諶廣昌，肖文萍，徐 璐

(中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 330001)

0 引言

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

在國內(nèi)某型直升機(jī)研制中，大量采用了復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，芳綸紙蜂窩的使用部位涉及油箱艙壁板等多個(gè)主承力結(jié)構(gòu)。型號(hào)研制初期采用杜邦公司T412紙制NH－1蜂窩，在某新研型號(hào)材料國產(chǎn)化應(yīng)用項(xiàng)目中，需要驗(yàn)證國產(chǎn)YT812芳綸紙制NH(YT)－1蜂窩在某型直升機(jī)上應(yīng)用的可行性。本文在借鑒國際上普遍采用的積木式驗(yàn)證程序［3］的基礎(chǔ)上，開展了大量的試驗(yàn)與分析工作，給出了國產(chǎn)蜂窩的應(yīng)用結(jié)論。

1 試驗(yàn)驗(yàn)證

1.1 總體思路

國產(chǎn)芳綸紙蜂窩NH(YT)－1工程化應(yīng)用驗(yàn)證主要借鑒MIL－HDBK－17F中推薦的積木式驗(yàn)證方式，如圖1所示［3］。參考其驗(yàn)證方式，結(jié)合芳綸紙蜂窩在型號(hào)中的使用及受力情況，我們研究確定了國產(chǎn)芳綸紙蜂窩工程化應(yīng)用驗(yàn)證程序，分試樣級(jí)、元件級(jí)及組件(典型結(jié)構(gòu)件)級(jí)三個(gè)層次。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)敿?xì)分析確定了不同級(jí)別中應(yīng)進(jìn)行哪些類型的試驗(yàn)以及如何進(jìn)行試驗(yàn)件的設(shè)計(jì)。

1.2 試樣級(jí)試驗(yàn)

該級(jí)試驗(yàn)的目的是對(duì)比分析國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與NH－1蜂窩的材料級(jí)性能。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩3種不同規(guī)格下的各項(xiàng)性能，如為考核裸露蜂窩抗壓縮破壞的能力，采用非穩(wěn)定性壓縮試驗(yàn);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(yàn)。試驗(yàn)需要3個(gè)有效批次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)批次至少5個(gè)合格試樣。具體的試驗(yàn)矩陣見表1。

表1 試樣級(jí)試驗(yàn)矩陣

1.3 元件級(jí)試驗(yàn)

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的元件性能試驗(yàn)驗(yàn)證采用對(duì)比試驗(yàn)，即同樣的試驗(yàn)件(試驗(yàn)件尺寸和內(nèi)外面板材料相同)一半采用國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩，一半采用進(jìn)口NH－1蜂窩。元件構(gòu)型與結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，某新研型號(hào)中蜂窩夾層結(jié)構(gòu)2.75－32規(guī)格的蜂窩一般與中溫固化預(yù)浸料配套使用，1.83－48規(guī)格的蜂窩一般與高溫固化預(yù)浸料配套使用，元件試驗(yàn)件的鋪層設(shè)計(jì)亦如此。為考核蜂窩夾層結(jié)構(gòu)承受載荷的能力，采用側(cè)壓和平面彎曲試驗(yàn);為考核蜂窩夾層結(jié)構(gòu)蜂窩與面板的粘接能力，采用平面拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)需3個(gè)有效批次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)批次至少6個(gè)合格試樣。具體的試驗(yàn)矩陣見表2。

1.4 組件級(jí)試驗(yàn)

在試樣級(jí)、元件級(jí)對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，為驗(yàn)證國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩是否可滿足裝機(jī)要求，挑選中機(jī)身油箱艙壁板、前機(jī)身蒙皮、尾2框前尾梁三種典型結(jié)構(gòu)件各設(shè)計(jì)12件(6件無缺陷、6件帶脫粘缺陷)組件試驗(yàn)件用于剪切穩(wěn)定型試驗(yàn)，并與前期已有的進(jìn)口NH－1蜂窩的相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試樣級(jí)試驗(yàn)結(jié)果與分析

表3為國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩試樣級(jí)性能試驗(yàn)結(jié)果，由表3可以看出，雖然NH(YT)－1蜂窩的大部分試樣級(jí)力學(xué)性能略低于NH－1蜂窩，但均可滿足指標(biāo)要求。

表2 元件級(jí)試驗(yàn)矩陣

表3 試樣級(jí)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 元件級(jí)試驗(yàn)結(jié)果與分析

表4－表6為國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩元件級(jí)性能試驗(yàn)結(jié)果，由表可知，型號(hào)采用的中溫固化夾層結(jié)構(gòu)(面板為中溫固化預(yù)浸料、蜂窩為2.75－32規(guī)格)及高溫固化夾層結(jié)構(gòu)(面板為高溫固化預(yù)浸料、蜂窩為1.83－48規(guī)格)使用國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩時(shí)的性能相當(dāng)，但大部分性能的離散系數(shù)較NH－1蜂窩大。

2.3 組件(典型結(jié)構(gòu)件)級(jí)試驗(yàn)結(jié)果與分析

表7為國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩組件剪切穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果，由表可知，國產(chǎn)NH(YT)－1蜂窩與進(jìn)口NH－1蜂窩的剪切性能相當(dāng)，均可滿足型號(hào)使用要求。

表4 側(cè)壓試驗(yàn)結(jié)果

表5 平面彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表6 平面拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表7 剪切穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

根據(jù)以上積木式試驗(yàn)驗(yàn)證分析可看出，國產(chǎn)YT蜂窩的性能與進(jìn)口NH蜂窩性能相當(dāng)，可滿足直升機(jī)復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的使用要求。采用國產(chǎn)YT蜂窩代替進(jìn)口NH蜂窩作為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)蜂窩芯用材，對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能均無不利影響。同時(shí)，為降低NH(YT)－1蜂窩的離散性，在后續(xù)工作中應(yīng)進(jìn)一步改善NH(YT)－1蜂窩的性能穩(wěn)定性。

［1］《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì)，編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，第10冊(cè)［S］.北京:航空工業(yè)出版社，2004.

［2］《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì)，編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，第3冊(cè)［S］.北京:航空工業(yè)出版社，2004.

［3］MIL－HDBK－17F－1，復(fù)合材料手冊(cè)［S］.北京:中國航空綜合技術(shù)研究所，2004.