《DLR设计橡胶玻纤复合材料柔性蒙皮 降低飞机飞行噪音》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-06-18
  • 飞机在飞行过程中,围绕在高升力装置和操纵面与机翼固定部分之间的气流会突然过渡。空气动力学研究表明,这种过渡是造成某些噪音的原因。德国航空航天中心(DLR)、Invent公司和慕尼黑工业大学的研究人员正在合作开展FlexMat项目研究,希望通过设计一种机翼和活动面之间的柔性过渡蒙皮,以降低在该区域产生的噪音。

    FlexMat项目柔性蒙皮示范件

    机翼的固定部分和移动的操纵面或高升力装置之间的柔性蒙皮设计必须能够承受极端的空气动力载荷,但刚度又不能太大,否则驱动运动部件的系统需要施加额外的力。

    DLR复合结构和自适应系统研究所的Martin Radestock表示:“襟翼系统和主翼型之间的连续过渡对于未来的层流机翼而言将是一个巨大的优势,它可以使空气绕过而不会产生湍流,以确保层流稳定性。”

    由合成橡胶和玻璃纤维增强复合材料条制成的蒙皮在机翼前缘应用的演示图

    FlexMat项目在A320飞机层流翼设计的基础上开展了研究。研究集中在机翼的外侧区域。原本安装在前缘上的板条现在被DLR研究所自2007年就着手开展研发的可变形状前缘(即下垂襟翼)所取代,增加了由橡胶和玻璃纤维复合材料制成的过渡蒙皮。

    蒙皮由乙丙二烯单体橡胶(EPDM)和玻璃纤维增强复合材料组成。柔性橡胶构成了蒙皮的基础,研究人员在其内外表面上以不同的间隔插入了玻璃纤维复合材料板条。过渡蒙皮的变形特性可以通过改变玻璃纤维复合材料板条的位置进行调节。研究人员努力将局部变形保持在最小程度,以使玻璃纤维复合材料和橡胶不会分离。

    DLR对跨度为1米的过渡蒙皮示范件进行了测试。“测试结果表明,被测机翼蒙皮非常耐磨,并且可以在很大程度上变形。万一发生极端变形,唯一需要注意的就是涂装,应确保其不会破裂。”

    Radestock表示,“结果已经证明在机翼前缘上使用柔性蒙皮是可行的。为了检查使用此技术实际上可以减少噪音和阻力的程度,并确定蒙皮的最大负载极限,将需要进行进一步的测试。”

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-03-22
    • 作为全球第三大、中国第二大玻璃纤维制造企业之一,2018年,泰山玻纤年产12万吨的无碱玻纤池窑拉丝生产线正式建成投入运营。凭借高生产效能、低能耗、环保等优势,该条生产线被列入山东省新旧动能转换重大项目库首批优选项目,泰山玻纤吹响了新材料领域新旧动能转换攻坚战的冲锋号。 提到“窑炉”,很多人脑海中总会是浮现这样的场景:炉子中熊熊燃烧的烈火,炉旁繁忙的工人,以及四周闷热、脏乱的环境。但走入泰山玻纤第六条无碱玻纤池窑拉丝生产线,自动化的操作系统、数字化的监控室以及干净的工作环境让人耳目一新。“窑炉是我们整条生产线最重要的生产环节,它的主要功能是依靠纯氧天然气燃烧系统和电助熔两套加热系统,将窑炉温度加热到1600多度,从而实现矿石粉料熔化成玻璃液的过程。”泰山玻纤总经理助理杨浩介绍。作为新生产线的主要技术创新点,这一环节上采用了目前国际最先进的无硼无氟环保玻璃配方、高熔化率大型池窑及顶烧纯氧燃烧技术,综合技术水平达到国际领先水平。而氮氧化物的零排放,更是实现了整个生产线的环保要求。 作为玻璃纤维成型的关键过程——拉丝工序完成了玻璃液由液体向纤维的转变。经窑炉熔化好的玻璃液处在1280℃—1300℃之间,这个温度区域最适合玻璃纤维成型。玻璃液从先进的多孔数拉丝漏板的漏嘴中流出,通过冷却片、喷雾水、空调风的冷却加速成型。刚成型的玻璃纤维再涂敷上一层浸润剂,从而能增加玻璃纤维的韧性和强度,有助于纤维的后续加工。玻璃纤维直径很小,是一根头发直径的1/8—1/20。“玻璃纤维漏板是由铂铑合金制成的,具有耐高温、耐腐蚀、抗蠕变等众多优点,目前,我公司的漏板研发技术已经走在同行业领先水平。”泰山玻纤漏板分厂厂长张健骄傲地说。 若说泰山玻纤六号生产线的最大优势来自于关键环节生产工艺的改造提升,那整个生产线大量智能化技术的应用无疑是最大亮点。从窑炉、拉丝、烘干、物流、织物等等工序流程,采用了大量的智能化制造技术,将现场一些大量重复又不太复杂的操作全部用机器装置和机器人取代,形成从原材料、生产制造到仓储物流完整的自动化。穿梭在拉丝区和烘干区的AGV自动引导运输车,就是生产线智能化的一个集中体现:该车利用激光定位的原理,集自动扫描、自动定位、自动识别产品信息、自动分配、自动进炉等功能于一体,以每台AGV运输车替代4名人工的替代量,高效率完成两个区域的物流工作。 六线无碱玻纤池窑拉丝生产线设计规模12万吨,实际产能突破14万吨,是全球产能最大的玻纤生产线之一。窑炉熔化率高,能耗低,与旧产能相比,生产效率提升105%,能耗降低38%,生产成本每吨降低650元,是目前国内生产效率最高的玻纤生产线。此外,六线集成众多目前国际最先进的核心技术及自动化质量检测系统,配置AGV自动引导车等智能装备,实现了“设备智能化、物流自动化、控制信息化”,是目前行业技术装备水平最高的生产线。 正因为在生产工艺和科研开发上孜孜不倦的追求,成就了泰山玻纤六号线的“金字招牌”,其生产的连续性增强纤维、复合纤维及风电用纱等产品,凭借耐高温、耐腐蚀、强度大等多种优势,广泛应用于电子电气、汽车制造、风力发电等领域,产品利润比普通产品高30%以上,成为泰山玻纤在新材料市场上最具竞争力的“武器”。 据了解,正在建设的泰山玻纤产业园由世界500强——中国建材集团投资兴建,计划总投资100亿元,占地2200亩,建设8条玻璃纤维生产线及上下游产品生产线。产业园自2012年4月开工建设,目前已建成6条生产线,玻纤制品年生产能力超过65万吨。目前,总投资30亿元的第七、第八条生产线,浸润剂原料及下游制品深加工项目正在全面建设中。产业园全部建成投产后,将成为投资过百亿元、产能过百万吨、销售收入过百亿元的“三百”级企业,安置就业5000余人,税收突破8亿元。 “新旧动能转换过程中,新材料的发展必然是其中一个重要领域。泰山玻纤将继续坚持‘调整、提升、国际化’的发展战略,坚持玻纤主业发展不动摇,加强与泰安中研复合材料产业技术研究院的协同配合,向玻纤、碳纤复合材料产业延伸。”泰山玻纤董事长唐志尧对此充满信心。 下一步,泰山玻纤将在新规划3平方公里的新材料产业园内,集成投资350亿元,建设国内一流的玻纤碳纤复合材料产业基地,经过5到8年努力,把以泰山玻纤为依托的新材料产业园打造成500亿级骨干企业,推动泰安市新型复合材料产业发展,为全山东省新旧动能转换作出更大贡献。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-04-24
    • 波音787在其机身和主要结构中比以往任何波音商用飞机都更多地使用了复合材料。在没有事先构想的情况下进行设计过程,使波音工程师能够为整个机身的特定应用指定最佳材料,其结果是机身由将近一半的碳纤维增强塑料和其他复合材料组成。与更传统的铝合金设计相比,这种方法平均减轻了20%的重量。 为特定应用选择最佳材料意味着在给定的运行环境和部件在整个使用寿命期间所承受的载荷的情况下,分析机身的每个区域以确定最佳材料。例如,铝对拉伸负荷很敏感,但对压缩负荷处理得很好。另一方面,复合材料在处理压缩载荷方面效率不高,但在处理张力方面表现出色。 与铝结构相比,复合材料的广泛使用,特别是在机身的高拉伸载荷环境中,大大减少了由于疲劳而导致的维护。这类分析也导致钛的使用增加。当负载表明金属是一种首选的材料系统,而环境因素表明铝是一个较差的选择时,钛是一种出色的低维护设计解决方案。 钛比铝更能承受类似的载荷,对疲劳的担忧最小,并且高度耐腐蚀。787上的钛金属使用量已扩大到整个机身的14%。787的每一个结构元素都经过了这种类型的生命周期分析,材料类型都是基于一个彻底和严格的选择过程。 除了降低飞机的总体重量外,采用复合材料主结构还可以减少航空公司的定期和非常规维护负担。波音777的经验证明,与非复合结构相比,复合材料结构需要更少的定期维护。 例如,777复合材料尾翼比767的铝制尾翼大25%,但所需的计划维护工时减少了35%。与金属相比,这种工时的减少是由于复合材料降低了腐蚀和疲劳的风险,从而减少了非常规维护。 777地板结构全部为复合材料,突出了这种材料在恶劣环境中的优势。航空公司的运营商意识到传统铝制地板梁在疲劳开裂和腐蚀方面遇到的困难。777机型已经使用了565架飞机,飞行了10多年,到目前为止,还没有更换一个复合材料地板梁。 波音公司还实施了严格的过程来评估铝的使用,该方法结合了腐蚀的可能性和腐蚀的后果。该评分系统在设计中确定可接受的铝应用提供了一个确定的措施,同时充分了解了维护的含义。 结构中的腐蚀和疲劳会大大增加操作员的日常维护负担。非常规维护通常会使维护检查期间花费的总工时增加一倍甚至三倍。随着复合材料和钛材料的广泛使用以及铝的使用更加严格,波音公司希望787的非常规人工成本要比传统的金属机身低得多。 除了在乘客和货舱门等容易损坏的区域使用坚固的结构设计之外,波音787还从一开始就进行了设计,能够以与今天的航空公司维修飞机的方式完全相同的方式进行维修。在复合材料结构上进行螺栓修理的能力已在777上获得了服务验证,并提供了与金属飞机相当的修理时间和技能。 此外,航空公司还可以选择进行粘合复合材料维修,从而改善空气动力学和美观性。这些修复是永久性的,可承受损坏,并且不需要高压釜工艺。波音公司已经利用复合材料的性能开发了一条新的维护维修能力线,需要不到一个小时的时间就可以应用。这种快速的复合材料修理技术可提供临时修理功能,以使飞机迅速再次飞行,而且降低了腐蚀和疲劳关联的风险。