國產NH(YT)－1蜂窩在直升機復合材料夾層結構中的應用分析

諶廣昌，肖文萍，徐 璐

(中航工業直升機設計研究所，江西景德鎮 330001)

0 引言

夾層結構具有氣動表面光滑、比剛度大，抗聲振疲勞和抗機械疲勞性能好，以及絕熱隔聲性能優越等特點，在航空裝備上獲得了廣泛應用［1］。用作夾芯材料的芳綸紙蜂窩具有重量輕、壓縮強度及剪切強度較高、疲勞性能較好等一系列優點［2］，在直升機上的應用比例越來越大。

在國內某型直升機研制中，大量采用了復合材料蜂窩夾層結構，芳綸紙蜂窩的使用部位涉及油箱艙壁板等多個主承力結構。型號研制初期采用杜邦公司T412紙制NH－1蜂窩，在某新研型號材料國產化應用項目中，需要驗證國產YT812芳綸紙制NH(YT)－1蜂窩在某型直升機上應用的可行性。本文在借鑒國際上普遍采用的積木式驗證程序［3］的基礎上，開展了大量的試驗與分析工作，給出了國產蜂窩的應用結論。

1 試驗驗證

1.1 總體思路

國產芳綸紙蜂窩NH(YT)－1工程化應用驗證主要借鑒MIL－HDBK－17F中推薦的積木式驗證方式，如圖1所示［3］。參考其驗證方式，結合芳綸紙蜂窩在型號中的使用及受力情況，我們研究確定了國產芳綸紙蜂窩工程化應用驗證程序，分試樣級、元件級及組件(典型結構件)級三個層次。在此基礎上，我們詳細分析確定了不同級別中應進行哪些類型的試驗以及如何進行試驗件的設計。

1.2 試樣級試驗

該級試驗的目的是對比分析國產NH(YT)－1蜂窩與NH－1蜂窩的材料級性能。試驗內容主要包括國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩3種不同規格下的各項性能，如為考核裸露蜂窩抗壓縮破壞的能力，采用非穩定性壓縮試驗;為考核裸露蜂窩縱向(L)、橫向(W)抗剪切破壞的能力，采用L向、W向剪切試驗。試驗需要3個有效批次的試驗數據，每個批次至少5個合格試樣。具體的試驗矩陣見表1。

表1 試樣級試驗矩陣

1.3 元件級試驗

蜂窩夾層結構的元件性能試驗驗證采用對比試驗，即同樣的試驗件(試驗件尺寸和內外面板材料相同)一半采用國產NH(YT)－1蜂窩，一半采用進口NH－1蜂窩。元件構型與結構關系密切，某新研型號中蜂窩夾層結構2.75－32規格的蜂窩一般與中溫固化預浸料配套使用，1.83－48規格的蜂窩一般與高溫固化預浸料配套使用，元件試驗件的鋪層設計亦如此。為考核蜂窩夾層結構承受載荷的能力，采用側壓和平面彎曲試驗;為考核蜂窩夾層結構蜂窩與面板的粘接能力，采用平面拉伸試驗。試驗需3個有效批次的試驗數據，每個批次至少6個合格試樣。具體的試驗矩陣見表2。

1.4 組件級試驗

在試樣級、元件級對比試驗驗證的基礎上，為驗證國產NH(YT)－1蜂窩是否可滿足裝機要求，挑選中機身油箱艙壁板、前機身蒙皮、尾2框前尾梁三種典型結構件各設計12件(6件無缺陷、6件帶脫粘缺陷)組件試驗件用于剪切穩定型試驗，并與前期已有的進口NH－1蜂窩的相應試驗結果進行比較。

2 試驗結果與分析

2.1 試樣級試驗結果與分析

表3為國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩試樣級性能試驗結果，由表3可以看出，雖然NH(YT)－1蜂窩的大部分試樣級力學性能略低于NH－1蜂窩，但均可滿足指標要求。

表2 元件級試驗矩陣

表3 試樣級性能試驗結果

2.2 元件級試驗結果與分析

表4－表6為國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩元件級性能試驗結果，由表可知，型號采用的中溫固化夾層結構(面板為中溫固化預浸料、蜂窩為2.75－32規格)及高溫固化夾層結構(面板為高溫固化預浸料、蜂窩為1.83－48規格)使用國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩時的性能相當，但大部分性能的離散系數較NH－1蜂窩大。

2.3 組件(典型結構件)級試驗結果與分析

表7為國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩組件剪切穩定性試驗結果，由表可知，國產NH(YT)－1蜂窩與進口NH－1蜂窩的剪切性能相當，均可滿足型號使用要求。

表4 側壓試驗結果

表5 平面彎曲試驗結果

表6 平面拉伸試驗結果

表7 剪切穩定性試驗結果

3 結論

根據以上積木式試驗驗證分析可看出，國產YT蜂窩的性能與進口NH蜂窩性能相當，可滿足直升機復合材料夾層結構的使用要求。采用國產YT蜂窩代替進口NH蜂窩作為復合材料夾層結構蜂窩芯用材，對產品的各項性能均無不利影響。同時，為降低NH(YT)－1蜂窩的離散性，在后續工作中應進一步改善NH(YT)－1蜂窩的性能穩定性。

［1］《飛機設計手冊》總編委會，編.飛機設計手冊，第10冊［S］.北京:航空工業出版社，2004.

［2］《飛機設計手冊》總編委會，編.飛機設計手冊，第3冊［S］.北京:航空工業出版社，2004.

［3］MIL－HDBK－17F－1，復合材料手冊［S］.北京:中國航空綜合技術研究所，2004.