直升機復合材料結構裝配工藝研究

遲銘博

摘 要：復合材料具有優異的可設計性，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，在航天航空結構設計當中獲得了廣泛的應用。復合材料的用量多少已經是當前對航空航天結構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構裝配工藝進行分析和研究，以供參考。

關鍵詞：直升機;復合材料;結構裝配工藝

1 直升機復合材料結構裝配工藝概述

和金屬結構進行比較可以發現復合材料在制造和裝配的過程中優點非常突出，主要是復合材料在加工的過程中可以通過共膠結、共固化的工藝讓后續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一定的缺陷，讓整體結構的綜合性能提高。當前很多直升機通過計算機一體化融合技術進行加工，對結構外形進行了大幅度的優化，讓螺接、鉚接的工藝減少，避免出現應力集中等問題，讓飛機的飛行品質和疲勞壽命大幅度提高。由于工藝、設計、運輸等方面的需要復合材料。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構之間進行對接，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構裝配工藝進行分析。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，發現尾梁、上垂尾以及平臺和下垂尾之間在裝配的過程中，出現帶應力關閉或者外型卡盤關不上的問題，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應力面或者局部應力點。對其原因進行分析，可以發現主要是配合面曲率出現一定的變化。在零件成型的過程中，這個位置的數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，依照現場具體裝配的要求進行打磨，確保其裝配的協調性。

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，首選物質硬質合金鉆頭。

復合材料結構制孔的過程中，很多部位是層壓板結構，厚度往往在1毫米到4毫米左右，在試驗的過程中發現出現制孔缺陷。出現的位置主要在出口、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塑料，如果刀速過快，可能會導致制孔的周圍產生燒灼的情況。對其原因進行分析主要是制孔的過程中轉速比較大，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境當中，無法有效的將熱量及時散發出去，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構，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，并且避免纖維出現劈裂。

3.3 切割

復合材料在進行切割的過程中容易出現分層、毛邊以及開裂等缺陷，起割和停割處偶爾會產生這種問題，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，可以發現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在連接處，對螺接和鉚接等工藝進行分析，可以發現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技術

通過相關試驗分析發現，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構的破壞形式和結構的受疲勞壽命有著直接影響，復合材料的破壞往往出現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，并且注意裝配質量加強也可以控制結構的疲勞壽命，為了避免出現電位腐蝕復合材料，在緊固件選擇的過程中主要使用鈦質金屬。

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應力集中的情況，導致載荷分配不均勻等問題出現。與此同時，間隙配合很容易導致釘孔和釘桿處之間產生撞擊而出現連接層破壞等情況，為了避免這種連接的缺陷，可以使用干涉連接技術。

4 結語

綜上所述，在直升機裝配的過程中，復合材料因為其零件結構的具體特點和金屬材料具有較大的區別，復雜復合材料結構在裝配的過程中一定要了解關鍵裝配的特征，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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