠性好.增强织物采用823缎

纹玻璃布以保证铺叠进程中材料有良好的变形而避

免较多的拼接.该材料弯曲强度达500Mpa[,层问剪

切强度为50Mpa[2],具有优良的力学性能,良好的耐

漫热性能,优良的抗疲劳性能【",适合于成型先进复

合材料制件.5224/823与我国航空工业上普遍利用

一

26一

的酚醛缩醛胶液SC一13/EW一290性能对照如表1

所示,从表中能够看出5224/823环氧树脂体系物理

机械性能远远高于SC一13/EW一290体系.

表15224/823[与SC一13/EW一290[层

压板性能比较

5224/823SC一13/EW一290

拉伸强度（MPa）500274

弯曲强度（MPa）400294

软化点（℃）<30>30

6工艺可行性

利用5224/823高温固化环氧823缎纹玻璃布预

浸料,石膏阳模铺叠真空袋/烘箱12O℃/小时预固

化,金属阴模,软阳模真空袋/热压0.3MPa固化1.5

小时制造.完全能够制造成内外气动表面平整滑腻,

尺寸及性能知足利用要求的复合材料进气道.

进气道强度,刚度计算分析

应用MSC.Nastran软件成立了进气道结构的有

限元计算模型,进行静力分析计算,取得了直观的应

力与位移云图.

为了计算在发动机工作时的变形及应力,对进气

道加06大气压进行有限元分析.计算结果的位移云

图见图3,应力云图见图4.从位移云图可见最大位移

出此刻唇口下部}通过显示结构的应力云图可知最大

应力出此刻第9框进气道左上部.均知足设计要求.

对进气道在气压下的变形和强度进行了分析计

算,某型机进气道知足强度要求.通过全机静力实验

的验证,说明应用Nastran软件成立的有限元模型和

计算结果是合理可信的.

8结论

某型飞机进气道采用降低可探测性的几何形状,

合理,新颖的结构形式,采用吸波性能好的复合材料

进气道.通过静力和飞行实验证明某型机全复合材料

航空与航天2004年第2期某型机全复合材料进气道设计何秋蓉

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图3进气道位移云图

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图4进气道应力云图

进气道符合设计要求,进气道的流场知足了发动

机进气要求.知足了隐身,减重要求.结构设计思路新

n113?

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颖,合理,冲破了高机动,大过蠢等特殊要求下进气遁

结构设计的关麓技术.（下转I'32页）

一

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航空与航天2004年第2期四川省航空宇航学会2004年度联络员工作会议记要

四川省航空宇航学会2004年度联络员工作会议记要

四川省航空宇航学会2004年度联络员工作会议于2004年3月28日至29日在广汉召开,参加会议的有17

个会员单位的联络员,学会专委会秘书长和学会秘书共30人.学会理事长杨廷阔,副理事长刘铁锭和中航二集

团241厂总工程师勾春宇亲临会议指导并作了重要发言.

会议由洪建胜秘书长主持.241厂勾总第一烈火欢迎大家来广汉参加会议,接着介绍了工厂近几年来的发

展,产品开发和技术创新的情形.241厂拥有一支优秀的人材队伍,竞争力强的产品和良好的地理位置,这些都

为工厂的进展奠定了坚实的基础.他还表示此后要多参加和支持学会的工作.

会议对学会2003年的工作进行了总结和回顾.过去的一年,在学会各成员单位的支持和一路尽力下,通过

全部联络员和专委会秘书长的辛勤工作,咱们利用航空百年纪念活动这一契机,大力宣传新中国航空事业的伟

大成绩,普及航空知识,扩大了学会的影响力.学会前后组织参加了"百年航空的回顾"科普宣传展,"雪鹗杯"未

来飞行器设计大赛,"哈飞杯"知识竞赛和"百名航空优秀少年"评选活动,收到了良好的社会效益,并受到航空百

年组委会的表彰和奖励.学会在组织好内部学术交流的基础上,还踊跃组织参加地方科协举行的学术交流和相

关活动,扩大了横向交流,提高了知名度.学会被四川省科协授予"2003年四川省中青年学术大会优秀组织奖",

评为"2002~2003年度学会工作先进集体".在总结成绩的基础上,也对去年工作的不足和有待改良的地方作了

检讨.会议提出了2004年学会工作的大体思路和计划建议:

以中国航空学会"七大"的召开和成立四十周年庆贺

活动为主线,认真落实中国科协和四川省科协有关学会改革的精神,踊跃进取,民主办会,做勤学会组织建设,学

术交流和科学普及等各项工作.会议要求各单位联络员在做好本职工作的基础上,一如既往地关心学会的进展,

踊跃提出好的建议意见,热心为会员服务,宣传学会工作的意义,联系广大会员为本单位的科研生产和我国的航

空航天事业的进展多作奉献.

副秘书长陈英转达了中国科协领导在2003年学会改革工作座谈会上的重要发言.

副理事长刘铁锭转达了四川省航空宇航学会六届三次理事会会议精神.

理事长杨廷阔转达中国航空学会六届九次常务理事会会议精神后作了总结性发言,他第一向会议承办单位

241厂表示感激,感激他们为本次会议提供了良好的服务和条件.杨理事长要求学会充分发挥人材优势,争取在

新一代战斗机,大型运输机,航空发动机,机载设备,民用航空和通用航空等方面的咨询和论证中提出前瞻性的

建议意见,让航空技术在国家"十一五计划"和"2020年计划"中占有一席之地.他还要求学会踊跃参与地方经济

建设.杨理事长最后希望学会联络员要转变观念,增强学习,尽力成为学会工作的行家.

会议还组织参观了241厂和中国民航飞行学院,受到了热情接待和介绍,在此向241厂和中国民航飞行学

院表示衷心感激!

四川省航空宇航学会

2004年4月5日

（上接第27页）

参考文献

[13复合材料结构损伤修理.化学工业出版社,

2001.28.

一

32一

[2]北京航空材料研究院标准.5224/823高温固

化环氧玻璃布预浸料,2001.4

[33HB5296—84.SC一13玻璃布层压件用粘接

剂.航空工业部,1987.1

E43飞机设计手册（第lO册）.航空工业出版社,

2000.】O