直升機復合材料結(jié)構(gòu)裝配工藝研究

遲銘博

摘 要：復合材料具有優(yōu)異的可設計性，而且具有較高的剛度和強度。另外在抗疲勞方面具有很好的性能，在航天航空結(jié)構(gòu)設計當中獲得了廣泛的應用。復合材料的用量多少已經(jīng)是當前對航空航天結(jié)構(gòu)設計先進性進行衡量的一項標志，直升機當中會使用到大量的復合材料，某些機種甚至可以達到1/2以上，國外已經(jīng)設計了由多種復合材料形成的直升機，本文重點對付直升機復合材料結(jié)構(gòu)裝配工藝進行分析和研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：直升機;復合材料;結(jié)構(gòu)裝配工藝

1 直升機復合材料結(jié)構(gòu)裝配工藝概述

和金屬結(jié)構(gòu)進行比較可以發(fā)現(xiàn)復合材料在制造和裝配的過程中優(yōu)點非常突出，主要是復合材料在加工的過程中可以通過共膠結(jié)、共固化的工藝讓后續(xù)的裝配和加工工藝得到簡化，防止其他工藝在操作的過程中出現(xiàn)一定的缺陷，讓整體結(jié)構(gòu)的綜合性能提高。當前很多直升機通過計算機一體化融合技術(shù)進行加工，對結(jié)構(gòu)外形進行了大幅度的優(yōu)化，讓螺接、鉚接的工藝減少，避免出現(xiàn)應力集中等問題，讓飛機的飛行品質(zhì)和疲勞壽命大幅度提高。由于工藝、設計、運輸?shù)确矫娴男枰獜秃喜牧?。在設計的過程中保留了很多設計工藝分離面和設計分離面，這些分離面需要在裝配的過程中和其他結(jié)構(gòu)之間進行對接，而飛機尾段主要是使用復合材料進行裝配。

2 直升機關(guān)鍵裝配特征分析及工裝設計安排

下面以直升機尾端為例，對直升機復合材料結(jié)構(gòu)裝配工藝進行分析。尾段主要可分為整流罩、下垂尾、上垂尾、尾梁、平尾等幾個部分。在進行預裝的過程中，發(fā)現(xiàn)尾梁、上垂尾以及平臺和下垂尾之間在裝配的過程中，出現(xiàn)帶應力關(guān)閉或者外型卡盤關(guān)不上的問題，無法確保c平臺和f接口之間的角度，在裝配的過程中出現(xiàn)應力面或者局部應力點。對其原因進行分析，可以發(fā)現(xiàn)主要是配合面曲率出現(xiàn)一定的變化。在零件成型的過程中，這個位置的數(shù)值沒有較強的流動性，所以和其他地方相比，這一處往往較為偏后，為了確保剛度和強度要求，在配合處的碳布去掉，替換為玻璃布，依照現(xiàn)場具體裝配的要求進行打磨，確保其裝配的協(xié)調(diào)性。

3 直升機復合材料裝配加工工藝及連接工藝

在直升機復合材料進行加工的過程中，主要使用的是鉸接，但依然需要螺接和鉚接等相關(guān)工藝，也需要進行切割、锪窩等工藝加工。

3.1 制孔

直升機復合材料主要組成部分為碳纖維復合材料，碳纖維具有較大的硬度，而且耐磨性較高，所以在刀具選擇的過程中需要保證耐磨性和硬度，高速旋轉(zhuǎn)的刀具和纖維之間進行接觸之后會釋放一定量的熱，所以一定要保證刀具材料具有一定的耐熱性，首選物質(zhì)硬質(zhì)合金鉆頭。

復合材料結(jié)構(gòu)制孔的過程中，很多部位是層壓板結(jié)構(gòu)，厚度往往在1毫米到4毫米左右，在試驗的過程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)制孔缺陷。出現(xiàn)的位置主要在出口、入口處，通過對進給量和刀速的控制可以對分層的情況進行有效的抑制。與此同時，還需要注意在鉆孔出口面頂上一層硬質(zhì)塑料，如果刀速過快，可能會導致制孔的周圍產(chǎn)生燒灼的情況。對其原因進行分析主要是制孔的過程中轉(zhuǎn)速比較大，會導致溫度進一步升高，如果在操作的過程中處于一個封閉的環(huán)境當中，無法有效的將熱量及時散發(fā)出去，可能會導致溫度達到機體燒灼點。

3.2 锪窩

整流罩通常條件下使用的是芳綸材料結(jié)構(gòu)，在連接的過程中為了保證外形的美觀性，主要通過鈦制沉頭抽釘，由于芳綸纖維具有較大的韌性，在和樹脂之間進行連接的過程中粘接力不高，锪窩困難，在沒有特別的锪窩刀具的條件下，在旋轉(zhuǎn)鉆頭之后放入锪窩表面，可以將纖維迅速切斷，并且避免纖維出現(xiàn)劈裂。

3.3 切割

復合材料在進行切割的過程中容易出現(xiàn)分層、毛邊以及開裂等缺陷，起割和停割處偶爾會產(chǎn)生這種問題，所以需要使用金剛石砂輪進行切割，在切割的過程中一定要保證均勻用力并且控制進刀。在各種飛機過程當中，機體損傷的故障達到了總故障的30%，所以直升機的總壽命主要是由機體壽命決定的，對機體喪失工作能力的原因進行分析的過程中，可以發(fā)現(xiàn)疲勞破壞是非常重要的一種原因，有80%以上的疲勞破壞出現(xiàn)在連接處，對螺接和鉚接等工藝進行分析，可以發(fā)現(xiàn)通過這兩種工藝進行處理，可以讓飛機的疲勞壽命大幅度的提高。

3.4 螺接和鉚接工藝及相關(guān)技術(shù)

通過相關(guān)試驗分析發(fā)現(xiàn)，復合材料和金屬材料在連接的過程中，連接部位的纖維對結(jié)構(gòu)的破壞形式和結(jié)構(gòu)的受疲勞壽命有著直接影響，復合材料的破壞往往出現(xiàn)在擠壓或者拉拖的混合破壞，合理的進行纖維含量的安排可以將所需破壞的方式設計出來，與此同時，合理的選擇抽釘、螺栓等緊固件類型，并且注意裝配質(zhì)量加強也可以控制結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，為了避免出現(xiàn)電位腐蝕復合材料，在緊固件選擇的過程中主要使用鈦質(zhì)金屬。

在連接復合材料的過程中，主要使用間隙配合，再配合接頭孔附近往往會出現(xiàn)應力集中的情況，導致載荷分配不均勻等問題出現(xiàn)。與此同時，間隙配合很容易導致釘孔和釘桿處之間產(chǎn)生撞擊而出現(xiàn)連接層破壞等情況，為了避免這種連接的缺陷，可以使用干涉連接技術(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，在直升機裝配的過程中，復合材料因為其零件結(jié)構(gòu)的具體特點和金屬材料具有較大的區(qū)別，復雜復合材料結(jié)構(gòu)在裝配的過程中一定要了解關(guān)鍵裝配的特征，只有如此才能合理的完成直升機的工裝設計工作。

參考文獻：

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